[發(fā)明專利]一種通過交換機構(gòu)建的交換系統(tǒng)及其路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711480665.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108259387B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇勇
• 申請（專利權(quán)）人: 曙光信息產(chǎn)業(yè)（北京）有限公司
• 主分類號: H04L12/933
• 分類號: H04L12/933;H04L12/947;H04L12/935;H04L12/741
• 代理公司: 北京德恒律治知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;盧軍峰

本發(fā)明公開了一種通過交換機構(gòu)建的交換系統(tǒng)及其路由方法，該通過交換機構(gòu)建的交換系統(tǒng)包括：多個交換機，每個交換機具有2N個端口，其中，每個交換機的N個端口分別與其他的交換機連接，以及每個交換機剩余的N個端口分別與節(jié)點連接，其中，N為正整數(shù)。本發(fā)明通過將每個交換機的N個端口分別與其他的交換機連接，以及將每個交換機剩余的N個端口分別與節(jié)點連接，從而構(gòu)建這種全互連網(wǎng)絡(luò)，其具有低成本、低功耗、低延遲，高性能等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體來說，涉及一種通過交換機構(gòu)建的交換系統(tǒng)及其路由方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)中，美國國防部于2002年制定的“高效能計算系統(tǒng)(HighProductivity Computing Systems，簡稱HPCS)”研究計劃率先提出了以高效能作為新一代高性能計算機研制的目標(biāo)。高效能代表了高性能計算機研究的新方向，其包含了高性能、可編程性、可移植性、穩(wěn)定性等多個方面的要求，同時，高效能計算機研究領(lǐng)域主要包括：高帶寬、低延遲分級存儲系統(tǒng)；平衡好處理器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)帶寬、系統(tǒng)軟件與開發(fā)語言的均衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；健壯性策略；新的度量準則和基準測試程序；系統(tǒng)自適應(yīng)性；節(jié)能以及簡化管理復(fù)雜性等諸多內(nèi)容。

此外，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)蓬勃發(fā)展，大規(guī)模計算快速向超級計算機和數(shù)據(jù)中心聚集。計算機技術(shù)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得高性能計算機技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，而在技術(shù)應(yīng)用加深的過程中，也對高性能互連網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。

另外，高性能互連網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)中心的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也需要在新的技術(shù)形態(tài)下，因勢而變，不斷提升性能和可擴展性，提高安全性和可管理性，以及支持軟件定義，實現(xiàn)多協(xié)議、多網(wǎng)絡(luò)的深度融合，提高集成密度，支持快速部署。同時，數(shù)據(jù)中心還面臨多方面挑戰(zhàn)，比如能耗、散熱問題，如何讓數(shù)據(jù)中心更加高效、綠色、可靠、智能成為當(dāng)前面臨的問題。

此外，2012年我國數(shù)據(jù)中心總數(shù)已超64萬個，80％以上是小于500平米的微型數(shù)據(jù)中心，因此，數(shù)量多規(guī)模小是我國數(shù)據(jù)中心的特征。同時，世界各地正在建造的數(shù)據(jù)中心正繼續(xù)增長，根據(jù)IDC(互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，全球數(shù)據(jù)中心數(shù)量在2015年達到了855萬座。此外，數(shù)據(jù)中心市場從客戶可分為HyperScale、Enterprises和SMB(ServerMessage Block，它是一個協(xié)議名)三個層級，其中，HyperScale的成長超過了60％，同時，據(jù)IDC預(yù)測，來自Enterprises的需求的年增長率將達到20％，其中中小型客戶的數(shù)據(jù)中心總量非常龐大。

同時，中小型企業(yè)數(shù)據(jù)中心規(guī)模在100臺服務(wù)器到500臺服務(wù)器之間，因此，如果構(gòu)建互連網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，針對這樣的應(yīng)用場景和系統(tǒng)規(guī)模，提供低成本，低功耗，高性能的互連網(wǎng)絡(luò)具有非常重要的現(xiàn)實意義和社會價值。

高性能互連網(wǎng)絡(luò)該如何發(fā)展來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)呢？互連網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和路由算法從宏觀上決定了網(wǎng)絡(luò)的通信性能。

此外，拓撲結(jié)構(gòu)是指合理的互連結(jié)構(gòu)，其不但可以提供高性能的通信，還可以減輕并行程序的設(shè)計負擔(dān)。同時，網(wǎng)絡(luò)拓撲的靜態(tài)度量主要包括：網(wǎng)絡(luò)的度、鏈路數(shù)、網(wǎng)絡(luò)直徑和等分寬度，這些特性決定拓撲的通信性能、規(guī)模、成本和擴展性等，其是評價網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)，因此，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該最小化網(wǎng)絡(luò)直徑以降低延遲、提高通信能力，以及最大化等分寬度以提高網(wǎng)絡(luò)吞度率，增強系統(tǒng)容錯能力，提高可靠性，以及最小化交換機數(shù)量來降低系統(tǒng)成本，降低系統(tǒng)功耗。

另外，超級計算機之父Cray最新的XC30系統(tǒng)，其采用新穎的高帶寬、低網(wǎng)絡(luò)直徑的Dragonfly(蜻蜓)拓撲，類似縮減的全互連結(jié)構(gòu)。同時，Dragonfly拓撲使用一組路由器連接成一個高維度的虛擬路由器組，組間是全互連結(jié)構(gòu)，組內(nèi)是2維的all-to-all(多對多)結(jié)構(gòu)，該XC30系統(tǒng)的全局帶寬是其上一代產(chǎn)品基于3D Torus拓撲的Gemini系統(tǒng)的20倍，性能有了極大的提升，但其交換機有48個端口，大端口路由器對于系統(tǒng)成本和工藝都是嚴峻的考驗。