混合拓扑组成的数据中心网络结构、传输方法、介质和设备

本发明涉及网络，尤其是指一种混合拓扑组成的数据中心网络结构、传输方法、介质和设备。

背景技术：

1、传统的大型数据中心的网络通常是三层结构，如图1所示包括接入层(accesslayer)、汇聚层(aggregation layer)和核心层(core layer)。接入层也称为边缘层，接入交换机通常位于机架顶部，所以它们也被称为tor(top of rack)交换机，它们物理连接服务器。汇聚层中的汇聚交换机连接接入交换机，同时提供其他的服务，例如防火墙，ssloffload，入侵检测，网络分析等。核心层中的核心交换机为进出数据中心的包提供高速的转发，为多个汇聚层提供连接性，核心交换机通常为整个网络提供一个弹性的l3路由网络。

2、光交换技术是用光纤来进行网络数据、信号传输的网络交换传输技术，随着光交换技术的研究不断深入，为了在数据中心内充分利用光交换技术而出现了很多新型的网络拓扑，有基于树形结构改进的网络拓扑，如helios、c-through，也有环状网络拓扑，例如torus。现有的交换方式大部分都是电交换为主、光交换为辅的模式，光交换在处理大业务流的时候具有很大的优势，由于带宽资源充足，所以处理大业务流的速度相较于电交换是快很多的。例如图2所示的helios架构，在处理业务时，会使得对带宽需求较小的业务以电交换的方式去处理，对带宽需求较大的业务以光交换的方式去处理。图中实线条连接表示电缆，虚线条连接表示光缆。

3、随着数据中心业务模式的快速变化，不仅仅有传统的单播业务，还有多播业务、ring-allreduce(ring)业务等。如图3所示，单播业务是点到点的通信。如图4所示，多播业务是点到多点的通信模式。如图5所示，ring业务是一种ai分布式业务，对于带宽和计算资源的需求比较大，是由多个服务器机架之间相互通信组成的一种环状通信模式；在ring业务下，如果使用传统树状结构的网络例如helios去进行交换时，少量的光交换器件和电交换与光交换器件之间的转换过程会使得时延不断增加。在全光的交换器件的场景下，网络处理业务的ai业务性能得以提升，但是处理传统的单播和多播业务会遇见很多的麻烦。对于可部署的ai业务，可以选择合适的业务部署算法，尽可能的减少业务流交换次数，但是单播流具有随机性，因此出现专门处理ai业务的全光网络torus交换网络，torus交换网络的结构如图6所示。

4、但是，torus全光交换网络的成本高，与传统数据中心的模式差距大，升级难度大；并且，对于传统的单播和多播业务流处理并不友好，存在交换次数高、无法得到控制的缺点。树形网络(helios)虽然可以有效地控制业务流的交换次数，但是树形网络在处理ai等大业务流时无法保证时延；并且对于目前主流的电交换数据中心网络拓扑，将电交换全部替换成光交换的成本也很高，做法不经济。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种混合拓扑组成的数据中心网络结构、传输方法、介质和设备，可以既保证传统单播和多播业务的传输性能，又快速处理ai大业务流。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种混合拓扑组成的数据中心网络结构，包括：

3、spine层，包括多个电交换节点，所述电交换节点为通过电路交换技术进行信息交换的节点；

4、leaf层，包括多个混合交换节点和多个所述电交换节点，所述混合交换节点包括光交换节点和所述电交换节点，所述光交换节点为通过光交换技术进行信息交换的节点；

5、所述leaf层中的所述混合交换节点之间通过光交换技术进行信息交换，所述leaf层中的每个所述混合交换节点和每个所述电交换节点均和所述spine层中的每个所述电交换节点通过电路交换技术进行信息交换。

6、在本发明的一个实施例中，所述电交换节点为电交换机，所述光交换节点为光交换机，所述混合交换节点为电交换机和光交换机共存的节点。

7、在本发明的一个实施例中，所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述光交换节点和所述电交换节点均向下连接服务器机架，所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述电交换节点向上连接所述spine层中的所述电交换节点，所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述光交换节点与其余所述混合交换节点中的所述光交换节点进行信息交换；所述leaf层中的所述电交换节点向下连接服务器机架，所述leaf层中的所述电交换节点向上连接所述spine层中的所述电交换节点；

8、所述服务器机架包括服务器机架顶端设备和多个服务器，所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述光交换节点和所述电交换节点、所述leaf层中的所述电交换节点均通过所述服务器机架顶端设备和所述服务器机架中的多个服务器连接。

9、在本发明的一个实施例中，所述混合交换节点中的所述光交换节点与其余所述混合交换节点中的所述光交换节点进行信息交换时，互联组成torus网络。

10、在本发明的一个实施例中，互联组成的所述torus网络包括至少一个维度。

11、在本发明的一个实施例中，所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述电交换节点与所述spine层中的每个所述电交换节点进行信息交换时，互相组成树状拓扑。

12、在本发明的一个实施例中，所述spine层中的所述电交换节点之间不进行信息交换，所述leaf层中的所述混合交换节点和所述电交换节点不进行信息交换。

13、本发明还提供了一种混合拓扑组成的数据中心网络传输方法，使用所述的混合拓扑组成的数据中心网络结构进行通信业务传输。

14、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的混合拓扑组成的数据中心网络传输方法。

15、本发明还提供了一种混合拓扑组成的数据中心网络设备，包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的混合拓扑组成的数据中心网络传输方法。

16、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

17、本发明通过建立只包括电交换节点的spine层和包括混合交换节点、电交换节点的leaf层，并在此基础上进行各节点间的光通信或电通信，实现了一种混合树结构和torus网络结构的混合拓扑组成的数据中心拓扑结构，兼具树结构和torus网络结构的优点，既可以保证传统单播和多播业务的传输性能，又可以快速处理ai大业务流。

技术特征：

1.一种混合拓扑组成的数据中心网络结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的混合拓扑组成的数据中心网络结构，其特征在于：所述电交换节点为电交换机，所述光交换节点为光交换机，所述混合交换节点为电交换机和光交换机共存的节点。

3.根据权利要求1所述的混合拓扑组成的数据中心网络结构，其特征在于：所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述光交换节点和所述电交换节点均向下连接服务器机架，所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述电交换节点向上连接所述spine层中的所述电交换节点，所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述光交换节点与其余所述混合交换节点中的所述光交换节点进行信息交换；所述leaf层中的所述电交换节点向下连接服务器机架，所述leaf层中的所述电交换节点向上连接所述spine层中的所述电交换节点；

4.根据权利要求1所述的混合拓扑组成的数据中心网络结构，其特征在于：所述混合交换节点中的所述光交换节点与其余所述混合交换节点中的所述光交换节点进行信息交换时，互联组成torus网络。

5.根据权利要求4所述的混合拓扑组成的数据中心网络结构，其特征在于：互联组成的所述torus网络包括至少一个维度。

6.根据权利要求1所述的混合拓扑组成的数据中心网络结构，其特征在于：所述leaf层中的所述混合交换节点中的所述电交换节点与所述spine层中的每个所述电交换节点进行信息交换时，互相组成树状拓扑。

7.根据权利要求1所述的混合拓扑组成的数据中心网络结构，其特征在于：所述spine层中的所述电交换节点之间不进行信息交换，所述leaf层中的所述混合交换节点和所述电交换节点不进行信息交换。

8.一种混合拓扑组成的数据中心网络传输方法，其特征在于：使用如权利要求1-7任一项所述的混合拓扑组成的数据中心网络结构进行通信业务传输。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的混合拓扑组成的数据中心网络传输方法。

10.一种混合拓扑组成的数据中心网络设备，其特征在于：包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求8所述的混合拓扑组成的数据中心网络传输方法。

技术总结
本发明涉及网络技术领域，公开一种混合拓扑组成的数据中心网络结构、传输方法、介质和设备，包括：多个电交换节点的Spine层，电交换节点通过电路交换技术进行信息交换；包括多个混合交换节点和多个电交换节点的Leaf层，混合交换节点包括光交换节点和电交换节点，光交换节点通过光交换技术进行信息交换；Leaf层中的混合交换节点之间通过光交换技术进行信息交换，每个混合交换节点和电交换节点均和Spine层中的每个电交换节点通过电路交换技术进行信息交换。本发明可以既保证传统单播和多播业务的传输性能，又快速处理AI大业务流。

技术研发人员：沈纲祥,于大为,李泳成
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16