[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

说明书

本发明涉及一种基于立方体结构的数据中心网络拓扑结构，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结构本质也是一个图，图中的每个节点最大度为6。其中，图中一个节点度值节点多连接的边的数量。其使用图结构进行抽象可以很好的利用大量图理论中优秀的数学理论成果帮助设计内联网络结构。

技术领域

本发明涉及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，属于计算机网络研究方向中数据中心网络研究领域。

背景技术

数据中心是内容分发网络、云计算服务、大数据处理的基础设施。数据中心内联网络是数据中心连接各个服务器的内部网络，其拓扑结构直接影响着数据中心的扩展性、路由效率、路由容错、资源虚拟化等性能指标。计算机网络方向中内联网络的相关研究更多的是针对多处理机系统、并行计算系统网络的研究。其研究成果在网络的规模和扩展性方面受到一定的限制，并且不支持设计高效、容错的节点间路由算法。内容分发网络、云计算、大数据等服务的应用及发展恰恰要求作为其基础设施的数据中心支持相应的特性。一个设计良好的内联网络拓扑结构可以从网络结构角度高效解决网络容量、动态扩展、高效路由和容错路由等问题。为此，专门研究、设计符合需求的数据中心内联网络拓扑结构对于支撑内容分发网络、云计算和大数据处理等服务，提升服务器质量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于立方体结构的数据中心网络拓扑结构，是一种专门适用于构建数据中心的内联网络结构，使内联网络的结构能够支持数据中心规模的扩展和网络内节点间高效通信的特性，数据中心内联网络可以抽象为一个图模型，网络中的路由设备和服务器抽象为图中的节点；路由设备和服务器等设备之间的物理连接抽象为图中的边。因此，数据中心内联网络的设计问题可以转换为特定图结构的设计问题。通过将数据中心的内联网络结构抽象为一个图结构，实现将复杂问题简单化，剥离出问题的本质。在数据中心内联网络结构设计中，我们关心的是服务器和路由器间的连接规则。同时，使用图结构进行抽象可以很好的利用大量图理论中优秀的数学理论成果帮助设计内联网络结构。

本发明的技术方案是这样实现的：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：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；