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FABRIC: A National-Scale Programmable Experimental Network Infrastructure

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(1) 简介

FABRIC 是一个独特的国家级研究基础设施, 旨在支持网络, 网络安全, 分布式计算, 存储系统, 机器学习以及科学应用领域的大规模前沿探索性研究.

  • 它是一个"随处可编程" (everywhere programmable) 的全国性仪器.
  • 它由配备大量计算和存储能力的新型可扩展网络元件组成, 并通过高速专用光链路互连.
  • 它将连接多个专门的云研究测试床 (如 NSF Cloud 的 CloudLab 和 Chameleon), 5G+ 的无线研究平台 (PAWR), 以及高性能计算 (HPC) 设施和科学仪器.

(2) 架构设计

FABRIC 将成为连接各种实验资源的国家级可编程互连设施!

核心组件:

  • Supercore: 这是一个太比特 (Terabit) 级的超级核心网络, 以及覆盖东西海岸的 100 Gb/s 核心网.
  • 边缘节点 (Edge Nodes): 部署在多所美国大学校园的可编程节点.
  • 外部连接: 连接 NSF Cloud, HPC 中心 (TACC, SDSC 等), 科学仪器 (如 LSST) 以及公共云 (AWS, Azure, GCP).

关键技术:

  • 硬件支持: 支持 P4, OpenFlow 和 eBPF, 允许实验者编程数据路径行为.
  • GPU 加速: 节点配备带有 Tensor Core 的 GPU, 支持机器学习/AI 功能, 用于网络行为自省或数据融合.
  • 海量资源: 拥有数百个 CPU 核心, TB 级内存和数十 TB 的存储空间, 可直接置于数据包路径中.
  • 光学层: 在超级核心节点集成密集波分复用 (DWDM) 功能, 支持跨层实验.

Peering Network:

  • 与之前的 GENI 等测试床完全隔离不同, FABRIC 将在多个地点与生产网络进行可编程对等连接.
  • 这允许实验拓扑与生产网络结合, 甚至将真实流量引入 FABRIC 进行分析.
  • 通过 Internet2 Cloud Connect 与公共云进行高达 100 Gb/s 的连接.
与 POWDER / COSMOS 等前面提到的仿真系统的区别与联系

POWDER / COSMOS / Colosseum 都隶属于 NSF PAWR 计划 (PAWR - Platforms for Advanced Wireless Research), 专注于无线和边缘计算技术的研究.

PAWR 专注于无线/边缘技术的"专用测试床", 而 FABRIC 是连接这些孤岛的"国家级高速核心骨干网"

FABRIC 并不是这些无线平台的竞争者, 而是它们的连接者和增强者:

  1. Interconnection:
    • FABRIC 将连接这些专用的云研究测试床 (如 CloudLab, Chameleon) 和无线测试床 (PAWR, 即 POWDER 和 COSMOS)
  2. Topology:
    • FABRIC 作为一个与生产网络平行的实验性高速公路, 将这些分布在不同地理位置的设施 (如位于盐湖城的 POWDER, 位于纽约的 COSMOS/NYC 等) 连接在一起