[发明专利]一种基于立方体结构的数据中心网络拓扑结构及构建方法

权利要求书

1.一种基于立方体结构的数据中心网络拓扑结构，其特征在于：以立方体结构为基础，将其进行扩展为多立方体堆叠的立方体结构；单纯的立方体结构是一个正六面体，每个节点与相邻的三个节点直接相连；而通过堆叠之后立方体结构(Heap of Cube,HCube)将构成一个三维的立体空间，空间中的每个节点具有6个邻居节点即直接相连的节点；HCube结构中每个节点被赋予一个逻辑地址，该逻辑地址是一个三元组(x₁,x₂,x₃)，其中x_i(i＝1,2,3)是整数,对于结构中任意相邻的两个节点u和v，两个节点的逻辑地址中有且只有一位不同，两个不相同位的差的绝对值为1,若一个节点的逻辑地址为(x₁,x₂,x₃)，则其邻居节点的地址是：

在此基础上，按照HCube结构连接路由设备，构造数据中心的路由设备网络；对于每个路由设备，其所有的通信接口分为两个部分,第一部分，称为P端口，共6个接口，用于连接其他路由设备，构造路由设备网络；第二部分，称为S端口，路由器除P端口外的所有余接口，用于连接多个服务器；

HCube结构中的每台服务器也将被赋予一个逻辑地址，该逻辑地址是一个四元组(x₁,x₂,x₃，a)，其中x_i(i＝1,2,3)是整数，a是正整数,这里，服务器的逻辑地址分为两部分，第一部分有四元组中的前三位组成，标识了当前服务器所属的路由器的地址，由于HCube网络结构是一个基于立方体构建的三维结构，因此每个服务器作为网络中的一个节点在网络结构的三个维度上分别使用一个整数x_i标识其三个维度上的位置；第二部分的标识符a是当前服务器在该路由器所连接的所有服务器中的序号，每个路由器中使用其S端口连接服务器，为了区分同一路由器连接的不同服务器，使用a标识一个服务器，由此可知a的最大值是路由器S端口的数量。

2.根据权利要求1所述的一种基于立方体结构的数据中心网络拓扑结构，其特征在于所述的数据中心网络拓扑结构构建按以下步骤完成：

步骤1、选择路由器规格,HCube网络结构中全部使用相同规格的路由器，所以一旦选定路由器设备则可以确定路由器设备端口数量，P端口数量和S端口数量参数,令n表示所选路由器的端口数量，P端口数量为6，S端口数量为(n-6)，决定需要构建的数据中心的总体规模，令N为设计包含的服务器的总数量，则所选的路由器的数量

步骤2、将每台路由器的S端口都分别与一台服务器连接，即每台路由器直接连接(n-6)台服务器，并将每台服务器编号为a∈[1,(n-6)],当未连接的服务器不足(n-6)时，若最后一台路由器与未连接服务器直接相连,并将每台服务器从1开始顺序编号,将路由器的6个P端口分别编号为：1，2，3，4，5，6；

步骤3、取第一台路由器，令其逻辑地址为(0,0,0)；

步骤4、取一台未编地址的路由器，使用u表示这台路由器,对于已经连接入HCube结构中的每一台路由器，如果该路由器已经编址且P端口仍然有空闲，为HCube中符合该条件的路由器计算其地址的和值，计算公式为：计算后，将得到的所有地址和值H中的最小值设为使用v表示具有地址和值为的路由器，则将路由器u与路由器v相连,若计算所得到的所有地址和值H中有多个路由器的地址和值为则随机选择一个路由器作为路由器v与路由器u相连；

步骤5、上一步中具有地址和值为路由器v的逻辑地址为(x₁,x₂,x₃)，对(x₁,x₂,x₃)中的3个标识符按其值的升序重新排列，若两个标识符的值相同，则根据标识符的下角标值升序排列,按照升序顺序在重排后的地址表示符序列中选取一个标识符x_i，并判断路由器v的所有P类型端口中编号为(2k-1)和2k是否空闲；若(2k-1)端口空闲，则将路由器v的逻辑地址为(x₁,x₂,x₃)中x_k修正为x_k+1，并将新的逻辑地址赋予路由器u，作为u的逻辑地址；路由器u和v分别使用自己的编号为2k和(2k-1)的P类型端口相互连接起来；否则若2k端口空闲，则将路由v的逻辑地址为(x₁,x₂,x₃)中x_k修正为x_k-1，并将新的逻辑地址赋予路由器u，作为u的逻辑地址，路由器u和v分别使用自己的编号为(2k-1)和2k的P类型端口相互连接起来；在后续的连接操作中，可以通过不断的从重排序列中选取标识符，并根据其下标计算相应P类型端口的编号来获得一个空闲的端口，完成新增路由器的接入；

步骤6、路由器u依据自己的逻辑地址生产邻居路由器地址集合,并检测当前已经编址的路由器集合中是否包含了自己的邻居路由器,若邻居路由器还未产生则不处理,若邻居路由器已经连接入网络，则需要将路由器u与已添加的邻居路由器相连；使用w表示一个u的已经连接如网络但还没有与u相连的邻居路由器,路由器u和w的地址可以分别表示为(u₁,u₂,u₃)和(w₁,w₂,w₃),假设u和w的地址中第l(l＝1,2,3)位不同，则显然有|u_l-w_l|＝1，l＝1,2,3；如果u_lw_l,则路由器u的编号为(2l-1)的P端口与路由器v的编号为2l的P端口直接相联；否则u_lw_l,则路由器u的编号为2l的P端口与路由器v的编号为(2l-1)的P端口直接相联；

步骤7、重复上述步骤4～6，直至将所有的路由器编址并连入网络。