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Integracion Intra-Data-Center y Red CentralIntegrada

La fgura 1 muestra una representacin de alto nivel del ncleo integradopropuesto y la red intra-data-center basado en HO! La red integradaproporciona tres tipos di"erentes de intercone#iones utili$ando unain"raestructura totalmente ptico unifcado y un plano de control comn! %lprimer tipo de intercone#in es entre servidores dentro del mismo centro dedatos& re"erido como una intercone#in intra-data-centro! %n la 'ig! 1 est(representado por una l)nea de puntos ro*a para destacar la trayectoria sobrela +ue los datos se env)an utili$ando el paradigma HO! %l segundo tipo deintercone#in entre servidores ubicados en di"erentes centros de datos! ,osre"erimos a ella como una intercone#in entre los datos del centro& y seutili$a una l)nea discontinua a$ul en la 'ig! 1 a indicar la ruta reali$a en el

dominio HO! %l tercer tipo de intercone#in es entre servidores dentro deun centro de datos y nodos de borde HO es decir& +ue proporciona lasintercone#iones de servidor a borde! .n e*emplo se indica en la 'ig! 1 poruna l)nea de slido de color verde para la ruta de HO!

Cabe se/alar +ue en la red integrado propuesto& los centros de datosprincipales y emplean el mismo plano de control unifcado! .n primerintento de un plano de control integrado para el intra-data-center y redescentrales de una nube portadora se 0a propuesto recientemente en 123!Los autores crean una prueba de concepto para un plano de controlintegrado basado en el mecanismo de la red defnida por so"t4are! in

embargo& la solucin propuesta todav)a se basa en inter"aces electrnicastradicionales entre los centros de datos y las redes centrales& y por lo tantono est( optimi$ado desde el punto de vista de la efciencia energ5tica! Conel fn de minimi$ar el consumo de energ)a& en este traba*o se propone unplano de control novedoso para intra-data-center y redes de ncleo basadoen el modelo de red HO se describe en 6& 113! e compone de dos capas&la eti+ueta multiprotocolo generali$ada de conmutacin 789:L; de la capade control y la capa de reenv)o HO! La capa de control 89:L se encargade confgurar y administrar la topolog)a de red virtual! e compone de tresblo+ues de construccin< enrutamiento& se/ali$acin y gestin de enlaces!La capa de reenv)o HO reali$a la agregacin de datos& programacin de

datos& y la reserva de recursos! %s compatible con tres mecanismosdi"erentes de transporte ptico& es decir& los circuitos& las e#plosiones ypa+uetes! La capa de reenv)o HO tiene la caracter)stica nica de emplearun pa+uete de control comn para la gestin de los tres paradigmas deconmutacin& lo +ue permite circuitos& e#plosiones& y los pa+uetes decompartir din(micamente los recursos pticos! %l uso de r("agas pticas encombinacin con pa+uetes y circuitos permite a la aplicacin din(mica dedi"erentes clases de servicio& dando lugar a una di"erenciacin efciente decalidad de servicio!

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A. HOS Red Central

La red central HO proporciona conectividad entre los di"erentes centros dedatos& as) como entre los centros de datos y redes I: legado! Como semuestra en la 'ig! 1& cada nodo en la red central HO incluye un interruptor

de la base HO! i el nodo est( situado en el borde de la red de ncleo HO&+ue est( e+uipado con un interruptor electrnico para la conectividad entredominios!

.n conmutador electrnico en el nodo de borde HO garanti$a lainteroperabilidad entre la red de ncleo y las redes I: legado! %n la direccin0acia la red central HO& el nodo de borde HO reali$a la clasifcacin deltr(fco y la agregacin de tr(fco! %n otras palabras& cada pa+uete I:entrante es clasifcado en base al valor del campo de punto de cdigo de

servicios di"erenciados en la cabecera I: y mapea sobre el mecanismo detransporte ptico m(s adecuado& como se describe en 63! %n la direccin0acia las redes I: e#istentes& el nodo de borde HO e#trae los pa+uetes I: yreali$a el enrutamiento I:! %l nodo de borde HO se divide en dos blo+ueslgicos& uno de los cuales consta de un interruptor electrnico para reali$arel enrutamiento I: y la segunda de las cuales incluye todos los componenteselectrnicos necesarios para 7i; reali$ar la agregacin de tr(fco y laclasifcacin en la direccin 0acia la HO red de ncleo y 7ii; reali$ar lae#traccin de pa+uetes I: en la direccin 0acia las redes I: legado! :arasimplifcar& nos re"eriremos a este blo+ue como blo+ue de agregacin detr(fco!

Conmutadores pticos de alta capacidad proporcionan conectividad dentrode la red principal! .n interruptor de la base HO puede lgicamentedividido en dos blo+ues de construccin& es decir& la lgica de controlelectrnico y la estructura de conmutacin ptica! La lgica de controlelectrnico se compone de tres blo+ues electrnicos de la aplicacin de lacapa de control 89:L& la capa de reenv)o HO& y la unidad de control delinterruptor! %l te*ido de conmutacin ptica se compone de dosconmutadores pticos de gran tama/o! .n conmutador ptico r(pido&basado en amplifcadores pticos semiconductores 7O=;& se encarga de la

transmisin de pa+uetes y r("agas cortas! .n conmutador ptico lento&basados en sistemas microelectromec(nicos 79%9;& se encarga de latransmisin de los circuitos y las r("agas largas! %n el blo+ue de te*ido deconmutacin ptica tambi5n incluimos los siguientes componentes activospticos< amplifcadores pticos 7O%=;& convertidores de longitud de ondasintoni$ables 7>?C;& e in"ormacin de control de e#traccin @ reinsercin7CI% @ R; blo+ues con el fn de compensar las p5rdidas de se/al encomponentes& reducir la probabilidad de blo+ueo& y codifcar la in"ormacinde control *unto con la carga til de datos en la misma portadora ptica&respectivamente!

:ara una descripcin detallada de la red de ncleo HO nos re"erimos a 63!

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B. HOS Intra-Data-Center Red

La red intra-data-center HO proporciona conectividad entre los servidores

dentro de un centro de datos y conecta los centros de datos a la red centralHO! %st( organi$ado en una de tres niveles de topolog)a "at-(rbol! %l primernivel consiste en 7>dR; interruptores electrnicos top-o"-racA! %n un centrode datos de gama alta convencional& los servidores se organi$an enbastidores& con cada racA de alo*amiento normalmente B servidores blade!Los >dR cambia interconectar los servidores dentro de un racA y conectarlos bastidores para el segundo nivel de la red intra-data-center& +ue secompone de los nodos de agregacin HO! Los nodos de agregacin HOreali$an las mismas "unciones en el interior de un centro de datos comonodos de borde HO en la red central HO! %n particular& en la direccin0acia el ncleo de la red& los nodos de agregacin HO reali$an la

clasifcacin del tr(fco y agregacin de tr(fco& mientras +ue en la direccin0acia los servidores de centros de datos& los nodos de agregacin HOe#traer los pa+uetes I: y reali$ar el enrutamiento I:! Los nodos deagregacin HO consisten en los mismos blo+ues de construccin lgicoscomo los nodos de borde HO! La principal di"erencia entre el borde HO ynodos de agregacin HO es +ue los nodos de borde HO tambi5n podr)anincluir los servidores de cac05 de v)deo& +ue se elaboran en la eccin III! %ltercer nivel de la red intra-data-centro est( representado por un nico nodocentral HO grande! %ste nodo tiene e#actamente la misma ar+uitectura+ue el interruptor de la base HO utili$ado en la red central! :ara m(sdetalles nos re"erimos a 113!

%D8% C=CH%

:ara evaluar el impacto de los servidores de cac05 de v)deo distribuidas enel intra-data-centro integrado propuesto y red HO ncleo& e#tendemos laar+uitectura nodo de borde HO describe en la eccin II a fn de incluir losservidores de cac05 de v)deo! La ar+uitectura e#tendida de nodos de bordeHO con servidores de cac05 se muestra en la 'ig! ! e puede lgicamente

dividido en tres blo+ues de construccin! Dos de ellos ya 0an sidomencionados en la eccin II& a saber& el blo+ue de interruptoreselectrnicos y el blo+ue de agregacin de tr(fco! %l primero se incluye elinterruptor& el mdulo 89:L& y las tar*etas de l)nea de entrada electrnicos&mientras +ue el segundo blo+ue comprende el clasifcador& elacondicionador& el ensamblador& el asignador de recursos& y el e#tractor depa+uetes! %l ltimo blo+ue& lo +ue representa una e#tensin de laar+uitectura presentada previamente en6& 113& est( relacionada con lasoperaciones de almacenamiento en cac05 y consiste en el rastreador decontenido& el interruptor >dR& y los servidores de cac05 de v)deo! %lrastreador de contenido interacta con el plano de control HO con el fn de

reali$ar un seguimiento de todo el contenido de v)deo dentro de los

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servidores de cac05& el proceso de las solicitudes de v)deo entrantes yactuali$ar los servidores de cac05!

Como ya se mencion en la seccin I& el impacto de los servidores de cac05distribuida en la efciencia energ5tica de la red ya 0a sido abordado enestudios anteriores 1 - 1E3& se centr principalmente en las redesconmutadas electrnicos! La ra$n de ser de estas obras es +ue losservidores de cac05 distribuida reducir la carga de tr(fco& lo +ue lleva a unmenor nmero de puertos de conmutacin electrnicos utili$ados en lasredes centrales e intra-data-center! in embargo& los dispositivos deconmutacin electrnicos disponibles en el mercado 0oy en d)a noimplementan din(mica de descone#in de los puertos& y por lo tanto suconsumo de energ)a es casi independiente de la carga de tr(fco! e 0anpropuesto t5cnicas para cambiar din(micamente de las tar*etas de l)nea7CL; en 1& 163&pero su efcacia en escenarios de red reales an no se 0ademostrado! De 0ec0o& la programacin de la descone#in de las CL en unared de conmutacin de pa+uetes es una tarea muy di")cil debido a lanaturale$a estoc(stica del tr(fco& y por lo general el tiempo entre llegadasentre dos pa+uetes sucesivos es muy pe+ue/a! La novedad de nuestroen"o+ue consiste en aplicar el concepto de almacenamiento en cac05 a unared HO& donde suponemos +ue todos los componentes pticos 7en el te*idode conmutacin ptica de los nodos centrales HO; se desactivan cuandoest(n inactivos! %sto no es tan di")cil como apagar los puertos deconmutacin electrnica 63! De 0ec0o& con dos interruptores pticosparalelos& slo uno tiene +ue estar activo para garanti$ar el tr(fco de unpuerto en particular en un momento determinado! =dem(s& en una red HO&circuitos y r("agas est(n programadas a priori =s)& el tr(fco entrante es

m(s predecible +ue en un pa+uete de red conmutada tradicional& es decir&uno donde el tr(fco se procesa en una base! IF pa+uete por pa+uete!

9OD%LI,8 =::RO=CH

%n esta seccin& se describen los supuestos utili$ados para modelar yevaluar el desempe/o del intradata-centro y ncleo de la red HO integradopropuesto con el almacenamiento en cac05 de borde! %n primer lugar& sepresenta el modelo de consumo de energ)a& seguido de la descripcin del

escenario de red de re"erencia& y fnalmente se introducen los par(metrosde rendimiento!

A. Consumo de energa Modelo

%l consumo total de energ)a de la red integrada de ncleo y intra-data-centro HO est( dada por la suma de la potencia consumida por cada nodoen la red central 7: i ,ode; y la potencia consumida por los centros de datos7: * DC;

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donde , es el nmero de nodo de los nodos en la red central y DC , es elnmero de centros de datos! Cada nodo en la red central HO reali$a ambas"unciones de borde y el ncleo! %l consumo de energ)a del >H nodo i en lared se determina por

donde : i %dge es el consumo de energ)a de la i G parte del borde HO y : iCore es el consumo de energ)a del orden i conmutador central HO! %l

consumo de energ)a de la i G parte del borde HO est( dada por la suma delconsumo de energ)a de sus blo+ues de construccin 7eccin II;