Nghiên cứu thuật toán định tuyến trên mạng và công cụ mô phỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRƢƠNG THẢO NGUYÊN NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG VÀ CÔNG CỤ MÔ PHỎNG Chuyên ngành : Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Công nghệ thông tin NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Khanh Văn Hà Nội – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tôi tự thực hướng dẫn thầy giáo Tiến sĩ Nguyễn Khanh Văn Các kết quả, số liệu trình bày luận văn hồn tồn trung thực khơng chép từ cơng trình nghiên cứu Các kết nghiên cứu đóng góp cơng sức tơi nhóm nghiên cứu, tơi xin cam đoan trình bày rõ phần đóng góp tổng thể kết chung Các tài liệu tham khảo sử dụng luận văn dẫn nguồn cụ thể (có bảng thống kê tài liệu tham khảo) đồng ý trực tiếp tác giả Nếu xảy bất cừ điều khơng lời cam đoan trên, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm trước Viện Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông Nhà Trường Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2014 Tác giả Trƣơng Thảo Nguyên i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Khanh Văn tận tình hướng dẫn suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Viện Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt thầy cô môn Công Nghệ Phần Mềm tận tình truyền đạt kiến thức thời gian học tập nghiên cứu Vốn kiến thức đuợc tiếp thu q trình học tập nghiên cứu khơng tảng cho q trình nghiên cứu khóa luận mà cịn hành trang q báu để tơi tiếp tục họat động nghiên cứu cách vững tự tin Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến giúp đỡ ủng hộ Prof Michihiro Koibuchi cộng Koibuchi lab, International Institute of Informatics, Japan Trong trình thực tập Nhật Bản, thầy Koibuchi cộng giúp đỡ thực tốt vấn đề nghiên cứu khóa luận Tơi xin gửi lời cảm ơn ủng hộ giúp đỡ nghiệt tình anh chị em lớp, người đồng nghiệp, gia đình bạn bè tạo điều kiện cho tơi tập trung tâm hồn thành nghiên cứu Tơi xin trân trọng cảm ơn! Học viên Trƣơng Thảo Nguyên ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Phương pháp thực đề tài CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan mạng liên kết (Interconnection Network) 2.1.1 Khái niệm, ứng dụng mạng liên kết 2.1.2 Các thành phần mạng liên kết 11 2.2 Tổng quan cấu hình mạng 13 2.3 Tổng quan giải thuật định tuyến mạng 16 2.4 Tổng quan điều khiển luồng 18 2.5 Hiệu mạng liên kết 20 2.5.1 Thông lượng (Throughput) 20 2.5.2 Độ trễ (Latency) 22 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ CÔNG CỤ MÔ PHỎNG MẠNG LIÊN KẾT 26 3.1 Đánh giá chi phí 26 3.1.1 Chi phí thiết lập mạng 26 3.1.2 Mức tiêu thụ lượng họat động 30 iii 3.2 Đánh giá hiệu mạng liên kết lý thuyết đồ thị 31 3.2.1 Đánh giá thông lượng lý tưởng 31 3.2.2 Đánh giá độ trễ 32 3.2.3 Đánh giá khả chịu lỗi 34 3.3 Đánh giá hiệu mạng liên kết công cụ mô 35 3.3.1 Phương pháp đánh giá hiệu 35 3.3.2 Công cụ mô 36 3.4 Đánh giá hiệu ứng dụng 38 3.4.1 Phương pháp đánh giá 38 3.4.2 Công cụ mô 40 CHƢƠNG 4: GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG 42 4.1 Distributed Shortcut Netwotk (DSN) 42 4.1.1 Tổng quan ý tưởng 42 4.1.2 Mạng liên kết DSN giải thuật định tuyến 44 4.1.3 Các kết đạt 47 4.1.3.1 Đánh giá lý thuyết đồ thị 47 4.1.3.2 Đường kính giá trị trung bình đường ngắn 48 4.1.3.3 Trung bình độ dài cáp mạng 49 4.1.3.4 Đánh giá hiệu phương pháp giả lập 49 4.2 DSN-α giải thuật định tuyến hiệu 51 4.2.1 Mạng liên kết DSN-α 51 4.2.2 Giải thuật định tuyến hiệu 52 4.2.3 Các kết đạt 55 4.2.3.1 Đánh giá lý thuyết 55 4.2.3.2 Đường kính độ dài cáp mạng 56 4.2.3.3 Đánh giá hiệu phương pháp giả lập 57 4.2.3.4 Đánh giá khả chịu lỗi 60 4.3 DSN-F giải thuật định tuyến tích hợp với khả mở rộng 61 4.3.1 Mạng liên kết DSN-F 61 4.3.2 Giải thuật định tuyến tích hợp khả mở rộng 66 iv 4.3.3 Các kết đạt đuợc 68 4.3.3.1 Đánh giá lý thuyết đồ thị 68 4.3.3.2 Trung bình độ dài cáp mạng 70 4.3.3.3 Đánh giá hiệu phương pháp giả lập 71 4.3.3.4 Đánh giá hiệu ứng dụng 72 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ Từ viết tắt/ thuật ngữ Ý nghĩa Interconnection network Mạng liên kết, mạng kết nối OCNs On-chip networks SANs System/storage area networks DSN Distributed Shortcut Networks Small-world effect Hiệu ứng ―thế giới nhỏ‖ Logarithmic diameter Tính chất mạng mạng liên kết có đường kính tính hàm logarit số nút mạng Throughput Thông lượng Latency Độ trễ Offered traffic Giao thông yêu câu: tốc đọ gói tin (thơng tin) sinh nguồn Traffic pattern Mẫu trao đổi thông tin mạng liên kết BNF CNF Burton Normal Form Chaos Normal Form vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Bảng traffic pattern mạng liên kết 13 Bảng 2: So sánh chi phí cáp đồng cáp quang 27 Bảng 3: Cổng thức tính chi phí cáp mạng theo độ dài 27 Bảng 4: Tiêu thụ lượng cáp mạng 30 Bảng 5: NASA parallel benchmarks 39 Bảng 6: Ví dụ kích thước mạng tham số NASA benchmarks 40 Bảng 7: Giải thuật định tuyến mạng DSN 47 Bảng 8: Giải thuật định tuyến mạng liên kết DSN α 53 Bảng 9:Chi tiết ba bước giải thuật định tuyến mạng liên kết DSN-α 53 Bảng 10: Giải thuật định tuyến mạng DSN-α sử dụng BACKWARD-MODE 55 Bảng 11: Bảng so sánh đường kính mạng 3D-Torus, DSN-α DLN-6 57 Bảng 12: Bảng so sánh độ dài cáp mạng 3D-Torus, DSN-α DLN-6 57 Bảng 13: Bảng so sánh tỉ lệ tải lớn tải trung bình DSN-α 60 Bảng 14: Giải thuật định tuyến mạng DSN-F 68 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1: Mơ hình mức cao mạng liên kết Hình 2: Các lĩnh vực ứng dụng mạng liên kết 11 Hình 3: Các cấu hình mạng 14 Hình 4: Mạng liên kết 2D-Torus gồm 4x4 nút mạng 15 Hình 5: Ví dụ định tuyến mạng kết 2D-Torus 17 Hình 6: Ví dụ tắc nghẽn Wormhole switching 20 Hình 7: Tương quan throughput offered traffic 22 Hình 8: Tương quan latency offered traffic 24 Hình 9: Minh họa mơ hình phịng mạng 28 Hình 10: Minh họa tính độ dài dây mạng 29 Hình 11: Gỉa code tính lượng tiêu thụ mạng liên kết 31 Hình 12: Mơ hình mạng liên kết đồ thị có trọng số 33 Hình 13: Mơ tả cách thức họat động giả lập mạng 36 Hình 14: Minh họa câu lệnh sử dụng công cụ mô 38 Hình 15: Mơ hình hoạt động SimGrid 41 Hình 16: Minh họa level ID DSN 44 Hình 17: Minh họa mạng liên kết DSN-4-32 45 Hình 18: Đường kính trung bình đường ngăn vs kích thước mạng DSN 48 Hình 19: Độ dài cáp mạng theo kích thước mạng DSN 49 Hình 20: Độ trễ thơng lượng mạng liên kết DSN 50 Hình 21: Minh họa liên kết nút mạng DSN-α 52 viii Hình 22: Đánh giá thơng lượng DSN-α 58 Hình 23: Đánh giá độ trễ DSN-α 59 Hình 24: Khả chịu lỗi DSN-α 60 Hình 25: Minh họa mạng liên kết DSN-F gồm 32 nút mạng 64 Hình 26: Minh họa phương thức chia super-node lớn thành hai super-nodes nhỏ 65 Hình 27: Đường kính trung bình đường ngăn vs kích thước mạng DSN-F 69 Hình 28: Đường kính trung bình đường ngắn DSN-F mở rộng 70 Hình 29: Độ dài cáp mạng theo kích thước mạng DSN-F 70 Hình 30: Độ trễ thơng lượng mạng liên kết DSN-F 71 Hình 31: Kết đánh giá hiệu ứng dụng mạng DSN-F 73 ix với nút mạng số 13 super-node Chúng định nghĩa khoảng cách hai supernode, ∆(sj, si) = sj - si Trong trường hợp ∆(0,4) = – = ≥ 2p-l = 23-1 = Hình 25: Minh họa mạng liên kết DSN-F gồm 32 nút mạng Với cấu hình mạng đuợc xây dựng trên, DSN-F có kích thước tùy ý khả mở rộng quy mơ Số lượng loại shortcut có độ dài khác p tham số quan trọng trình xây dựng DSN-F Với giá trị số nút mạng n, ln tìm số ngun p tương ứng Do chúng tơi nói DSN-F có kích thước mạng tùy ý Xem xét trình thêm nút mạng vào cấu hình mạng DSN-F gồm n nút mạng, p levels K layers Một cách tổng quát, thêm nút mạng vào layer-(K-1) layer có r = n mod N < p nút mạng Trong trường hợp r = p, chúng tơi trước hết thêm vào layer gọi layer-K, sau thêm nút mạng vào layer Trong hai trường hợp, nút mạng đuợc thêm vào super-node dựa cách thức dán nhãn miêu tả nêu trên, nên cấu trúc bên super-node đảm bảo Theo đó, bậc trung bình đỉnh (average degree) 64 khơng đổi đường kính mạng tăng nhiều đơn vị (cho layer mới) Phương thức thêm nút mạng vào không yêu cầu phải cài đặt lại cáp mạng Khi số nút mạng thêm vào mạng liên kết lớn, đề xuất phương thức thực với số lượng cáp mạng thay đổi chấp nhận Ý tưởng (i) thêm nút mạng vào dựa phương pháp nêu (ii) số lượng nút mạng tất super-nodes đạt đến ngưỡng 2p + 2, chia super-node có kích thước lớn làm super-nodes có kích thước nhỏ gồm p+1 nút thêm shortcut vào super-node để đảm bảo, mối super-node có p+1 shortcuts Theo mạng liên kết sau q trình thêm nút mạng mang đặc tính DSN-F có tham số số lượng p chuyển thành p+1 Chúng tơi nói DSN-F có khả mở rộng quy mơ tiếp tục thêm vào nút mạng việc lặp lại trình cách đặn Hình 26: Minh họa phương thức chia super-node lớn thành hai super-nodes nhỏ Hình 26 minh họa phuơng thức chia super-node lớn với 2p+2 nút mạng phân bố layers thành super-nodes có kích thước p+1 nút mạng layer Khơng làm tính tổng qt, đánh số nút mạng từ tới 2p+1 hình (a) Sau phân chia, super-node S ban đầu biến đổi thành hai super-node SA SB hình (b) SA bao gồm p nút mạng layer-0 nút mạng thuộc layer-3 Các nút mạng 65 lại xếp vào SB Các liên kết thêm vào, bớt dựa theo số bước sau: o Tất Layer-Link bị xóa bỏ (p liên kết layer-0 layer-1; liên kết layer-1 layer-2) o Tại super-node SA, hầu hết liên kết cục không bị ảnh hưởng, thêm nút mạng 2p vàp nút mạng p-1 với đóng vai trị nút mạng có level p+1 layer-0 Thao tác cần phải loại bỏ liên kết thêm vào liên kết Tương tự super-node SB với nút 2p+1 o Tại super-node SA, o Giữ lại tất shortcut cũ nút mạng từ đến p-1, o Loại bỏ Succ nút p-1 thêm shortcut liên kết node p-1 với nút mạng tương ứng super-node (S+1)A ( nút có level p+1) o Thêm Succ từ nút 2p tới nút p super-node SB o Tại super-node SB: o Thêm vào p shortcut nút từ p đến 2p-1 Từ nút mạng có level l SB, shortcut nối tới nút có level l+1 super-node (S+2p+1-l)B o Thêm vào Succ nút mạng 2p + SB đến nút mạng level super-node (S+1)A Hình 26 minh họa phuơng thức phân chia super-node mô tả Trong đường kẻ màu xanh thể liên kết (cáp mạng) bị xóa bỏ Các đừong màu đỏ thể liên kết thêm vào màu đen thể liên kết giữ lại 4.3.2 Giải thuật định tuyến tích hợp khả mở rộng Cấu trúc mạng liên kết DSN-F có số thay đổi nhỏ so với DSN nên giải thuật định tuyến mạng dành cho DSN-F có tích hợp khả mở rộng quy mô thay đổi so với giải thuật định tuyến ban đầu 66 Xem xét tốn tìm đường từ nút mạng i {li, ki, si} đến nút j i {lj, kj, sj} Không làm tính tổng quát, giả sử ≤ si < sj Giải thuật định tuyến bao gồm bước chính: o Bước 1: Tìm đường từ nút mạng i đến nút {li, 0, si} layer-0 supernode với nút nguồn DSN-F routing algorithm pseudo-code 1: procedure DSN-F-ROUTING(i, j) 2: u←i 3: l ← ⌊log (2p/∆uj )⌋+1 4: 5: ›› PRE-WORK Phase —————— 6: while ku > ›› ku− layer of u 7: u ← u.Layer_Link 8: end while 9: while lu ≠ l ›› lu− level of u 10: u ← u.Local_Succ or u.Local_Pred 11: end while 12: 13: ›› MAIN-PROCESS Phase ———— 14: repeat 15: if lu = p-1 then 16: u ← u.Succ 17: else if lu = l then 18: u ← u.Shortcut 19: else 20: u ← u.Local_Succ 21: end if 22: l ← ⌊log (2p/∆uj )⌋+1 23: until su=sj 24: 25: ›› FINISH Phase ——————— 26: repeat 27: u ← u.Local_Succ or u ← u.Local_Pred 28: until lu = lj 29: repeat 30: u ← u.Layer_Link 31: until u = j 32: end procedure 67 Bảng 14: Giải thuật định tuyến mạng DSN-F o Bước 2: Tìm đường từ đến nút {lj, 0, sj} sử dụng giải thuật định tuyến mạng DSN trình bày mục 4.1.2 cách sử dụng kĩ thuật chia đôi đường (distance –halving technique) o Bước 3: Đến nút đích sử dụng Layer_Links dựa bên super-node sj Bảng 14 mô tả chi tiết ba bước dạng giả code 4.3.3 Các kết đạt đuợc 4.3.3.1 Đánh giá lý thuyết đồ thị Trong mạng DSN-F gồm n nút mạng xếp 2p super-nodes Mỗi super-node cấu trúc vài layers Số lượng layers mạng liên kết xác định K = ⌈ ⌉ N = p x 2p Dựa vào phương pháp đồ thị, kết luận rằng: o Bậc đỉnh đạt giá trị lớn giá trị trung bình o Với cặp nguồn s t chọn ngẫu nhiên từ tập n nút mạng, giá trị lớn đường dựa giải thuật định tuyến nêu x (p+K-1) Thật vậy, từ Hình 26.a dễ thấy rằng, bậc lớn nút mạng layer-0 5, đó, bậc tối đa nút layer-1 Theo đó, bậc đỉnh nhận giá trị lớn Hơn nữa, hầu hết nút mạng layer-1 layer-2 có bậc Số lượng nút mạng có bậc số lượng nút mạng có bậc layer0 Do bậc trung bình nhận giá trị Cân nhắc trình định tuyến từ nút mạng i đến nút j Trong PRE_WORK, dịch chuyển từ nút i đến layer-0 dựa Layer_Links Bước cần tối đa K-1 di chuyển (hops) Tiếp đó, dịch chuyển đến nút mạng trung gian chứa shortcut cần thiết để di chuyển dựa vào Local_Succ Local_Pred Buớc cần nhiều p/2 dịch chuyển Tóm lại PRE_WORK cần nhiều p/2 + K - dịch chuyển Bước MAIN_PROCESS cần p bước trình định tuyến 68 di chuyển theo chiều giảm dần chiều cao (tăng dần level) Tương tự PRE_WORK, FINISH cần p/2 + K – bước Do đường kính định tuyến không lớn x (p + K – 1) bước dịch chuyển Dựa định nghĩa p, suy chứng minh p = log n + Constant Do đó, DSN-F có đường kính định tuyến logarit Bên cạnh đánh giá mặt lý thuyết, chúng tơi xác định đường kính giá trị trung bình đường ngắn (average shortest path length) dựa vào thử nghiệm Hình 27 thể mối tương quan đường kính mạng, độ dài đường ngắn với kích thước mạng Trong đó, DSN-F đảm bảo đặc tính DSN Đường kính đường ngắn DSN-F tối ưu 16,7% 4,6% trường hợp tốt Theo đó, chúng tơi nhận định rằng, DSN-F có hiệu tương đối giống với DSN Hình 27: Đường kính trung bình đường ngăn vs kích thước mạng DSN-F Đánh giá hiệu DSN-F trình thêm nút mạng vào mạng liên kết ban đầu Chúng lựa chọn mạng ban đầu có kích thước gồm 1024 nút mạng thêm dần nút mạng vào đánh giá thay đổi đường kính đường ngắn Hình 28 thể kết thay đổi Chúng không ngạc nhiên đồ thị rằng, hai giá trị thay đổi không nhiều số lượng nút mạng thêm vào tăng dần 69 Hình 28: Đường kính trung bình đường ngắn DSN-F mở rộng 4.3.3.2 Trung bình độ dài cáp mạng Hình 29: Độ dài cáp mạng theo kích thước mạng DSN-F Chúng tơi tiến hành đành giá tổng độ dài cáp mạng (và độ dài cáp mạng trung bình) DSN-F dựa cách thức trình bày mục 3.1 Kết đánh giá thể Hình 29 DSN-F giúp giảm độ dài cáp mạng hầu hết trường hợp (trừ kích thước mạng 210 211), đặc biệt lên đến 24,82% trường hợp mạng có kích thước 212 Kết minh hoa cho trường hợp tốt nút mạng 70 xếp cách tối ưu vào tủ mạng Ở đó, tất chuyển mạch (switch) layer nằm tủ mạng 4.3.3.3 Đánh giá hiệu phƣơng pháp giả lập (a)Uniform traffic (b)Matrix transpose traffic (c)Bit reversal traffic Hình 30: Độ trễ thơng lượng mạng liên kết DSN-F Đánh giá độ trễ truyền tin thông lượng DSN-F, sử dụng chương trình mơ viết C++ trình bày 3.3 Tất chuyển mạch (switches) giả lập cấu hình sử dụng kĩ thuật chuyển mạch virtual cut-through 71 switching Switches delay lấy giá trị 100ns bao gồm trình định tuyến, cấp phát kênh truyền ảo, thời gian để truyền từ cổng vào cổng chuyển mạch Chúng đáng giá hiệu mạng dựa giải thuật mô tả [21] Giống DSN, sử dụng ba mẫu traffic pattern random uniform, bit reversal matrix transpose Hình 30 thể kết giả lập mạng gồm 128 chuyển mạch với ba traffic pattern Độ trễ truyền tin ba trường hợp phản ánh xác kết dự tính phân tích đồ thị độ đo đường kính mạng trung bình độ dài đường ngắn độ trễ thường gắn liền với độ dài đường Mặt khác, tất mạng liên kết đánh giá bao gồm (2D-Torus, DLN-4, DSN DSN-F) có thơng lượng tương đương Do đó, chúng tơi nói DSN-F, DSN DLN-4 phù hợp với ứng dụng yêu cầu độ trễ nhỏ 4.3.3.4 Đánh giá hiệu ứng dụng Bên cạnh việc đánh giá hiệu mạng liên kết môi trường giả lập, quan tâm đến khả ứng dụng DSN-F lớp ứng dụng khác Chúng sử dụng giả lập có tên SimGrid để đánh giá mạng liên kết gồm 128 chuyển mạch nêu Băng thơng mạng cấu hình tới 40Gbps Chúng tơi thử nghiệm hiệu sử dụng NAS Parallel Benchmarks (MPI - Class A) Himeno Benchmark Hình 31 thể kết giả lập DSN-F, DSN, 2-D Torus DLN Trục y biểu diễn tỉ lệ số câu lệnh máy tính thực giây (Mop/s) mạng liên kết so với 2D-Torus Trong đồ thị, giá trị 2D-Torus Giá trị mạng liên kết khác lớn, đánh giá tốt Trong đồ thị AVE thể cho giá trị trung bình tất ứng dụng chuẩn 72 Hình 31: Kết đánh giá hiệu ứng dụng mạng DSN-F Từ kết đánh giá trên, chúng tơi nhận thấy DSN-F có hiệu tương đương với DSN, có chi phí độ dài cáp mạng nhỏ hết DSN-F hỗ trợ khả mở rộng quy mô cách đơn giản, tự nhiên Giải thuật định tuyến mạng DSN-F đề xuất đơn giản có khả mở rộng để đáp ứng yêu cầu hiệu Đây công việc thực đánh giá cải tiến tương lai Một cách tiếp cận triển vọng kết hợp đặc tính tốt DSN-F kích thước tùy ý khả mở rộng quy mơ với đặc tính tốt DSN-α việc hỗ trợ góp phần xây dựng giải thuật định tuyến hiệu cao 73 KẾT LUẬN Kết đạt đƣợc Luận văn tốt nghiệp tác giả với đề tài ―Nghiên cứu giải thuật định tuyến mạng công cụ mô phỏng‖ hoàn thành Đề tài giải vấn đề sau: o Tìm hiểu tổng quan mạng liên kết, khái niệm, ứng dụng thành phần mạng liên kết o Khảo sát cấu hình mạng truyền thống cấu hình mạng ứng dụng cấu hình mạng tính tốn hiệu cao, siêu máy tính trung tâm liệu Khảo sát giải thuật định tuyến tương ứng với cấu hình o Tìm hiểu phương pháp đánh giá hiệu chi phí mạng liên kết Tìm hiểu công cụ mô mạng liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu o Đề cấu trúc mạng liên kết biến thể giải thuật định tuyến mạng hiệu quả, ổn định Các kết đạt đuợc luận văn: o Trình bày tổng quan khái niệm, ứng dụng thành phần mạng liên kết (interconnection network) Tìm hiểu tổng quan cấu hình mạng, giải thuật định tuyến điều khiển luồng mạng liên kết o Tổng hợp trình bày phương pháp đánh giá hiệu năng, chi phí mạng liên kết cơng cụ sử dụng Tìm hiểu mơ tả mức cao công cụ mô phỏng, giả lập mạng phục vụ cho trình nghiên cứu, đánh giá kết o Thiết kế hai biến thể cẩu trúc mạng liên kết DSN DSN-α DSN-F giải thuật định tuyến tương ứng Trong đó, nêu rõ đóng góp người thực luận văn việc (i) góp phần xây dựng lý thuyết thử nghiệm khả chịu lỗi giải thuật định tuyến mạng liên kết DSN-α, (ii) đề xuất mạng liên kết DSN-F phục vụ có u cầu mở rộng quy mơ 74 Kết nghiên cứu gửi công bố International Journal of Distributed Systems and Technologies cho DSN-α IEEE International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS2014) với ý tưởng DSNF, chấp nhận chờ xuất thời điểm viết luận văn Hƣớng thực Do hạn chế mặt thời gian thực đề tài, nên vấn đề ―nghiên cứu giải thuật định tuyến mạng công cụ mô phỏng‖ khuôn khổ luận văn dừng lại nghiên cứu ban đầu Trong thời gian tới, người viết nhóm nghiên cứu tiếp tục triển khai thực đề tài dựa theo phương hướng sau: o Minimal routing: Hiện tại, DSN, DSN-α DSN-F sử dụng custom routing algorithm Tuy nhiên thuật toán định tuyến định tuyến với đường ngắn cho tất cặp nút nguồn (source node) nút đích (destination node) Do u cầu phát triển thuật toán định tuyến sử dụng (hoặc xấp xỉ) đường ngắn mà đảm bảo tính chất đơn giản vấn đề khó cần nghiên cứu o Cable length: DSN-F cấu hình mạng tinh chỉnh từ DSN nhằm mục đích nâng cao tính linh họat (khả thêm, bớt vài nút mạng) Kết tính tốn lý thuyết DSN-F có chi phí cài đặt vận hành thấp đặc biệt chi phí tổng chiều dài dây nối (Cable length) Tuy nhiên, thêm mạng số lượng lớn nút mạng, chi phí tổng chiều dài dây tăng cách đáng kế Đây vấn đề cần giải tương lai Một hướng giải phương pháp đặt nút mạng (nodes/switches) vào tủ mạng (cabinets/racks) cách đặc biệt Ý tưởng phương pháp phân bố nút mạng tủ mạng cách hợp lý để thêm nút mạng vào, mơ hình phân phối khơng đổi mặt độ dài trung bình dây cáp o Giải thuật định tuyến DSN-F: đề xuất mời dừng lại nghiên cứu ban đầu đơn giản Trong thời gian tới, dành thời 75 gian để phát triển giải thuật định tuyến nhằm giải làm rõ vấn đề chống tắc nghẽn, cân tải khả chịu lỗi q trình cập nhật thơng tin thực thao tác thêm hay nhiều nút mạng vào mạng thời o Công cụ mô phỏng: Hiện nhóm nghiên cứu dừng lại việc tìm hiểu nắm cách sử dụng công cụ mô có sẵn phịng nghiên cứu giáo sư Koibuchi Tuy nhiên, công cụ mô phát triển từ năm 2000 có phần khơng theo kịp nhu cầu sử dụng trình nghiên cứu mạng liên kết tiên tiến Do đó, thời gian tới, chúng tơi dự định tìm hiểu mơ hình cơng cụ mơ mạng Từ đó, đặt tham vọng xây dựng công cụ nhằm đáp ứng đuợc nhu cầu nghiên cứu nhóm (bộ cơng cụ thiết kế đặc biệt cho việc đánh giá giải thuật định tuyến) 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Singla, C.-Y Hong, L Popa and P B Godfrey, "Jellyfish: Networking Data Centers Randomly," in Proc of USENIX Symposium on Network Design and Implementation (NSDI), 2012 [2] M Koibuchi, H Matsutani, H Amano, D F Hsu and a H Casanova, "A Case for Random Shortcut Topologies for HPC Interconnects," in in Proc of the International Symposium on Computer Architecture (ISCA), 2012 [3] V K Nguyen, N T.X.Le, M Koibuchi and I Fujiwara, "Distributed shortcut networks: Layout-aware low-degree topologies exploiting small-world effect," in Proc of the 42nd International Conference on Parallel Processing (ICPP-2013), 2013 [4] P Coteus, H R Bickford, T M Cipolla, P G Crumley, A Gara, S A Hall, G V Kopcsay, A P Lanzetta, L S Mok, R Rand, R Swetz, T Takken, P L Rocca, C Marroquin, P R Germann and M J Jeanson, "Packaging the Blue Gene/L supercomputer," IBM Journal of Research and Development, vol 49, no 2/3, p 213–248, Mar/May 2005 [5] J Kim, W J Dally and a D A S Scott, "Technology-Driven, Highly-Scalable Dragonfly Topology," Proc of the International Symposium on Computer Architecture (ISCA), pp 77-88, 2008 [6] "Top 500 supercomputer site," [Online] Available: http://www.top500.org [7] W D Dally and B Towles, Principles and Practices of Interconnection, San Francisco: Morgan Kaufmann, 2003 [8] T M Pinkston and J Duato, Appendix E of Computer Architecture: A Quantitative Approach, 4th ed., Elsevier Publishers, 2006 [9] W J Dally, "Performance analysis of k-ary n-cube interconnection networks," IEEE Transactions on Computers, vol 39, no 6, pp 775 - 785, June 1990 [10] J Duato, S Yalamanchili and L Ni, Interconnection Networks An Engineering Approach, San Francisco: Morgan Kaufmann, 2003 [11] J Mudigonda, P Yalagandula and J C Mogul, "Taming the Flying Cable Monster: A Topology Design and Optimization Framework for Data-Center Networks," in USENIX Annual Technical Conference (USENIX ATC'11), 2011 [12] HP, "Optimizing facility operation in high density data center environments, technoloogy brief," [Online] Available: http://h10032.www1.hp.com/ctg/Manual/c00064724.pdf 77 [13] J Kim, W J Dally and D Abts, "Flattened Butterfly : A Cost-Efficient Topology for High-Radix Networks," Proceedings of the International Symposium on Computer Architecture (ISCA), pp 126-137, May 2007 [14] "mellanox," [Online] Available: http://www.mellanox.com [15] "NAS Parallel Benchmarks," NASA Advanced Supercomputing Division, [Online] Available: http://www.nas.nasa.gov/publications/npb.html [16] "Himeno benchmark/Advanced center for Computing and Communication," Information Technology Center, RIKEN, [Online] Available: http://accc.riken.jp/2444.htm [17] D S Team, "SimGrid SMPI," July 2014 [Online] Available: http://simgrid.gforge.inria.fr/tutorials/simgrid-smpi-101.pdf [18] D Watts and S Strogatz, "Collective dynamics of small-world networks," Nature, vol 393, p 440–32, 1998 [19] J Kleinberg, "The small-world phenomenon: An algorithmic perspective," in STOC, 2000 [20] N T X Le, N T Truong and V K Nguyen, "Robust and Efficient Custom Routing for Interconnection Networks with Distributed Shortcut," International Journal of Distributed Systems and Technologies (IJDST), 2014 [21] F Silla and J Duato, "High-Performance Routing in Networks of Workstations with Irregular Topology," IEEE Transactionon Parallel Distributed System, vol 11, no 7, p 699–719, 2000 [22] N T.Truong, V K Nguyen, N T.X.Le, I Fujiwara, F Chaix and M Koibuchi, "Layout-aware Expandable Low-degree Topology," in IEEE International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS), Hsinchu, Taiwan, 2014 78 ... thuật định tuyến mạng DSN 47 Bảng 8: Giải thuật định tuyến mạng liên kết DSN α 53 Bảng 9:Chi tiết ba bước giải thuật định tuyến mạng liên kết DSN-α 53 Bảng 10: Giải thuật định tuyến. .. 4: Mạng liên kết 2D-Torus gồm 4x4 nút mạng 15 2.3 Tổng quan giải thuật định tuyến mạng Định tuyến trình trình lựa chọn đường để gói tin truyền từ nguồn tới đích mạng liên kết xác định Giải thuật. .. PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ CÔNG CỤ MÔ PHỎNG MẠNG LIÊN KẾT Trong chương này, người viết trình bày phương pháp công cụ đánh giá sử dụng trình thực nghiên cứu đề tài Với mục tiêu xây dựng mạng liên kết trao