MTS-PolKA : divisão de tráfego multicaminhos em proporção de peso com roteamento na fonte

A crescente demanda por eficiência em redes de datacenters motivou a pesquisa sobre métodos inovadores de otimização de tráfego. As abordagens tradicionais, como ECMP (Equal-Cost Multi-Path) e WCMP (Weighted-Cost Multi-Path), apresentam limitações significativas na adaptação a flutuações de tráfego, resultando em subutilização de recursos e ineficiências operacionais. Já o MP-TCP (MultiPath TCP), que divide cada fluxo em vários subfluxos na camada TCP para melhorar a utilização da largura de banda e a resiliência, enfrenta desafios relacionados à complexidade na coordenação de subfluxos e ao aumento da sobrecarga de controle. Diante desse cenário, a dissertação propõe o MTS-PolKA, uma solução inovadora que combina Multipath Traffic Splitting (MTS) com o protocolo de roteamento PolKA (Polynomial Key-based Architecture). A versão modificada, M-PolKA, em que o M refere-se a Multipath, permite a exploração dinâmica de multicaminhos por meio de rótulos (routeIDs e weightID) inseridos nos cabeçalhos dos pacotes, possibilitando ajustes em tempo real sem a necessidade de reconfigurações complexas nos switches. Essa capacidade de dividir e distribuir o tráfego de maneira eficiente entre diferentes rotas maximiza o uso da infraestrutura de rede e melhora o desempenho geral. A proposta se baseia no roteamento na fonte, empregando um Protocolo M-PolKA modificado e um sistema numérico de resíduos, o que possibilita o roteamento de fonte sem armazenamento de estado e sem alterações nos hosts finais. O MTS-PolKA destaca-se pela agilidade na reconfiguração de caminhos e pesos, permitindo que a origem do tráfego selecione perfis de divisão de forma eficiente e flexível. Os resultados obtidos através de experimentos demonstram a eficácia do MTS-PolKA, evidenciando melhorias significativas no desempenho e na eficiência das redes de datacenters. A solução não apenas otimiza a distribuição de tráfego, mas também oferece flexibilidade e estabilidade, apresentando-se como uma contribuição valiosa para a engenharia de tráfego em ambientes complexos. Assim, a pesquisa reafirma a importância de inovações na engenharia de tráfego para atender às crescentes demandas da área.

The growing demand for efficiency in data center networks has driven research into innovative traffic optimization methods. Traditional approaches, like ECMP (Equal- Cost Multi-Path) and WCMP (Weighted-Cost Multi-Path), have significant limitations in adapting to traffic fluctuations, leading to resource underutilization and operational inefficiencies. On the other hand, MP-TCP (MultiPath TCP), which breaks each flow into multiple sub-flows at the TCP layer to enhance bandwidth usage and resilience, faces challenges related to the complexity of coordinating sub-flows and increased control overhead. In light of this scenario, the thesis proposes MTS-PolKA, an innovative solution that combines Multipath Traffic Splitting (MTS) with the PolKA (Polynomial Key-based Architecture) routing protocol. The modified version, M-PolKA, where the M stands for Multipath, enables the dynamic exploration of multiple paths through labels (routeIDs and weightID) inserted in the packet headers, allowing for real-time adjustments without the need for complex reconfigurations on switches. This ability to effectively split and distribute traffic across different routes maximizes network infrastructure utilization and improves overall performance. The proposal is based on source routing, employing a modified M-PolKA Protocol and a numerical residue system, facilitating source routing without state storage and without changes to the end hosts. MTS-PolKA stands out for its agility in (re)configuring paths and weights, enabling traffic sources to efficiently and flexibly select splitting profiles. Results obtained through experiments demonstrate the effectiveness of MTS-PolKA, highlighting significant improvements in performance and efficiency in data center networks. The solution not only optimizes traffic distribution but also offers flexibility and stability, making it a valuable contribution to traffic engineering in complex environments. Thus, the research reaffirms the importance of innovations in traffic engineering to meet the increasing demands in the field.