[发明专利]基于模块扩展的数据中心网络拓扑系统的路由方法

摘要

本发明公开了基于模块扩展的数据中心网络拓扑系统的路由方法，主要解决现有以太网及数据中心树形网络中路由方法不能很好的适用于基于模块扩展的数据中心网络拓扑系统的问题，其实现步骤是：(1)初始化，采用分层编址机制标识拓扑系统中的各网络设备；(2)读取当前设备编址信息并判断当前网络设备的类型；(3)源服务器产生数据，并将其传送至边缘层交换机；(4)边缘层、汇聚层及中间层交换机根据数据的目的地址及数据所处的端口，确定数据输出端口；(5)核心层交换机根据数据的目的地址、路径跳数及端口缓存信息，确定数据输出端口。本发明具有提高网络吞吐、实现流量均衡的优点，克服静态路由的缺陷，可用于数据中心网络的路径选择，提供高效数据传输服务。

主权项

1.一种基于模块扩展的数据中心网络拓扑系统的路由方法，包括如下步骤：(1)采用三维坐标为拓扑系统中的各网络设备编址：源服务器S的地址信息用(S_x，S_y，S_z)表征，目的服务器D的地址信息用(D_x，D_y，D_z)表征，核心层交换机C的地址信息用(C_x，C_y，C_z)表征，中间层交换机I的地址信息用(I_x，I_y，I_z)表征，汇聚层交换机A的地址信息用(A_x，A_y，A_z)表征，边缘层交换机E的地址信息用(E_x，E_y，E_z)表征，其中：下标x用于表征该位为第一维坐标，第一维坐标代表网络设备在拓扑系统中所属的基本模块，取值范围为[0，m-1]，m是拓扑系统中包括的基本模块数；下标y用于表征该位为第二维坐标，第二维坐标代表网络设备在基本模块中所属的层次，取值范围为[0，4]；下标z用于表征该位为第三维坐标，第三维坐标代表网络设备在基本模块内同层设备中所处的位置：对于核心层交换机，取值范围为[0，k²/4-1]，对于中间层交换机、汇聚层交换机及边缘层交换机，取值范围均为[0，k²/2-1]；对于服务器，取值范围为[0，k³/4-1]，其中k是基本模块包括的Pod结构数，该Pod结构是由两层交换机组成，上层为k/2个汇聚层的交换机，下层为k/2个边缘层的交换机；(2)在各核心层交换机的每个增设端口处设置2个虚信道，分别标记为0号虚信道和1号虚信道；当相邻的两个核心层交换机之间有数据传输时，根据核心层交换机的地址信息，决定数据传输信道：当两个核心层交换机属于相同基本模块时，编址C_z值小的交换机通过0号虚信道将数据传送至编址C_z值大的交换机，编址C_z值大的交换机通过1号虚信道将数据传送至编址C_z值小的交换机；当两个核心层交换机属于不同基本模块时，编址C_x值小的交换机通过0号虚信道将数据传送至编址C_x值大的交换机，编址C_x值大的交换机通过1号虚信道将数据传送至编址C_x值小的交换机；从而避免在网络拓扑的横向环及纵向环上选路时出现路由环路；(3)从当前设备的寄存器中读出设备的地址信息，根据地址信息的第二维坐标值判定设备类型：若第二维坐标值为0，则当前设备为核心层交换机，执行步骤(8)；若第二维坐标值为1，则当前设备为中间层交换机，执行步骤(7)；若第二维坐标值为2时，则当前设备为汇聚层交换机，执行步骤(6)；若第二维坐标值为3，则当前设备为边缘层交换机，执行步骤(5)；若第二维坐标值为4，则当前设备为服务器，执行步骤(4)；(4)若服务器有数据需要传输，则该服务器作为源服务器S产生数据分组，将目的服务器D的地址信息添加到数据分组头中，根据源服务器S的地址信息：S_z＝k²/4*i+k/2*j+p，得到三个中间变量i、j、p，其中i取值范围为[0，k-1]，j取值范围为[0，k/2-1]，p取值范围为[0，k/2-1]；源服务器S通过边缘交换机E的p号下行端口将数据发至其直连的边缘层交换机E；(5)边缘层交换机E读取数据到达当前设备时的输入端口信息，根据端口信息确定数据转发路径：若数据从边缘层交换机E的上行端口输入，则根据目的服务器地址选定边缘层交换机E的下行端口为数据输出端口，并将数据通过该下行端口发送至目的服务器D，通信结束；若数据从边缘层交换机E的下行端口输入，且目的服务器D是边缘层交换机E的分支，则根据目的服务器地址选定边缘层交换机E的下行端口为数据输出端口，并将数据通过该下行端口发送至目的服务器D，通信结束；若数据从边缘层交换机E的下行端口输入，但目的服务器D不是边缘层交换机E的分支，则根据边缘层交换机E的上行端口缓存信息选定E的上行端口为数据输出端口，并将数据通过该上行端口发送至汇聚层交换机A；(6)汇聚层的交换机A读取数据到达当前设备时的输入端口信息，根据端口信息确定数据的转发路径：若数据从汇聚层交换机A的上行端口输入，则根据目的服务器地址选定A的下行端口为数据输出端口，并将数据通过该下行端口发送至边缘层交换机E，返回步骤(5)；若数据从汇聚层交换机A的下行端口输入，且目的服务器D是汇聚层交换机A的分支，则根据目的服务器地址选定A的下行端口为数据输出端口，并将数据通过该下行端口发送至边缘层交换机E，返回步骤(5)；若数据从汇聚层交换机A的下行端口输入，但目的服务器D不是汇聚层交换机A的分支，则根据汇聚层交换机A的上行端口缓存信息选定A的上行端口为数据输出端口，并将数据通过该上行端口发送至中间层交换机I；(7)中间层的交换机I读取数据到达当前设备时的输入端口信息，根据端口信息确定数据转发路径：若数据从中间层交换机I的上行端口输入，则中间层交换机读取其下行端口的缓存信息，优先选择剩余缓存空间最大的下行端口为数据输出端口，再将数据通过该下行端口发送至汇聚层交换机A，返回步骤(6)；若数据从中间层交换机I的下行端口输入，则中间层交换机读取其上行端口的缓存信息，优先选择剩余缓存空间最大的上行端口为数据输出端口，再将数据通过该上行端口发送至核心层交换机C；(8)核心层交换机C读取数据分组的目的地址信息，根据目的地址判断目的服务器D与核心层交换机C是否处于同一模块，再确定数据转发路径：若目的服务器D与核心层交换机C属于相同基本模块，则根据目的服务器D的地址信息确定数据输出的下行端口号；再根据该基本模块内各核心层交换机中选定的下行端口的归一化剩余缓存空间及路径跳数信息，计算选择核心层交换机C及其左右相邻的核心层交换机C_左1、C_左2、C_右1、C_右2进行数据传输的概率P、P_左1、P_左2、P_右1、P_右2，并将计算结果进行比较，优先选择最大概率值相对应的核心层交换机为数据转发交换机，若有两个以上相同的最大概率值时，则根据路径跳数小优先的原则选择最大概率值相对应的交换机，若路径跳数也相同时，则再根据左优先原则选择数据转发交换机；核心层交换机C将数据发送至选定的核心层交换机，再通过选定的核心层交换机的选定下行端口，将数据发送至中间层交换机I，返回步骤(7)；若目的服务器D与核心层交换机C属于不同基本模块，则根据|C_x-D_x|与及C_x与D_x的大小关系，确定数据在纵向环上的转发路径，将数据发送至纵向环相邻的核心层交换机C′，执行步骤(8)，其中表示是对m/2的计算结果上取整。