QoS-enabled Distributed Active Router

Mgr. Tomáš Rebok, Ph.D.

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Aktivní sítě svým uživatelům umožňují nahrávání vlastních programů do aktivních prvků sítě (které jsou obvykle označovány jako programovatelné/aktivní směrovače), na kterých si mohou nechat jimi zasílaná data zpracovávat tak, jak sami chtějí. Při aplikaci programovatelných směrovačů ve sdíleném síťovém prostředí vyvstává problém se zajišťováním kvality služby (QoS) pro každý směrovačem procházející datový tok. Běžné přístupy k problematice zajišťování kvality služby použité v tradičních sítích datovým tokům obvykle zaručují pouze jisté parametry (například strategii front či prioritu), které jsou však v aktivních sítích nedostačující. Na aktivním směrovači jsou totiž vykonávány programy uživatelů, které pro svou činnost vyžadují dostupnost mnohem více zdrojů (procesorový čas, velikost volné paměti, atd.). Navíc, jelikož rychlosti počítačových linek stále narůstají, a s tím následně narůstají i požadavky aplikací na síťovou propustnost, není možno při daných rychlostech náročnější výpočty na samostatném aktivním směrovači (v reálném čase) provádět. Pro zvýšení škálovatelnosti takového systému s ohledem na množství současně běžících aktivních programů a s ohledem na velikost datového toku, který může být aktivním směrovačem zpracováván, je velmi žádoucí distribuce procesorové zátěže a síťového provozu uvnitř takového systému. Cílem této práce je návrh architektury distribuovaného aktivního směrovače umožňujícího nahrávání uživatelských programů, který bude podporovat rozšířené chápání kvality služby tak, jak je popsáno výše, a bude umožňovat silnou izolaci současně běžících programů. Kromě toho, navržený směrovač bude umožňovat zpracování uživatelských dat v neuspořádaných blocích, které je pro aplikace komunikující v reálném čase mnohem výhodnější.

Abstract:

The Active Network approach allows users to inject their programs into the active nodes, usually called programmable/active routers, and thus process data in the network as it passes through. When a programmable router is used in a shared network environment, the Quality of Service (QoS) for each passing stream needs to be ensured. The QoS approaches in common networks enforce certain parameters (e.g., a queueing strategy, a priority) on the network flows. However, this is not sufficient in active routers where users' programs run on the routers and thus other parameters (e.g. processor time, amount of free memory) have to be guaranteed as well. As the speeds of network links still increase, and subsequently, the applications' demands for the network bandwidth increase as well, a single router is infeasible to process such high-bandwidth user data in real-time, since the processing may be fairly complex. In order to improve the scalability of such a system with respect to number of active programs simultaneously running on the router and with respect to the bandwidth of each passing stream processed by active sessions, the distribution of processing load and network bandwidth is desirable. The subject of this work is to propose a distributed active router architecture with a loadable functionality that supports extended understanding of QoS as described above, and allows strong isolation of users' programs. Moreover, the router will enable the processing of passing chunks of user data in a disordered way which is more suitable especially for real-time applications.

Keywords

stream processing, parallel processing, virtual machines, DiProNN architecture, ARTP protocol, resource scheduling

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 4. 2008

Thesis defence

• Date of defence: 21. 4. 2008

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Informatics / Informatics