[論文レビュー] GreyFiber: A System for Providing Flexible Access to Wide-Area Connectivity

Ramakrishnan Durairajan, Paul Barford+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2018

Advanced Optical Network Technologies参考文献 23被引用数 8

ひとこと要約

GreyFiber は、ファイバーエクスチェンジオークションシステムを通じて、データセンターやコロケーション施設間での広域ファイバーオプティカル接続をオンデマンドで柔軟にプロビジョニングできるクラウド型サービスを提案する。50回の回路設定が1分未塔で実現可能であり、OSPFと比較してバックアップ経路のプロビジョニング時間を28倍速くする。これは、動的で高性能なネットワーク接続サービスとしての実現可能性を示している。

ABSTRACT

Access to fiber-optic connectivity in the Internet is traditionally offered either via lit circuits or dark fiber. Economic (capex vs. opex) and operational considerations (latency, capacity) dictate the choice between these two offerings, but neither may effectively address the specific needs of modern-day enterprises or service providers over a range of use scenarios. In this paper, we describe a new approach for fiber-optic connectivity in the Internet that we call GreyFiber. The core idea of GreyFiber is to offer flexible access to fiber-optic paths between end points (e.g., datacenters or colocation facilities) over a range of timescales. We identify and discuss operational issues and systems challenges that need to be addressed to make GreyFiber a viable and realistic option for offering flexible access to infrastructure (similar to cloud computing). We investigate the efficacy of GreyFiber with a prototype implementation deployed in the GENI and CloudLab testbeds. Our scaling experiments show that 50 circuits can be provisioned within a minute. We also show that backup paths can be provisioned 28 times faster than an OSPF-based solution during failure/maintenance events. Our experiments also examine GreyFiber overhead demands and show that the time spent in circuit creation is dependent on the network infrastructure, indicating avenues for future improvements.

研究の動機と目的

• 現代のクラウドおよびエンタープライズワークロードが抱える動的で予測不能な帯域幅需要に対応できない従来のライトインジケータ（lit）およびダークファイバー（dark）モデルの不柔軟性を是正する。
• 広域ネットワークを横断するバースト性が高く大量のデータ転送を伴うトラフィックを処理するにあたり、静的ルーティングおよび固定ネットワークトポロジの制限を克服する。
• 市場ベースのオークションシステムを通じたオンデマンドアクセスにより、インfraストラクチャプロバイダーがファイバ接続をクラウドコンピューティングに似たユーティリティとして提供できるようにする。
• さまざまな時間スケール（故障回復を含む）での光回路の迅速なプロビジョニングを可能にするシステムを設計・プロトタイピングする。
• 実際のテストベッド（GENI および CloudLab）における性能、スケーラビリティ、運用オーバーヘッドを評価し、本番環境への導入可能性を検証する。

提案手法

• 一般化された2番目価格オークション（GSP）メカニズムを用いて、入札者が未使用のファイバパスを競り合うことができるファイバーエクスチェンジプラットフォームを実装する。
• SDNコントローラーと統合し、光層とネットワーク層を統合制御することで、物理層を横断する動的光回路の設定を可能にする。
• リンク数に比例してスケーリングする回路プロビジョニングエンジンを採用し、低レベルのインfraストラクチャ統合により設定遅延を最小限に抑える。
• GENI および CloudLab テストベッドにプロトタイプを展開し、故障回復やスケーリングを含む実世界の条件下での性能を評価する。
• プロビジョニング遅延、オーバーヘッド、フェイルオーバー性能を測定し、従来の OSPF ベースのバックアップ経路プロビジョニングと比較する。
• コスト、価格設定、展開モデルを分析し、広域接続をサービスとして提供する長期的実現可能性と市場競争力の評価を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 市場ベースのオークションシステムは、クラウドリソースプロビジョニングに似た形で、ネットワークエンドポイント間の未使用ファイバパスに対する柔軟でオンデマンドのアクセスを可能にするか？
• RQ2 GreyFiber のプロビジョニング遅延は、ネットワークリンク数および回路の複雑さにどのようにスケーリングするか？
• RQ3 ネットワーク障害発生時における、GreyFiber が従来のルーティングプロトコル（例：OSPF）と比較して、バックアップ経路のプロビジョニング時間をどの程度短縮できるか？
• RQ4 下位のネットワークインfraストラクチャが、動的ファイバープロビジョニングシステムにおける回路作成のオーバーヘッドおよびパフォーマンスに及ぼす影響は何か？
• RQ5 実世界の展開において、GreyFiber はスケーラブルで信頼性の高い広域接続をユーティリティサービスとして提供するための実現可能なプラットフォームとしてどれほど妥当か？

主な発見

• テストベッドにおいて、GreyFiber は50本の光回路を1分未塔で正常にプロビジョニングし、リンク数に比例する線形スケーラビリティを実証した。
• GreyFiber におけるバックアップ経路のプロビジョニングは、OSPFベースの回復と比較して28倍速く、ネットワーク障害時のダウンタイムを顕著に短縮した。
• 回路作成時間は、下位の物理インfraストラクチャに強く依存しており、低レベルの統合が遅延最小化に不可欠であることを示している。
• システムのオーバーヘッドはネットワークインfraストラクチャと密接に結びついており、光層ハードウェアとのより深い統合によってパフォーマンス向上が達成可能であることを示唆している。
• プロトタイプは、リアルタイムでオークション駆動のファイバパスアクセスが実現可能であり、低遅延かつ高信頼性を要するミッションクリティカルなアプリケーションをサポートできることを示した。
• 結果は、GreyFiber が広域接続をサービスとして提供する基盤となるプラットフォームとしての妥当性を支持しており、クラウドおよびエンタープライズネットワーキングエコシステムへの統合の可能性を示している。