ارایه یک روش مهندسی ترافیک مقیاس پذیر در شبکه‌های نرم‌افزار محور مراکز داده با استفاده از تکنیک تجزیه مسائل بزرگ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی فارسی

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

2 دانشکده مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 دانشکده ریاضی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

مراکز داده امروزی، از هزاران سرویس‌دهنده تشکیل شده‌اند که هر یک از آنها از سرویس‌های متنوع مبتنی بر ابر میزبانی می‌نماید. در این مقاله، یک روش جدید و مقیاس‌پذیر مهندسی ترافیک در شبکه‌های نرم‌افزار محور مراکز داده، با هدف تخصیص بهینه درخواست‌ها به مسیرها، با پیچیدگی محاسباتی قابل قبول ارائه شده است. روش ارائه شده مبتنی بر برنامه‌ریزی خطی است و تلاش می‌کند حداکثر میزان بار ترافیکی بر روی لینک‌ها حداقل شود. حاصل این عمل کاهش ازدحام بر روی لینک‌های شبکه خواهد بود. این روش، بر روی ارائه یک راه‌حل بهینه به منظور موازنه بار ترافیکی در شبکه متمرکز شده است و یک روش جدید تجزیه به منظور محدود نمودن فضای جستجوی مساله برنامه‌ریزی خطی پیشنهاد می‌نماید. روش تجزیه به گونه‌ای است که زمان حل مساله به میزان قابل توجهی کاهش یابد. به منظور کاهش پیچیدگی زمانی، یک روش تجزیه استفاده شده است که مدل مساله را به زیرمساله‌های مجزا تقسیم می‌کند. با استفاده از روش‌های موازی‌سازی (محاسبات بر روی چندین هسته محاسباتی و OpenMP) می‌توان این زیرمساله‌ها را به صورت همزمان حل نمود. نتایج شبیه‌سازی نشان دادند که در روش پیشنهادی، زمان حل و موازنه بار ترافیکی هر دو به میزان چشمگیری بهبود یافته‌اند.

کلیدواژه‌ها


[1]     D. Kreutz, F. M. Ramos, P. Esteves Verissimo, C. Esteve Rothenberg, S. Azodolmolky, and S. Uhlig, "Software-defined networking: A comprehensive survey," Proceedings of the IEEE, vol. 103, pp. 14-76, 2015.

[2]     H. Farhady, H. Lee, and A. Nakao, "Software-defined networking: A survey," Computer Networks, vol. 81, pp. 79-95, 2015.

[3]     T. Chen, X. Gao, and G. Chen, "The features, hardware, and architectures of data center networks: A survey," Journal of Parallel and Distributed Computing, 2016.

[4]     M. Al-Fares, A. Loukissas, and A. Vahdat, "A scalable, commodity data center network architecture," ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 38, pp. 63-74, 2008.

[5]     W. Wang, Y. Sun, K. Zheng, M. A. Kaafar, D. Li, and Z. Li, "Freeway: Adaptively Isolating the Elephant and Mice Flows on Different Transmission Paths," in Network Protocols (ICNP), 2014 IEEE 22nd International Conference on, 2014, pp. 362-367.

[6]     T. Benson, A. Akella, and D. A. Maltz, "Network traffic characteristics of data centers in the wild," in Proceedings of the 10th ACM SIGCOMM conference on Internet measurement, 2010, pp. 267-280.

[7]     T. Benson, A. Anand, A. Akella, and M. Zhang, "Understanding data center traffic characteristics," ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 40, pp. 92-99, 2010.

[8]     A. Elwalid, C. Jin, S. Low, and I. Widjaja, "MATE: MPLS adaptive traffic engineering," in INFOCOM 2001. Twentieth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. Proceedings. IEEE, 2001, pp. 1300-1309.

[9]     S. Kandula, S. Sengupta, A. Greenberg, P. Patel, and R. Chaiken, "The nature of data center traffic: measurements & analysis," in Proceedings of the 9th ACM SIGCOMM conference on Internet measurement conference, 2009, pp. 202-208.

[10]   N. Farrington and A. Andreyev, "Facebook’s data center network architecture," in IEEE Optical Interconnects Conf, 2013.

[11]   I. F. Akyildiz, A. Lee, P. Wang, M. Luo, and W. Chou, "A roadmap for traffic engineering in SDN-OpenFlow networks," Computer Networks, vol. 71, pp. 1-30, 2014.

[12]   H. Viet, Y. Deville, O. Bonaventure, and P. Francois, "Traffic engineering for multiple spanning tree protocol in large data centers," in Teletraffic Congress (ITC), 2011 23rd International, 2011, pp. 23-30.

[13]   M. Al-Fares, S. Radhakrishnan, B. Raghavan, N. Huang, and A. Vahdat, "Hedera: Dynamic Flow Scheduling for Data Center Networks," in NSDI, 2010, pp. 19-19.

[14]   C. E. Hopps, "Analysis of an equal-cost multi-path algorithm," 2000.

[15]   A. R. Curtis, W. Kim, and P. Yalagandula, "Mahout: Low-overhead datacenter traffic management using end-host-based elephant detection," in INFOCOM, 2011 Proceedings IEEE, 2011, pp. 1629-1637.

[16]   T. Benson, A. Anand, A. Akella, and M. Zhang, "MicroTE: Fine grained traffic engineering for data centers," in Proceedings of the Seventh COnference on emerging Networking EXperiments and Technologies, 2011, p. 8.

[17]   Y. Li and D. Pan, "OpenFlow based load balancing for fat-tree networks with multipath support," in Proc. 12th IEEE International Conference on Communications (ICC’13), Budapest, Hungary, 2013, pp. 1-5.

[18]   E.-S. Jung, V. Vishwanath, and R. Kettimuthu, "Distributed multipath routing algorithm for data center networks," in Data Intensive Scalable Computing Systems (DISCS), 2014 International Workshop on, 2014, pp. 49-56.

[19]   B. Prisacari, G. Rodriguez, C. Minkenberg, and T. Hoefler, "Fast pattern-specific routing for fat tree networks," ACM Transactions on Architecture and Code Optimization (TACO), vol. 10, p. 36, 2013.

[20]   T. C. Hu, "Multi-commodity network flows," Operations research, vol. 11, pp. 344-360, 1963.

[21]   S. Even, A. Itai, and A. Shamir, "On the complexity of time table and multi-commodity flow problems," in Foundations of Computer Science, 1975., 16th Annual Symposium on, 1975, pp. 184-193.

[22]   M. Handley, O. Bonaventure, C. Raiciu, and A. Ford, "TCP extensions for multipath operation with multiple addresses," 2013.

[23]   S.-s. Seo, "Dynamic Traffic Engineering for Improving Energy Efficiency and Network Utilization of Data Center Networks," 2013.

[24]   D. Wischik, C. Raiciu, A. Greenhalgh, and M. Handley, "Design, Implementation and Evaluation of Congestion Control for Multipath TCP," in NSDI, 2011, pp. 8-8.

[25]   OpenMP. (2016). Available: https://www.openmp.org

[26]   D. G. Luenberger and Y. Ye, Linear and nonlinear programming, 4 ed.: Springer International Publishing, 2016.

[27]   J. L. Kennington and R. V. Helgason, Algorithms for network programming: John Wiley & Sons, Inc., 1980.

[28]   D. P. Bertsekas, "Nonlinear programming," 1999.

[29]   M. Alizadeh, A. Greenberg, D. A. Maltz, J. Padhye, P. Patel, B. Prabhakar, et al., "Data center tcp (dctcp)," in ACM SIGCOMM computer communication review, 2010, pp. 63-74.

[30]  M. Bastam, M. Sabaei, and R. Yousefpour. "A scalable traffic engineering technique in an SDN‐based data center network." Transactions on Emerging Telecommunications Technologies 29, no. 2 (2018): e3268