[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(jì)）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

本發(fā)明涉及一種基于立方體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(diǎn)與相鄰的三個節(jié)點(diǎn)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(diǎn)具有6個鄰居節(jié)點(diǎn)（即直接相連的節(jié)點(diǎn)）。HCube結(jié)構(gòu)本質(zhì)也是一個圖，圖中的每個節(jié)點(diǎn)最大度為6。其中，圖中一個節(jié)點(diǎn)度值節(jié)點(diǎn)多連接的邊的數(shù)量。其使用圖結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象可以很好的利用大量圖理論中優(yōu)秀的數(shù)學(xué)理論成果幫助設(shè)計(jì)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于立方體結(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，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究方向中數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

數(shù)據(jù)中心是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算服務(wù)、大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)中心連接各個服務(wù)器的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接影響著數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展性、路由效率、路由容錯、資源虛擬化等性能指標(biāo)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方向中內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究更多的是針對多處理機(jī)系統(tǒng)、并行計(jì)算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的研究。其研究成果在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和擴(kuò)展性方面受到一定的限制，并且不支持設(shè)計(jì)高效、容錯的節(jié)點(diǎn)間路由算法。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等服務(wù)的應(yīng)用及發(fā)展恰恰要求作為其基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心支持相應(yīng)的特性。一個設(shè)計(jì)良好的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度高效解決網(wǎng)絡(luò)容量、動態(tài)擴(kuò)展、高效路由和容錯路由等問題。為此，專門研究、設(shè)計(jì)符合需求的數(shù)據(jù)中心內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對于支撐內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理等服務(wù)，提升服務(wù)器質(zhì)量具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于立方體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一種專門適用于構(gòu)建數(shù)據(jù)中心的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)間高效通信的特性，數(shù)據(jù)中心內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以抽象為一個圖模型，網(wǎng)絡(luò)中的路由設(shè)備和服務(wù)器抽象為圖中的節(jié)點(diǎn)；路由設(shè)備和服務(wù)器等設(shè)備之間的物理連接抽象為圖中的邊。因此，數(shù)據(jù)中心內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)問題可以轉(zhuǎn)換為特定圖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題。通過將數(shù)據(jù)中心的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抽象為一個圖結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)將復(fù)雜問題簡單化，剝離出問題的本質(zhì)。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們關(guān)心的是服務(wù)器和路由器間的連接規(guī)則。同時，使用圖結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象可以很好的利用大量圖理論中優(yōu)秀的數(shù)學(xué)理論成果幫助設(shè)計(jì)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)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：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(diǎn)與相鄰的三個節(jié)點(diǎn)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(diǎn)具有6個鄰居節(jié)點(diǎn)(即直接相連的節(jié)點(diǎn))；HCube結(jié)構(gòu)中每個節(jié)點(diǎn)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(diǎn)u和v，兩個節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的邏輯地址為(x₁,x₂,x₃)，則其鄰居節(jié)點(diǎn)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；