Adaptive Routing in AI/ML Workloads

Inhaltsverzeichnis

🌐 Einführung in die ARS-Technologie

• Was ist ARS?
• Warum brauchen wir ARS?
• Herausforderungen in der heutigen Netzwerklandschaft
• Aktuelle Methoden zur Netzwerkbelastungsbewältigung

🛠️ Adaptive Routing und Switching: Eine Lösung für moderne Netzwerke

• Grundlagen adaptiver Routenwahl
• Mikroflows und Makroflows
• Adaptive Routing auf Mikro- und Makroflow-Ebene
• Dynamische Pfadzuweisung
• Reaktion auf Linkausfälle
• Primäre und alternative Pfade

⚙️ Implementierung und Funktionsweise von ARS

• Beteiligte Links und ihre Normalisierung
• Gewichtszuweisung für Last- und Zukunftslast
• Algorithmus und Quantisierung in der Hardware
• Zustandsverwaltungstabelle

📈 Konzeptioneller Paketfluss in ARS

• Identifizierung von Mikroflows
• Hashing und Zuweisung zu Makroflows
• Dynamische Pfadwahl basierend auf Linkqualität
• Funktionsweise der ECMP-Gruppen

Einführung in die ARS-Technologie

In der Welt des Netzwerkings wird die adaptive Routing- und Switching-Technologie (ARS) zunehmend zu einem zentralen Thema. Doch was genau verbirgt sich hinter ARS?

Was ist ARS?

ARS steht für Adaptive Routing und Switching, was im Wesentlichen bedeutet, dass Router und Switches in der Lage sind, Daten basierend auf den aktuellen Bedingungen des Kommunikationsnetzes innerhalb eines Systems zwangsläufig auf einen anderen Pfad umzuleiten.

Warum brauchen wir ARS?

Die heutige Netzwerklandschaft steht vor einer Vielzahl von Herausforderungen, darunter die steigende Nachfrage nach geringer Latenz und hoher Netzwerkzuverlässigkeit. Traditionelle Routing- und Switching-Techniken stoßen an ihre Grenzen, insbesondere angesichts der Einführung von KI- und ML-Workloads.

Herausforderungen in der heutigen Netzwerklandschaft

Die zunehmende Komplexität und Belastung moderner Netzwerke erfordert neue Ansätze zur Bewältigung von Herausforderungen wie Überlastung, Paketverlust und Ausfallsicherheit.

Aktuelle Methoden zur Netzwerkbelastungsbewältigung

In der aktuellen Praxis werden verschiedene Techniken wie ECMP und Traffic Engineering eingesetzt, um die Netzwerklast zu verteilen und Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Diese Methoden stoßen jedoch an ihre Grenzen, insbesondere bei steigender Netzwerklast und Linkausfällen.

Adaptive Routing und Switching: Eine Lösung für moderne Netzwerke

Im Folgenden werden die Grundlagen und die Funktionsweise adaptiver Routenwahl und -umschaltung näher erläutert.

Grundlagen adaptiver Routenwahl

ARS ermöglicht die dynamische Anpassung von Routen basierend auf aktuellen Netzwerkbedingungen, wodurch eine effizientere Nutzung von Netzwerkressourcen und eine verbesserte Leistung erreicht werden.

Mikroflows und Makroflows

Die Unterscheidung zwischen Mikroflows (einzelne Datenpakete) und Makroflows (zusammengefasste Datenströme) ist entscheidend für das Verständnis adaptiver Routingentscheidungen.

Adaptive Routing auf Mikro- und Makroflow-Ebene

ARS funktioniert sowohl auf Mikroflow- als auch auf Makroflow-Ebene, wodurch eine feinere Anpassung an die Netzwerklast ermöglicht wird.

Dynamische Pfadzuweisung

Die adaptive Pfadzuweisung erfolgt dynamisch basierend auf aktuellen Netzwerkbedingungen und kann sich während der Laufzeit ändern, um auf Lastspitzen und Linkausfälle zu reagieren.

Reaktion auf Linkausfälle

Bei einem Linkausfall werden betroffene Datenströme automatisch auf alternative Pfade umgeleitet, wodurch eine unterbrechungsfreie Kommunikation gewährleistet wird.

Primäre und alternative Pfade

Die Verwendung von primären und alternativen Pfaden ermöglicht eine effektive Handhabung von Langzeitflüssen und die Minimierung von Paketverlusten bei Linkausfällen.

Implementierung und Funktionsweise von ARS

Die erfolgreiche Implementierung von ARS erfordert eine sorgfältige Konfiguration und Verwaltung verschiedener Parameter.

Beteiligte Links und ihre Normalisierung

Nicht alle Netzwerklinks nehmen an adaptiver Routenwahl teil, daher ist es wichtig, eine einheitliche Skalierung für die beteiligten Links festzulegen.

Gewichtszuweisung für Last- und Zukunftslast

Die Gewichtung von Passlast und Zukunftslast ermöglicht eine differenzierte Behandlung verschiedener Arten von Netzwerkverkehr.

Algorithmus und Quantisierung in der Hardware

Die Verwendung von Algorithmen wie EWMA (Exponentially Weighted Moving Average) und die Quantisierung von Messdaten sind entscheidend für die effiziente Implementierung von ARS in Hardware.

Zustandsverwaltungstabelle

Eine präzise Verwaltung des Zustands auf Makroflow-Ebene ist unerlässlich für die dynamische Pfadzuweisung und Lastverteilung.

Konzeptioneller Paketfluss in ARS

Ein grundlegendes Verständnis des Paketflusses in ARS ist entscheidend für die Optimierung von Netzwerkressourcen und die Verbesserung der Leistung.

Identifizierung von Mikroflows

Die Identifizierung von Mikroflows ermöglicht die feinere Steuerung der Paketwege basierend auf ihren individuellen Merkmalen.

Hashing und Zuweisung zu Makroflows

Durch das Hashing von Mikroflows und ihre Zuweisung zu Makroflows wird eine effiziente Gruppierung und Verarbeitung von Datenströmen ermöglicht.

Dynamische Pfadwahl basierend auf Linkqualität

Die adaptive Pfadwahl berücksichtigt kontinuierlich die Qualität der verfügbaren Pfade und passt die Routingentscheidungen entsprechend an.

Funktionsweise der ECMP-Gruppen

ECMP-Gruppen in der Hardware ermöglichen eine dynamische Lastverteilung über mehrere Pfade, wodurch Engpässe vermieden und die Netzwerkle