一种新型光电混合交换数据中心网络架构制造技术

本发明专利技术涉及数据中心网络架构技术领域，特别涉及一种新型光电混合交换数据中心网络架构，包括服务器、数据交换设备其特征在于，所述数据交换设备至少存在两个高速电交换端口，所述高速电交换端口用于所述数据交换设备之间进行连接；所述数据交换设备包括多个低速电交换端口，所述低速电交换端口用于连接所述服务器，及所述数据交换设备包括至少由一个波长光发射器构成的光端口，所述光端口用于所述数据交换设备之间进行快速动态带宽调整。本发明专利技术具有较低的建设成本和运营成本优势，具有较为稳定的性能，即随着规模扩大性能可以得到较好的保持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据中心网络架构
，尤其涉及一种新型光电混合交换数据中 心网络架构。
技术介绍
传统的数据中心网络架构，采用电交换设备提供全带宽（full-bandwidth)的通 信网络，导致大量电交换设备的花费，带来高的能耗。同时，很多针对数据中心流量模式的 研究表明，在大部分情况下，数据中心的应用效率并不是很高，且流量表明90%的数据传输 集中在少部分不到10%的网络数据流中，因此为了降低数据中心的组建成本和运营成本， 许多运营商采用过度订阅的数据中心网络架构设计，如1:240的过度订阅数据中心网络， 但是这些过度订阅的数据中心网络容易在网络带宽需求高的情况下，导致网络传输成为性 能的瓶颈，因此，一部分研究工作集中在利用高带宽的光路传输交换（0CS)设备，在需要的 时候为高带宽需求的数据传输提供直连光路，这样大大的优化了由于过渡订阅网络架构带 来的带宽瓶颈，同时极大的减少了网络设备的组建成本和能耗。 基于光路交换（0CS)技术的数据中心网络架构设计，主要包括两种：一是光电混 合数据中心网络架构，如helios和c-through;另一是全光交换的数据中心网络架构，如 0SA。在光电混合数据中心网络架构helios和c-through中，过度订阅的电分组交换网络 提供整个网络的通信，边缘层交换设备ToR交换机或聚合层设备Pod交换机聚合大的数据 流量，利用WDM波分复用技术将不同波长的光信号复用到一条光路中进行传输提供高带宽 的通信，在需要的时候利用0CS光路交换可变的特性，动态调整光路拓扑架构，为大的块状 数据传输提供高带宽、大容量的数据传输，从而有效的优化了整个数据中心网络的性能。 但是基于全光交换的数据中心网络架构，无法很好的满足大规模的数据中心组建 需要，因此采用光电混合方式的数据中心网络架构成为当前研究的主要方向，先前基于树 型架构实现的光电混合数据中心网络架构，仍然存在很多不足，如： 1)、基于最大匹配的光路拓扑生成算法，随着网络规模增大需要较长的计算时间， 因此带来较大的时延，由于数据中心具有较为复杂的流量模式，因此当流量发生变化的时 候，按照先前需求估计，计算得到的光路无法得到充分的利用； 2)、基于传统树形架构的基础电交换网络，在数据中心规模需要扩充的时候，必须 遵循严格的拓扑架构要求，因此在进行扩充时候需要大规模的扩充，同样带来许多不必要 的花费； 3)、需要较多的聚合层和内核层设备支持网络的互连，一方面带来布线负载，另一 方面造成较大的能耗。 因此，综上所述，先前基于树形架构设计实现的光电混合数据中心网络架构，在实 际运行部署中随着规模扩大面临着许多瓶颈因素，如由于过度订阅在高负载情况下引起的 较大时延、较大的能耗以及无法满足小规模的扩充等要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种新型光电混合交换数据中心网络架构，包 括服务器、数据交换设备，其特征在于，所述数据交换设备至少存在两个高速电交换端口， 所述高速电交换端口用于所述数据交换设备之间进行连接；所述数据交换设备包括多个低 速电交换端口，所述低速电交换端口用于连接所述服务器，及所述数据交换设备包括至少 由一个波长光发射器构成的光端口，所述光端口用于所述数据交换设备之间进行快速动态 带宽调整。 所述高速电交换端口与所述低速电交换端口用于保证数据中心网络进行实时通 信；所述光端口用于提供所述数据交换设备之间的直连光路。 所述数据交换设备包括具有多个波长的光波经波分复用器与光选择开关，通过所 述光选择开关在稳定周期内调整存在光路的任意所述数据交换设备之间的光波数目。 通过所述光路选择开关聚合多个所述数据交换设备，实现单个所述数据交换设备 通过多个波长在稳定周期内同时与多个所述数据交换设备进行光路直连，扩大了光路直连 可达的范围。 所述数据交换设备周期性收集网络流量信息，进行负载估计，并进行光拓扑计算， 其中当单个所述数据交换设备与多个所述数据交换设备进行连接时，进行光拓扑计算时同 时进行光波长划。 当光拓扑计算完成后，所述数据交换设备之间的直连光路为本地服务器提供数据 转发服务，同时为邻接直连的所述数据交换设备之间提供数据转发服务。 当所述数据交换设备存在两条或两条以上最短路径到达目的节点时，其中若具有 一条或多条最短路径经过一次光路转发时，则根据网络状态选择最短路径。 当光拓扑计算完成并完成变换后，对所述数据交换设备进行路由更新，更新所述 数据交换设备的路由信息，其中所述路由信息包括除直连光路信息外还包括附近所述数据 交换设备的光路信息。 当在光路拓扑变换期间或网络中无包括光端口的所述数据交换设备时，则通过包 括所述高速电交换端口或所述低速电交换端口的所述数据交换设备进行数据转发。 以下为本专利技术的整体技术效果： 1、具有较低的建设成本和运营成本优势； 2、具有较好的横向扩充能力，支持从单个设备（ToR)到多个设备不同规模的扩 充； 3、具有简单易行的部署实现方法，如简单的布线，可有效的降低人工操作的成 本； 4、具有较为稳定的性能，即随着规模扩大性能可以得到较好的保持。【附图说明】 图1为光电混合网络架构示意图； 图2为网络架构控制示意图； 图3为区域带宽需求估计示意图； 图4为快速光路拓扑生成方法图。【具体实施方式】 为了实现以上目标，本专利技术选择具有很好横向扩展能力的Torus网络架构作为基 础网络架构，利用光交换设备动态可变特性，根据负载变化的需要变换光路的配置关系，能 够很好的保证网络的性能。 本专利技术提出一种新型光电混合交换数据中心网络架构，包括服务器、数据交换设 备所述数据交换设备至少存在两个高速电交换端口，所述高速电交换端口用于所述数据交 换设备之间进行连接；所述数据交换设备包括多个低速电交换端口，所述低速电交换端口 用于连接所述服务器，及所述数据交换设备包括至少由一个波长光发射器构成的光端口， 所述光端口用于所述数据交换设备之间进行快速动态带宽调整。 所述高速电交换端口与所述低速电交换端口用于保证数据中心网络进行实时通 信；所述光端口用于提供所述数据交换设备之间的直连光路。 所述数据交换设备包括具有多个波长的光波经波分复用器与光选择开关，通过所 述光选择开关在稳定周期内调整存在光路的任意所述数据交换设备之间的光波数目。 通过所述光路选择开关聚合多个所述数据交换设备，实现单个所述数据交换设备 通过多个波长在稳定周期内同时与多个所述数据交换设备进行光路直连，扩大了光路直连 可达的范围。 所述数据交换设备周期性收集网络流量信息，进行负载估计，并进行光拓扑计算， 其中当单个所述数据交换设备与多个所述数据交换设备进行连接时，进行光拓扑计算时同 时进行光波长划。 当光拓扑计算完成后，所述数据交换设备之间的直连光路为本地服务器提供数据 转发服务，同时为邻接直连的所述数据交换设备之间提供数据转发服务。 当所述数据交换设备存在两条或两条以上最短路径到达目的节点时，其中若具有 一条或多条最短路径经过一次光路转发时，则根据网络状态选择最短路径。 当光拓扑计算完成并完成变换后当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型光电混合交换数据中心网络架构，包括服务器、数据交换设备，其特征在于，所述数据交换设备至少存在两个高速电交换端口，所述高速电交换端口用于所述数据交换设备之间进行连接；所述数据交换设备包括多个低速电交换端口，所述低速电交换端口用于连接所述服务器，及所述数据交换设备包括至少由一个波长光发射器构成的光端口，所述光端口用于所述数据交换设备之间进行快速动态带宽调整。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许胜，付斌章，陈明宇，张立新，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11