2013/2/1 Seminar Keiichi  Maeda  

Bcube: A High Performance, Server-centric Network Architecture for Modular Data Centers

•  The  Paper  published  in  ACM  SIGCOMM  ’09  by  Microso>  Research  Asia.  •  Designed  for  shipping-­‐container  based  modular  data  centers.  •  Server-­‐centric  Network  Architecture  

•  Server  act  as  •  End  hosts  •  Relay  nodes  for  each  other  

•  Use  Low-­‐end  commodity  switches  

•  Layer  structure  •  Graceful  performance  degradaNon  as  servers  or  switches  fail.

Bcube structure

000 001 002 010 011 012 020 021 022 100 101 102 110 111 112 120 121 122 200 201 202 210 211 212 220 221 222

Level  0

Level  1

Level  2

Switch

Server

Bcube Address (baddr)

•  Every  server  connect  directly  every  level  switch.  • Bcube  use  Bbube  address  (baddr)  to  denote  a  server.  

•  Use  digit  array.  (Example:  120)  •  Array  length  is  layer  number.  •  Every  digit  mean  port  number  index  of  each  level  switch.  

•  Two  servers  are  neighbors  if  they  connect  to  the  same  switch.  •  The  Hamming  distance  of  two  neighboring  servers  is  one.  

•  202  and  222  are  neighbors.  

Single-path Routing /*  A=akak−1  ·∙·∙·∙a0  and  B=bkbk−1  ·∙·∙·∙b0;  A[i]  =  ai;  B[i]  =  bi;    Π  =  [πk,πk−1,·∙·∙·∙  ,π0]  is  a  permutaNon  of  [k,k  −  1,·∙·∙·∙  ,1,0]    */    BCubeRouNng(A,  B,  Π):    path(A,  B)  =  {A,  };  I_Node  =  A;  for(i  =  k;i  ≥  0;i−−)    if  (A[πi]  ̸=  B[πi])  I_Node[πi]  =  B[πi];  append  I  Node  to  path(A,B);    return  path(A,  B)    

BCubeRou(ng  to  find  a  path  from  A  to  B.  The  algorithm  corrects  one  digit  at  one  step.  The  digit  correc(ng  order  is  decided  by  the  predefined  permuta(on  Π.    

Path from 000 to 222 ０００→２００→２２０→２２２

000 001 002 010 011 012 020 021 022 100 101 102 110 111 112 120 121 122 200 201 202 210 211 212 220 221 222

Level  0

Level  1

Level  2

Switch

Server

• MulN-­‐paths    •  There  are  k(=Max  Level)  +1  parallel  paths  between  any  two  servers  in  Bcube.  

•  h(A,B)  paths  are  the  first  categories.  •  k  +  1  –  h(A,B)  are  the  second  categories.      

• Bcube  Source  RouNng  (BSR)  •   use  Source  RouNng.

Implementation

• We  have  prototyped  the  BCube  architecture  by  designing  and  implemenNng  a  BCube  protocol  stack.  We  have  implemented  the  stack  as  a  kernel  driver  in  the  Windows  Servers  2003  and  2008.  

•   The  BCube  stack  locates  between  the  TCP/IP  protocol  driver  and  the  Ethernet  NDIS  (Network  Driver  Interface  SpecificaNon)  driver.    

•  TCP/IP  applicaNons  are  compaNble  with  Bcube.  •  Each  packet  includes  a  BCube  header  between  the  Ethernet  header  and  IP  header.