RDNA: Arquitetura Definida por Resíduos para Redes de Data Centers

Abstract

O design do datacenter caminha rumo ao paradigma da computação de borda, motivado pela necessidade de aproximar os recursos da nuvem aos usuários finais. No entanto, a arquitetura SDN não oferece nenhuma orientação para o design de micro Datacenters suficiente para atender aos requisitos complexos e rigorosos das redes 5G. Isso ocorre porque a SDN canônica não possui uma distinção clara entre as partes funcionais desta rede, como elementos de núcleo e de borda. Além disso, não há desacoplamento entre o roteamento e a política de rede. Na tese, apresentamos a Arquitetura Definida por Resíduos (RDNA) como uma nova abordagem para habilitar recursos-chave como comunicação ultra-confiável e de baixa latência em redes DC. A RDNA explora a programabilidade do Sistema Númerico de Resíduos (RNS) como um conceito fundamental para definir um modelo de encaminhamento minimalista para os elementos de núcleo. Em vez de encaminhar pacotes com base em operações clássicas de pesquisa na tabela, os switches núcleo não possuem tabelas e encaminham os pacotes usando apenas o resto da operação de divisão (módulo). Resolvendo um sistema de congruência de resíduos representando uma topologia de rede, descobrimos os algoritmos e suas propriedades matemáticas para projetar o sistema de roteamento RDNA que: (i) suporta comunicação unicast e multicast, (ii) fornece rotas resilientes com proteção para toda a rota e (iii) é escalável para topologias Clos de 2 camadas. Implementações experimentais em Mininet e NetFPGA SUME mostram que o encaminhamento na RDNA alcança 600 ns de latência por salto com nenhum jitter nos elementos de núcleo e tempo de recuperação de falha em sub-milissegundos.