一种基于胖树形高拓展性超立方体的网络拓扑结构的制作方法
【专利摘要】本发明适用于网路通信领域，提供了一种基于胖树形高拓展性超立方体的网络拓扑结构所述网络拓扑结构包括多个交换机及多个服务器，所述交换机采用递归单元层级方式构成拓扑网络，其中最低递归单元采用m-port?n-tree胖树网络结构，最低递归单元支持的服务器数量为：g0＝2×(m/2)n，其中m为胖树中交换机的端口数量，n为胖树结构的层级，在网络拓扑中，最高层的第i个交换机的第k个端口与第i个子单元的第k个服务器互联，实现多路径网络拓扑结构，其中i,k∈{1,2...gk-1}。通过在层级递归中融入胖树形网络拓扑，实现了网络拓扑的高拓展性，同时也继承了胖树网路的等分带宽以及多路径性能的特点，带宽吞吐量较大、容错性较好，平均延时较小。
【专利说明】一种基于胖树形高拓展性超立方体的网络拓扑结构【技术领域】
[0001]本发明属于网络通信领域，尤其涉及一种基于胖树形高拓展超立方体的网络拓扑结构。
【背景技术】
[0002]随着移 动通信的进一步发展，移动互联网的流量大规模上升，传统的树形等数据中心网络拓扑结构在应对大业务流量时存在非常严重的链路瓶颈和“热点现象”，而且随着业务规模的扩大，扩展性不足使得网络建设成本大大增加，因此需要一种扩展性强的高速互联数据中心网络结构。
[0003]数据中心网络结构是计算机和通信中的热门研究领域，它通过高速的有线或者无线链路和交换机连接着大量的终端节点，网络结构的拓扑给出了全网交换机和节点之间的连接方式，直接决定着整个网络的吞吐，容错和拥塞等性能。
[0004]目前，包括胖树、BCube、DCell、VL2等多种新型数据中心网络结构被广泛提出并部署。新型数据中心网络结构的主要设计要求有:
[0005]1.要具备较强的可拓展性，不仅要能够容纳大量的服务器，还要支持服务器数量的持续增长。
[0006]2.要具备较高的可靠性，以应对各种各样的服务器故障和链路故障。
[0007]3.要具备较好的网络性能，以支持带宽需求量大的服务。
[0008](I)胖树(Fat-Tree)
[0009]胖树是传统树形结构的一种改进结构，其中任意一个中间节点可以有多个父节点，即增加了上下层集合交换机之间以及集合交换机与核心交换机之间的链路数量，从而增大了网络的连通性。但是该结构无法从根本上解决大规模数据中心网络结构的扩展和升级问题，随着服务器数量的增加，需要改变原有的拓扑结构，增加集合交换机的层次，导致大大增加了网络的建设成本。
[0010](2) BCube
[0011]BCube是一种利于大规模网络的模块化解决方案，由Microsoft Research Asia于2009年提出。BCube也通过使用低端、廉价的交换机将服务器进行互联，构成超立方结构。BCube利用超立方体的节点连接关系作为递归规律，同层次不同递归单元中相同位置上的所有服务器都通过一个交换机相互连接。该结构要求每个服务器都装有多个端口，具备了超立方体连通性高、直径小、可靠性高的优点。
[0012](3) DCell
[0013]DCell利用完全图的节点连接关系作为递归规律，同层次的任意两个递归单元之间都有一对服务器直接相连，其递归单元之间的全连通性极大的提高了网络的可靠性，但每个服务器都有多条链路，路由协议相对较为复杂，同时由于DCell完全通过底层服务器进行拓展，不适合于对带宽需求量大的服务，对服务器的性能有更高的要求，网络的建设成本较高。[0014](4) VL2
[0015]VL2结构是基于传统树形结构的改进，实现了服务资源的动态分配。该结构利用虚拟机技术将传统树形结构的集合层虚拟化为统一的域，使得所有的服务器仿佛连接到同一个局域网，并且根据服务器的需求动态分配服务器的IP地址，有效提高了网络性能和服务效率。VL2本身没有改变传统树形结构的节点连接方式，有利于用于对原有数据中心结构的改造，对业务分配和流量控制等有不错的效果，但网络的可靠性没有很大的改善。
[0016](5)其他结构
[0017]在成本控制和资源利用率等因素的驱动下，工业界也一直在研究符合市场需求的数据中心网络，如博科公司于2007年发布的数据中心架构(DCF)，通过整合存储网络和服务器来构建服务器集群，成为单一融合的数据中心基础设施，简化了数据中心的连接并降低了成本。谷歌公司的研究人员设计出了一种能量比例结构，按照扁平化蝴蝶拓扑的节点连接方式连接各服务器，以保证数据中心网络的电能消耗与服务器的利用率相匹配，从而最大限度的降低数据中心的运行成本。
[0018]随着数据中心的不断发展，传统的树形数据中心网络结构虽然建造起来比较简单方便，但不便于拓展和升级，而且一个核心交换机出现故障可能导致上千台服务器失效，因此对网络拓扑的扩展性、可靠性等性能需要有更高的要求。
[0019]胖树结构中的 一个中间节点可以有多个父节点，增加了上下层集合交换机之间以及集合交换机与核心交换机之间的链路数量，增大了网络的连通性。但胖树还不能从根本上解决数据中心网络拓展和升级的问题，当交换机数量增加到一定程度时，需要改变原有数据中心网络的结构，增加集合交换机的层次数量，不利于大规模数据中心网络的构建。
[0020]DCell采用完全图的节点连接关系作为递归规律，同层次的任意两个递归单元之间都有一对服务器直接相连，但它的每个终端节点都连有多条链路，因此每个节点都需要有多个端口，随着网络规模的扩展，不同子单元间的节点通信路径较长，通信时延增长。同时，该结构较为复杂，路由协议不易设计。
[0021]BCube利用超立方体的节点连接关系作为递归规律，同层次不同递归单元中相同位置上的服务器都通过一个交换机相互连接，该结构具备了超立方体连通性好，直径小的优点，其路径多样性没有胖树拓扑丰富，难以做到上下行带宽的统一。
[0022]VL2是通过对原有胖树网络的升级来改造网络，通过业余需求动态分配资源，提高了网络的利用率，但无法改变网络本身扩展性差的事实，且并没有提高网络的可靠性。
【发明内容】
[0023]本发明提供一种基于胖树形高拓展超立方体的网络拓扑结构，旨在解决现有网络拓扑结构拓展性差、可靠性低、网络性能低的问题。
[0024]本发明是这样实现的，一种基于胖树形高拓展超立方体的网络拓扑结构，所述网络拓扑结构包括多个交换机及多个服务器，所述交换机采用递归单元层级方式构成拓扑网络，其中最低递归单元采用m-port n-tree胖树网络结构，最低递归单元支持的服务器数量为^ci = 2X (m/2)n，其中m为胖树中交换机的端口数量，η为胖树结构的层级，在网络拓扑中，最高层的第i个交换机的第k个端口与第i个子单元的第k个服务器互联，实现多路径网络拓扑结构，其中i，k e {1，2...gkJ。[0025]本发明的进一步技术方案是:，其特征在于:所述网络拓扑结构中在进行高层递归时仍然保持了等分带宽以及多路径性能。
[0026]本发明的进一步技术方案是:所述网络拓扑结构中随着链路失效比率的增加带宽吞吐量的下降较为缓和。
[0027]本发明的进一步技术方案是:所述网路拓扑结构中的每一个层级的递归单元的所述交换机米用统一型号。
[0028]本发明的进一步技术方案是:在网络中所述递归单元中的交换机高层级端口数大于低层级端口数。
[0029]本发明的进一步技术方案是:在网络中所述交换机的标示为
[0030]Sff < I, C = Cn_2Cn_3...C1C0 >，其中 I 为交换机所在层号，Ie {O, 1...n-1}，C 的取值范围是
【权利要求】
1.一种基于胖树形高拓展性超立方体的网络拓扑结构，其特征在于:所述网络拓扑结构包括多个交换机及多个服务器，所述交换机采用递归单元层级方式构成拓扑网络，其中最低递归单元采用m-port n-tree胖树网络结构，最低递归单元支持的服务器数量为:gQ =2 X (m/2)n，其中m为胖树中交换机的端口数量，η为胖树结构的层级，在网络拓扑中，最高层的第i个交换机的第k个端口与第i个子单元的第k个服务器互联，实现多路径网络拓扑结构，其中 i，k e {1，2...gkJ。
2.根据权利要求1所述的网络拓扑结构，其特征在于:所述网络拓扑结构中在进行高层递归时仍然保持了等分带宽以及多路径性能。
3.根据权利要求2所述的网络拓扑结构，其特征在于:所述网络拓扑结构中随着链路失效比率的增加带宽吞吐量的下降较为缓和。
4.根据权利要求1-3任一项所述的网络拓扑结构，其特征在于:所述网路拓扑结构中的每一个层级的递归单元的所述交换机采用统一型号。
5.根据权利要求4所述的网络拓扑结构，其特征在于:在网络中所述递归单元中的交换机高层级端口 数大于低层级端口数。
6.根据权利要求4所述的网络拓扑结构，其特征在于:在网络中所述交换机的标示为Sff < I, C = Cn_2Cn_3...C1C0 >，其中I为交换机所在层号，Ie {O, 1...n-1}，C的取值范围是
7.根据权利要求4所述的网络拓扑结构，其特征在于:在网路中所述服务器的标记为P(PlriPnI..P1P0),其中 P e {O, 1...m-1} X {O, 1...(m/2)-1ln^10
8.根据权利要求4所述的网络拓扑结构，其特征在于:在网路拓扑结构中路由采用分治策略，逐层求出子路径并合并得出路由路径。
【文档编号】H04L12/751GK103957163SQ201410084035
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】李维, 张进军, 徐雪珍, 陈雍珏 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院