[论文解读] 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 8

一句话总结

GreyFiber 提出了一种类似云的服务，通过光纤交换拍卖系统，实现数据中心和机柜托管设施之间按需、灵活的广域光纤连接配置。该系统可实现快速电路建立——在一分钟内完成50条电路的配置——与OSPF相比，备份路径配置时间缩短了28倍，证明了作为服务的动态高性能网络连接在技术上的可行性。

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.

研究动机与目标

• 解决传统波分复用和暗光纤模式在应对现代云和企业工作负载中动态、不可预测的带宽需求时的僵化问题。
• 克服静态路由和固定网络拓扑在处理广域网中突发性、高吞吐量数据传输时的局限性。
• 使基础设施提供商能够通过基于市场的拍卖系统实现按需访问，将光纤连接作为类似云计算的资源服务。
• 设计并构建一个原型系统，支持在不同时间尺度下（包括故障恢复）快速配置光路。
• 在真实测试平台（GENI 和 CloudLab）上评估系统的性能、可扩展性和运行开销，以验证其在生产环境部署的可行性。

提出的方法

• 实现一个光纤交换平台，使竞标者可通过广义第二价格（GSP）拍卖机制竞争未使用的光纤路径。
• 与SDN控制器集成，通过集中式联合控制光层和网络层，动态配置光路。
• 使用可线性扩展的电路配置引擎，通过与底层基础设施的深度集成，最小化配置延迟。
• 在GENI和CloudLab测试平台上部署原型系统，评估其在真实环境下的性能，包括故障恢复和可扩展性。
• 测量配置延迟、开销和故障恢复性能，并与传统的基于OSPF的备份路径配置方法进行对比。
• 分析成本、定价和部署模式，评估广域连接作为服务的长期可行性与市场潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于市场的拍卖系统是否能够实现类似云资源配置的、灵活的、按需访问未使用光纤路径的能力？
• RQ2 GreyFiber的配置延迟如何随网络链路数量和电路复杂度变化而变化？
• RQ3 与传统路由协议（如OSPF）相比，GreyFiber在发生网络故障时能将备份路径配置时间缩短多少？
• RQ4 底层网络基础设施对动态光纤配置系统中电路创建的开销和性能有何影响？
• RQ5 GreyFiber在真实部署中作为可扩展、可靠的广域连接即服务（CaaS）平台是否切实可行？

主要发现

• 在测试平台上，GreyFiber在1分钟内成功配置了50条光路，证明其配置延迟与链路数量呈线性关系。
• GreyFiber的备份路径配置速度比基于OSPF的恢复快28倍，显著减少了网络故障期间的停机时间。
• 电路创建时间高度依赖于底层物理基础设施，表明低层级集成对于最小化延迟至关重要。
• 系统的开销与网络基础设施紧密耦合，表明通过与光层硬件更深层次集成可进一步提升性能。
• 原型系统表明，实时、基于拍卖的光纤路径访问是可行的，能够支持对低延迟和高可靠性有严格要求的关键任务应用。
• 结果支持GreyFiber作为广域连接即服务的基础平台的可行性，具有与云和企业网络生态系统集成的潜力。