[发明专利]一种数据中心网络拓扑结构及其路由方法

说明书

技术领域

本发明属于互联网技术领域，特别涉及一种数据中心网络拓扑结构及其路由方法。

背景技术

数据中心网络是指数据中心的网络基础设施，它通过高速的链路和交换机连接着大量的服务器，数据中心网络是数据中心硬件部分的核心基础构成，它的拓扑结构给出了数据中心所有交换机和服务器的连接关系，决定数据中心的具体组织形式。

随着信息资源数字化的发展，在工业制造、电子商务、科研教学、生活娱乐等诸多领域，每天都会产生大量的数据。数据规模越来越大，增长速度越来越快是当今时代发展的必然趋势。为了容纳海量数据，必须构建更多大规模数据中心予以支持。对于一个数据中心，在结构层面以及通信协议层面都必须拥有较好可扩展性，才能满足规模日益增长的需求。数据中心的规模日益增长也带来了一个问题：故障发生变得十分常见。因此，容错性是数据中心结构必须具备的一个基本条件。

当前，数据中心网络大多都基于树形结构，其有以下缺点：第一，高层交换机或路由器容易成为带宽瓶颈；第二，核心交换机或路由器是系统的单故障点；第三，高端通信设备的使用将导致昂贵的构建成本。因此，树形结构缺乏当前数据中心网络所必须具备的可扩展性和高容错性，在成本方面也缺乏竞争性。其它的一些结构，如并行计算领域的互联结构，其关注的更多是降低消息传递延迟和提高计算速度，并不能很好地满足数据中心可扩展、高容错的设计需求。

近年来，国内外也提出了一些数据中心网络的解决方案。如Fares等人提出了一种经过改进的树形结构Fat-Tree，该结构通过更多的廉价交换机和连线改造传统的树形结构，提高了容错性和网络带宽，但其可扩展性仍然受到交换机端口数的限制。微软亚洲研究院郭传雄等人提出的DCell，具有很高的可扩展性、容错性和网络带宽，但其使用了较为昂贵的多端口网卡（例如四端口）以及较为复杂的连线方式，会加大部署管理的难度以及导致较高的构建成本。李丹等人提出的FiConn，使用了廉价的交换机和双端口网卡服务器，但它是通过部分性能损失换取成本的降低。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有可扩展性及高容错性的数据中心网络拓扑结构。

本发明的另一个目的在于提供一种上述数据中心网络拓扑结构的路由方法。

为了达到上述第一个目的，本发明采用以下技术方案实现：一种数据中心网络拓扑结构，包括交换机和服务器，所述每个服务器包含有两个网卡端口，所述交换机带有n个端口，一个交换机与n个服务器连接后构成拓扑结构最底层的分区结构；

以最底层的分区结构为基础，将n个低一层分区结构中各自的一半未被使用的服务器网卡端口分别连接到各个交换机上，构成高一层的分区结构，其中所述各个交换机上所连接的n个服务器网卡端口分别来自于n个低一层分区结构中；以此递归地逐层构成整个拓扑结构。

优选的，所述n为4，即所述交换机带有4个端口；所述拓扑结构的分区结构最低层为最底层，即0层，最高层为K层；其中K层的分区结构由n个K-1层分区结构和(n/2)^K个交换机连接组成，其中每个K-1层分区结构中(n/2)^K个未被使用的服务器网卡端口分别与(n/2)^K个交换机连接，K为大于等于1的整数。

优选的，所述数据中心网络拓扑结构中的服务器编号用元组或标识符来表示；所述元组为[a_K,a_K-1,...,a_i,...,a₁,a₀]，a₀表示服务器在最底层分区结构中的位置；a_i表示服务器位于第a_i个i-1层分区结构，其中1≤i≤K；所述标识符为一个无符号的整数，其取值范围是[0,t_K)，其中t_K为服务器的总数。

优选的，所述交换机的编号表示为(u-b_K-u,b_K-u+1,...,b_i,...,b₁,b₀)，u为交换机所属的最低层次分区结构，b₀表示交换机位于u层分区结构中的位置，其中1≤i≤K-u，b_i表示交换机位于第b_i个u+i-1层分区结构中。

为了达到上述第二个目的，本发明采用以下技术方案：一种基于权利要求1所述的数据中心网络拓扑结构的路由方法，包括以下步骤：