一種基于胖樹形高拓展性超立方體的網絡拓撲結構的制作方法
【專利摘要】本發明適用于網路通信領域，提供了一種基于胖樹形高拓展性超立方體的網絡拓撲結構所述網絡拓撲結構包括多個交換機及多個服務器，所述交換機采用遞歸單元層級方式構成拓撲網絡，其中最低遞歸單元采用m-port?n-tree胖樹網絡結構，最低遞歸單元支持的服務器數量為：g0＝2×(m/2)n，其中m為胖樹中交換機的端口數量，n為胖樹結構的層級，在網絡拓撲中，最高層的第i個交換機的第k個端口與第i個子單元的第k個服務器互聯，實現多路徑網絡拓撲結構，其中i,k∈{1,2...gk-1}。通過在層級遞歸中融入胖樹形網絡拓撲，實現了網絡拓撲的高拓展性，同時也繼承了胖樹網路的等分帶寬以及多路徑性能的特點，帶寬吞吐量較大、容錯性較好，平均延時較小。
【專利說明】一種基于胖樹形高拓展性超立方體的網絡拓撲結構【技術領域】
[0001]本發明屬于網絡通信領域，尤其涉及一種基于胖樹形高拓展超立方體的網絡拓撲結構。
【背景技術】
[0002]隨著移 動通信的進一步發展，移動互聯網的流量大規模上升，傳統的樹形等數據中心網絡拓撲結構在應對大業務流量時存在非常嚴重的鏈路瓶頸和“熱點現象”，而且隨著業務規模的擴大，擴展性不足使得網絡建設成本大大增加，因此需要一種擴展性強的高速互聯數據中心網絡結構。
[0003]數據中心網絡結構是計算機和通信中的熱門研究領域，它通過高速的有線或者無線鏈路和交換機連接著大量的終端節點，網絡結構的拓撲給出了全網交換機和節點之間的連接方式，直接決定著整個網絡的吞吐，容錯和擁塞等性能。
[0004]目前，包括胖樹、BCube、DCell、VL2等多種新型數據中心網絡結構被廣泛提出并部署。新型數據中心網絡結構的主要設計要求有:
[0005]1.要具備較強的可拓展性，不僅要能夠容納大量的服務器，還要支持服務器數量的持續增長。
[0006]2.要具備較高的可靠性，以應對各種各樣的服務器故障和鏈路故障。
[0007]3.要具備較好的網絡性能，以支持帶寬需求量大的服務。
[0008](I)胖樹(Fat-Tree)
[0009]胖樹是傳統樹形結構的一種改進結構，其中任意一個中間節點可以有多個父節點，即增加了上下層集合交換機之間以及集合交換機與核心交換機之間的鏈路數量，從而增大了網絡的連通性。但是該結構無法從根本上解決大規模數據中心網絡結構的擴展和升級問題，隨著服務器數量的增加，需要改變原有的拓撲結構，增加集合交換機的層次，導致大大增加了網絡的建設成本。
[0010](2) BCube
[0011]BCube是一種利于大規模網絡的模塊化解決方案，由Microsoft Research Asia于2009年提出。BCube也通過使用低端、廉價的交換機將服務器進行互聯，構成超立方結構。BCube利用超立方體的節點連接關系作為遞歸規律，同層次不同遞歸單元中相同位置上的所有服務器都通過一個交換機相互連接。該結構要求每個服務器都裝有多個端口，具備了超立方體連通性高、直徑小、可靠性高的優點。
[0012](3) DCell
[0013]DCell利用完全圖的節點連接關系作為遞歸規律，同層次的任意兩個遞歸單元之間都有一對服務器直接相連，其遞歸單元之間的全連通性極大的提高了網絡的可靠性，但每個服務器都有多條鏈路，路由協議相對較為復雜，同時由于DCell完全通過底層服務器進行拓展，不適合于對帶寬需求量大的服務，對服務器的性能有更高的要求，網絡的建設成本較高。[0014](4) VL2
[0015]VL2結構是基于傳統樹形結構的改進，實現了服務資源的動態分配。該結構利用虛擬機技術將傳統樹形結構的集合層虛擬化為統一的域，使得所有的服務器仿佛連接到同一個局域網，并且根據服務器的需求動態分配服務器的IP地址，有效提高了網絡性能和服務效率。VL2本身沒有改變傳統樹形結構的節點連接方式，有利于用于對原有數據中心結構的改造，對業務分配和流量控制等有不錯的效果，但網絡的可靠性沒有很大的改善。
[0016](5)其他結構
[0017]在成本控制和資源利用率等因素的驅動下，工業界也一直在研究符合市場需求的數據中心網絡，如博科公司于2007年發布的數據中心架構(DCF)，通過整合存儲網絡和服務器來構建服務器集群，成為單一融合的數據中心基礎設施，簡化了數據中心的連接并降低了成本。谷歌公司的研究人員設計出了一種能量比例結構，按照扁平化蝴蝶拓撲的節點連接方式連接各服務器，以保證數據中心網絡的電能消耗與服務器的利用率相匹配，從而最大限度的降低數據中心的運行成本。
[0018]隨著數據中心的不斷發展，傳統的樹形數據中心網絡結構雖然建造起來比較簡單方便，但不便于拓展和升級，而且一個核心交換機出現故障可能導致上千臺服務器失效，因此對網絡拓撲的擴展性、可靠性等性能需要有更高的要求。
[0019]胖樹結構中的 一個中間節點可以有多個父節點，增加了上下層集合交換機之間以及集合交換機與核心交換機之間的鏈路數量，增大了網絡的連通性。但胖樹還不能從根本上解決數據中心網絡拓展和升級的問題，當交換機數量增加到一定程度時，需要改變原有數據中心網絡的結構，增加集合交換機的層次數量，不利于大規模數據中心網絡的構建。
[0020]DCell采用完全圖的節點連接關系作為遞歸規律，同層次的任意兩個遞歸單元之間都有一對服務器直接相連，但它的每個終端節點都連有多條鏈路，因此每個節點都需要有多個端口，隨著網絡規模的擴展，不同子單元間的節點通信路徑較長，通信時延增長。同時，該結構較為復雜，路由協議不易設計。
[0021]BCube利用超立方體的節點連接關系作為遞歸規律，同層次不同遞歸單元中相同位置上的服務器都通過一個交換機相互連接，該結構具備了超立方體連通性好，直徑小的優點，其路徑多樣性沒有胖樹拓撲豐富，難以做到上下行帶寬的統一。
[0022]VL2是通過對原有胖樹網絡的升級來改造網絡，通過業余需求動態分配資源，提高了網絡的利用率，但無法改變網絡本身擴展性差的事實，且并沒有提高網絡的可靠性。
【發明內容】
[0023]本發明提供一種基于胖樹形高拓展超立方體的網絡拓撲結構，旨在解決現有網絡拓撲結構拓展性差、可靠性低、網絡性能低的問題。
[0024]本發明是這樣實現的，一種基于胖樹形高拓展超立方體的網絡拓撲結構，所述網絡拓撲結構包括多個交換機及多個服務器，所述交換機采用遞歸單元層級方式構成拓撲網絡，其中最低遞歸單元采用m-port n-tree胖樹網絡結構，最低遞歸單元支持的服務器數量為^ci = 2X (m/2)n，其中m為胖樹中交換機的端口數量，η為胖樹結構的層級，在網絡拓撲中，最高層的第i個交換機的第k個端口與第i個子單元的第k個服務器互聯，實現多路徑網絡拓撲結構，其中i，k e {1，2...gkJ。[0025]本發明的進一步技術方案是:，其特征在于:所述網絡拓撲結構中在進行高層遞歸時仍然保持了等分帶寬以及多路徑性能。
[0026]本發明的進一步技術方案是:所述網絡拓撲結構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]本發明的進一步技術方案是:所述網路拓撲結構中的每一個層級的遞歸單元的所述交換機米用統一型號。
[0028]本發明的進一步技術方案是:在網絡中所述遞歸單元中的交換機高層級端口數大于低層級端口數。
[0029]本發明的進一步技術方案是:在網絡中所述交換機的標示為
[0030]Sff < I, C = Cn_2Cn_3...C1C0 >，其中 I 為交換機所在層號，Ie {O, 1...n-1}，C 的取值范圍是
【權利要求】
1.一種基于胖樹形高拓展性超立方體的網絡拓撲結構，其特征在于:所述網絡拓撲結構包括多個交換機及多個服務器，所述交換機采用遞歸單元層級方式構成拓撲網絡，其中最低遞歸單元采用m-port n-tree胖樹網絡結構，最低遞歸單元支持的服務器數量為:gQ =2 X (m/2)n，其中m為胖樹中交換機的端口數量，η為胖樹結構的層級，在網絡拓撲中，最高層的第i個交換機的第k個端口與第i個子單元的第k個服務器互聯，實現多路徑網絡拓撲結構，其中 i，k e {1，2...gkJ。
2.根據權利要求1所述的網絡拓撲結構，其特征在于:所述網絡拓撲結構中在進行高層遞歸時仍然保持了等分帶寬以及多路徑性能。
3.根據權利要求2所述的網絡拓撲結構，其特征在于:所述網絡拓撲結構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.根據權利要求1-3任一項所述的網絡拓撲結構，其特征在于:所述網路拓撲結構中的每一個層級的遞歸單元的所述交換機采用統一型號。
5.根據權利要求4所述的網絡拓撲結構，其特征在于:在網絡中所述遞歸單元中的交換機高層級端口 數大于低層級端口數。
6.根據權利要求4所述的網絡拓撲結構，其特征在于:在網絡中所述交換機的標示為Sff < I, C = Cn_2Cn_3...C1C0 >，其中I為交換機所在層號，Ie {O, 1...n-1}，C的取值范圍是
7.根據權利要求4所述的網絡拓撲結構，其特征在于:在網路中所述服務器的標記為P(PlriPnI..P1P0),其中 P e {O, 1...m-1} X {O, 1...(m/2)-1ln^10
8.根據權利要求4所述的網絡拓撲結構，其特征在于:在網路拓撲結構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】H04L12/751GK103957163SQ201410084035
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】李維, 張進軍, 徐雪珍, 陳雍玨 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院