[發(fā)明專利]一種基于立方體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711313362.6
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108063686B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張劍飛;曲冠南;馮欣;張婧
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: H04L41/12
• 分類號: H04L41/12;H04L41/14;H04L45/02
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王薇

1.一種基于立方體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于：以立方體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將其進(jìn)行擴(kuò)展為多立方體堆疊的立方體結(jié)構(gòu)；單純的立方體結(jié)構(gòu)是一個正六面體，每個節(jié)點與相鄰的三個節(jié)點直接相連；而通過堆疊之后立方體結(jié)構(gòu)(Heap?of?Cube,HCube)將構(gòu)成一個三維的立體空間，空間中的每個節(jié)點具有6個鄰居節(jié)點即直接相連的節(jié)點；HCube結(jié)構(gòu)中每個節(jié)點被賦予一個邏輯地址，該邏輯地址是一個三元組(x₁,x₂,x₃)，其中x_i(i＝1,2,3)是整數(shù),對于結(jié)構(gòu)中任意相鄰的兩個節(jié)點u和v，兩個節(jié)點的邏輯地址中有且只有一位不同，兩個不相同位的差的絕對值為1,若一個節(jié)點的邏輯地址為(x₁,x₂,x₃)，則其鄰居節(jié)點的地址是：

在此基礎(chǔ)上，按照HCube結(jié)構(gòu)連接路由設(shè)備，構(gòu)造數(shù)據(jù)中心的路由設(shè)備網(wǎng)絡(luò)；對于每個路由設(shè)備，其所有的通信接口分為兩個部分,第一部分，稱為P端口，共6個接口，用于連接其他路由設(shè)備，構(gòu)造路由設(shè)備網(wǎng)絡(luò)；第二部分，稱為S端口，路由器除P端口外的所有余接口，用于連接多個服務(wù)器；

HCube結(jié)構(gòu)中的每臺服務(wù)器也將被賦予一個邏輯地址，該邏輯地址是一個四元組(x₁,x₂,x₃，a)，其中x_i(i＝1,2,3)是整數(shù)，a是正整數(shù),這里，服務(wù)器的邏輯地址分為兩部分，第一部分有四元組中的前三位組成，標(biāo)識了當(dāng)前服務(wù)器所屬的路由器的地址，由于HCube網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一個基于立方體構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)，因此每個服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的三個維度上分別使用一個整數(shù)x_i標(biāo)識其三個維度上的位置；第二部分的標(biāo)識符a是當(dāng)前服務(wù)器在該路由器所連接的所有服務(wù)器中的序號，每個路由器中使用其S端口連接服務(wù)器，為了區(qū)分同一路由器連接的不同服務(wù)器，使用a標(biāo)識一個服務(wù)器，由此可知a的最大值是路由器S端口的數(shù)量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立方體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建按以下步驟完成：

步驟1、選擇路由器規(guī)格,HCube網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中全部使用相同規(guī)格的路由器，所以一旦選定路由器設(shè)備則可以確定路由器設(shè)備端口數(shù)量，P端口數(shù)量和S端口數(shù)量參數(shù),令n表示所選路由器的端口數(shù)量，P端口數(shù)量為6，S端口數(shù)量為(n-6)，決定需要構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心的總體規(guī)模，令N為設(shè)計包含的服務(wù)器的總數(shù)量，則所選的路由器的數(shù)量

步驟2、將每臺路由器的S端口都分別與一臺服務(wù)器連接，即每臺路由器直接連接(n-6)臺服務(wù)器，并將每臺服務(wù)器編號為a∈[1,(n-6)],當(dāng)未連接的服務(wù)器不足(n-6)時，若最后一臺路由器與未連接服務(wù)器直接相連,并將每臺服務(wù)器從1開始順序編號,將路由器的6個P端口分別編號為：1，2，3，4，5，6；

步驟3、取第一臺路由器，令其邏輯地址為(0,0,0)；

步驟4、取一臺未編地址的路由器，使用u表示這臺路由器,對于已經(jīng)連接入HCube結(jié)構(gòu)中的每一臺路由器，如果該路由器已經(jīng)編址且P端口仍然有空閑，為HCube中符合該條件的路由器計算其地址的和值，計算公式為：計算后，將得到的所有地址和值H中的最小值設(shè)為使用v表示具有地址和值為的路由器，則將路由器u與路由器v相連,若計算所得到的所有地址和值H中有多個路由器的地址和值為則隨機選擇一個路由器作為路由器v與路由器u相連；

步驟5、上一步中具有地址和值為路由器v的邏輯地址為(x₁,x₂,x₃)，對(x₁,x₂,x₃)中的3個標(biāo)識符按其值的升序重新排列，若兩個標(biāo)識符的值相同，則根據(jù)標(biāo)識符的下角標(biāo)值升序排列,按照升序順序在重排后的地址表示符序列中選取一個標(biāo)識符x_i，并判斷路由器v的所有P類型端口中編號為(2k-1)和2k是否空閑；若(2k-1)端口空閑，則將路由器v的邏輯地址為(x₁,x₂,x₃)中x_k修正為x_k+1，并將新的邏輯地址賦予路由器u，作為u的邏輯地址；路由器u和v分別使用自己的編號為2k和(2k-1)的P類型端口相互連接起來；否則若2k端口空閑，則將路由v的邏輯地址為(x₁,x₂,x₃)中x_k修正為x_k-1，并將新的邏輯地址賦予路由器u，作為u的邏輯地址，路由器u和v分別使用自己的編號為(2k-1)和2k的P類型端口相互連接起來；在后續(xù)的連接操作中，可以通過不斷的從重排序列中選取標(biāo)識符，并根據(jù)其下標(biāo)計算相應(yīng)P類型端口的編號來獲得一個空閑的端口，完成新增路由器的接入；

步驟6、路由器u依據(jù)自己的邏輯地址生產(chǎn)鄰居路由器地址集合,并檢測當(dāng)前已經(jīng)編址的路由器集合中是否包含了自己的鄰居路由器,若鄰居路由器還未產(chǎn)生則不處理,若鄰居路由器已經(jīng)連接入網(wǎng)絡(luò)，則需要將路由器u與已添加的鄰居路由器相連；使用w表示一個u的已經(jīng)連接如網(wǎng)絡(luò)但還沒有與u相連的鄰居路由器,路由器u和w的地址可以分別表示為(u₁,u₂,u₃)和(w₁,w₂,w₃),假設(shè)u和w的地址中第l(l＝1,2,3)位不同，則顯然有|u_l-w_l|＝1，l＝1,2,3；如果u_lw_l,則路由器u的編號為(2l-1)的P端口與路由器v的編號為2l的P端口直接相聯(lián)；否則u_lw_l,則路由器u的編號為2l的P端口與路由器v的編號為(2l-1)的P端口直接相聯(lián)；

步驟7、重復(fù)上述步驟4～6，直至將所有的路由器編址并連入網(wǎng)絡(luò)。