[发明专利]一种基于组合设计的数据中心网络拓扑设计方法

说明书

本发明公开了一种基于组合设计的数据中心网络拓扑设计方法，用于设计出具备不同性能优势的树形拓扑结构。例如，可支持更多服务器数量的树形拓扑结构和容错能力更强的树形拓扑结构。其中，树形拓扑的结构特征在于：由三层交换机和一层服务器组成；三层交换机自顶向下依次称为核心交换机、汇聚交换机和边缘交换机，核心交换机仅与汇聚交换机相连，每台服务器仅与一台边缘交换机相连；同时，汇聚交换机和边缘交换机被划分至多台机架内，边缘交换机仅与同机架内的汇聚交换机相连。需要指出的是，上述分层及多机架的结构特征是树形拓扑易于部署及维护的关键原因。

技术领域

本发明涉及一种基于组合设计的数据中心网络拓扑设计方法，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

数据中心是提供云计算服务的基础设施。数据中心网络是数据中心架构的核心基础构成，通过交换机和交换机间的高速链路连结着海量服务器，以此提供强大的计算资源和存储资源。数据中心网络的拓扑结构是指数据中心中所有交换机和服务器间的连接关系，直接影响着数据中心网络的性能。近年来，国内外的研究人员提出了许多数据中心网络拓扑的设计方案，如Fat-Tree，DCell，和BCube等。在这些设计方案当中，以Fat-Tree为代表的树形拓扑结构因其易于部署和维护的特性，成为了目前商用数据中心主流的拓扑设计方案。

然而，随着数据中心的流量模式和业务需求的不断变化和发展，数据中心对其拓扑设计的性能指标有了更多更高的要求。已有的树形拓扑结构性能指标单一固定，难以满足数据中心的多样化需求。例如，已有树形拓扑结构的扩展能力严格受限于交换机的端口数量，无法进行有效扩展以支持更多的服务器；同时，树形拓扑结构也存在通信链路缺乏备选交换机、易出现单点故障的缺点，数据中心网络规模的扩大会进一步放大这一缺陷。随着数据规模和计算需求的不断增长，如何在保留树形拓扑结构优势的同时增加其可支持的服务器数量已成为一个亟需解决的问题，提升容错能力也成为拓扑设计时的重要考量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种数据中心网络拓扑设计方法，以设计出具备不同性能优势的树形拓扑结构。例如，可支持更多服务器数量的树形拓扑结构和容错能力更强的树形拓扑结构。其中，树形拓扑的结构特征在于：由三层交换机和一层服务器组成；三层交换机自顶向下依次称为核心交换机、汇聚交换机和边缘交换机，核心交换机仅与汇聚交换机相连，每台服务器仅与一台边缘交换机相连；同时，汇聚交换机和边缘交换机被划分至多台机架内，边缘交换机仅与同机架内的汇聚交换机相连。需要指出的是，上述分层及多机架的结构特征是树形拓扑易于部署及维护的关键原因。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于组合设计的数据中心网络拓扑设计方法。此方法的特征在于包括以下步骤，步骤中的参数均为正整数：

S1：构建机架内边缘服务器和汇聚服务器间的连接模式。

S1.1：构造参数为{v1，b1，r1，k1，λ1}的平衡区组设计。

S1.2：将v1台边缘交换机和b1台汇聚交换机按照S1.1中构造好的区组设计连接成二分图。

S1.3：将v1台边缘交换机复制c1份，每份边缘交换机仍按照S1.1中构造好的平衡区组设计与原有的b1台汇聚交换机连接成二分图。

S1.4：将这样的b1台汇聚交换机和v1*(c1+1)台边缘交换机搭建成一台机架。

S2：构建核心交换机和汇聚交换机间的连接模式。

S2.1：从机架内的b1台汇聚交换机中选取x台汇聚交换机，使得同机架内的每台边缘交换机都与这x台汇聚交换机中的w台汇聚交换机相连。称这样的x台汇聚交换机的集合为一个超级交换机。

S2.2：重复步骤S2.1，将机架内的b1台汇聚交换机组合成l个超级交换机，并将这l个超级交换机编号为1,2,3，…，l。每台汇聚交换机被包含在相同数量的超级交换机内。