專利名稱：基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于互聯網技術領域，具體涉及一種基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統?？捎糜跇嫿ù笠幠祿行木W絡，實現數據中心網絡服務器之間高效地通信。
背景技術：
網絡及信息技術的迅速發展，使得數據中心成為現代社會中科研單位、金融機構等各行業的服務中心，運載企業的核心業務，滿足數據挖掘、存儲、高性能計算等服務要求。 因此，構建適用于企業發展需求的數據中心已成為服務運營商、科研單位、各門戶網站等的 IT重點建設項目，實現提升服務效率、降低運營成本、提高集中管理效率的目的?，F階段，隨著數據中心應用范圍的不斷深入，數據中心規模持續擴大，致使數據中心設備成本增加，能耗開銷激增，管理更加復雜，給企業發展帶來沉重負擔；另外，業務傳輸量增加，達P(1015) 級，甚至z(102°)級，數據業務對服務質量、傳輸速度具有嚴格要求，上述業務特點使得現代企業對數據中心網絡的服務質量、傳輸能力等提出新的要求。基于數據中心應用的廣泛性及數據中心業務的特點，因此構建數據中心網絡時，需要綜合考慮諸多因素網絡的高可擴展性、高對分帶寬、高容錯性能、低時延、易管理、低成本開銷等。現有構建數據中心網絡的方法很多，根據拓撲的設計思想不同，采用的設備、互連規則、擴展方式也有所不同，但目標都是最大限度地滿足數據中心網絡的性能要求。目前構建數據中心網絡時多采用樹形結構，或傳統樹形結構或胖樹結構。傳統樹形結構采用高性能專用交換設備，以多根樹方式連接交換機與服務器設備，以縱向擴展方式實現數據中心網絡擴建目標，擴展規模與拓撲層數成正相關，即網絡規模越大，則構建網絡的拓撲層數越高，但傳統樹形結構的擴展規模受限于高層交換設備的端口數量，且結構存在嚴重的過載問題，層數越高，高層過載問題越嚴重，網絡設備采用高性能專用設備，設備成本高，下行鏈路唯一，缺乏動態選擇性，單點故障難以避免；胖樹結構采用自上而下核心層、匯聚層、邊緣層的三層結構模式構建數據中心網絡，與傳統樹形結構相比，胖樹結構以商用設備代替高性能專用設備，橫向擴展取代縱向擴展方式，在一定程度上解決傳統樹形結構設備成本高、 過載嚴重的問題，但胖樹結構難以克服傳統樹形結構擴展能力受限于核心交換設備的端口數量的缺陷，胖樹結構仍存在下行鏈路唯一、缺乏動態選擇性、單點故障等缺點。

發明內容
本發明的目的是針對上述數據中心網絡拓撲結構的不足，提出一種基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲結構，以克服網絡擴展能力受限于交換機端口數量的缺陷，提高樹形結構中下行鏈路的動態選擇性，改善網絡的容錯性能。為實現上述目的，本發明的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統，包括核心層 (104)、匯聚層(105)及邊緣層(107)，每一層均設有一組交換機，匯聚層的交換機通過上行端口向上一層交換機提交數據或從上一層交換機接收數據，且下行端口連接邊緣層的交換機；邊緣層的交換機通過其下行端口連接服務器(108)，對不同服務器的數據進行轉發；所述匯聚層包括k2/2個交換機，k是拓撲結構中Pod結構(109)的數目，取值為偶數，Pod結構(109)是由兩層交換機組成，上層為k/2個匯聚層的交換機，下層為k/2個邊緣層的交換機，每個交換機包括k/2個上行端口及k/2個下行端口 ；所述核心層包括k2/4個交換機，每個交換機包括k個下行端口，其特征在于A.在核心層與匯聚層之間引入中間層，該中間層包括k2/2個交換機，每個交換機包括k/2個上行端口及k/2個下行端口，將這些交換機從左至右均分為k/2組，記作gi，這里，編號符號凡出現右下標i，則表征該符號標識的是中間層設備，從左至右gi標記為0， 1，. . .，k/2-l，再分別與核心層和匯聚層進行如下連接當中間層的交換機與核心層的交換機連接時，為每個中間層交換機組內的交換機編號，記作Wi，從左至右Wi標記為0，1，...，k/2-l，將每個中間層交換機的上行端口編號為從左至右1標記為k/2，k/2+l，. . .，k-1 ；將k2/4個核心層的交換機從左至右均分為 k/2組，記作g。，這里，編號符號凡出現右下標c，則表征該符號標識的是核心層設備，從左至右g。標記為0，1，...，k/2-l，將每個組內的交換機編號為s。，從左至右S。標記0，1，...， k/2-l，將每個交換機的下行端口編號為p。，從左至右ρ。標記為0，1，...，k/2-l;當且僅當核心層的交換機與中間層的交換機編號標記滿足g。= gi，s。= qi_k/2，p。= Wi時互連條件成立，則將中間層的交換機與核心層的交換機連接；當中間層的交換機與Pod結構內匯聚層交換機連接時，將每個中間層的交換機組從左至右均分為兩個小單元，記作Ci,從左至右Ci標記為O和1，將每個小單元內的交換機編號為Si,從左至右Si標記為0，1，...，k/2-l，將每個交換機的下行端口編號為Pi，從左至右Pi標記為0，1，...，k/2-l ；將k個Pod結構從左至右均分為k/2個Pod結構組，記作 gp，這里，編號符號凡出現右下標P，則表征該符號標識的是Pod結構，從左至右gp標記為0， 1，...，k/2-l，將每個組內的Pod結構編號為cp，從左至右Cp標記為O和1，將Pod結構內匯聚層的交換機的上行端口編號為qa，這里，編號符號凡出現右下標a，則表征該符號標識的是匯聚層設備，從左至右qa標記為k/2，k/2+l，...，k_l ；當且僅當中間層的交換機與Pod 結構內匯聚層的交換機編號標記滿足Si = gp, Ci = cp, Pi = sa, gi = q-k/2時互連條件成立，則將中間層的交換機與Pod結構內匯聚層交換機連接；B.將核心層、中間層、匯聚層及邊緣層的交換機與服務器連接而成的一個小網絡， 記作一個基本模塊(101)，如此方式構建m個基本模塊，通過核心層交換機增設的4個端口將各基本模塊連接成一個整體網絡；C.采用橫向擴展或縱向擴展或混合擴展三種方式對整體網絡進行擴建，實現網絡支持更多服務器設備，滿足應用發展需求。2.根據權利1所述的數據中心網絡拓撲系統，其中步驟B所述的通過核心層交換機增設的4個端口將各基本模塊連接成一個大的整體網絡，連接規則如下將增設的4個端口均分為兩組，分別記作h。，v。，其中h。標記為k和k+Ι，V。標記為 k+2和k+3 ；將m個基本模塊縱向排列，采用二元組為各模塊內部的核心層交換機編號，記作 (e, f)，其中e代表網絡拓撲系統中基本模塊編號，自上而下e標記為0，1，. . .，m_l，f代表基本模塊內核心層交換機的編號，從左至右f標記為0，1，...，k2/4-l ；對于任意的兩個核心層交換機(e1; 、(e2, f2)，ei、e2代表e的任意兩個編號標記，f\、f2代表f的任意兩個編號標記，若ei Φ e2，則將這兩個核心層的交換機定義為不同基本模塊，若ei = e2，則將這兩個核心層的交換機定義為相同基本模塊；再將增設的端口分別與不同基本模塊的核心層和相同基本模塊的核心層進行如下連接當增設的端口用于連接不同基本模塊的核心層交換機時，當且僅當兩個核心層交換機的編號標記滿足e2 = (e^Dmod m, f2 = ，其中ei、e2為e的任意兩個標記，自上而下e標記為0，1，. ..，Hi-Lfpf2為f的任意兩個標記，從左至右f標記為0，1，. . .，k2/4_l， mod為取模操作，將(e1; 號核心層交換機的k+3號端口連接(e2，f2)號核心層交換機的 k+2號端口 ；通過增設端口，以縱向環(102)實現不同基本模塊中相鄰的核心層交換機之間及首尾的核心層交換機之間的連接；當增設的端口用于連接相同基本模塊的核心層交換機時，當且僅當兩個核心層交換機的編號滿足e2 = ei;f2 = (fi+DmocKk2/^)，其中ei、e2為e的任意兩個標記，自上而下 e標記為0，1，. . .，m-1，f\、f2為f的任意兩個標記，從左至右f標記為0，1，...，k2/4_l，將 (ei; 號核心層交換機的k+Ι號端口連接(e2，f2)號核心層交換機的k號端口 ；通過增設端口，以橫向環(103)實現相同基本模塊內相鄰的核心層交換機之間及首尾的核心層交換機之間的連接。本發明與現有數據中心樹形網絡構架相比，具有以下優點1.本發明由于在胖樹結構的核心層與匯聚層之間引入中間層，保證網絡拓撲在具有多路徑的前提下，實現網絡下行鏈路的動態選擇性。2.本發明由于采用模塊化設計，通過核心層交換機增設的4個端口連接各基本模塊，實現構建大規模數據中心網絡的需求。3.本發明由于采用橫向擴展或縱向擴展或混合擴展的網絡擴建思想，保證網絡具有高度可展性，克服網絡擴展能力受限于網絡交換機設備端口數量的限制，實現網絡靈活擴建的目的。


圖1是本發明基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統示意圖；圖2是本發明數據中心網絡拓撲系統中的基本模塊示意圖；圖3是本發明對數據中心網絡拓撲系統橫向擴展后的結果示意圖；圖4是本發明對數據中心網絡拓撲系統縱向擴展后的結果示意圖；圖5是本發明對數據中心網絡拓撲系統混合擴展后的結果示意圖；圖6是本發明中交換機各端口的編號示意圖。
具體實施例方式為更清楚的介紹本發明提出的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統，下面將結合附圖和具體實例進行詳細說明。參照圖1，本發明基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統，包括m個基本模塊，每個基本模塊是由核心層104、中間層105、匯聚層106及邊緣層107的交換機與服務器108 連接，形成一個小網絡101。核心層包括k2/4個交換機，每個交換機包括k個下行端口及4 個增設端口 ；中間層、匯聚層及邊緣層各包括k2/2個交換機，每個交換機包括k/2個下行端口及k/2個上行端口，其中k是基本模塊內包括的Pod結構的數量，Pod結構109是由兩層交換機組成，上層為k/2個匯聚層交換機，下層為k/2個邊緣層交換機，Pod結構109內匯聚層交換機采用全互連方式與邊緣層交換機連接；基本模塊內各層交換機數量及基本模塊所能容納的服務器數量均由k值決定，k、m的值均為正整數，在本實例中，m = 2，k = 4，但不局限于這個數據。各基本模塊之間的連線如下本實例中，每個基本模塊內包括4個核心層交換機， 每個核心層交換機包括4個增設端口，增設端口分別標記為4、5、6、7，其中增設端口標記原則如圖6(a)所示；將2個基本模塊縱向排列，采用二元組為各模塊內部的核心層交換機編號，標記為(0，0)、(0，1)、(0,2), (0,3), (1,0), (1，1)、(1,2), (1，3)，將增設的端口分別與不同基本模塊的核心層和相同基本模塊的核心層進行如下連接當增設的端口用于連接不同基本模塊的核心層交換機時，核心層交換機(0，0)通過7號端口連接(1，0)的6號端口，(1，0)的7號端口與(0，0)的6號端口連接，實現縱向環102連接，同理，實現(0,1)與(1，1)、(0,2)與(1,2), (0,3)與(1,3)的縱向環102連接；當增設的端口用于連接相同基本模塊的核心層的交換機時，核心層交換機(0，0) 通過5號端口連接(0，1)的4號端口，(0，1)的5號端口與(0，2)的4號端口連接，(0，2) 的5號端口與(0，3)的4號端口連接，(0，3)的5號端口與(0，0)的4號端口連接，實現橫向環103連接，同理，實現(1，0)、(1，1)、(1,2), (1,3)之間的橫向環103連接。參照圖2，基本模塊內部連線規則如下基本模塊內包括4個Pod結構，每個Pod結構是由2個匯聚層交換機及2個邊緣層交換機構成，Pod結構內匯聚層交換機通過下行端口與邊緣層交換機以全互連方式連接； 核心層包括4個交換機，每個交換機包括4個下行端口及4個增設端口，匯聚層及邊緣層各包括8個交換機，每個交換機包括2個上行端口及2個下行端口 ；匯聚層的交換機通過上行端口向上一層交換機提交數據或從上一層交換機接收數據，且下行端口連接邊緣層的交換機；每個邊緣層交換機通過下行端口連接2個服務器，對不同服務器的數據進行轉發。其中，為詳細基本模塊內部各層交換機之間的連線順序，各交換機的端口編號規則參照圖6 其中如圖6(a)所示，將每個邊緣層、匯聚層及中間層的下行端口標記為0、1，上行端口標記為2、3 ；如圖6(b)所示，將核心層交換機的下行端口標記為0、1、2、3，增設端口標記為4、5、6、7。在核心層與匯聚層之間引入中間層，該中間層包括8個交換機，每個交換機包括2 個上行端口及2個下行端口，將這些交換機從左至右均分為2組，記作gi，這里，編號符號凡出現右下標i，則表征該符號標識的是中間層設備，從左至右gi標記為0和1，中間層交換機通過其上行端口及下行端口再分別與核心層和匯聚層進行如下連接當中間層的交換機與核心層的交換機連接時，分別為每個中間層交換機組內的中間層交換機及每個中間層交換機的上行端口編號，即將每個中間層交換機組gi內的交換機編號為&，從左至右Wi標記為0，1，2，3，將每個中間層交換機Wi的上行端口編號為qi; Qi標記為2和3 ；將4個核心層的交換機從左至右均分為2組，記作g。，這里，編號符號凡出現右下標c，則表征該符號標識的是核心層設備，從左至右g。標記為0和1，將每個核心層交換機組內的交換機編號為s。，從左至右S。標記為0和1，將每個交換機的下行端口編號為p。，Pc 標記為0，1,2,3 ；當且僅當核心層的交換機與中間層的交換機編號標記滿足g。= gi, sc =
8qi-2，pc = Wi時，核心層交換機與中間層交換機連接條件成立，則將編號標記滿足該互連條件的中間層的交換機與核心層的交換機連接，即根據核心層交換機與中間層交換機的互連條件，0號核心層交換機組與0號中間層交換機組連接0號核心層交換機組的O號核心層交換機通過其0、1、2、3號下行端口分別與0號中間層交換機組內的0、1、2、3號中間層交換機的2號上行端口連接，0號核心層交換機組的1號核心層交換機通過其0、1、2、3號下行端口分別與0號中間層交換機組內的 0、1、2、3號中間層交換機的3號上行端口連接；1號核心層交換機組與1號中間層交換機組連接1號核心層交換機組的0號核心層交換機通過其0、1、2、3號下行端口分別與1號中間層交換機組內的0、1、2、3號中間層交換機的2號上行端口連接，1號核心層交換機組的1 號核心層交換機通過其0、1、2、3號下行端口分別與1號中間層交換機組內的0、1、2、3號中間層交換機的3號上行端口連接。當中間層的交換機與Pod結構內匯聚層交換機連接時，將每個中間層的交換機組從左至右均分為兩個小單元，記作Ci,從左至右Ci標記為O和1，將每個小單元內的交換機編號為Si，從左至右Si標記為O和1，將每個交換機的下行端口編號為Pi，Pi標記為O和1 ； 將4個Pod結構從左至右均分為2個Pod結構組，記作gp，這里，編號符號凡出現右下標p， 則表征該符號標識的是Pod結構，從左至右gp標記O和1，將每個組內的Pod結構編號為 cp，從左至右Cp標記O和1，為Pod結構內匯聚層的交換機的上行端口編號，記作qa，這里， 編號符號凡出現右下標a，則表征該符號標識的是匯聚層設備，qa標記為2和3 ；當且僅當中間層的交換機與Pod結構內匯聚層的交換機編號標記滿足Si = gp，Ci = cp, Pi = sa, gi =qa"2時，中間層交換機與匯聚層交換機連接條件成立，則將編號標記滿足該互連條件的中間層的交換機與Pod結構內匯聚層交換機連接，即根據中間層交換機與匯聚層交換機的互連條件，O號中間層交換機組內的O號小單元中的O號中間層交換機通過其O、1號下行端口連接O號Pod組內的O號Pod中的O、1 號匯聚層交換機的2號上行端口，O號中間層交換機組內的O號小單元中的1號交換機通過 0、1號下行端口連接1號Pod組內的O號Pod中的0、1號匯聚層交換機的2號上行端口 ；O 號中間層交換機組內的1號小單元中的O號中間層交換機通過其0、1號下行端口連接O號 Pod組內的1號Pod中的0、1號匯聚層交換機的2號上行端口，O號中間層交換機組內的1 號小單元中的1號交換機通過O、1號下行端口連接1號Pod組內的1號Pod中的O、1號匯聚層交換機的2號上行端口 ；1號中間層交換機組內的O號小單元中的O號中間層交換機通過其0、1號下行端口連接O號Pod組內的O號Pod中的0、1號匯聚層交換機的3號上行端口，1號中間層交換機組內的O號小單元中的1號交換機通過0、1號下行端口連接1號 Pod組內的O號Pod中的O、1號匯聚層交換機的3號上行端口 ； 1號中間層交換機組內的1 號小單元中的O號中間層交換機通過其O、1號下行端口連接O號Pod組內的1號Pod中的 0、1號匯聚層交換機的3號上行端口，1號中間層交換機組內的1號小單元中的1號交換機通過O、1號下行端口連接1號Pod組內的1號Pod中的O、1號匯聚層交換機的3號上行端根據上述的基本模塊構建原則及基本模塊之間連接規則構建而成的數據中心網絡拓撲系統，隨著數據中心應用范圍的不斷深入，數據中心網絡規模將持續擴大，為保證網絡能夠容納更多的服務器設備，網絡拓撲系統的采用橫向擴展或縱向擴展或混合擴展三種方式對整體網絡進行擴建，以滿足應用發展需求，其中橫向擴展方式是在保證網絡拓撲系統中基本模塊數不變的前提下，根據網絡規模擴建的需要，增加各基本模塊內Pod結構的數量，按如下方法確定各基本模塊增加的Pod結構數假設原網絡構架中有m · k3/4個服務器，現網絡需擴建至能容納t個服務器，則根據 t = m · (k+2n) 74，得到η值，確定每個基本模塊內增加2η個Pod結構?？v向擴展方式是在保證網絡拓撲系統中基本模塊內包括的Pod結構數量不變的前提下，根據網絡規模擴建的需要，增加網絡中基本模塊的數量，按如下方法確定網絡拓撲系統中增加的基本模塊數假設原網絡中有m*k3/4個服務器，現網絡需擴建至能容納t個服務器，則根據t= (m+r) 43/4，得到r值，確定增加的基本模塊數?；旌蠑U展方式是綜合橫向擴展與縱向擴展兩種網絡擴建方式，根據網絡規模擴建的需要，同時增加網絡拓撲系統中的基本模塊數量及基本模塊內包括的Pod結構數量，按如下方法確定網絡拓撲系統中增加的基本模塊數及基本模塊內增加的Pod結構數假設原網絡有m · k3/4個服務器，現網絡需擴建至能容納t個服務器，則根據t = (m+r) · (k+2n)3/4，選擇適宜的n、r數值對，實現網絡擴建的目的。參照圖3，橫向擴展方式具體實施步驟如下本實例中，網絡規模由圖1網絡拓撲系統中容納的32個服務器設備，擴建至容納 108個服務器，根據橫向擴展方式的規則，確定每個基本模塊需容納108/2 = 54 = (4+2) 3/4 個服務器，橫向擴展后，每個基本模塊內將包括6個Pod結構，由此確定基本模塊內包含的 Pod結構數由4增至6，使網絡由2行、4列增變為2行、9列；對于各基本模塊內的邊緣層、匯聚層及中間層交換機，分別為每個交換機增加1 個上行端口及1個下行端口 ；對于各基本模塊內的核心層交換機，分別為每個交換機增加2 個下行端口；在各基本模塊內新增5個核心層交換機，每個核心層的交換機包括6個下行端口及4個增設端口 ；在各基本模塊內的邊緣層、匯聚層及中間層各新增10個交換機，每個交換機包括3個上行端口及3個下行端口 ；在各基本模塊內新增38個服務器；拆除網絡拓撲系統中2個基本模塊的橫、縱向環連接，按基本模塊構建規則，將新增的交換機與服務器設備分配到各基本模塊內，即每個核心層交換機組包括3個交換機， 每個中間層交換機組內包括6個交換機，每個Pod結構內包括3個匯聚層交換機及3個邊緣層交換機，且在每個基本模塊內新增1個核心層交換機組、1個中間層交換機組及1個Pod 結構組；按上述編號規則，為基本模塊內各層交換機組、各組內交換機及交換機端口編號， 根據基本模塊內各層交換機之間及交換機與服務器之間的連線規則，將各設備連接成一個小網絡，實現基本模塊的更新；按基本模塊之間的連線規則，將更新后的各基本模塊連接成新的數據中心網絡， 實現網絡規模擴建以滿足容納更多服務器設備的應用需求。參照圖4，縱向擴展方式具體實施步驟如下本實例中，網絡規模由圖1網絡拓撲系統中容納的32個服務器設備，擴建至容納 48個服務器，根據縱向擴展方式的規則，確定擴建后的網絡構架中將需要48/16 = 3個基本模塊，由此確定網絡拓撲系統中基本模塊數由2增至3，使網絡由2行、4列增變為3行、4 列；
在整個網絡中新增4個核心層交換機，每個核心層交換機包括4個下行端口及4 個增設端口 ；在整個網絡中新增邊緣層、匯聚層及中間層交換機各8個，每個交換機包括2 個上行端口及2個下行端口 ；在整個網絡中新增8個服務器；按基本模塊的構建規則，將新增的交換機及服務器設備連接成1個基本模塊；拆除網絡拓撲系統中的2個基本模塊的橫、縱向環連接，按基本模塊之間的連線規則，將新構建的1個基本模塊與原有網絡中的2個基本模塊連接成新的數據中心網絡，實現網絡規模擴建以滿足容納更多服務器設備的應用需求。參照圖5，混合擴展方式具體實施步驟如下本實例中，網絡規模由圖1網絡拓撲系統中容納的32個服務器設備，擴建至容納 162個服務器，根據混合擴展方式的規則，確定擴建后的網絡拓撲系統中將包括3個基本模塊且基本模塊內包括6個Pod結構，由此確定網絡拓撲系統中的基本模塊數由2增至3，每個基本模塊內的Pod結構數量由4增至6，使網絡由2行、4列增變為3行、10列；根據各基本模塊內增加的Pod結構數量，對于邊緣層、匯聚層及中間層交換機，分別為每個交換機增加1個上行端口及1個下行端口，對于核心層交換機，分別為每個交換機增加2個下行端口；在各基本模塊內新增5個核心層交換機，每個核心層的交換機包括6個下行端口及4個增設端口 ；在各基本模塊內新增10個的邊緣層交換機、10個匯聚層交換機及10個中間層交換機，每個交換機包括3個上行端口及3個下行端口 ；在各基本模塊內新增38個服務器；拆除網絡拓撲系統中2個基本模塊的橫、縱向環連接，按基本模塊構建規則，將新增的交換機與服務器設備分配到各基本模塊內，即每個核心層交換機組包括3個交換機， 每個中間層交換機組內包括6個交換機，每個Pod結構內包括3個匯聚層交換機及3個邊緣層交換機，且在每個基本模塊內新增1個核心層交換機組、1個中間層交換機組及1個Pod 結構組；按上述編號規則，為基本模塊內各層交換機組、各組內交換機及交換機端口編號， 根據基本模塊內各層交換機之間及交換機與服務器之間的連線規則，將各設備連接成一個小網絡，實現基本模塊的更新；在整個網絡中新增9個核心層交換機，每個核心層的交換機包括6個下行端口及 4個增設端口 ；在整個網絡中新增邊緣層、匯聚層及中間層交換機各18個，每個交換機包括 3個上行端口及3個下行端口 ；在整個網絡中新增54個服務器；按基本模塊構建規則，將這些設備連接成1個新的基本模塊；按基本模塊之間的連接規則，將更新后的2個基本模塊與新構建的1個基本模塊連接成新的數據中心網絡，實現網絡規模的擴建，滿足容納更多服務器設備的應用需求。
1權利要求
1.一種基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統，包括核心層(104)、匯聚層(105)及邊緣層(107)，每一層均設有一組交換機，匯聚層的交換機通過上行端口向上一層交換機提交數據或從上一層交換機接收數據，且下行端口連接邊緣層的交換機；邊緣層的交換機通過其下行端口連接服務器(108)，對不同服務器的數據進行轉發；所述匯聚層包括k2/2個交換機，k是拓撲結構中Pod結構(109)的數目，取值為偶數，Pod結構(109)是由兩層交換機組成，上層為k/2個匯聚層的交換機，下層為k/2個邊緣層的交換機，每個交換機包括k/2 個上行端口及k/2個下行端口 ；所述核心層包括k2/4個交換機，每個交換機包括k個下行端口，其特征在于A.在核心層與匯聚層之間引入中間層，該中間層包括k2/2個交換機，每個交換機包括 k/2個上行端口及k/2個下行端口，將這些交換機從左至右均分為k/2組，記作gi，這里，編號符號凡出現右下標i，則表征該符號標識的是中間層設備，從左至右gi標記為0，1，...， k/2-l，再分別與核心層和匯聚層進行如下連接當中間層的交換機與核心層的交換機連接時，為每個中間層交換機組內的交換機編號，記作Wi，從左至右&標記為0，1，...，k/2-l，將每個中間層交換機的上行端口編號為qi， 從左至右1標記為k/2，k/2+l，. . .，k-1 ；將k2/4個核心層的交換機從左至右均分為k/2組， 記作g。，這里，編號符號凡出現右下標c，則表征該符號標識的是核心層設備，從左至右g。標記為0，1，...，k/2-l，將每個組內的交換機編號為s。，從左至右S。標記0，1，...，k/2-l，將每個交換機的下行端口編號為P。，從左至右P。標記為0，1，...，k/2-l ；當且僅當核心層的交換機與中間層的交換機編號標記滿足g。= gi, sc = q-k/2, pc = Wi時互連條件成立，則將中間層的交換機與核心層的交換機連接；當中間層的交換機與Pod結構內匯聚層交換機連接時，將每個中間層的交換機組從左至右均分為兩個小單元，記作Ci，從左至右Ci標記為0和1，將每個小單元內的交換機編號為Si，從左至右Si標記為0，1，. . . Λ/2-1，將每個交換機的下行端口編號為Pi，從左至右Pi 標記為0，1，...，k/2-l ；將k個Pod結構從左至右均分為k/2個Pod結構組，記作gp，這里， 編號符號凡出現右下標P，則表征該符號標識的是Pod結構，從左至右gp標記為0，1，...， k/2-l，將每個組內的Pod結構編號為cp，從左至右Cp標記為O和1，將Pod結構內匯聚層的交換機的上行端口編號為qa，這里，編號符號凡出現右下標a，則表征該符號標識的是匯聚層設備，從左至右qa標記為k/2，k/2+l，...，k-1 ；當且僅當中間層的交換機與Pod結構內匯聚層的交換機編號標記滿足Si = gp，Ci = cp, Pi = sa, gi = q-k/2時互連條件成立，則將中間層的交換機與Pod結構內匯聚層交換機連接；B.將核心層、中間層、匯聚層及邊緣層的交換機與服務器連接而成的一個小網絡，記作一個基本模塊(101)，如此方式構建m個基本模塊，通過核心層交換機增設的4個端口將各基本模塊連接成一個整體網絡；C.采用橫向擴展或縱向擴展或混合擴展三種方式對整體網絡進行擴建，實現網絡支持更多服務器設備，滿足應用發展需求。
2.根據權利1所述的數據中心網絡拓撲系統，其中步驟B所述的通過核心層交換機增設的4個端口將各基本模塊連接成一個大的整體網絡，連接規則如下將增設的4個端口均分為兩組，分別記作h。，v。，其中h。標記為k和k+Ι，ν。標記為k+2 和k+3 ；將m個基本模塊縱向排列，采用二元組為各模塊內部的核心層交換機編號，記作(e，f)，其中e代表網絡拓撲系統中基本模塊編號，自上而下e標記為0，1，...，m-1, f代表基本模塊內核心層交換機的編號，從左至右f標記為0，1，...，k2/4-l ；對于任意的兩個核心層交換機(e1; 、(e2, f2)，ei、e2代表e的任意兩個編號標記，f\、f2代表f的任意兩個編號標記，若ei Φ e2，則將這兩個核心層的交換機定義為不同基本模塊，若ei = e2，則將這兩個核心層的交換機定義為相同基本模塊；再將增設的端口分別與不同基本模塊的核心層和相同基本模塊的核心層進行如下連接當增設的端口用于連接不同基本模塊的核心層交換機時，當且僅當兩個核心層交換機的編號標記滿Me2= (e^Dmod m，f2 = ，其中ei、e2為e的任意兩個標記，自上而下e標記為0，1，. . . ,Hi-Lf1^f2為f的任意兩個標記，從左至右f標記為0，1，. . .，k2/4-l，mod為取模操作，將(e^fi)號核心層交換機的k+3號端口連接(e2，f2)號核心層交換機的k+2號端口 ；通過增設端口，以縱向環(102)實現不同基本模塊中相鄰的核心層交換機之間及首尾的核心層交換機之間的連接；當增設的端口用于連接相同基本模塊的核心層交換機時，當且僅當兩個核心層交換機的編號滿足e2 = ei; f2 = (fi+DmocKk2/^)，其中θι、e2為e的任意兩個標記，自上而下e 標記為0，1，. . .，m-1，f\、f2為f的任意兩個標記，從左至右f標記為0，1，...，k2/4-l，將 (ei; 號核心層交換機的k+Ι號端口連接(e2，f2)號核心層交換機的k號端口 ；通過增設端口，以橫向環(103)實現相同基本模塊內相鄰的核心層交換機之間及首尾的核心層交換機之間的連接。
3.根據權利1所述的數據中心網絡拓撲系統，其中步驟C所述的采用橫向擴展，按如下步驟進行3a)根據網絡擴建規模的需要，增加各基本模塊內包括的Pod結構數量，Pod結構即是由k/2個匯聚層與k/2個邊緣交換機連接構成，k是基本模塊內Pod結構的數量，基本模塊內包含的Pod結構數由k增至k+2n，確定η值，使網絡由m行、k2/4列增變為m行、(k+2n) 2/4 列；3b)根據基本模塊內增加的Pod結構數量，對于各邊緣層、匯聚層及中間層交換機，分別增加η個上行端口及η個下行端口，對于各核心層交換機增加2η個下行端口 ；3c)在各基本模塊內新增η · (k+n)個核心層交換機，每個核心層的交換機包括k+2n 個下行端口及4個增設端口 ；在各基本模塊內的邊緣層、匯聚層及中間層各新增2η · (k+n) 個交換機，每個交換機包括k/2+n個上行端口及k/2+n個下行端口 ；在各基本模塊內新增 η · (3k2+6nk+4n2)/2 個服務器；3d)拆除網絡拓撲系統中m個基本模塊的橫、縱向環連接，按基本模塊構建規則，將新增的交換機與服務器設備連接到各基本模塊內，實現基本模塊的更新，再按基本模塊之間的連線規則將更新后的各基本模塊連接成新的數據中心網絡。
4.根據權利1所述的數據中心網絡拓撲系統，其中步驟C所述的采用縱向擴展，按如下步驟進行4a)根據網絡擴建規模的需要，增加網絡構架中的基本模塊數，基本模塊數由m增至 m+r,確定r值，使網絡由m行、k2/4列增變為m+r行、k2/4列；4b)在整個網絡中新增r -k2/4個核心層交換機，每個核心層交換機包括k個下行端口及4個增設端口 將這些增設端口均分為兩組，分別記作h。，v。，其中h。標記為k和k+1，vc標記為k+2和k+3 ；在 整個網絡中新增邊緣層、匯聚層及中間層交換機各r -k2/2個，每個交換機包括k/2個上行端口及k/2個下行端口 ；在整個網絡中新增r · k3/4個服務器； 4c)按基本模塊的構建規則，將新增的交換機及服務器設備連接成r個基本模塊； 4d)拆除網絡拓撲系統中的m個基本模塊的橫、縱向環連接，按基本模塊之間的連線規則，將新構建的r個基本模塊與原有的m個基本模塊連接成新的數據中心網絡。
5.根據權利1所述的數據中心網絡拓撲系統，其中步驟C所述的采用混合擴展，按如下步驟進行5a)根據網絡擴建規模的需要，增加網絡拓撲系統中基本模塊的個數及基本模塊內包括的Pod結構數，基本模塊數由m增至m+r，Pod結構數由k增至k+2n，確定r及η值，使網絡由m行、k2/4列增變為m+r行、(k+2n)2/4列；5b)根據基本模塊內增加的Pod結構數量，對于邊緣層、匯聚層及中間層交換機，分別增加η個上行端口及η個下行端口，對于核心層交換機增加2η個下行端口 ；5c)在各基本模塊內新增η · (k+n)個核心層交換機，每個核心層的交換機包括k+2n 個下行端口及4個增設端口 ；在各基本模塊內的邊緣層、匯聚層及中間層各新增2η · (k+n) 個交換機，每個交換機包括k/2+n個上行端口及k/2+n個下行端口 ；在各基本模塊內新增 η · (3k2+6nk+4n2)/2 個服務器；5d)拆除網絡拓撲系統中m個基本模塊的橫、縱向環連接，按基本模塊連線規則，將新添的交換機與服務器設備連接到各基本模塊內，實現各基本模塊的更新；5e)在整個網絡中新增r· (k+2n)2/4個核心層交換機，每個核心層的交換機包括 k+2n個下行端口及4個增設端口 ；在整個網絡中新增邊緣層、匯聚層及中間層交換機各 r · (k+2n) 2/2個，每個交換機包括k/2+n個上行端口及k/2+n個下行端口；在整個網絡中新增服務器r · k3/4個；按照基本模塊構建規則，將這些設備連接成r個基本模塊；5f)按基本模塊之間的連接規則，將更新后的m個基本模塊與新構建的r個基本模塊連接成新的數據中心時網絡。
全文摘要
本發明公開了基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統，主要解決現有數據中心樹形拓撲的擴展能力受限于交換機設備端口數量及下行鏈路缺乏動態選擇性的問題，其實現步驟是在胖樹結構的核心層與匯聚層之間引入中間層；將各層交換機與服務器連接而成的小網絡記作一個基本模塊，如此構建多個基本模塊；通過核心層交換機的4個增設端口將各基本模塊連接成一個大的整體網絡，滿足構建數據中心網絡的需求及下行鏈路的動態選擇，提供高對分帶寬；對網絡拓撲系統采用橫向擴展或縱向擴展或混合擴展，靈活地支持網絡規模的擴建。本發明具有網絡容錯性能高，能夠容納更多服務器設備，滿足未來應用擴建需求的優點，可用于構建數據中心網絡，提供高帶寬數據傳輸。
文檔編號H04L12/56GK102394782SQ20111036151
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者常磊, 年秀梅, 王琨, 顧華璽 申請人:西安電子科技大學