[發明專利]一種基于組合設計的數據中心網絡拓撲設計方法

有效

• 申請號: 202010097925.8
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111343014B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 邵子瑜;常益嘉
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: H04L41/12
• 分類號: H04L41/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種基于組合設計的數據中心網絡拓撲設計方法，用于設計出具備不同性能優勢的樹形拓撲結構。例如，可支持更多服務器數量的樹形拓撲結構和容錯能力更強的樹形拓撲結構。其中，樹形拓撲的結構特征在于：由三層交換機和一層服務器組成；三層交換機自頂向下依次稱為核心交換機、匯聚交換機和邊緣交換機，核心交換機僅與匯聚交換機相連，每臺服務器僅與一臺邊緣交換機相連；同時，匯聚交換機和邊緣交換機被劃分至多臺機架內，邊緣交換機僅與同機架內的匯聚交換機相連。需要指出的是，上述分層及多機架的結構特征是樹形拓撲易于部署及維護的關鍵原因。

技術領域

本發明涉及一種基于組合設計的數據中心網絡拓撲設計方法，屬于計算機網絡研究方向中數據中心網絡研究領域。

背景技術

數據中心是提供云計算服務的基礎設施。數據中心網絡是數據中心架構的核心基礎構成，通過交換機和交換機間的高速鏈路連結著海量服務器，以此提供強大的計算資源和存儲資源。數據中心網絡的拓撲結構是指數據中心中所有交換機和服務器間的連接關系，直接影響著數據中心網絡的性能。近年來，國內外的研究人員提出了許多數據中心網絡拓撲的設計方案，如Fat-Tree，DCell，和BCube等。在這些設計方案當中，以Fat-Tree為代表的樹形拓撲結構因其易于部署和維護的特性，成為了目前商用數據中心主流的拓撲設計方案。

然而，隨著數據中心的流量模式和業務需求的不斷變化和發展，數據中心對其拓撲設計的性能指標有了更多更高的要求。已有的樹形拓撲結構性能指標單一固定，難以滿足數據中心的多樣化需求。例如，已有樹形拓撲結構的擴展能力嚴格受限于交換機的端口數量，無法進行有效擴展以支持更多的服務器；同時，樹形拓撲結構也存在通信鏈路缺乏備選交換機、易出現單點故障的缺點，數據中心網絡規模的擴大會進一步放大這一缺陷。隨著數據規模和計算需求的不斷增長，如何在保留樹形拓撲結構優勢的同時增加其可支持的服務器數量已成為一個亟需解決的問題，提升容錯能力也成為拓撲設計時的重要考量。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種數據中心網絡拓撲設計方法，以設計出具備不同性能優勢的樹形拓撲結構。例如，可支持更多服務器數量的樹形拓撲結構和容錯能力更強的樹形拓撲結構。其中，樹形拓撲的結構特征在于：由三層交換機和一層服務器組成；三層交換機自頂向下依次稱為核心交換機、匯聚交換機和邊緣交換機，核心交換機僅與匯聚交換機相連，每臺服務器僅與一臺邊緣交換機相連；同時，匯聚交換機和邊緣交換機被劃分至多臺機架內，邊緣交換機僅與同機架內的匯聚交換機相連。需要指出的是，上述分層及多機架的結構特征是樹形拓撲易于部署及維護的關鍵原因。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種基于組合設計的數據中心網絡拓撲設計方法。此方法的特征在于包括以下步驟，步驟中的參數均為正整數：

S1：構建機架內邊緣服務器和匯聚服務器間的連接模式。

S1.1：構造參數為{v1，b1，r1，k1，λ1}的平衡區組設計。

S1.2：將v1臺邊緣交換機和b1臺匯聚交換機按照S1.1中構造好的區組設計連接成二分圖。

S1.3：將v1臺邊緣交換機復制c1份，每份邊緣交換機仍按照S1.1中構造好的平衡區組設計與原有的b1臺匯聚交換機連接成二分圖。

S1.4：將這樣的b1臺匯聚交換機和v1*(c1+1)臺邊緣交換機搭建成一臺機架。

S2：構建核心交換機和匯聚交換機間的連接模式。

S2.1：從機架內的b1臺匯聚交換機中選取x臺匯聚交換機，使得同機架內的每臺邊緣交換機都與這x臺匯聚交換機中的w臺匯聚交換機相連。稱這樣的x臺匯聚交換機的集合為一個超級交換機。

S2.2：重復步驟S2.1，將機架內的b1臺匯聚交換機組合成l個超級交換機，并將這l個超級交換機編號為1,2,3，…，l。每臺匯聚交換機被包含在相同數量的超級交換機內。