Asymmetry-Aware Load Balancing With Adaptive Switching Granularity in Data Center

计算机科学 粒度 网络拓扑 拓扑(电路) 负载平衡(电力) 网络数据包 分布式计算 不对称 计算机网络 并行计算 算法 数学 网格 操作系统 组合数学 几何学 物理 量子力学
作者
Jingling Liu,Jiawei Huang,Weihe Li,Jianxin Wang,Tian He
出处
期刊:IEEE ACM Transactions on Networking [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31 (3): 1145-1158 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tnet.2022.3208201
摘要

Datacenter networks provide large bisection bandwidth by load balancing traffic over rich parallel paths in multi-rooted tree topologies. Nevertheless, production datacenters operate under various path diversities caused by traffic dynamics, hardware failures and heterogeneous switching equipment. Therefore, the load balancing schemes in data center should be resilient to network asymmetry. Prior fine-grained schemes such as RPS and Presto are prone to experience packet reordering problem under asymmetric topology since they split flows into small units which are spread across all parallel paths. The coarse-grained solutions such as ECMP and LetFlow effectively avoid packet reordering, but easily leading to under-utilization of multiple paths. To solve these problems, we propose a load balancing mechanism called AG, which adaptively adjusts switching granularity according to the asymmetric degree of multiple paths. AG increases switching granularity to alleviate packet reordering under large degrees of topology asymmetry, while reducing switching granularity to obtain high link utilization under small degrees of topology asymmetry. Moreover, we design a switch-based scheme which measures the difference of one-way delay of multiple paths to obtain accurate state of topology asymmetry with low overhead. AG is a practical switch-based solution without modification at end hosts. The experimental results of NS2 simulations and real implementation show that AG reduces the average and $99^{th}$ flow completion time by up to 54% and 65% compared with the state-of-the-art load balancing schemes, respectively.
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