An optical circuit-switched network core has the potential to overcome the inherent challenges of a conventional electrical packet-switched core of today's compute clusters. As optical circuit switches (OCS) directly handle the photon beams without any optical-electrical-optical (O/E/O) conversion and packet processing, OCS-based network cores have the following desirable properties: a) agnostic to data-rate, b) negligible/zero power consumption, c) no need of transceivers, d) negligible forwarding latency, and e) no need for frequent upgrade. Unfortunately, OCS can only provide point-to-point (unicast) circuits. They do not have built-in support for one-to-many (multicast) communication, yet multicast is fundamental to a plethora of data-intensive applications running on compute clusters nowadays. In this paper, we propose Shufflecast, a novel optical network architecture for next-generation compute clusters that can support high-performance multicast satisfying all the properties of an OCS-based network core. Shufflecast leverages small fanout, inexpensive, passive optical splitters to connect the Top-of-rack (ToR) switch ports, ensuring data-rate agnostic, low-power, physical-layer multicast. We thoroughly analyze Shufflecast's highly scalable data plane, light-weight control plane, and graceful failure handling. Further, we implement a complete prototype of Shufflecast in our testbed and extensively evaluate the network. Shufflecast is more power-efficient than the state-of-the-art multicast mechanisms. Also, Shufflecast is more cost-efficient than a conventional packet-switched network. By adding Shufflecast alongside an OCS-based unicast network, an all-optical network core with the aforementioned desirable properties supporting both unicast and multicast can be realized.


翻译:光学电路转换网络核心具有以下可取的特性:(a) 对数据率的认知,(b) 微小/零电能消耗,(c) 不需要收发器,(d) 微不足道的电流传递延迟,以及(e) 不需要经常升级。不幸的是,光学电路开关(OCS)直接在没有光电(O/E/O)转换和包处理的情况下处理光束光束,而光电路转换(OCS)则直接处理光束光束,但基于光电路转换(O/E/O)的网络核心具有以下可取性能:(a) 对数据速率的认知,(b) 微不足道/零电力消耗,(c) 不需要收发器,(d) 微不足道的电流速传递延迟,(e) 经常更新。(OCS) 只能提供点对点的点对点对点处理(unnicastard)电路。

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