Como todas las redes de datos, las redes que conectan a los servidores en enormes granjas de servidores, ó estaciones de trabajo y servidores en las grandes empresas, son propensos a la congestión. Cuando el tráfico de red es pesado, los paquetes de datos se pueden almacenar en una copia de seguridad en los routers de red o caerse por completo.
También al igual que todas las redes de datos, las grances redes privadas tienen algoritmos de control para la gestión de tráfico de la red durante períodos de congestión. Pero debido a que los routers que dirigen el tráfico en una granja de servidores, tienen que ser súper rápidos, los algoritmos de control están cableados en los circuitos de los routers. Eso significa que si alguien desarrolla un mejor algoritmo, los operadores de redes tienen que esperar a una nueva generación de hardware antes de que puedan incorporar tal avance.
Los investigadores del laboratorio de informática e inteligencia artificial (CSAIL) del MIT y otras cinco organizaciones esperan cambiar eso con routers que sean programables, pero que se mantengan al día con las velocidades de vértigo de las redes de datos modernos.

"Este trabajo demuestra que se pueden lograr muchas metas flexibles para la gestión del tráfico, al tiempo que conservar el alto rendimiento de los routers tradicionales", afirma Hari Balakrishnan, el profesor Fujitsu en el departamento de  Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en el MIT. "Anteriormente, la programabilidad era alcanzable, pero nadie la utilizaba en producción, ya que era un factor de 10 o incluso 100 veces más lento."
"Usted necesita tener la capacidad de los investigadores e ingenieros para probar miles de ideas", añade. "Con esta plataforma, usted se convierte en alguien limitado no por el hardware o las limitaciones tecnológicas, sino por su creatividad. Se puede innovar mucho más rápidamente".
El primer autor del trabajo es Anirudh Sivaraman, un estudiante graduado del MIT en ciencias de la ingeniería y equipo eléctrico, aconsejado Balakrishnan y Mohammad Alizadeh, el Profesor Adjunto de Desarrollo de Carrera TIBCO en Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en el MIT, que son co-autores de los artículos sobre el trabajo. Están acompañados por colaboradores del MIT, la Universidad de Washington, Barefoot Networks, Microsoft Research, Universidad de Stanford, y Cisco Systems.

Diferentes golpes
La gestión del tráfico puede ser complicada debido a los diferentes tipos de datos que viajan a través de una red, y los diferentes tipos de garantías de rendimiento que ofrecen los distintos servicios. Con llamadas telefónicas por Internet, por ejemplo, los retrasos son una molestia, pero los paquetes de datos pérdidos de vez en cuando (que podría traducirse en una palabra que falta en una frase), podría ser tolerable. Con un archivo de datos de gran tamaño, por otra parte, un ligero retraso podría ser tolerable, pero los datos perdidos no es.
Del mismo modo, una red puede garantizar la distribución de ancho de banda igual entre sus usuarios. Cada router en una red de datos tiene su propio banco de memoria, denominado un buffer, donde se puede poner en cola los paquetes. Si un usuario ha llenado el buffer de un router con paquetes de un solo vídeo de alta definición, y la otra está tratando de descargar un documento de texto comparativamente pequeño, la red podría querer volcar algunos de los paquetes de video a favor del texto, para ayudar a garantizar a los usuarios una velocidad de datos mínima.
Un router también podría querer modificar un paquete para transmitir información sobre las condiciones de la red, tal y como si el paquete ha encontrado congestión, dónde y por cuánto tiempo; puede ser que incluso desee sugerir nuevas velocidades de transmisión para los remitentes.
Los científicos de computación han propuesto cientos de programas de gestión de tráfico con reglas complejas para determinar qué paquetes debe admitir un router, y cuales perder, en qué orden deben hacer cola los paquetes, y qué información adicional hay que añadir, todo ello bajo una variedad de circunstancias diferentes . Y mientras que en las simulaciones de muchos de estos esquemas prometen un mejor rendimiento de la red, algunos de ellos han sido  desplegados, debido a las limitaciones de hardware en los routers.
Los investigadores del MIT y sus colaboradores se fijaron el objetivo de encontrar un conjunto de elementos simples de cálculo que podrían estar dispuestos para implementar esquemas de gestión del tráfico diverso, sin comprometer las velocidades de operación de los mejores routers actuales y sin ocupar demasiado espacio en el chip.
Para probar sus diseños, construyeron un compilador, un programa que convierte las instrucciones del programa de alto nivel en instrucciones de hardware de bajo nivel, que se utiliza para recopilar siete algoritmos de gestión del tráfico experimentales en sus elementos de circuitos propuestos. Si un algoritmo no se compilase, o si necesitase una cantidad poco práctica de circuitos, añadiría nuevos elementos de circuito, más sofisticados a su paleta.

Evaluaciones
En uno de los dos nuevos documentos, los investigadores proporcionan especificaciones para siete tipos de circuitos, cada uno de los cuales es un poco más complejo que la anterior. Algunos algoritmos simples de gestión del tráfico sólo requieren un tipo de circuito simple, mientras que otros requieren tipos más complejos. Pero incluso un banco de los circuitos más complejos, supondría utilizar solamente el 4 por ciento de la superficie de un chip de router; un banco de los tipos menos complejos supondría utilizar solamente el 0,16 por ciento.
Más allá de los siete algoritmos que se utilizan para diseñar sus elementos de circuito, los investigadores realizaron varios algoritmos a través de su compilador y encontraron que compilaron en alguna combinación de sus elementos de circuitos simples.
"Creemos que van a generalizarse a muchos más", afirma Sivaraman. "Por ejemplo, uno de los circuitos permite a un programador realizar un seguimiento de una suma continua, algo que es empleado por muchos algoritmos."
En el segundo artículo, describen el diseño de su planificador, un elemento de circuito que ordena los paquetes en la cola del router y los extrae para el reenvío. Además de los paquetes en cola según su prioridad, el programador también puede marcarlos con los tiempos de transmisión particulares y remitirlos en consecuencia. A veces, por ejemplo, podría ser útil para un router ralentizar su velocidad de transmisión, con el fin de evitar cuellos de botella en la red en otro lugar, o para ayudar a asegurar una distribución equitativa de ancho de banda.
Por último, los investigadores elaboraron las especificaciones de sus circuitos en Verilog, el lenguaje que los ingenieros eléctricos suelen utilizar para diseñar los chips comerciales. Verilog incorporado en las herramientas de análisis comprobó que un router mediante circuitos de los investigadores, sería lo suficientemente rápido como para soportar las tasas de paquetes comunes en redes de alta velocidad de hoy en día, la transmisión de un paquete de datos cada nanosegundo.
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Escrito por Larry Hardesty, MIT

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