Load Balancing in the Presence of Services in Named-Data Networking

Abstract

Load balancing is a mechanism to distribute client requests among several service instances. It enables resource utilization, lowers response time, and increases user satisfaction. In Named-Data Networking (NDN) and NDN-like architectures, load balancing becomes crucial when dynamic services are present, where relying solely on forwarding strategies can overload certain service instances while others are underutilized especially with the limited benefit of on-path caching when it comes to services. To understand the challenges and opportunities of load balancing in NDN, we analyze conventional load balancing in IP networks, and three closely related fields in NDN: congestion control, forwarding strategies, and data center management. We identify three possible scenarios for load balancing in NDN: facade load balancer, controller for Interest queues, and router-based load balancing. These different solutions use different metrics to identify the load on replicas, have different compliance levels with NDN, and place the load balancing functionality in different network components. From our findings, we propose and implement a new lightweight router-based load balancing approach called the communicating vessels and experimentally show how it reduces service response time and senses server capabilities without probing.

Balanceamento de Carga Dinâmico, Distribuído e Centrado no Conteúdo para Redes de Dados Nomeados

“…Ambos os Interesses recuperam uma porção de dados 2 . O conteúdo estático (i.e., conteúdo) é todo aquele que é gerado e publicado pelo produtor, como um objeto pré-existente [Mansour et al 2020]. Enquanto isso, conteúdo dinâmico (i.e., serviço) requer computação, sendo gerado sob demanda, e implementado por uma função de rede nomeada.…”

“…Na Figura 1(a), é importante notar que os serviços podem e devem, de acordo com a demanda, ser hospedados em diferentes réplicas para atender as requisições. Mesmo que um serviço venha a se tornar popular, os Interesses para o serviço não necessariamente serão populares, já que normalmente possuem nomes diferentes [Mansour et al 2020]. Neste exemplo, o consumidor C1 requisitou um Interesse para o serviço my-doc.csv, enquanto C3 requisitou doc.xls.…”

“…Cada experimento foi replicado 10 vezes com diferentes sementes para obter a média com um nível de confiança 5 de 95%. A proposta B3C foi comparada com a estratégia de balanceamento de carga ComVes [Mansour et al 2020] e a estratégia randômica RLB [Al Fuad et al 2017]. É importante destacar que para ambas as soluções avaliadas foram replicadas as mesmas especificações do ambiente de simulação.…”

“…Por outro lado, assim como na arquitetura IP, a NDN prevê o suporte à comunicação por chamada de funções nomeadas [Król and Psaras 2017] de rede que apresentam conteúdos dinâmicos 1 . Conteúdos dinâmicos em geral são armazenados na cache dos dispositivos, porém não são usados, uma vez que os dados trafegados são relevantes apenas a um único par de pontos comunicantes (i.e., consumidor e produtor) [Mansour et al 2020]. O armazenamento em cache, portanto, resulta em um consumo desnecessário de recursos.…”

“…Para avaliar a B3C, foram realizados estudos baseados em simulação através do simulador ndnSIM [Mastorakis et al 2017]. A avaliação consistiu na análise de dois cenários de rede, com baixa e alta cargas de tráfego, comparando o desempenho da proposta com a estratégia ComVes [Mansour et al 2020] e RLB [Al Fuad et al 2017]. Os resultados obtidos indicam que a B3C consegue atingir seu objetivo de balancear tanto a carga entre as réplicas quanto o tráfego entre as rotas nos dois cenários avaliados.…”