一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构及构建方法技术

本发明专利技术涉及一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构，其特征在于：TDN网络结构中将路由分为两类，第一类路由器即与服务器设备直接连接又与其他路由器设备相互连接构成整个数据中心内联网络结构；第二类路由器不连接任何服务器设备仅用于构造数据中心内联网络。TDN网络结构采用分层的组织结构。在一个

【技术实现步骤摘要】
一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构及构建方法
本专利技术涉及一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构及构建方法，是一种立体化的、服务器间多路径的数据中心内联网络的拓扑结构及构建该网络结构的方法，属于计算机网络研究方向中数据中心网络研究领域。
技术介绍
数据中心是由大量服务器主机通过内部网络连接起来的大规模数据处理设施。早期的数据中心功能以数据存储为主，提供数据托管服务。随着互联网的技术的发展、网络应用的不断翻新，数据的处理模式正在发生改变。数据处理的中心正在从分散、独立的个人电脑向集中化的、多服务器协调工作的数据中心转移。这种转变以网络技术、高性能计算技术、数据中心技术等为基础，面向海量数据的处理需求，同时促进了数据中心职能的转换。以此为基础产生的新型应用包括：CDN(内容分发网络)业务、云计算业务和大数据处理等。这类业务的需求包括：需要大量服务器协同工作；服务器间需要实现高效率、高质量的信息路由；随着业务量的增加服务器数量快速增长；要求实现服务器的动态添加；针对这些需求，可以从多个层级进行解决，但是数据中心作为支撑此类业务的基础设施其内部服务器间互联的网络结构直接地影响着以上需求。因此，针对上层业务需求有针对性地设计数据中心内联网络拓扑结构具有重要的实践意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构及构建方法，是一种立体化数据中心内联网络拓扑结构，该内联网络结构能连接大量的服务器节点，能够在添加服务器时不影响现有服务器的运行、不改变现有网络的连接，同时支持服务器节点之间数据传输的高效、容错路由，立体化数据中心网络结构(ThreeDimensionNetwork，TDN)使用相同规模的路由器设备建立网络，避免了传统树型网络结构中根路由器设备单点失效的问题；解决了不同层次路由器负载不均衡的问题；不需要布署高端路由器从而节约了网络建设成本。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构，其特征在于：TDN网络结构中将路由分为两类，第一类路由器即与服务器设备直接连接又与其他路由器设备相互连接构成整个数据中心内联网络结构；第二类路由器不连接任何服务器设备仅用于构造数据中心内联网络。TDN网络结构采用分层的组织结构。在一个l层的TDN中，不同层级的路由被赋予一个l对整数组成的地址，形如{(i,j)0(i,j)l-1},简写为(i,j)l；由于TDN网络是分层的构建的，所有网络中的路由器地址也是分段的，对于一个l层的TDN网络，其中路由器的地址分为l段。某一段地址(i,j)kk∈[0,l-1]中i,j分别表示该路由器在第k层网络中的行和列坐标。我们将第一类路由器称为D类型路由器，将第二类路由器称为E类型路由器。D和E类型路由器选用相同规格的设备，且路由器的端口数量为4m，其中m为整数。D类型路由器的端口进一步的为三种：第一种是S型端口，用于直接连接服务器设备，共2m个端口；第二种是R型端口，用于与上层路由器设备连接构建立体化内联网络，共m个端口；第三种是L性端口，用于与上层路由器设备连接构建立体化内联网络，共m个端口。E类型路由器的端口分为四种，分别是RU、RD、LU和LD型端口，每个类型各m个端口。TDN网络结构采用层级式、分块构造的方法,先构造低层次、小规模的结构，再逐渐扩大规模、增加层数，进而实现大规模的数据中心网络结构。具体按以下步骤完成：步骤1、确定所使用的路由规格，为了便于划分各类端口数量，构建TDN网络要求所采用的路由器的端口数量为4的m倍，且m为整数，即所使用的路由器的总端口数量为4m。步骤2、确定所构建TDN网络中服务器设备的总数量，并将每2m个服务器分别连接到一台D型路由器的S端口上，则这些路由器是D类型路由器，且均已经连接好相应的服务器。完成这一步骤后，路由器已经被分为两类，其中D型路由器全部连接好服务器，剩余的路由器设备为E型路由器。步骤3、取m个未使用的E型路由器和m个D型路由器。将每个E型路由器的m个RD端口与一个D型路由器的R型端口相连。即使用m个E型路由器将m个D型路由器连接起来形成一个二层平面网络。重复这个过程直到将所有的D型路由器连接入其中一个二层平面网络，即将所有的D型路由器都组织起来形成多个二层的平面网络。这样的二层平面网络中的路由器是顺序排列的，可以看做是一行路由器。每行中共有m个路由器，进而可以为行中的路由器按顺序设置地址标签，j∈[0,m-1]。步骤4、取m个二层平面网络，即m行路由器网络，将其按顺序分别编号为i∈[0,m-1]。为m个路由器行中的E型路由器设备更新地址：(i,j)1，即标识出一个E型路由器所在的行编号以及行内部的编号。将使用每行网络中的第j台E型路由器，共m台路由器的LD端口分别与每行网络的第j台D型路由器的L端口相连，从而建立跨行网络的列网络。通过行和列的平面网络构成垂直交叉构成二层立体网络结构。这样就是使用m个路由器行构造了一个m行和m列的二层立体网络结构，而一个E型路由器的地址(i,j)1中的i,j分别标识了其所在的行编号和列编号。步骤5、将步骤4中D型路由器设为第0层，则步骤4中E型路由器为一个TDN网络的第1层，即步骤4构建了一个TDN1网络。在构建TDN2网络时，先构建m2个TDN1网络，将m2个TDN1也照m行m列的形式组织，则每个TDN1可以编址为(i,j)标识其所在的行和列。使用m4台路由器设备将其连接起来。将m4台路由器编址为:[(i,j)2,(i,j)1]i,j∈[0,m-1]，其中(i,j)2标识该路由器所连接的TDN1的地址，(i,j)1标识该路由器在连接当前TDN1的所有m2台路由器中的行列编号；每一台第二层路由器[(i,j)2,(i,j)1]将其RD端口分别与编号为(i,y)2y∈[0,m-1]的TDN1中地址为(i,j)1的第一层路由设备的RU端口相连；同将其LD端口分别与编号为(x,j)2x∈[0,m-1]的TDN1中地址为(i,j)1的第一层路由设备的LU端口相连。步骤6、进一步的如果已经构建了第(l-1)层的TDNl-1网络在构建TDNl网络时，先构建m2个TDNl-1网络，使用台路由器设备将其连接起来.将台路由器编址为:[(i,j)l,…,(i,j)2,(i,j)1]i,j∈[0,m-1]，其中(i,j)k(k∈[2,l])标识该路由器所连接的TDNl-1的地址，(i,j)1标识该路由器在连接同一个TDN1的所有m2台路由器中的行列编号；每一台第l层路由器[(i,j)l,…,(i,j)2,(i,j)1]将其RD端口分别与编号为(i,y)ly∈[0,m-1]的TDNl-1中地址为[(i,j)l-1,…,(i,j)2,(i,j)1]的第(l-1)层路由设备的RU端口相连；同将其LD端口分别与编号为(x,j)lx∈[0,m-1]的TDNl-1中地址为[(i,j)l-1,…,(i,j)2,(i,j)1]的第(l-1)层路由设备的LU端口相连。本专利技术的积极效果如下：1.本专利技术中所涉及的数据中心内联网络的建立采用的是相同规模的路由器设备，相比传统的树形网络结构，本专利技术不需要高端的路由器设备，从而降低了数据中心建设成本。2.本专利技术中提出的数据中心内联网络结构中不存在瓶颈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构，其特征在于：TDN网络结构中将路由分为两类，第一类路由器即与服务器设备直接连接又与其他路由器设备相互连接构成整个数据中心内联网络结构；第二类路由器不连接任何服务器设备仅用于构造数据中心内联网络。TDN网络结构采用分层的组织结构；在一个l层的TDN中，不同层级的路由被赋予一个l对整数组成的地址，形如{(i,j)0(i,j)l‑1},简写为(i,j)l；由于TDN网络是分层的构建的，所有网络中的路由器地址也是分段的，对于一个l层的TDN网络，其中路由器的地址分为l段；某一段地址(i,j)kk∈[0,l‑1]中i,j分别表示该路由器在第k层网络中的行和列坐标；我们将第一类路由器称为D类型路由器，将第二类路由器称为E类型路由器，D和E类型路由器选用相同规格的设备，且路由器的端口数量为4m，其中m为整数。D类型路由器的端口进一步的为三种：第一种是S型端口，用于直接连接服务器设备，共2m个端口；第二种是R型端口，用于与上层路由器设备连接构建立体化内联网络，共m个端口；第三种是L性端口，用于与上层路由器设备连接构建立体化内联网络，共m个端口；E类型路由器的端口分为四种，分别是RU、RD、LU和LD型端口，每个类型各m个端口；TDN网络结构采用层级式、分块构造的方法,先构造低层次、小规模的结构，再逐渐扩大规模、增加层数，进而实现大规模的数据中心网络结构。...

【技术特征摘要】
1.一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构，其特征在于：TDN网络结构中将路由分为两类，第一类路由器即与服务器设备直接连接又与其他路由器设备相互连接构成整个数据中心内联网络结构；第二类路由器不连接任何服务器设备仅用于构造数据中心内联网络。TDN网络结构采用分层的组织结构；在一个l层的TDN中，不同层级的路由被赋予一个l对整数组成的地址，形如{(i,j)0(i,j)l-1},简写为(i,j)l；由于TDN网络是分层的构建的，所有网络中的路由器地址也是分段的，对于一个l层的TDN网络，其中路由器的地址分为l段；某一段地址(i,j)kk∈[0,l-1]中i,j分别表示该路由器在第k层网络中的行和列坐标；我们将第一类路由器称为D类型路由器，将第二类路由器称为E类型路由器，D和E类型路由器选用相同规格的设备，且路由器的端口数量为4m，其中m为整数。D类型路由器的端口进一步的为三种：第一种是S型端口，用于直接连接服务器设备，共2m个端口；第二种是R型端口，用于与上层路由器设备连接构建立体化内联网络，共m个端口；第三种是L性端口，用于与上层路由器设备连接构建立体化内联网络，共m个端口；E类型路由器的端口分为四种，分别是RU、RD、LU和LD型端口，每个类型各m个端口；TDN网络结构采用层级式、分块构造的方法,先构造低层次、小规模的结构，再逐渐扩大规模、增加层数，进而实现大规模的数据中心网络结构。2.根据权利要求1所述的一种立体化多路径数据中心网络拓扑结构，其特征在于所述的数据中心网络拓扑结构的构建按以下步骤完成：步骤1、确定所使用的路由规格，为了便于划分各类端口数量，构建TDN网络要求所采用的路由器的端口数量为4的m倍，且m为整数，即所使用的路由器的总端口数量为4m。步骤2、确定所构建TDN网络中服务器设备的总数量，并将每2m个服务器分别连接到一台D型路由器的S端口上，则这些路由器是D类型路由器，且均已经连接好相应的服务器。完成这一步骤后，路由器已经被分为两类，其中D型路由器全部连接好服务器，剩余的路由器设备为E型路由器。步骤3、取m个未使用的E型路由器和m个D型路由器，将每个E型路由器的m个RD端口与一个D型路由器的R型端口相连，即使用m个E型路由器将m个D型路由器连接起来形成一个二层平面网络，重复这个过程直到将所有的D型路由器连接入其中一个二层平面网络，即将所有的D型路由器都组织起来形成多个二层的平面网络，这样的二层平面网络中的路由器是顺序排列的，可以看做是一行路由器，每行中共有m个路由器，进而可以为行中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑飞，曲冠南，冯欣，张婧，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22