Low-Memory Techniques for Routing and Fault-Tolerance on the Fat-Tree Topology

Actualmente, los clústeres de PCs están considerados como una alternativa eficiente a la hora de construir supercomputadores en los que miles de nodos de computación se conectan mediante una red de interconexión. La red de interconexión tiene que ser diseñada cuidadosamente, puesto que tiene una gran influencia sobre las prestaciones globales del sistema. Dos de los principales parámetros de diseño de las redes de interconexión son la topología y el encaminamiento. La topología define la interconexión de los elementos de la red entre sí, y entre éstos y los nodos de computación. Por su parte, el encaminamiento define los caminos que siguen los paquetes a través de la red. Las prestaciones han sido tradicionalmente la principal métrica a la hora de evaluar las redes de interconexión. Sin embargo, hoy en día hay que considerar dos métricas adicionales: el coste y la tolerancia a fallos. Las redes de interconexión además de escalar en prestaciones también deben hacerlo en coste. Es decir, no sólo tienen que mantener su productividad conforme aumenta el tamaño de la red, sino que tienen que hacerlo sin incrementar sobremanera su coste. Por otra parte, conforme se incrementa el número de nodos en las máquinas de tipo clúster, la red de interconexión debe crecer en concordancia. Este incremento en el número de elementos de la red de interconexión aumenta la probabilidad de aparición de fallos, y por lo tanto, la tolerancia a fallos es prácticamente obligatoria para las redes de interconexión actuales. Esta tesis se centra en la topología fat-tree, ya que es una de las topologías más comúnmente usadas en los clústeres. El objetivo de esta tesis es aprovechar sus características particulares para proporcionar tolerancia a fallos y un algoritmo de encaminamiento capaz de equilibrar la carga de la red proporcionando una buena solución de compromiso entre las prestaciones y el coste.Gómez Requena, C. (2010). Low-Memory Techniques for Routing and Fault-Tolerance on the Fat-Tree Topology [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8856Palanci

Efficient Q. S support for higt-performance interconnects

Las redes de interconexión son un componente clave en un gran número de sistemas. Los mecanismos de calidad de servicio (qos) son responsables de asegurar que se alcanza un cierto rendimiento en la red. Las soluciones tradicionales para ofrecer qos en redes de interconexión de altas prestaciones normalmente se basan en arquitecturas complejas. El principal objetivo de esta tesis es investigar si podemos ofrecer mecanismos eficientes de qos. Nuestro propósito es alcanzar un soporte completo de qos con el mínimo de recursos. Para ello, se identifican redundancias en los mecanismos propuestos de qos y son eliminados sin afectar al rendimiento. Esta tesis consta de tres partes. En la primera comenzamos con las propuestas tradicionales de qos a nivel de clase de tráfico. En la segunda parte, proponemos como adaptar los mecanismos de qos basados en deadlines para redes de interconexión de altas prestaciones. Por último, también investigamos la interacción de los mecanismos de qos con el control de congestión

Conmutador-enrutador de tramas autoconfigurable de direcciones jerárquicas MAC locales combinable y compatible con puentes 802.1D

La UC3M ofrece un protocolo de bridges combinados para encaminamiento y bridging estándar en capa dos, nivel de enlace OSI. Permite la construcción de redes Ethernet autoconfigurables, de bridges combinados y estándar 802.1D; proporciona una optimización completa de la infraestructura de la red de comunicaciones instalada que evita el bloqueo de enlaces. Es aplicable a redes de interconexión; se busca colaboración con fabricantes de routers y switches con independencia de su tamaño

Balanceo distribuido del encaminamiento para topologías fat-tree sobre redes Infiniband

Las redes de interconexión juegan un papel importante en el rendimiento de los sistemas de altas prestaciones. Actualmente la gestión del encaminamiento de los mensajes es un factor determinante para mantener las prestaciones de la red. Nuestra propuesta es trabajar sobre un algoritmo de encaminamiento adaptativo, que distribuye el encaminamiento de los mensajes para evitar los problemas de congestión en las redes de interconexión, que aparecen por el gran volumen de comunicaciones de aplicaciones científicas ó comerciales. El objetivo es ajustar el algoritmo a una topología muy utilizada en los sistemas actuales como lo es el fat-tree, e implementarlo en una tecnología Infiniband. En la experimentación realizada comparamos el método de control de congestión de la arquitectura Infiniband, con nuestro algoritmo. Los resultados obtenidos muestran que mejoramos los niveles de latencia por encima de un 50% y de throughput entre un 38% y un 81%.Les xarxes de interconnexió juguen un paper molt important en el rendiment dels sistemes d'altes prestacions. Actualment la gestió de l'encaminament dels missatges és un factor determinant per mantenir les prestacions de la xarxa. La nostra proposta és dissenyar un algorisme de encaminament adaptatiu que distribueixi el encaminament dels missatges per evitar els problemes de congestió en les xarxes de interconnexió, els quals apareixen pel gran volum de comunicacions de aplicacions científiques o comercials. L'objectiu és ajustar l'algorisme a una topologia molt utilitzada en els sistemes actuals como ho es el fat-tree, i implementar-ho per a una tecnologia Infiniband. En l'experimentació realitzada comparem el mètode de control de congestió de lʹarquitectura Infiniband amb el nostre algorisme. Els resultats obtinguts mostren que millorem els nivells de latència per sobre dʹun 50% i de throughput entre un 38% i un 81%.Interconnection networks play an important role in the throughput of high performance systems. Currently, the message routing management is a key factor to maintain network performance. Our proposal is to work on an adaptive routing algorithm, which distributes message routing to avoid congestion problems on interconnection networks that appear due to the large volume of scientific or commercial application communications. The aim is to adjust the algorithm to a topology that is widely used in existing systems such as fat-tree, and couple it with Infiniband technology. In our experiments we compare the control congestion method on Infiniband architecture, with our algorithm. The results obtained shown that latency levels have been improved above 50% and throughput between 38% and 81%

Redes de interconexión: contribución al estudio de su vulnerabilidad

Esta tesis se ha centrado en el estudio de la vulnerabilidad del encaminamiento en familias de grafos y dígrafos que resultan particularmente interesantes por su aplicación al diseño de redes de interconexión: redes asociadas con teselaciones del plano, dígrafos línea parciales de Kautz y de Brujin. Se demuestra la existencia de vértices (p,f)-centrales en los grafos de doble y triple lazo para determinados f y se determinan conjuntos de vértices y conjuntos de ramas que pueden fallar sin que se pierda la comunicación entre los restantes en las dos familias anteriores y en los dígrafos bipartitos bd (s,b,c,d). Este estudio se hace a partir de la representación geométrica que representan estas redes asociadas a teselaciones del plano.También se da un método que construye toda la sucesión finita de dígrafos línea parciales de Kautz y de Brujin presentando un algoritmo que calcula vértices (p,f)-centrales en estas redes

Control de congestión adaptativo en redes Infiniband

El uso de recursos compartidos en las redes de interconexión de alta performance puede provocar situaciones de congestión de mensajes que degradan notablemente las prestaciones, aumentando la latencia de trasporte y disminuyendo la utilización de la red. Hasta el momento las técnicas que intentan solucionar este problema utilizan la regulación de la inyección de mensajes. Esta limitación de la inyección traslada la contención de mensajes desde los conmutadores hacia los nodos fuente, incrementando el valor de la latencia promedio global, pudiendo alcanzar valores muy elevados. En este trabajo, proponemos una técnica de control de congestión para redes InfiniBand basada en un mecanismo de encaminamiento adaptativo que distribuye el volumen de comunicaciones entre diversas trayectorias alternativas quitando carga de la zona de congestión, lo que permite eliminarla. La experimentación realizada muestra la mejora obtenida en latencia y throughput, respecto al mecanismo de control de congestión original de InfiniBand basado en la regulación de la inyección. El mecanismo propuesto es totalmente compatible y no requiere que se modifique ningún aspecto de la especificación, debido a que se utilizan componentes de gestión definidos en el estándar InfiniBand

Encaminador de mensajes para redes de interconexión de sistemas multiprocesador.

Encaminador de mensajes para redes de interconexión de sistemas multiprocesador caracterizado por estar especialmente adaptado para el intercambio de información de forma adaptativa e independiente de la topología entre los elementos de proceso integrados en un solo chip. El encaminador resuelve importantes problemas técnicos que se presentan en la interconexión de un número elevado de procesadores en un único chip cuando actualmente únicamente se dispone de encaminadores especialmente diseñados para la interconexión de dispositivos localizados en chips separados. El encaminador se caracteriza por los siguientes elementos básicos: - Dos anillos concéntricos, cada uno esta formado por un grupo de buffers de doble puerto. - Un conjunto de etapas de entrada y de salida en número igual al grado del encaminador, a través de las cuales entran o salen los paquetes provenientes de los encaminadores vecinos. - Una etapa de inyección y consumo para su comunicación con el elemento de proceso asociado.Solicitud: 200701403 (10.05.2007)Nº Pub. de Solicitud: 2324577A1 (10.08.2009)Nº de Patente: 2324577B2 (01.02.2010

Algebra lineal en clusters basados en redes ethernet

Algunas de las ventajas que tienen las redes de computadoras utilizadas para cómputo paralelo (o clusters) son muy conocidas y de hecho se aprovechan en múltiples áreas de investigación y aplicación [3] [4] [11]:\n· Creciente potencia de cálculo, con costo casi constante o en algunos casos disminuyendo a medida que avanza el tiempo y la tecnología.\n· Creciente disponibilidad en el mercado de nuevas tecnologías, o al menos de tecnologías avanzadas a bajo costo (cómputo superescalar en las computadoras de escritorio, por ejemplo).\n· Creciente disponibilidad de sofware de uso libre y gratuito, que abarca desde sistemas operativos (Linux) hasta software de cálculo numérico especializado (LAPACK en el caso de los problemas provenientes del álgebra lineal).\n· Redes de interconexión muy simples de instalar en términos de hardware y software, a muy bajo costo y con amplia disponibilidad en el mercado.\n· Redes de computadoras ya instaladas que tienen “costo cero” al menos desde el punto de vista del hardware de cómputo paralelo disponible y aprovechable.Eje: Sistemas Distribuido

Una estrategia para la reducción del consumo de potencia en redes de interconexión

El alto nivel de potencia de cálculo requerida por algunas aplicaciones sólo puede ser alcanzado por sistemas multiprocesador. Estos sistemas consisten en varios procesadores que se comunican mediante una red de interconexión. El enorme aumento tanto en el tamaño como la complejidad de los sistemas multiprocesador ha disparado su consumo de energía. Las técnicas de reducción de consumo de potencia se están aplicando a todos los niveles en los computadores y la red de interconexión no puede ser una excepción. En este entorno, las redes de interconexión más ampliamente utilizadas están basadas en topologías regulares: directas, como los toros, e indirectas, como los fat-tree. En ambos casos el consumo de potencia de la circuitería de la red de interconexión contribuye significativamente al total del sistema. En esta tesis, proponemos una estrategia para reducir el consumo de potencia en las redes de interconexión, tanto directas como indirectas. Dicha estrategia se materializa en forma de un mecanismo que combina dos técnicas alternativas: (i) la conexión y desconexión dinámica de los enlaces de la red en función del tráfico (cualquier enlace puede ser desconectado, con tal de que la conectividad de red esté garantizada), (ii) el ajuste dinámico del ancho de banda de los enlaces en función del tráfico. En ambos casos, la topología de la red no se ve modificada. Por lo tanto, el mismo algoritmo de encaminamiento puede ser usado independientemente de las acciones de ahorro en el consumo llevadas a cabo, simplificando así el diseño del router. Nuestros resultados muestran que el consumo de potencia de la red se puede reducir muy significativamente, a costa de algún incremento en la latencia. Sin embargo, la reducción de potencia alcanzada es siempre mayor que la penalización en la latencia.Alonso Díaz, M. (2012). Una estrategia para la reducción del consumo de potencia en redes de interconexión [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16186Palanci

Análisis e implementación de redes de interconexión de diámetro bajo

El objetivo de este trabajo de fin de grado es el estudio de las topologías de red Dragonfly, Slimfly y Megafly, así como de su implementación dentro del entorno de simulación Scheduling Simulation Environment (SSE). Estas topologías han surgido en la última década y tienen como principal característica el diámetro bajo y la alta escalabilidad. Actualmente, supercomputadores que implementan Dragonfly se encuentran en puestos destacados del top 500, mientras que Megafly, propuesta por Intel, ésta pensada para dar el salto a la computación exaescalar. El simulador SSE simula el proceso de scheduling en supercomputadores y permite conseguir un gran número de métricas, tanto del proceso de scheduling en sí, como de las características topológicas de las redes. Una vez implementadas las topologías, SSE permitirá simular un entorno real en el cual múltiples aplicaciones paralelas se ejecutan concurrentemente sobre la misma red y medir ciertas propiedades, como distancias medias y diámetros, de las particiones (conjuntos de nodos) asignadas a cada aplicación