一種基于胖樹形高拓展性超立方體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于網(wǎng)路通信領(lǐng)域，提供了一種基于胖樹形高拓展性超立方體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括多個(gè)交換機(jī)及多個(gè)服務(wù)器，所述交換機(jī)采用遞歸單元層級(jí)方式構(gòu)成拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，其中最低遞歸單元采用m-port?n-tree胖樹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最低遞歸單元支持的服務(wù)器數(shù)量為：g0＝2×(m/2)n，其中m為胖樹中交換機(jī)的端口數(shù)量，n為胖樹結(jié)構(gòu)的層級(jí)，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，最高層的第i個(gè)交換機(jī)的第k個(gè)端口與第i個(gè)子單元的第k個(gè)服務(wù)器互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多路徑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中i,k∈{1,2...gk-1}。通過(guò)在層級(jí)遞歸中融入胖樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母咄卣剐?，同時(shí)也繼承了胖樹網(wǎng)路的等分帶寬以及多路徑性能的特點(diǎn)，帶寬吞吐量較大、容錯(cuò)性較好，平均延時(shí)較小。
【專利說(shuō)明】一種基于胖樹形高拓展性超立方體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于胖樹形高拓展超立方體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移 動(dòng)通信的進(jìn)一步發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的流量大規(guī)模上升，傳統(tǒng)的樹形等數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在應(yīng)對(duì)大業(yè)務(wù)流量時(shí)存在非常嚴(yán)重的鏈路瓶頸和“熱點(diǎn)現(xiàn)象”，而且隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的擴(kuò)大，擴(kuò)展性不足使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本大大增加，因此需要一種擴(kuò)展性強(qiáng)的高速互聯(lián)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0003]數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)和通信中的熱門研究領(lǐng)域，它通過(guò)高速的有線或者無(wú)線鏈路和交換機(jī)連接著大量的終端節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣o出了全網(wǎng)交換機(jī)和節(jié)點(diǎn)之間的連接方式，直接決定著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐，容錯(cuò)和擁塞等性能。
[0004]目前，包括胖樹、BCube、DCell、VL2等多種新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被廣泛提出并部署。新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)要求有:
[0005]1.要具備較強(qiáng)的可拓展性，不僅要能夠容納大量的服務(wù)器，還要支持服務(wù)器數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)。
[0006]2.要具備較高的可靠性，以應(yīng)對(duì)各種各樣的服務(wù)器故障和鏈路故障。
[0007]3.要具備較好的網(wǎng)絡(luò)性能，以支持帶寬需求量大的服務(wù)。
[0008](I)胖樹(Fat-Tree)
[0009]胖樹是傳統(tǒng)樹形結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其中任意一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)父節(jié)點(diǎn)，即增加了上下層集合交換機(jī)之間以及集合交換機(jī)與核心交換機(jī)之間的鏈路數(shù)量，從而增大了網(wǎng)絡(luò)的連通性。但是該結(jié)構(gòu)無(wú)法從根本上解決大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展和升級(jí)問(wèn)題，隨著服務(wù)器數(shù)量的增加，需要改變?cè)械耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，增加集合交換機(jī)的層次，導(dǎo)致大大增加了網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。
[0010](2) BCube
[0011]BCube是一種利于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的模塊化解決方案，由Microsoft Research Asia于2009年提出。BCube也通過(guò)使用低端、廉價(jià)的交換機(jī)將服務(wù)器進(jìn)行互聯(lián)，構(gòu)成超立方結(jié)構(gòu)。BCube利用超立方體的節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系作為遞歸規(guī)律，同層次不同遞歸單元中相同位置上的所有服務(wù)器都通過(guò)一個(gè)交換機(jī)相互連接。該結(jié)構(gòu)要求每個(gè)服務(wù)器都裝有多個(gè)端口，具備了超立方體連通性高、直徑小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0012](3) DCell
[0013]DCell利用完全圖的節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系作為遞歸規(guī)律，同層次的任意兩個(gè)遞歸單元之間都有一對(duì)服務(wù)器直接相連，其遞歸單元之間的全連通性極大的提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但每個(gè)服務(wù)器都有多條鏈路，路由協(xié)議相對(duì)較為復(fù)雜，同時(shí)由于DCell完全通過(guò)底層服務(wù)器進(jìn)行拓展，不適合于對(duì)帶寬需求量大的服務(wù)，對(duì)服務(wù)器的性能有更高的要求，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本較高。[0014](4) VL2
[0015]VL2結(jié)構(gòu)是基于傳統(tǒng)樹形結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)資源的動(dòng)態(tài)分配。該結(jié)構(gòu)利用虛擬機(jī)技術(shù)將傳統(tǒng)樹形結(jié)構(gòu)的集合層虛擬化為統(tǒng)一的域，使得所有的服務(wù)器仿佛連接到同一個(gè)局域網(wǎng)，并且根據(jù)服務(wù)器的需求動(dòng)態(tài)分配服務(wù)器的IP地址，有效提高了網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)效率。VL2本身沒(méi)有改變傳統(tǒng)樹形結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接方式，有利于用于對(duì)原有數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)的改造，對(duì)業(yè)務(wù)分配和流量控制等有不錯(cuò)的效果，但網(wǎng)絡(luò)的可靠性沒(méi)有很大的改善。
[0016](5)其他結(jié)構(gòu)
[0017]在成本控制和資源利用率等因素的驅(qū)動(dòng)下，工業(yè)界也一直在研究符合市場(chǎng)需求的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，如博科公司于2007年發(fā)布的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)(DCF)，通過(guò)整合存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器來(lái)構(gòu)建服務(wù)器集群，成為單一融合的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)中心的連接并降低了成本。谷歌公司的研究人員設(shè)計(jì)出了一種能量比例結(jié)構(gòu)，按照扁平化蝴蝶拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)連接方式連接各服務(wù)器，以保證數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的電能消耗與服務(wù)器的利用率相匹配，從而最大限度的降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行成本。
[0018]隨著數(shù)據(jù)中心的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的樹形數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雖然建造起來(lái)比較簡(jiǎn)單方便，但不便于拓展和升級(jí)，而且一個(gè)核心交換機(jī)出現(xiàn)故障可能導(dǎo)致上千臺(tái)服務(wù)器失效，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臄U(kuò)展性、可靠性等性能需要有更高的要求。
[0019]胖樹結(jié)構(gòu)中的 一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)父節(jié)點(diǎn)，增加了上下層集合交換機(jī)之間以及集合交換機(jī)與核心交換機(jī)之間的鏈路數(shù)量，增大了網(wǎng)絡(luò)的連通性。但胖樹還不能從根本上解決數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓展和升級(jí)的問(wèn)題，當(dāng)交換機(jī)數(shù)量增加到一定程度時(shí)，需要改變?cè)袛?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，增加集合交換機(jī)的層次數(shù)量，不利于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。
[0020]DCell采用完全圖的節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系作為遞歸規(guī)律，同層次的任意兩個(gè)遞歸單元之間都有一對(duì)服務(wù)器直接相連，但它的每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都連有多條鏈路，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要有多個(gè)端口，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)展，不同子單元間的節(jié)點(diǎn)通信路徑較長(zhǎng)，通信時(shí)延增長(zhǎng)。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，路由協(xié)議不易設(shè)計(jì)。
[0021]BCube利用超立方體的節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系作為遞歸規(guī)律，同層次不同遞歸單元中相同位置上的服務(wù)器都通過(guò)一個(gè)交換機(jī)相互連接，該結(jié)構(gòu)具備了超立方體連通性好，直徑小的優(yōu)點(diǎn)，其路徑多樣性沒(méi)有胖樹拓?fù)湄S富，難以做到上下行帶寬的統(tǒng)一。
[0022]VL2是通過(guò)對(duì)原有胖樹網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)來(lái)改造網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)業(yè)余需求動(dòng)態(tài)分配資源，提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率，但無(wú)法改變網(wǎng)絡(luò)本身擴(kuò)展性差的事實(shí)，且并沒(méi)有提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明提供一種基于胖樹形高拓展超立方體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，旨在解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓展性差、可靠性低、網(wǎng)絡(luò)性能低的問(wèn)題。
[0024]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于胖樹形高拓展超立方體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括多個(gè)交換機(jī)及多個(gè)服務(wù)器，所述交換機(jī)采用遞歸單元層級(jí)方式構(gòu)成拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，其中最低遞歸單元采用m-port n-tree胖樹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最低遞歸單元支持的服務(wù)器數(shù)量為^ci = 2X (m/2)n，其中m為胖樹中交換機(jī)的端口數(shù)量，η為胖樹結(jié)構(gòu)的層級(jí)，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，最高層的第i個(gè)交換機(jī)的第k個(gè)端口與第i個(gè)子單元的第k個(gè)服務(wù)器互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多路徑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中i，k e {1，2...gkJ。[0025]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中在進(jìn)行高層遞歸時(shí)仍然保持了等分帶寬以及多路徑性能。
[0026]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中隨著鏈路失效比率的增加帶寬吞吐量的下降較為緩和。
[0027]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的每一個(gè)層級(jí)的遞歸單元的所述交換機(jī)米用統(tǒng)一型號(hào)。
[0028]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:在網(wǎng)絡(luò)中所述遞歸單元中的交換機(jī)高層級(jí)端口數(shù)大于低層級(jí)端口數(shù)。
[0029]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:在網(wǎng)絡(luò)中所述交換機(jī)的標(biāo)示為
[0030]Sff < I, C = Cn_2Cn_3...C1C0 >，其中 I 為交換機(jī)所在層號(hào)，Ie {O, 1...n-1}，C 的取值范圍是
【權(quán)利要求】
1.一種基于胖樹形高拓展性超立方體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括多個(gè)交換機(jī)及多個(gè)服務(wù)器，所述交換機(jī)采用遞歸單元層級(jí)方式構(gòu)成拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，其中最低遞歸單元采用m-port n-tree胖樹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最低遞歸單元支持的服務(wù)器數(shù)量為:gQ =2 X (m/2)n，其中m為胖樹中交換機(jī)的端口數(shù)量，η為胖樹結(jié)構(gòu)的層級(jí)，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，最高層的第i個(gè)交換機(jī)的第k個(gè)端口與第i個(gè)子單元的第k個(gè)服務(wù)器互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多路徑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中 i，k e {1，2...gkJ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中在進(jìn)行高層遞歸時(shí)仍然保持了等分帶寬以及多路徑性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中隨著鏈路失效比率的增加帶寬吞吐量的下降較為緩和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的每一個(gè)層級(jí)的遞歸單元的所述交換機(jī)采用統(tǒng)一型號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:在網(wǎng)絡(luò)中所述遞歸單元中的交換機(jī)高層級(jí)端口 數(shù)大于低層級(jí)端口數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:在網(wǎng)絡(luò)中所述交換機(jī)的標(biāo)示為Sff < I, C = Cn_2Cn_3...C1C0 >，其中I為交換機(jī)所在層號(hào)，Ie {O, 1...n-1}，C的取值范圍是

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:在網(wǎng)路中所述服務(wù)器的標(biāo)記為P(PlriPnI..P1P0),其中 P e {O, 1...m-1} X {O, 1...(m/2)-1ln^10
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:在網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中路由采用分治策略，逐層求出子路徑并合并得出路由路徑。
【文檔編號(hào)】H04L12/751GK103957163SQ201410084035
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】李維, 張進(jìn)軍, 徐雪珍, 陳雍玨 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院