一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构制造技术

本发明专利技术公开了一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构，由四个交换机构成一个结构单元，其中三个相互连接构成边长为

A data center network structure with high fault tolerance and strong extensibility

The invention discloses a data center network structure with high fault tolerance and strong expansibility. It consists of four switches, which constitute a structural unit, of which three are connected to form a side length.

【技术实现步骤摘要】
一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构
本专利技术涉及数据中心网络结构，具体涉及一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构。
技术介绍
伴随着云计算、物联网和其它新兴互联网业务的快速发展，目前全球已进入了数据爆炸时代；根据国际数据公司发布的数字宇宙报告，预计到2020年全球数据总量将达到惊人的40ZB；思科在《物联网产品和应用案例介绍及创新产品发布》中提出，到2020年全球将增加500亿台连接设备，这些连接设备将会产生大量的数据；作为云计算等新型应用服务的核心基础设施，数据中心近年来成为了学术界和工业界的关注焦点；数据容量和业务用户的激增使得数据中心规模急剧增加；可以想见，成千上万台服务器之间频繁的高速交互通信对于数据中心网络的容量和能耗要求绝对是技术上的重大挑战；数据中心网络是数据中心的核心组件，它通过高速链路和交换机支持数万至数十万台服务器间的互联，为上层计算服务提供高效的网络通信和数据传输保障；其互联方式和组网架构对于数据中心的传输性能、能效和成本具有非常重要的作用。传统的基于二进制启闭键控OOK调制格式的电互联树形数据中心网络由于传输效率低、电缆带宽受限、传输能耗大等问题，随着信息流的不断增长，在吞吐量、能效和安全等方面存在严重的发展瓶颈；对于现在面临的云计算的大数据处理要求，传统数据中心网络已远不能起到很好的作用；传统数据中心网络因其树形拓扑结构的特性，在容错性方面存在网络单点失效问题，一旦网络规模较大，高层设备的故障会导致部分下层链路无法使用；经典的Fat-Tree网络结构消除了传统树形结构上层链路对吞吐量的限制，但其处理交换机能力不足，对底层交换设备故障敏感，使其在容错性方面仍有限制；目前存在的引入光交换的拓扑方案，如VL2、OSA、Helios等都是依靠光交换网络为上层应用设备提供高宽带及网络资源动态配置而有效降低组网的复杂度，但是不可避免的出现了时延问题并且限制了突发流量，因而降低其容错性。
技术实现思路
本专利技术提供一种数据传输速率高、容错性高、负载均衡性好，并可扩展的高容错性和强扩展性的数据中心网络结构。本专利技术采用的技术方案是：一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构，由四个交换机构成一个结构单元，其中三个相互连接构成边长为l的等边三角形，另一个位于等边三角形的中心位置，并同时与另外三个相互连接；由上述结构单元紧密连接构成N级单层结构，去除重复的节点后构成边长为Nl的等边三角形，N为大于等于1的整数；m个单层结构层状排列形成数据中心网络结构，m为大于等于1的整数；相邻两层之间距离相同；层与层之间对应交换机之间连接，每个交换机均与终端节点连接；每一层上有一个交换机连接客户端，其他交换机连接服务器端；相邻层上连接客户端的交换机并不对应。进一步的，所述数据中心网络复合体架构中交换机数量为：进一步的，所述单层结构中的三接口交换机数量为：进一步的，所述单层结构中的七接口交换机数量为：3×(N-1)(N≥2)。进一步的，所述单层结构中的十二接口交换机数量为：进一步的，所述数据中心网络结构中N为1，m为3。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术构建的数据中心网络结构引用概率的思想来分配数据中心的网络资源，引入冗余设备提高网络宽带，增加冗余路径，进而提高了网络的容错性；(2)本专利技术构建的数据中心网络结构可基于横向和纵向进行双向扩展，明显提高了网络的可扩展性；(3)本专利技术构建的数据中心网络结构对网络资源的利用更加合理化，网络的性能更加稳定、可靠和强大。附图说明图1为实施例中数据中心网络结构模型图。图2为现有胖树结构模型图。图3为结构单元的模型图。图4为结构单元结构点对之间的有效路径。图5为二级单层结构模型图。图6为三级单层结构模型图。图7为本专利技术实施例1中胖树结构和本专利技术结构时延对比示意图；A为本专利技术结构，B为胖树结构。图8为本专利技术实施例1中胖树结构和本专利技术结构吞吐量对比示意图；其中a为第一组发送速率示意图，b为第一组接收速率示意图，c为第二组发送速率示意图，d为第二组接收速率示意图，e为第三组发送速率示意图，f为第三组接收速率示意图；A为本专利技术结构，B为胖树结构。图9为本专利技术实施例2中胖树结构和本专利技术结构时延对比示意图；C为部分路径失效结构，D为本专利技术完整结构。图10为本专利技术实施例2中胖树结构和本专利技术结构吞吐量对比示意图；其中a为第一组发送速率示意图，b为第一组接收速率示意图，c为第二组发送速率示意图，d为第二组接收速率示意图，e为第三组发送速率示意图，f为第三组接收速率示意图；C为部分路径失效结构，D为本专利技术完整结构。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。如图1、3、5和6所示，一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构，由四个交换机构成的结构单元，其中三个相互连接构成边长为l的等边三角形，另一个位于等边三角形的中心位置，并同时与另外三个相互连接；由上述结构单元紧密连接构成N级单层结构，去除重复的节点后构成边长为Nl的等边三角形，N为大于等于1的整数；m个单层结构层状排列形成数据中心网络结构，m为大于等于1的整数；相邻两层之间距离相同；层与层之间对应交换机之间连接，每个交换机均与终端节点连接；每一层上有一个交换机连接客户端，其他交换机连接服务器端；相邻层上连接客户端的交换机并不对应。进一步的，所述数据中心网络结构中交换机数量为：进一步的，所述单层结构中的三接口交换机数量为：进一步的，所述单层结构中的七接口交换机数量为：3×(N-1)(N≥2)。进一步的，所述单层结构中的十二接口交换机数量为：进一步的，所述数据中心网络结构中N为1，m为3。下面以一级单层结构，构建三层的数据中心网络结构为例进行说明，其模型如图1所示；同一层中的四个交换机中，其中三个交换机相互连接构成等边三角形，另一个位于等边三角形的中心位置，并与其它三个交换机连接；每一层中有一个交换机连接客户端，其它交换机连接服务器端；层与层之间对应交换机之间连接，相邻层上连接客户端的交换机并不对应；每个结构单元中的四个交换机在逻辑连接上是等价的，每个交换机都与其它三个交换机直接相连，且任意两个交换机之间存在五条路径，如图4所示。层与层之间，对应的交换机直接相连，可根据具体的需求确定网络中的层数，最终搭建完整的数据中心网络结构；当完成层间连接后，交换机不仅与同一层的交换机直接相连还与相邻层的一个或两个交换机直接相连，因此在本实施例中交换机都可以与四个或五个交换机直接相连；数据中心网络结构扩展主要是横向扩展，如本实施例中的单层结构横向扩展后形成的二级和三级结构单层结构连接关系如图5和图6所示；层与层之间的连接方式如本实施例中相同，扩展后数据中心网络结构中交换机的数量如表1所示。表1.单层结构中所包含的交换机数量胖树结构是在数据中心网络结构中占据重要地位的一款功能强大的经典结构，其结构如图2所示；2008年，AI.Fares等人提出了一种可扩展性好的数据中心网络体系结构Fa-tree；基于Clos拓扑结构，把廉价的商用交换机连接起来，为数据中心网络中的任意两个服务器之间的通信提供了全宽带；整个拓扑结构分为三层，自上而下分别为边缘层Edge、汇聚层Aggregation和核心层Core；其中汇聚层交换机与边缘层交换机构成一个Pod，交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构，其特征在于：由四个交换机构成的结构单元，其中三个相互连接构成边长为l的等边三角形，另一个位于等边三角形的中心位置，并同时与另外三个相互连接；由上述结构单元紧密连接构成N级单层结构，去除重复的节点后构成边长为Nl的等边三角形，N为大于等于1的整数；m个单层结构层状排列形成数据中心网络结构，m为大于等于1的整数；相邻两层之间距离相同；层与层之间对应交换机之间连接，每个交换机均与终端节点连接；每一层上有一个交换机连接客户端，其他交换机连接服务器端；相邻层上连接客户端的交换机并不对应。

【技术特征摘要】
1.一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构，其特征在于：由四个交换机构成的结构单元，其中三个相互连接构成边长为l的等边三角形，另一个位于等边三角形的中心位置，并同时与另外三个相互连接；由上述结构单元紧密连接构成N级单层结构，去除重复的节点后构成边长为Nl的等边三角形，N为大于等于1的整数；m个单层结构层状排列形成数据中心网络结构，m为大于等于1的整数；相邻两层之间距离相同；层与层之间对应交换机之间连接，每个交换机均与终端节点连接；每一层上有一个交换机连接客户端，其他交换机连接服务器端；相邻层上连接客户端的交换机并不对应。2.根据权利要求1所述的一种高容错性和强扩展性的数据中心网络结构，其特征在于：所述数据中心网络结构中交换机数量为：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧，周逸清，王如斌，周诗莹，滕建，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51