專利名稱：數(shù)據(jù)中心的一種無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算領(lǐng)域，涉及數(shù)據(jù)中心的一種無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)及配套路由方法，使數(shù)據(jù)中心在不改變各個(gè)服務(wù)器配置的前提下滿足持續(xù)可擴(kuò)展性、無(wú)損可擴(kuò)展性、高容錯(cuò)性、以及高性價(jià)比等設(shè)計(jì)目標(biāo)。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)中心(data center)指用于集中安置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及相關(guān)部件(服務(wù)器，交換機(jī)等)的設(shè)施，并包含備用電源，電流傳輸設(shè)備，環(huán)境控制(如空調(diào)、滅火器等)和安全設(shè)備。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新型應(yīng)用形態(tài)層出不窮，數(shù)據(jù)中心作為重要的支撐力量，逐步成為目前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。科學(xué)家們已經(jīng)意識(shí)到，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展不是缺少數(shù)據(jù)，而是缺少存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的有效方法。目前一些國(guó)際知名網(wǎng)絡(luò)服務(wù)企業(yè)如美國(guó)谷歌、微軟、亞馬遜、中國(guó)騰迅、阿里巴巴等公司都陸續(xù)建立了大型數(shù)據(jù)中心用于存儲(chǔ)大規(guī)模數(shù)據(jù)，并利用分布式存儲(chǔ)和處理的強(qiáng)大功能，將數(shù)據(jù)及時(shí)高效的傳輸?shù)饺蚋鱾€(gè)用戶。 例如，谷歌公司擁有的30多個(gè)數(shù)據(jù)中心截止2006年已經(jīng)有近450，000臺(tái)服務(wù)器。在每個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，大量服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)特定的互聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。與此同時(shí)，許多應(yīng)用服務(wù)，如谷歌搜索等對(duì)服務(wù)器間數(shù)據(jù)交換帶寬的要求越來(lái)越高。而數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)有互聯(lián)結(jié)構(gòu)是依靠交換機(jī)、核心交換機(jī)、核心路由器將服務(wù)器連接起來(lái)構(gòu)成的如圖1所示的樹型結(jié)構(gòu)。樹型結(jié)構(gòu)的高層核心交換機(jī)、核心路由器往往構(gòu)成數(shù)據(jù)中心的流量瓶頸，而且其容錯(cuò)性也不理想，容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的急劇擴(kuò)大，這種樹型互聯(lián)結(jié)構(gòu)越來(lái)越難以確保數(shù)據(jù)中心所追求的漸進(jìn)可擴(kuò)展、高容錯(cuò)能力、高聚集帶寬等系統(tǒng)指標(biāo)。為了能更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心所追求的設(shè)計(jì)指標(biāo)，越來(lái)越多的新型互聯(lián)結(jié)構(gòu)在近幾年被提了出來(lái)。這些互聯(lián)結(jié)構(gòu)大致被分為兩類。第一類是以交換機(jī)為中心，其將眾多交換機(jī)互聯(lián)為不同于樹型結(jié)構(gòu)的其它互聯(lián)結(jié)構(gòu)，而每臺(tái)服務(wù)器僅僅同一個(gè)交換機(jī)互聯(lián)，其中的互聯(lián)規(guī)則和路由規(guī)則全部由交換機(jī)來(lái)完成。例如!^at-Tree和VL2。第二類是以服務(wù)器為中心的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，各交換機(jī)之間并不直接互聯(lián)，而服務(wù)器之間以及服務(wù)器和交換機(jī)之間依據(jù)特定互聯(lián)結(jié)構(gòu)連接，其中互聯(lián)規(guī)則和路由規(guī)則主要由服務(wù)器完成，例如DCell， FiConn 禾口 BCube0DCell利用低端交換機(jī)以及具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口的大量服務(wù)器通過(guò)迭代方式構(gòu)造的層次式互聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)高層DCell通過(guò)一定數(shù)量的下層DCell之間的進(jìn)一步互聯(lián)來(lái)構(gòu)建，多個(gè)同層DCell之間彼此全連通。第零層的DCell是基本構(gòu)建模塊，由一個(gè)η個(gè)端口的低端交換機(jī)及與其直接互聯(lián)的η個(gè)服務(wù)器組成。圖2給出了一個(gè)兩層DCell的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。Dcell使用通用超級(jí)立方體(Generalized hypercube)互聯(lián)規(guī)則來(lái)連接大量服務(wù)器和低端交換機(jī)，進(jìn)而為數(shù)據(jù)中心構(gòu)造出一種層次式互聯(lián)結(jié)構(gòu)。具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口的服務(wù)器連接到多個(gè)層次的低端交換機(jī)，任何兩個(gè)服務(wù)器之間沒(méi)有直接連接。圖3給出了一個(gè)兩層的BCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)。以服務(wù)器為中心的互聯(lián)結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，服務(wù)器的可編程能力要比交換機(jī)強(qiáng)，因而各類新型互聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和部署更加靈活；其次，商用服務(wù)器出廠時(shí)即可配備多個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口 NIC (Network Interface Card)，通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)適配器端口實(shí)現(xiàn)服務(wù)器之間的直接互聯(lián)能夠提高服務(wù)器間端到端的吞吐量以及數(shù)據(jù)中心的抗單點(diǎn)失效能力；最后，以服務(wù)器為中心的互聯(lián)結(jié)構(gòu)只需采用低端交換機(jī)即可，無(wú)需同以交換機(jī)為中心的互聯(lián)結(jié)構(gòu)一樣使用大量昂貴的高端交換設(shè)備，因此大大降低了數(shù)據(jù)中心的硬件成本。盡管目前提出的以服務(wù)器為中心的解決方案具備上述優(yōu)點(diǎn)，但是存在如下兩個(gè)方面的問(wèn)題。(1)依托于數(shù)據(jù)中心的各類應(yīng)用如何才能不因數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴(kuò)展而受影響？這呼吁一種具有無(wú)損擴(kuò)展能力的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)結(jié)構(gòu)，在其規(guī)模擴(kuò)展的過(guò)程中不對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何調(diào)整，或者盡量少的調(diào)整，包括現(xiàn)有的每臺(tái)服務(wù)器、交換機(jī)、以及每條布線。DCell 和BCube這兩種互聯(lián)結(jié)構(gòu)每擴(kuò)展一層會(huì)導(dǎo)致每臺(tái)服務(wù)器額外增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口，并且要在所有服務(wù)器上增加新的物理連線，各類應(yīng)用因此而受影響。盡管每臺(tái)服務(wù)器額外增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口的硬件成本并不很高，但是要為幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器逐一新增一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口和一條物理連線所耗費(fèi)的人力和時(shí)間成本非常昂貴。此外，這項(xiàng)工作的操作非常復(fù)雜，極易出現(xiàn)不易排除的物理布線錯(cuò)誤。綜合考慮，應(yīng)該為數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器配備固定數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)適配器端口，避免在投入使用之后因數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)展而不斷擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)適配器端口造成的諸多不良后果。從進(jìn)一步降低硬件和配線的成本的角度考慮，最好為每個(gè)服務(wù)器配備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口。(2)為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)結(jié)構(gòu)的無(wú)損可擴(kuò)展性，每臺(tái)服務(wù)器配備固定數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)適配器端口，此時(shí)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模能否持續(xù)增長(zhǎng)并從根源上保證數(shù)據(jù)中心的可擴(kuò)展性？ DCell和BCube的構(gòu)造規(guī)則決定了對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)中心的最大規(guī)模已被其服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)適配器端口數(shù)目所限定，從而不具備持續(xù)可擴(kuò)展能力。事實(shí)上，DCell和BCube的規(guī)模之所以能持續(xù)快速增加的根源正在于其為每臺(tái)服務(wù)器不斷追加新的網(wǎng)絡(luò)適配器端口和物理連線。如果 DCell和BCube的每個(gè)服務(wù)器僅僅配備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口，則其數(shù)據(jù)中心的規(guī)模非常有限從而無(wú)法滿足十萬(wàn)級(jí)甚至百萬(wàn)級(jí)服務(wù)器規(guī)模的應(yīng)用需求。不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于Dcell和BCube等現(xiàn)有的以服務(wù)器為中心的互聯(lián)結(jié)構(gòu)而言，其無(wú)損可擴(kuò)展性和持續(xù)可擴(kuò)展性是一對(duì)矛盾的設(shè)計(jì)指標(biāo)，無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)。即，為了確保無(wú)損可擴(kuò)展性要求每臺(tái)服務(wù)器配備固定數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)適配器端口，如此則無(wú)法確保其持續(xù)可擴(kuò)展性；為了確保持續(xù)可擴(kuò)展性要求每臺(tái)服務(wù)器不斷追加新的網(wǎng)絡(luò)適配器端口，如此則無(wú)法確保其無(wú)損可擴(kuò)展性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述分析，本發(fā)明為數(shù)據(jù)中心提出一種常量度數(shù)互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube，其將配備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口的服務(wù)器和低端交換機(jī)高效互聯(lián)，在不改變各個(gè)服務(wù)器配置的前提下確保數(shù)據(jù)中心具備持續(xù)可擴(kuò)展能力、無(wú)損可擴(kuò)展能力、高容錯(cuò)能力、以及高性價(jià)比等設(shè)計(jì)目標(biāo)。本發(fā)明首先采用非正則混合圖的方法來(lái)確保數(shù)據(jù)中心的無(wú)損和持續(xù)可擴(kuò)展性。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心的常量度數(shù)互聯(lián)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，逐一提出其互聯(lián)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法、簡(jiǎn)單易行的單播單徑數(shù)據(jù)傳輸方法、以及并行高效的單播多徑數(shù)據(jù)傳輸方法。盡管本發(fā)明只關(guān)注服務(wù)器配備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器接口時(shí)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)及其配套路由方法，但是相關(guān)方法經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整后適用于服務(wù)器配備更多固定數(shù)目網(wǎng)絡(luò)適配器接口的場(chǎng)景。
本發(fā)明是按照如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，該互聯(lián)結(jié)構(gòu)基于非正則混合圖構(gòu)建而得，其中所述互聯(lián)結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)基本單元構(gòu)成，所述的一個(gè)基本單元包括η臺(tái)服務(wù)器和一個(gè)具有η個(gè)接口的交換機(jī)，所述的每一臺(tái)服務(wù)器均配備有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口，其中第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口連接到所述的交換機(jī)，第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口預(yù)留用來(lái)支持?jǐn)U展互聯(lián)。上述的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其中所述的互聯(lián)結(jié)構(gòu)由一組所述的基本單元依據(jù)全連通規(guī)則構(gòu)造成為一個(gè)一層的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，一組所述的一層互聯(lián)結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步根據(jù)全連通規(guī)則構(gòu)造成為一個(gè)二層的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。依此類推，上述的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)一步擴(kuò)展為h層，具體層數(shù)h的取值決定于數(shù)據(jù)中心容納的服務(wù)器數(shù)目N以及交換機(jī)的端口數(shù)目η。一種無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其中按照下述步驟構(gòu)造可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)(1. 1)獲取用戶關(guān)于數(shù)據(jù)中心規(guī)模N、各個(gè)交換機(jī)的端口數(shù)目η、以及數(shù)據(jù)中心的層數(shù)h等基本配置請(qǐng)求，并按照后續(xù)過(guò)程構(gòu)造無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube (n，h)；其中 η代表每臺(tái)交換機(jī)的端口數(shù)目或者每臺(tái)交換機(jī)連接的服務(wù)器數(shù)目，而h代表DCube的層數(shù)， DCube (η, 0)為第0層互聯(lián)結(jié)構(gòu)，是一臺(tái)交換機(jī)及其直接連接的η個(gè)服務(wù)器所組成的最小構(gòu)成模塊；(1. 2)為每臺(tái)服務(wù)器賦予一個(gè)長(zhǎng)度為h+Ι的標(biāo)識(shí)符XhXlri. . . X1Xtl,其中1彡Xi彡η 而0彡i彡h ；(1. 3)為每臺(tái)交換機(jī)賦予一個(gè)標(biāo)識(shí)符XhXlri. . . X1，其中1彡Xi彡η而1彡i彡h ；(1. 4)將標(biāo)識(shí)符具有公共前綴長(zhǎng)度為h的η個(gè)服務(wù)器采用其第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口同標(biāo)識(shí)符為其公共前綴的交換機(jī)直接互聯(lián)，形成一系列最小構(gòu)成模塊DCube (η, 0)；(1. 5)在標(biāo)識(shí)符為src = XhXlri. . . X1X0和徹=<的兩臺(tái)服務(wù)器之間通過(guò)其第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口直接互聯(lián)，僅當(dāng)存在某個(gè)KjSa使得節(jié)點(diǎn)src的標(biāo)識(shí)符滿足 Xj φ Xj-!且A-i = Xj-2 = ... = & = Xtl，其中Xjj表示j個(gè)連續(xù)的\ ；至此構(gòu)成無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube (n，h)。上述的數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)的單播單徑路由的路徑建立方法(2. 1)接收用戶的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑捶?wù)器和目的服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符 src 禾口 dst ；(2. 2)判斷src和dst是否處于同一個(gè)最小的構(gòu)造模塊內(nèi)，如果屬實(shí)，則判定二者可以通過(guò)共同連接的交換機(jī)完成數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)工作；否則，確定用于連接src和dst所在的兩個(gè)不同DCube (n，h_l)之間的唯一連接邊 (nl，n2)，(2. 3)然后遞歸調(diào)用步驟(2. 2)，計(jì)算出從服務(wù)器src到服務(wù)器nl的路徑head以及從服務(wù)器n2到服務(wù)器dst的路徑tail ；輸出head+(η 1，n2)+tail作為從服務(wù)器src到服務(wù)器dst的路徑。上述的單播單徑路由路徑的數(shù)據(jù)傳輸方法，其進(jìn)一步包括如下數(shù)據(jù)傳輸步驟(3. 1)源節(jié)點(diǎn)從獲得的最短路徑中選擇下一跳服務(wù)器，并通過(guò)查詢本地路由表將數(shù)據(jù)從正確的網(wǎng)絡(luò)適配器端口轉(zhuǎn)發(fā)出去；(3. 2)處于該最短路徑中的各個(gè)中間交換機(jī)通過(guò)查詢本地路由表，將數(shù)據(jù)從正確的端口轉(zhuǎn)發(fā)給最短路徑中的下一跳服務(wù)器；(3. 3)處于該最短路徑中的各個(gè)中間服務(wù)器通過(guò)查詢本地路由表，將數(shù)據(jù)從正確的網(wǎng)絡(luò)適配器端口轉(zhuǎn)發(fā)給最短路徑中的下一跳服務(wù)器，直至數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到目的服務(wù)器；其中通過(guò)兩個(gè)通過(guò)第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口之間相連的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)稱之為一跳，或者兩個(gè)通過(guò)共同連接的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)也記為一跳。上述的數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)的單播多徑路由的路徑建立方法(4. 1)接收用戶的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑捶?wù)器和目的服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符 src 禾口 dst ；(4. 2)判斷src和dst是否處于同一個(gè)最小的構(gòu)造模塊內(nèi)，如果屬實(shí)，則判定二者可以通過(guò)共同連接的交換機(jī)完成數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)工作；否則，確定用于連接src和dst所在的兩個(gè)不同DCube (n，h_l)之間的唯一連接邊 (nl，n2)，(4. 3)然后遞歸調(diào)用步驟(4. 2)，計(jì)算出從服務(wù)器src到服務(wù)器nl的路徑head以及從服務(wù)器n2到服務(wù)器dst的路徑tail ；輸出head+fcl，n2)+tail作為從服務(wù)器src到服務(wù)器dst的最短路徑；(4. 4)令src和dst標(biāo)識(shí)符的最大公共前綴的長(zhǎng)度為j，令i = h+1-j ；標(biāo)識(shí)符為 Z = zh. . . Z1Z0的服務(wù)器被選定為服務(wù)器src的備選服務(wù)器，僅當(dāng)Z的標(biāo)識(shí)符中滿足ζ"與 Si^1和dH不相等，而備選服務(wù)器標(biāo)識(shí)符的其余部分與src對(duì)應(yīng)部分一致；(4.5)循環(huán)執(zhí)行步驟(4. 1)至步驟3)，構(gòu)建一條從源服務(wù)器src到中間服務(wù)器 Z的最短路徑、以及一條從中間服務(wù)器Z到目的服務(wù)器dst最短路徑，這兩條路徑銜接之后即形成一條從服務(wù)器src到服務(wù)器dst的額外路徑；(4. 6)重復(fù)執(zhí)行步驟(4. 5)以從服務(wù)器src到服務(wù)器dst之間構(gòu)建額外的n_2條平行路徑。上述的單播多徑路由路徑的數(shù)據(jù)傳輸方法，其進(jìn)一步包括如下數(shù)據(jù)傳輸步驟(5. 1)源節(jié)點(diǎn)從獲得的n-1條平行路徑中分別選擇對(duì)應(yīng)的下一跳服務(wù)器，并通過(guò)查詢本地路由表將數(shù)據(jù)從正確的網(wǎng)絡(luò)適配器端口轉(zhuǎn)發(fā)出去；(5. 2)處于這n-1條平行路徑中的各個(gè)中間交換機(jī)通過(guò)查詢本地路由表，將數(shù)據(jù)從正確的端口轉(zhuǎn)發(fā)給各條平行路徑中的下一跳服務(wù)器；(5. 3)處于這n-1條平行路徑中的各個(gè)中間服務(wù)器通過(guò)查詢本地路由表，將數(shù)據(jù)從正確的適配器端口轉(zhuǎn)發(fā)給各條平行路徑中的下一跳服務(wù)器，直至數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到目的服務(wù)器；其中通過(guò)兩個(gè)通過(guò)第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口之間相連的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)稱之為一跳，或者兩個(gè)通過(guò)共同連接的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)也記為一跳。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.確保數(shù)據(jù)中心具有無(wú)損可擴(kuò)展能力本發(fā)明提出基于非正則混合圖的互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube要求每臺(tái)服務(wù)器配備固定數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)適配器端口(比如兩個(gè))，避免在投入使用后因數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)展而不斷擴(kuò)充每臺(tái)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)適配器端口，進(jìn)而不會(huì)對(duì)運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心上的應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生影響。此外，本發(fā)明能確保DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)在向更高一層擴(kuò)展時(shí)僅僅需要在現(xiàn)有互聯(lián)結(jié)構(gòu)中的n-1個(gè)服務(wù)器上增加一條對(duì)外的連線即可，大量現(xiàn)有服務(wù)器不受互聯(lián)結(jié)構(gòu)規(guī)模擴(kuò)展的影響，因此具有無(wú)損可擴(kuò)展性。2.確保數(shù)據(jù)中心具有持續(xù)可擴(kuò)展能力本發(fā)明提出基于非正則混合圖的互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube構(gòu)造方法能夠確保，任何層次的 DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)中總是自動(dòng)預(yù)留有η個(gè)服務(wù)器各提供一個(gè)閑置的網(wǎng)絡(luò)適配器端口以支持向更高一層互聯(lián)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，因此具有持續(xù)可擴(kuò)展。據(jù)此來(lái)看，本發(fā)明很好地解決了數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)有互聯(lián)結(jié)構(gòu)無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)損可擴(kuò)展性和持續(xù)可擴(kuò)展性這一難題。3.支持任意一對(duì)服務(wù)器間的分布式最短路徑數(shù)據(jù)傳輸基于DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)則，本發(fā)明為基于DCube構(gòu)造的數(shù)據(jù)中心提出了高效的分布式單播單徑數(shù)據(jù)傳輸方法。令src和dst表示一對(duì)源服務(wù)器和目的服務(wù)器，單播單徑數(shù)據(jù)傳輸方法僅根據(jù)DCube的互聯(lián)規(guī)則以及源服務(wù)器和目的服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符就能快速推算出一條最短的數(shù)據(jù)傳輸路徑。因此，本發(fā)明對(duì)基于DCube的數(shù)據(jù)中心的單播數(shù)據(jù)傳輸提供了很好的支持，為各類數(shù)據(jù)中心應(yīng)用在服務(wù)器之間進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的遷移工作提高保障。4.支持任意一對(duì)服務(wù)器間的分布式平行多徑數(shù)據(jù)傳輸在單播單徑數(shù)據(jù)傳輸方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出任意兩個(gè)服務(wù)器之間的多徑平行數(shù)據(jù)傳輸方法，利用多徑傳輸效應(yīng)可以大大提高數(shù)據(jù)中心中任意一對(duì)服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸率。此外，任意兩個(gè)服務(wù)器之間的某條傳輸路徑的失效并不影響其它平行路徑上的數(shù)據(jù)傳輸，因而可以在多個(gè)平行傳輸路徑間快速切換數(shù)據(jù)傳輸以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蒎e(cuò)能力。


圖1為本發(fā)明所述的一種不支持無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展的基于樹型結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心；圖2為本發(fā)明所述的一種不支持無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展的基于兩層DCell互聯(lián)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心；圖3為本發(fā)明所述的一種不支持無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展的基于兩層BCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心；圖4為本發(fā)明所述的一種數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施例1層次化互聯(lián)結(jié)構(gòu)整體示意圖；圖5為本發(fā)明所述的一種數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施例1服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)適配器端口為2時(shí)的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube 0，2)；圖6為本發(fā)明所述的一種數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施例1的單播單徑路由原理圖；圖7為本發(fā)明所述的一種數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施例1的從服務(wù)器111到444的單播單徑路由示意圖；圖8為本發(fā)明所述的一種數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施例1的從服務(wù)器111到444的單播多徑路由示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1DCube 數(shù)據(jù)中心的一種無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)為了能更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心所追求的設(shè)計(jì)指標(biāo)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界為大規(guī)模數(shù)據(jù)中心提出了一些新型互聯(lián)結(jié)構(gòu)。如前所述，對(duì)于Dcell和BCube等現(xiàn)有的以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)結(jié)構(gòu)而言，其無(wú)損可擴(kuò)展性和持續(xù)可擴(kuò)展性是一對(duì)矛盾的設(shè)計(jì)指標(biāo)，無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)。即，為了確保無(wú)損可擴(kuò)展性要求每臺(tái)服務(wù)器配備固定數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)適配器端口，如此則無(wú)法確保其持續(xù)可擴(kuò)展性；為了確保持續(xù)可擴(kuò)展性要求每臺(tái)服務(wù)器不斷追加新的網(wǎng)絡(luò)適配器端口，如此則無(wú)法確保其無(wú)損可擴(kuò)展性。具體而言，如圖2和圖3所示，DCell和BCube這兩種互聯(lián)結(jié)構(gòu)不能解決數(shù)據(jù)中心的無(wú)損可擴(kuò)展問(wèn)題，因?yàn)镈cell和BCube等互聯(lián)結(jié)構(gòu)每擴(kuò)展一層都要在所有服務(wù)器上增加新的NIC以及物理連線，并由此使得所有服務(wù)器更新其路由表和路由策略，從而對(duì)各類應(yīng)用在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大影響。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)結(jié)構(gòu)的無(wú)損可擴(kuò)展性，每臺(tái)服務(wù)器配備固定數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)適配器端口。但是Dcell和BCube的構(gòu)造規(guī)則決定了對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)中心的最大規(guī)模已被其服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)適配器端口數(shù)目所限定，從而不具備持續(xù)可擴(kuò)展能力。從Dcell和BCube這兩種互聯(lián)結(jié)構(gòu)中不難發(fā)現(xiàn)，層次網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)建大規(guī)模數(shù)據(jù)中心互聯(lián)結(jié)構(gòu)的一種自然方式，許多底層基本網(wǎng)絡(luò)彼此互聯(lián)起來(lái)以構(gòu)建上層網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)底層網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上完全獨(dú)立自治且完好地支持局部通信，而上層網(wǎng)絡(luò)則在各底層網(wǎng)絡(luò)模塊間架設(shè)額外互聯(lián)鏈路從而支持遠(yuǎn)程通信。從原理上來(lái)看，Dcell和Bcube均采用正則混合圖 (Complete Compound Graph)的設(shè)計(jì)思想通過(guò)迭代執(zhí)行而構(gòu)造出獨(dú)特的層次式互聯(lián)結(jié)構(gòu)。 但是，基于正則混合圖的思想設(shè)計(jì)層次網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)每擴(kuò)展一層都必需為每臺(tái)服務(wù)器增加一個(gè)額外的網(wǎng)絡(luò)適配器端口，因而無(wú)法滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)無(wú)損和持續(xù)可擴(kuò)展性的根本需求。鑒于上述分析，本發(fā)明提出非正則混合圖的設(shè)計(jì)思想為數(shù)據(jù)中心構(gòu)建一種常量度數(shù)互聯(lián)結(jié)構(gòu)Dcube，其將配備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口的服務(wù)器和低端交換機(jī)高效互聯(lián)，在不改變各個(gè)服務(wù)器配置的前提下確保數(shù)據(jù)中心具備持續(xù)可擴(kuò)展能力、無(wú)損可擴(kuò)展能力、高容錯(cuò)能力、以及高性價(jià)比等設(shè)計(jì)目標(biāo)。正則混合圖和非正則混合圖的定義如下定義1給定兩個(gè)正則圖( 和G1，一個(gè)正則混合圖( (G1)采用一個(gè)G1圖來(lái)替換圖( 中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，圖&中每條連接邊被替換為兩個(gè)對(duì)應(yīng)的G1之間的一條連接邊。G2的互聯(lián)結(jié)構(gòu)被保留了下來(lái)，兩個(gè)G1之間只存在一個(gè)連接邊，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同的度。如果(；2是一個(gè)全連通圖，則用G(G1)來(lái)代表G(G1)。一層的正則混合圖能被進(jìn)一步遞歸擴(kuò)展到更高層的正則混合圖。為了便于解釋， 只考慮正則圖&是完全圖的情形。一個(gè)兩層正則混合圖G(G1)使用G(G1)作為一個(gè)基本模塊，并且使用一個(gè)全連通圖連接多個(gè)這樣的基本模塊。更一般地，一個(gè)第h層正則混合圖 Gh(G1)采用第(h-Ι)層正則圖Glri (G1)作為基本模塊，并采用一個(gè)全連通圖來(lái)連接多個(gè)這樣的基本模塊。定義2只有在(；2的節(jié)點(diǎn)度和G1的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相同時(shí)，才能構(gòu)建出一個(gè)正則混合圖。 當(dāng)&的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大于(；2的節(jié)點(diǎn)度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非正則的混合圖。同理，非正則的混合圖也能通過(guò)遞歸方法不斷構(gòu)造出更高層次的結(jié)構(gòu)。兩層DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造方法令η代表每臺(tái)交換機(jī)的端口數(shù)目或者每臺(tái)交換機(jī)連接的服務(wù)器數(shù)目，一臺(tái)具有η 個(gè)端口的交換機(jī)和η個(gè)各配備有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口的服務(wù)器構(gòu)成了 DCube的最小構(gòu)成模塊DCube (η, 0)，其中每個(gè)服務(wù)器均使用其第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口直接連接到該η個(gè)端口的交換機(jī)。如果令DCube (η，0)為定義1中的圖G1，令一個(gè)結(jié)點(diǎn)規(guī)模為η的全連通圖為定義1 中的&。在此可知，圖&的節(jié)點(diǎn)度為n-1，并且小于圖G1的服務(wù)器規(guī)模，因而可運(yùn)用非正則混合圖的設(shè)計(jì)思想在第零層DCube(n，0)互聯(lián)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)造第一層的DCube (n，l)互聯(lián)結(jié)構(gòu)。具體而言，采用一個(gè)G1圖來(lái)替換圖( 中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，原來(lái)圖( 中的每條連接邊被替換為兩個(gè)對(duì)應(yīng)的G1之間的一條連接邊。因?yàn)镚1中存在η個(gè)服務(wù)器而( 中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅有 n-1條邊，不難發(fā)現(xiàn)此時(shí)存在&中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接邊不夠分配的問(wèn)題，這導(dǎo)致在用G1替換完&中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)后，DCube (η, 1)中存在η個(gè)DCube (η，0)構(gòu)造模塊，但是每個(gè)DCube (η， 0)構(gòu)造模塊均有一臺(tái)服務(wù)器的第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口未被使用，即DCube(Iid)中尚有η個(gè)服務(wù)器的第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口被預(yù)留用來(lái)支持更上層次的擴(kuò)展。令DCube(n，l)為定義1中的圖G1，令一個(gè)結(jié)點(diǎn)規(guī)模為η的全連通圖為定義1中的 &。據(jù)此可以運(yùn)用非正則混合圖的設(shè)計(jì)思想在第一層DCube(n，l)互聯(lián)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)造第二層的DCube (n，2)互聯(lián)結(jié)構(gòu)。圖4描述了在三個(gè)不同層次上構(gòu)建的新型互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube，其中每臺(tái)服務(wù)器配備有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口，四個(gè)服務(wù)器采用其第一個(gè)端口連接到一個(gè)具有4個(gè)端口的交換機(jī)，這一結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)中心的最小構(gòu)成模塊，記為DCubd4，0)。將每個(gè)DCubd4，0)視為一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，4個(gè)這樣的虛擬節(jié)點(diǎn)被互聯(lián)為一個(gè)全連通圖，從而形成一個(gè)非正則混合圖 DCubd4，l)，即全連通圖的節(jié)點(diǎn)度比DCubd4，0)的服務(wù)器數(shù)目少1。每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)內(nèi)只有 3臺(tái)服務(wù)器的第二個(gè)端口被使用，另一個(gè)服務(wù)器的第二個(gè)端口被預(yù)留用來(lái)支持更上一層次的擴(kuò)展。同樣當(dāng)把每個(gè)DCube 0，1)視為一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)時(shí)，4個(gè)這樣的虛擬節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)非正則圖DCube 0，2)。不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于任意層次的互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube (4，I1)(其中h > = 1)而言，其中總有4個(gè)服務(wù)器的第二個(gè)端口一直留待構(gòu)建更大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。圖5給出了圖4的整體效果，展示了如何從DCubd4，0)互聯(lián)結(jié)構(gòu)逐步演變?yōu)?DCube (4,1)以及DCubd4，2)。在DCubd4，2)中，根據(jù)其互聯(lián)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)則預(yù)留111、 222、333、以及444的第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口以便向更高一層互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCubeGd)擴(kuò)展。 不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明能確保DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)在向更高一層擴(kuò)展時(shí)僅僅需要在現(xiàn)有互聯(lián)結(jié)構(gòu)中的n-1個(gè)服務(wù)器上增加一條對(duì)外的連線即可，大量現(xiàn)有服務(wù)器不受互聯(lián)結(jié)構(gòu)規(guī)模擴(kuò)展的影響，因此具有無(wú)損可擴(kuò)展性。此外，任何層次的DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)中總是自動(dòng)預(yù)留有η個(gè)服務(wù)器各提供一個(gè)閑置的網(wǎng)絡(luò)適配器端口以支持向更高一層互聯(lián)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，因此具有持續(xù)可擴(kuò)展。據(jù)此來(lái)看，本發(fā)明很好地解決了現(xiàn)有互聯(lián)結(jié)構(gòu)無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)損可擴(kuò)展性和持續(xù)可擴(kuò)展性這一難題。多層DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)的通用構(gòu)造方法考慮到目前企業(yè)界建設(shè)的單個(gè)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器規(guī)模已經(jīng)達(dá)到幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)，而且目前常用交換機(jī)的端口數(shù)目處于幾十個(gè)這樣的量級(jí)，因此兩層DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube (η, 2)可以支持的服務(wù)器規(guī)模滿足不了實(shí)際應(yīng)用需求。為此，本發(fā)明給出面向多層 DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)的通用構(gòu)造方法，使其可支持的服務(wù)器規(guī)模不僅能夠滿足目前的數(shù)據(jù)中心規(guī)模需求，而且還可以持續(xù)擴(kuò)展以滿足更大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心需求。雖然在最小構(gòu)成模塊 DCube (η, 0)的基礎(chǔ)可以繼續(xù)采用非正則混合圖的思想通過(guò)不斷遞歸構(gòu)造出任意的第h層互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube(n，h)，但是構(gòu)造的計(jì)算復(fù)雜度和時(shí)間延遲會(huì)隨著層數(shù)h的增加而增加?？紤]到目前數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器規(guī)模已經(jīng)達(dá)到幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)，本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)結(jié)構(gòu)的層數(shù)h會(huì)比較大，因而遞歸構(gòu)造方法的計(jì)算和時(shí)間成本都會(huì)很大。為解決這一突出問(wèn)題，本發(fā)明提出下述更加易于計(jì)算的互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube (n，h)的構(gòu)造方法，具體構(gòu)造步驟如下所示。(1)令DCube (n，h)表示一個(gè)h層的DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中η代表每臺(tái)交換機(jī)的端口數(shù)目或者每臺(tái)交換機(jī)連接的服務(wù)器數(shù)目，而h代表DCube的層數(shù)。DCube(n，0)代表最小構(gòu)成模塊，即一臺(tái)交換機(jī)及其直接連接的η個(gè)服務(wù)器。(2)為DCube (n, h)中的每臺(tái)服務(wù)器賦予一個(gè)長(zhǎng)度為h+Ι的標(biāo)識(shí)符XhXlri. . . X1X0, 其中1彡XiSn而0彡i彡h。(3)為DCubefc，h)中的每臺(tái)交換機(jī)賦予一個(gè)標(biāo)識(shí)符XhXlri. .. X1，其中1彡Xi彡η 而1彡i彡h。(4)標(biāo)識(shí)符具有公共前綴長(zhǎng)度為h的η個(gè)服務(wù)器采用其第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口同標(biāo)識(shí)符為其公共前綴的交換機(jī)直接互聯(lián)，從而形成一系列最小構(gòu)成模塊。(5)在標(biāo)識(shí)符為src = XhXlri. . . X1X0和徹=^^、+力—乂的兩臺(tái)服務(wù)器之間通過(guò)其第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口直接互聯(lián)，僅當(dāng)存在某個(gè)KjSa使得節(jié)點(diǎn)src的標(biāo)識(shí)符滿足 Xj 乒 Xj-I 且 Xj-I = Xj-I = · · · = X1 = X。，其中 X 表示 j 個(gè)連續(xù)的 Xj。本發(fā)明依據(jù)上述步驟構(gòu)建的DCubefc，h)能夠支持nh+1臺(tái)服務(wù)器以及nh臺(tái)交換機(jī)的互聯(lián)，其中仍有η臺(tái)服務(wù)器的第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口被保留用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)展，這些服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符為知=Xlri = . . . =X1 = χ0,其中&為大于等于1而小于等于η 的任意整數(shù)。不難發(fā)現(xiàn)，一個(gè)DCube (n，h)互聯(lián)結(jié)構(gòu)包含η個(gè)下一層的互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube (n， h-1)，而且每個(gè)DCube(n，h-l)之間僅有一條連接鏈路。一般意義上來(lái)看，一個(gè)DCube (n，h) 互聯(lián)結(jié)構(gòu)包含個(gè)第i層的互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube (n, i)。DCube的單播單徑數(shù)據(jù)傳輸方法數(shù)據(jù)中心支持的許多應(yīng)用需要在服務(wù)器之間進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的遷移工作。一個(gè)好的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)對(duì)典型的數(shù)據(jù)傳輸模式給予很好的支持，一對(duì)一的單播傳輸是其中最基本的傳輸模式。本發(fā)明基于DCube互聯(lián)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)則，充分利用其互聯(lián)結(jié)構(gòu)內(nèi)在的層次性、對(duì)稱性以及模塊性等特征，提出高效的分布式數(shù)據(jù)傳輸方法。令src和dst表示一對(duì)源服務(wù)器和目的服務(wù)器，單播單徑數(shù)據(jù)傳輸方法僅根據(jù)DCube的互聯(lián)規(guī)則以及源服務(wù)器和目的服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符就能快速推算出一條最短的數(shù)據(jù)傳輸路徑，因而源服務(wù)器在發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文之前就已獲知報(bào)文將要依次經(jīng)過(guò)的服務(wù)器和交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址信息。圖6給出了本發(fā)明的單播單徑數(shù)據(jù)傳輸方法原理圖。單播單徑數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕舅枷胧?，首先判斷src和dst是否處于同一個(gè)最小的構(gòu)造模塊內(nèi)，如果屬實(shí)，則判定二者可以通過(guò)共同連接的交換機(jī)完成數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)工作；否則，確定用于連接src和dst所在的兩個(gè)不同DCube(n，h-l)互聯(lián)結(jié)構(gòu)之間的唯一連接邊(nl，n2)，然后重復(fù)調(diào)用上述兩個(gè)步驟找到從服務(wù)器src到服務(wù)器nl的路徑以及從服務(wù)器π2到服務(wù)器dst的路徑。至此，從服務(wù)器 src到服務(wù)器dst之間的路徑便由兩條下一層的子路徑和(nl，M)連接邊組成。具體流程如方法1所示。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，該無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展基于網(wǎng)絡(luò)的非正則混合圖互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述互聯(lián)結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)基本單元構(gòu)成，所述的一個(gè)基本單元包括η臺(tái)服務(wù)器和一個(gè)具有η個(gè)接口的交換機(jī)，所述服務(wù)器的每一個(gè)均配備有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器，其中第一網(wǎng)絡(luò)適配器連接到交換機(jī)，第二網(wǎng)絡(luò)適配器接口預(yù)留用來(lái)支持?jǐn)U展互聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其特征在于其中所述的互聯(lián)結(jié)構(gòu)由一組所述的基本單元依據(jù)全連通規(guī)則構(gòu)造成為一個(gè)一層的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而由一組所述的一層互聯(lián)結(jié)構(gòu)根據(jù)全連通規(guī)則構(gòu)造成為一個(gè)二層的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其特征在于由所述多個(gè)基本單元構(gòu)成的互聯(lián)結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步擴(kuò)展為h層，每個(gè)服務(wù)器可配置多于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述η為4，由4個(gè)基本單元構(gòu)成一組，每個(gè)基本單元中的3個(gè)服務(wù)器的第二網(wǎng)絡(luò)適配器接口分別與周圍的3個(gè)單元中的一個(gè)服務(wù)器的第二網(wǎng)絡(luò)適配器接口相連接，進(jìn)而形成一個(gè)一層的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，由4 個(gè)所述的一層互聯(lián)結(jié)構(gòu)再互聯(lián)到一起所構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其特征在于由所述多個(gè)基本單元構(gòu)成的多個(gè)組組成的層可以進(jìn)一步擴(kuò)展為h層，每個(gè)服務(wù)器可配置多于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器。
6.一種數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，該無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展基于網(wǎng)絡(luò)的非正則混合圖互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于按照下述步驟構(gòu)造可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)(1. 1)獲取用戶關(guān)于數(shù)據(jù)中心規(guī)模N、各個(gè)交換機(jī)的端口數(shù)目η、以及數(shù)據(jù)中心的層數(shù)h等基本配置請(qǐng)求，并按照后續(xù)過(guò)程構(gòu)造無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)DCube (n，h)；其中η 代表每臺(tái)交換機(jī)的端口數(shù)目或者每臺(tái)交換機(jī)連接的服務(wù)器數(shù)目，而h代表DCube的層數(shù)， DCube (η, 0)代表最小構(gòu)成模塊，即一臺(tái)交換機(jī)及其直接連接的η個(gè)服務(wù)器；(1. 2)為每臺(tái)服務(wù)器賦予一個(gè)長(zhǎng)度為h+Ι的標(biāo)識(shí)符XhXlri. . . X1Xtl，其中1彡Xi彡η而 0彡i彡h ；(1. 3)為每臺(tái)交換機(jī)賦予一個(gè)標(biāo)識(shí)符XhXlri. . . X1，其中1彡Xi彡η而1彡i彡h ；(1. 4)將標(biāo)識(shí)符具有長(zhǎng)度為h的公共前綴的η個(gè)服務(wù)器采用其第一塊網(wǎng)絡(luò)適配器同標(biāo)識(shí)符為其公共前綴的交換機(jī)直接互聯(lián)，形成一系列最小構(gòu)成模塊DCube (η, 0)；(1. 5)在標(biāo)識(shí)符為src = XhXlri. . . 和徹= ..++*-,^的兩臺(tái)服務(wù)器之間通過(guò)其第二塊網(wǎng)絡(luò)適配器直接互聯(lián)，僅當(dāng)存在某個(gè)KjSa使得節(jié)點(diǎn)src的標(biāo)識(shí)符滿足\ Φ Xjm 且^Cp1 = Xj_2 = ... = X1 = Xtl，其中χ/表示j個(gè)連續(xù)的\ ；至此構(gòu)成無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu) DCube (η，h)。
7.一種基于權(quán)利要求1-5所述的數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)的單播單徑路由的路徑建立方法(2. 1)接收用戶的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑捶?wù)器和目的服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符 src 禾口 dst ；(2. 2)判斷src和dst是否處于同一個(gè)最小的構(gòu)造模塊內(nèi)，如果屬實(shí)，則判定二者可以通過(guò)共同連接的交換機(jī)完成數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)工作；否則，確定用于連接src和dst所在的兩個(gè)不同DCube (n，h-l)之間的唯一連接邊(nl，n2)，(2. 3)然后遞歸調(diào)用步驟(2. 2)，計(jì)算出從服務(wù)器src到服務(wù)器nl的路徑head以及從服務(wù)器n2到服務(wù)器dst的路徑tail ；輸出head+(η 1，n2)+tail作為從服務(wù)器src到服務(wù)器dst的路徑。
8.一種基于如權(quán)利要求7所述的單播單徑路由路徑的數(shù)據(jù)傳輸方法，其進(jìn)一步包括如下數(shù)據(jù)傳輸步驟(3. 1)源節(jié)點(diǎn)從獲得的最短路徑中選擇下一跳服務(wù)器，并通過(guò)查詢本地路由表將數(shù)據(jù)從正確的網(wǎng)絡(luò)端口轉(zhuǎn)發(fā)出去；(3. 2)處于該最短路徑中的各個(gè)中間交換機(jī)通過(guò)查詢本地路由表，將數(shù)據(jù)從正確的端口轉(zhuǎn)發(fā)給最短路徑中的下一跳服務(wù)器；(3. 3)處于該最短路徑中的各個(gè)中間服務(wù)器通過(guò)查詢本地路由表，將數(shù)據(jù)從正確的端口轉(zhuǎn)發(fā)給最短路徑中的下一跳服務(wù)器，直至數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到目的服務(wù)器；其中通過(guò)兩個(gè)通過(guò)第二塊網(wǎng)絡(luò)適配器之間相連的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)稱之為一跳， 或者兩個(gè)通過(guò)共同連接的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)也記為一跳。
9.一種基于權(quán)利要求1-5所述的數(shù)據(jù)中心的無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展互聯(lián)結(jié)構(gòu)的單播多徑路由的路徑建立方法(4. 1)接收用戶的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑捶?wù)器和目的服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符 src 禾口 dst ；(4. 2)判斷src和dst是否處于同一個(gè)最小的構(gòu)造模塊內(nèi)，如果屬實(shí)，則判定二者可以通過(guò)共同連接的交換機(jī)完成數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)工作；否則，確定用于連接src和dst所在的兩個(gè)不同DCube (n，h-l)之間的唯一連接邊(nl，n2)，(4. 3)然后遞歸調(diào)用步驟(4. 2)，計(jì)算出從服務(wù)器src到服務(wù)器nl的路徑head以及從服務(wù)器n2到服務(wù)器dst的路徑tail ；輸出head+fcl，n2)+tail作為從服務(wù)器src到服務(wù)器dst的最短路徑；(4. 4)令src和dst標(biāo)識(shí)符的最大公共前綴的長(zhǎng)度為j，令i = h+1-j ；標(biāo)識(shí)符為Z = Zh. . . Z1Z0的服務(wù)器被選定為服務(wù)器src的備選服務(wù)器，僅當(dāng)Z的標(biāo)識(shí)符中滿足Zp1與Sp1和 Cli^1不相等，而備選服務(wù)器標(biāo)識(shí)符的其余部分與src對(duì)應(yīng)部分一致；(4. 5)循環(huán)執(zhí)行步驟(4. 1)至步驟(4.幻，構(gòu)建一條從源服務(wù)器src到中間服務(wù)器Z的最短路徑、以及一條從中間服務(wù)器Z到目的服務(wù)器dst最短路徑，這兩條路徑銜接之后即形成一條從服務(wù)器src到服務(wù)器dst的額外路徑；(4. 6)重復(fù)執(zhí)行步驟(4. 5)以在服務(wù)器src到服務(wù)器dst之間構(gòu)建額外的n_2條平行路徑。
10.一種基于如權(quán)利要求9所述的單播多徑路由路徑的數(shù)據(jù)傳輸方法，其進(jìn)一步包括如下數(shù)據(jù)傳輸步驟(5. 1)源節(jié)點(diǎn)從獲得的n-1條平行路徑中分別選擇對(duì)應(yīng)的下一跳服務(wù)器，并通過(guò)查詢本地路由表將數(shù)據(jù)從正確的網(wǎng)絡(luò)端口轉(zhuǎn)發(fā)出去；(5. 2)處于這n-1條平行路徑中的各個(gè)中間交換機(jī)通過(guò)查詢本地路由表，將數(shù)據(jù)從正確的端口轉(zhuǎn)發(fā)給各條平行路徑中的下一跳服務(wù)器；(5. 3)處于這n-1條平行路徑中的各個(gè)中間服務(wù)器通過(guò)查詢本地路由表，將數(shù)據(jù)從正確的端口轉(zhuǎn)發(fā)給各條平行路徑中的下一跳服務(wù)器，直至數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到目的服務(wù)器；其中通過(guò)兩個(gè)通過(guò)第二塊網(wǎng)絡(luò)適配器之間相連的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)稱之為一跳， 或者兩個(gè)通過(guò)共同連接的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)也記為一跳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于數(shù)據(jù)中心的常量度數(shù)互聯(lián)結(jié)構(gòu)，為大量具備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器端口的普通服務(wù)器和低端交換機(jī)提供具有無(wú)損和持續(xù)可擴(kuò)展能力的互聯(lián)結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)單易行的單播單徑路由方法、以及并行高效的單播多徑路由方法。本發(fā)明是先根據(jù)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模、交換機(jī)的端口數(shù)目、以及數(shù)據(jù)中心的層數(shù)等需求，完成各個(gè)服務(wù)器以及交換機(jī)的互聯(lián)，形成無(wú)損持續(xù)可擴(kuò)展的互聯(lián)結(jié)構(gòu)；根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸需求，識(shí)別目的服務(wù)器地址，通過(guò)單播單徑路由方法產(chǎn)生完整的路徑，進(jìn)而將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康姆?wù)器；根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸需求，識(shí)別目的服務(wù)器地址，通過(guò)單播多徑路由方法產(chǎn)生多條平行路徑，進(jìn)而將數(shù)據(jù)沿多徑并行傳輸?shù)侥康姆?wù)器。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102510404SQ20111037055
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者劉俊先, 羅愛(ài)民, 羅雪山, 舒振, 郭得科, 陳洪輝, 陳濤, 黃力, 黃光奇 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)