[發(fā)明專利]基于超立方簇的數(shù)據(jù)中心光互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210133164.2
• 申請(qǐng)日: 2012-05-02
• 公開（公告）號(hào): CN102638411A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧華璽;余曉杉;王琨;朱文娟;年秀梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/56
• 分類號(hào): H04L12/56
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及數(shù)據(jù)中心光互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的高效通信。

背景技術(shù)

隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)由傳統(tǒng)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚨喾N服務(wù)與應(yīng)用的高性能資源平臺(tái)。同時(shí)，為有效滿足云計(jì)算對(duì)于海量資源的需求，數(shù)據(jù)中心將擁有數(shù)萬臺(tái)甚至數(shù)十萬臺(tái)服務(wù)器，同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量將達(dá)到P(10¹⁵)比特量級(jí)。因此，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以支持云計(jì)算背景下大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行。Mohammad?Al-Fares等人在文章“A?scalable，commodity?data?center?network?architecture”(In?Proceedings?of?the?ACM?SIGCOMM?2008?conference?on?Data?communication)中提出使用胖樹拓?fù)錁?gòu)建數(shù)據(jù)中心以解決核心層的帶寬受限問題，但由于受到電互連技術(shù)本身的限制，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在著開銷巨大，布線復(fù)雜，能耗較高的問題。

由于光互連本身具有高帶寬和低能耗的特性，因此光互連網(wǎng)絡(luò)同樣成為研究人員所關(guān)注的焦點(diǎn)。但現(xiàn)存光互連網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在以下兩點(diǎn)問題：第一，光互連網(wǎng)絡(luò)采用集中式架構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)使用高基數(shù)光交換機(jī)連接所有機(jī)架或底層交換單元。因此，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模嚴(yán)重受限于核心光交換機(jī)的端口數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性不高。第二，光互連網(wǎng)絡(luò)一般采用光電路交換機(jī)制，但并沒有提出有效的方案以解決光電路交換帶寬利用率不高，交換粒度較大的問題。因此，光網(wǎng)絡(luò)的阻塞較為嚴(yán)重，網(wǎng)絡(luò)性能無法得到有效的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于超立方簇的數(shù)據(jù)中心光互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通信方法，以有效降低網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備開銷和布線復(fù)雜度，提高網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性和鏈路帶寬利用率，減小網(wǎng)絡(luò)阻塞，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于超立方簇的數(shù)據(jù)中心光互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括：

N臺(tái)架頂光交換機(jī)，每臺(tái)架頂光交換機(jī)包括n個(gè)簇內(nèi)交換端口，2個(gè)簇間交換端口，n+2個(gè)下行端口，其中，N，n均為整數(shù)；

N臺(tái)架頂電交換機(jī)，每臺(tái)架頂電交換機(jī)包括n+2個(gè)上行端口和s個(gè)下行端口，其中s為整數(shù)；

N×s臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器包括一個(gè)上行端口；

其特征在于：

每一臺(tái)架頂電交換機(jī)的s個(gè)下行端口連接s臺(tái)服務(wù)器，每一臺(tái)架頂電交換機(jī)的n+2個(gè)上行端口連接一臺(tái)架頂光交換機(jī)的n+2個(gè)下行端口，構(gòu)成N個(gè)網(wǎng)絡(luò)基本單元；

將N個(gè)網(wǎng)絡(luò)基本單元分為k個(gè)簇，每個(gè)簇中包括2ⁿ個(gè)網(wǎng)絡(luò)基本單元，該2ⁿ個(gè)網(wǎng)絡(luò)基本單元通過架頂光交換機(jī)的簇內(nèi)交換端口連接成n維超立方拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；超立方拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)基本單元根據(jù)其在超立方拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的位置，設(shè)有環(huán)編號(hào)A_r，A_r采用n位自然二進(jìn)制編碼；

k個(gè)簇中環(huán)編號(hào)A_r相同的網(wǎng)絡(luò)基本單元通過架頂光交換機(jī)的簇間交換端口連接成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)基本單元根據(jù)其在環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的位置，設(shè)有簇編號(hào)A_c，A_c采用m位自然二進(jìn)制編碼，m為整數(shù)且滿足條件2^m≥k。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于超立方簇的數(shù)據(jù)中心光互連網(wǎng)絡(luò)的通信方法，包括如下步驟：

(1)源服務(wù)器產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組，并將該數(shù)據(jù)分組發(fā)送至架頂電交換機(jī)；

(2)架頂電交換機(jī)解析數(shù)據(jù)分組的目的地址，若目的地址在源服務(wù)器所在網(wǎng)絡(luò)基本單元的內(nèi)部，則將該數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)至目的服務(wù)器，通信過程完成；否則，架頂電交換機(jī)查詢目的地址所在的網(wǎng)絡(luò)基本單元的編號(hào)，并根據(jù)該編號(hào)將數(shù)據(jù)分組存貯至本地緩存的相應(yīng)子隊(duì)列中，執(zhí)行如下步驟；