Network as a memory

Network as a Memory

Kernel/VM 探検隊 11th

今日の話

• ネットワークをメモリとして活用しよう！–ネットワーク帯域は死ぬほど余ってる…–パケット送信した 10 分後とかに勝手に相手

に届いたりしないかな…• 〜でできるじゃん．は禁止• 思いついたきっかけ– Fastpass: A Centralized “Zero-Queue” Datacenter

Network.@SIGCOMM2014

2ほぼ実用性のない話！

FastPass

3

FastPass

4

FastPass

5経路上のキューの集合がデータを保持

登場人物

6

登場人物

7

Ethernet

水銀遅延線

水銀遅延線

8

水銀の入った筒電気 / 超音波

変換器

電気 / 超音波

変換器

Data_t3

保存しておきたいデータはループさせ筒の中を巡回

Data_t0 超音波パルス Data_t2

電気信号電気信号水銀中を超音波パルスが伝搬している状態でデータを表現（当時は電気をそのままバッファリングするのが困難）

水銀中の音速 = 1.5m/sec, 筒の長さも 1.5m とすると，端から端まで届くのに約１秒両端の圧電素子の周波数（パルス長さ）で保存できるデータ量が決まる

遅延記憶装置

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遅延記憶装置イメージ

• 送信して，相手に届くまではネットワーク自体が状態を保持している

• 取り出したいタイミングで宛先に届ける

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任意の遅延を与えられる伝送媒体

送りたい情報

光ネットワークにおける遅延線

• 実際に光バッファとして遅延線が今も現役–光のままデータを保持したいニーズ–水銀 -> ファイバ　 , 音波 -> 光–遅延時間 -> ファイバ長さ , 周回数 s など

• 詳しくないので詳細は検索してね

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Ethernet ではどうなのか ( 電気 )

• 転送は Store and Forward–エンドツーエンド通信中は経路上のバッファの

どこかにデータがいる–基本的には相手に届いてしまう• 遅延 * 帯域 = メモリ容量？

• メモリとして使うための要件–ネットワーク中に長くパケットを留まらせる

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Ethernet ではどうなのか ( 電気 )

• 転送は Store and Forward–エンドツーエンド通信中は経路上のバッファの

どこかにデータがいる–基本的には相手に届いてしまう• 遅延 * 帯域 = メモリ容量？

• メモリとして使うための要件–ネットワーク中に長くパケットを留まらせる

13ループさせれば良さそう

Ethernet 上でのループ

• 自律分散の世界におけるループ＝死• 集中制御ならいけそう -> OpenFlow

• 制御の方針–ネットワーク上に閉ループを意図的に構成–保持しておきたいデータはそこで回しておく–必要になったら取り出し

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OpenFlow

• Match( 何が来たら )– Src/Dst IP,MAC addr– Ingress port– VLAN,MPLSTag

• Action( どうする )– Output PortX– Drop Packet– Modify header

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OpenFlow Controller

転送ルールの設定

OpenFlow Switch

OpenFlow Switch

OpenFlow Switch

Packet

イメージ図

• コントローラから集中制御でループを構成–任意の遅延を持ったネットワークを作る–単一ホストでメモリとして使う

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Packet

OpenFlow Controller

ループを作ってパケットを保持

1. ループを意図的に作る2. ループへの入り口 / 出口を作る

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PacketADestIP:10.0.2.0

10.0.1.0 10.0.2.0

p1 p1

p1

p2

p2

p2

p3

p3p3

Match Inport:p3 DestIP:10.0.2.0Action Output:p1



ループへのパケットの入力

1. ループを意図的に作る2. ループへの入り口 / 出口を作る

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10.0.1.0 10.0.2.0

p1 p1

p1

p2

p2

p2

p3

p3p3


ループからのパケットの取り出し

1. 任意のタイミング（ルールの変更）2. 任意の時間での取り出し（ハードタイム

アウトとプライオリティ）

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10.0.1.0 10.0.2.0

p1 p1

p1

p2

p2

p2

p3

p3p3


脱出用エントリMatch Inport:p1 DestIP:10.0.2.0Action Output:p2

ループ用エントリ

ループ脱出の方法1. 任意のタイミング（ルールの変更）2. 任意の時間での取り出し　　（ハードタイムアウトとプライオリティ）

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10.0.1.0 10.0.2.0

p1 p1

p1

p2

p2

p2

p3

p3p3

Match Inport:p1 DestIP:10.0.2.0Action Output:p3Priority:0

Match Inport:p1 DestIP:10.0.2.0Action Output:p2Priority:1Hard_timeout:600

ループ用エントリ

脱出用エントリ

メモリとしての利用• FUSE でファイルシステム作成–ファイル名を OpenFlow のマッチ条件にエン

コード–格納されたデータをファイル名をエンコード

したヘッダを持つパケットとしてループさせる

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1. ファイル名

2. 書き込まれたデータ

1.MatchFieldとしてエンコードされたファイル

名2. 書き込まれたデータ

https://www.nic.ad.jp/ja/newsletter/No52/0800.html より引用

実際に動くの？

• 動くけどスイッチがめちゃくちゃ熱くなる–体験したい場合はその辺の L2 スイッ

チをループさせてみよう• サーバ単体でも netns+openvswitch で試せます• FUSE 実装が未完了なのでそのうち

github に 22

おわりに

今後の課題• 有益なユースケースを考える -> ない• QoS別キューや適切なポリサーを使ってレートコントロールできれば熱くならない？

作ってみて思ったこと• トークンのないリングバスにも見える• 例えば宛先が決まらないうちにパケット

をアウトオブオーダーで投げるとかに使える？ 23

宣伝

• 6/20 に NSDI の読み会をやる予定なので興味ある人いたら声をかけて下さい！

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Engineering

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