Comparative Analysis of Stability to Induced Deadlocks for Computing Grids with Various Node Architectures

• Published in: Modeling and Analysis of Information Systems
• Main Authors: Tatiana Shmeleva R., Татьяна Шмелёва Рудольфовна
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Yaroslavl State University 2018
• Subjects: computing grid security; cut-through switching; traffic attack defence; performance evaluation; colored Petri net; deadlock; безопасность вычисления на решетках; сквозная коммутация; защита против атак трафика; оценка производительности; раскрашенная сеть Петри; тупик; Тупик
• Online Access: https://www.mais-journal.ru/jour/article/view/679; https://doi.org/10.18255/1818-1015-2018-2-193-206

In this paper, we consider the classification and applications of switching methods, their advantages and disadvantages. A model of a computing grid was constructed in the form of a colored Petri net with a node which implements cut-through packet switching. The model consists of packet switching nodes, traffic generators and guns that form malicious traffic disguised as usual user traffic. The characteristics of the grid model were investigated under a working load with different intensities. The influence of malicious traffic such as traffic duel was estimated on the quality of service parameters of the grid. A comparative analysis of the computing grids stability was carried out with nodes which implement the store-and-forward and cut-through switching technologies. It is shown that the grids performance is approximately the same under work load conditions, and under peak load conditions the grid with the node implementing the store-and-forward technology is more stable. The grid with nodes implementing SAF technology comes to a complete deadlock through an additional load which is less than 10 percent. After a detailed study, it is shown that the traffic duel configuration does not affect the grid with cut-through nodes if the workload is increases to the peak load, at which the grid comes to a complete deadlock. The execution intensity of guns which generate a malicious traffic is determined by a random function with the Poisson distribution. The modeling system CPN Tools is used for constructing models and measuring parameters. Grid performance and average package delivery time are estimated in the grid on various load options. Рассматриваются классификация и области применения методов коммутации, их достоинства и недостатки. Построена модель вычислительной решетки в форме раскрашенной сети Петри с узлом, реализующим сквозную коммутацию пакетов. Модель состоит из узлов коммутации пакетов, генераторов трафика и пушек, которые формируют злонамеренный трафик, замаскированный под обычный пользовательский трафик. Исследованы характеристики модели решетки в условиях рабочей нагрузки с различной интенсивностью. Оценено влияние злонамеренного трафика типа «дуэль трафика» на параметры качества обслуживания решетки. Проведен сравнительный анализ устойчивости вычислительных решеток с узлами, реализующими технологию передачи пакетов с обязательной буферизацией, и сквозной коммутации. Показано, что производительности решеток примерно одинаковы в условиях рабочей нагрузки; а в условиях пиковой нагрузки решетка с узлом, реализующим технологию передачи пакетов с принудительной буферизацией, более устойчива. Решетка с узлами, реализующими технологию SAF, приходит к полному тупику через дополнительную нагрузку менее чем 10 процентов. После детального исследования показано, что конфигурация «дуэль трафика» не оказывает влияния на решетку с узлами cut-through при увеличении рабочей нагрузки до пиковой, при которой решетка приходит к полному тупику. Периодичность запуска пушек, генерирующих злонамеренный трафик, определена случайной функцией с пуассоновским распределением. Для построения моделей и измерений характеристик используется моделирующая система CPN Tools. Производительность решетки и среднее время доставки пакета оценивается при различных вариантах нагрузки на решетку.