Favoriser la Performance et la Fiabilité : Contrôle de Flux basé sur les Priorités dans les Réseaux de Centres de Données

Les réseaux des centres de données sont confrontés à la tâche exigeante de gérer efficacement divers types de trafic, notamment les transferts de données à grande vitesse, les communications en temps réel et le trafic de stockage. Dans ce contexte, le contrôle de flux basé sur la priorité (PFC) apparaît comme une solution transformatrice. Le PFC révolutionne le paysage des centres de données en permettant la hiérarchisation et l'allocation efficace des ressources du réseau.

Raisons de la Congestion du Réseau dans les Centres de Données

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles la congestion peut se produire dans un centre de données, mais trois des raisons les plus critiques et les plus courantes sont les suivantes :

Conception asymétrique de la largeur de bande

Si l'architecture du réseau du centre de données adopte une conception asymétrique de la largeur de bande, c'est-à-dire si les largeurs de bande de la liaison montante et de la liaison descendante ne sont pas cohérentes, une congestion peut se produire au niveau de l'interface en amont si le débit total des paquets provenant des serveurs en aval dépasse la largeur de bande totale de la liaison en amont.

Fabric Architecture with ECMP

Dans les réseaux actuels des centres de données, l'architecture Fabric est largement adoptée, qui utilise Equal-Cost Multipath (ECMP) pour créer plusieurs chemins équivalents à charge équilibrée. Toutefois, ce processus ne tient pas compte du fait que le chemin sélectionné est lui-même encombré, ce qui peut aggraver l'encombrement sur le chemin choisi.

Incast TCP

TCP Incast fait référence au modèle de communication Many-to-One dans les centres de données, qui se produit fréquemment dans la tendance des centres de données basés sur l'informatique en nuage. Il est particulièrement répandu dans les applications de stockage et de calcul distribuées telles que Hadoop, MapReduce et HDFS. Comme le montre le schéma ci-dessous, lorsqu'un serveur parent envoie une requête à un groupe de nœuds, tous les nœuds de la grappe reçoivent la requête simultanément et y répondent presque en même temps. Tous les nœuds envoient donc simultanément des flux de données TCP au serveur parent, ce qui provoque une congestion due à une mise en mémoire tampon inadéquate au niveau du port de sortie du commutateur connecté au serveur parent.

Qu'est-ce que le contrôle de flux basé sur les priorités ?

Le contrôle de flux basé sur la priorité (PFC) est un mécanisme de contrôle de flux à granularité fine, défini dans le document standard IEEE 802.1Qbb comme une amélioration du mécanisme traditionnel de pause du contrôle de flux. Le PFC fournit différents services basés sur la priorité et peut résoudre le conflit entre les mécanismes traditionnels de contrôle de flux Ethernet et cette exigence. Il s'agit d'une fonction des commutateurs des centres de données qui améliore l'efficacité en donnant la priorité au trafic. Le PFC fonctionne au niveau 2 de la pile de protocoles Ethernet et peut s'intégrer de manière transparente dans l'infrastructure réseau existante.

Quel est le principe de fonctionnement du PFC ?

Le PFC fonctionne en identifiant des classes de trafic et en leur donnant des priorités dans le réseau. L'objectif est de s'assurer que le trafic prioritaire est transmis en premier, tandis que le trafic moins prioritaire est mis en pause pour éviter les encombrements.

En cas d'encombrement du réseau, le PFC maintient l'espace tampon disponible, ce qui évite la perte de paquets et garantit une transmission fiable des données. Pour ce faire, il envoie une trame de pause à un périphérique du réseau, comme un switch ou une carte d'interface réseau. Cette trame de pause notifie à l'appareil d'arrêter de transmettre des données d'une priorité particulière, ce qui permet de résoudre efficacement le problème de congestion.

La hiérarchisation des classes de trafic fournie par la PFC est particulièrement bénéfique dans les réseaux partagés, où les récepteurs peuvent signaler la congestion aux expéditeurs. Lorsqu'une congestion est détectée, le récepteur peut déclencher une demande de pause, demandant à l'expéditeur d'interrompre temporairement la transmission des données. Ce mécanisme permet d'optimiser le flux de trafic et d'éviter de nouvelles congestions dans le réseau.

Dans l'ensemble, le PFC est un outil essentiel pour gérer efficacement le trafic de stockage, les charges de travail mixtes et les diverses applications au sein des réseaux de centres de données. En garantissant que le trafic prioritaire est traité en priorité et que la congestion est gérée efficacement, le PFC contribue à améliorer l'efficacité des centres de données et les performances globales du réseau.

Conclusion

Dans le monde en constante évolution des réseaux de centres de données, il est essentiel de gérer efficacement les différents types de trafic afin de garantir des performances et une fiabilité optimales. La mise en œuvre de la PFC dans les switchs de centres de données et les performances globales du réseau en donnant la priorité au trafic et en résolvant les problèmes d'encombrement. Alors que les centres de données continuent d'évoluer et de gérer des charges de travail de plus en plus exigeantes, le PFC joue un rôle crucial dans l'amélioration de l'efficacité et le maintien des performances de ces infrastructures critiques.