專利名稱：基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法
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的路由方法，可用于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。現階段，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，數據中心設備成本增加，能耗開銷激增，管理更加復雜；另外，業務傳輸量增加，達P(IOis)級，甚至ζ(ιο21)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，即網絡層數越高，網絡規模越大，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，存在嚴重的過載問題，且層數越高，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。針對上述數據中心網絡拓撲結構的不足，本申請人在201110361517. X專利申請中提出了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。參照圖1，基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統構建思想如下網絡拓撲基于模塊思想構建，網絡拓撲中包括m個基本模塊101，每個基本模塊是自上而下包括核心層 104、匯聚層106及邊緣層107，在核心層與匯聚層之間引入中間層105，每層均設置一組交換機，基本模塊是由各層交換機設備及服務器連接而成的小網絡；基本模塊101內包括k個 Pod結構109，基本模塊內各層交換機設備及服務器數量均由k值確定；Pod結構是由匯聚層及邊緣層交換機組成，每個Pod內包括k/2個匯聚層交換機及k/2個邊緣層交換機，每個交換機包括k/2個上行端口及k/2個下行端口，匯聚層交換機與邊緣層交換機以全互連方式連接；基本模塊內包括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，包括k2/2個中間層交換機，每個交換機包括k/2個上行端口及k/2個下行端口 ；每個基本模塊容納k3/4個服務器。網絡拓撲系統中，每個邊緣交換機通過下行端口連接 k/2個服務器，匯聚層交換機通過上行端口連接中間層交換機設備，核心層交換機通過其k 個下行端口連接中間層交換機設備，通過4個增設端口連接相同基本模塊及不同基本模塊內相鄰的核心層交換機設備，將各個基本模塊連接成一個整體網絡。基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統中，在基本模塊的核心層與匯聚層之間引入中間層，保證網絡拓撲在具有良好的多路徑特性、高對分帶寬的前提下，實現網絡中下行鏈路的動態選擇性，提高網絡的容錯性能，避免單點故障及下行鏈路唯一的缺陷；為實現網絡擴建的目的，基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統采用橫向擴展或縱向擴展或混合擴展方式實現網絡擴建，保證網絡規模擴展不再受限于核心層交換機設備的端口數量。數據中心網絡中，路由方法決定數據分組的傳輸路徑，路由方法性能的優劣在很大程度影響網絡的性能，是設計網絡時的關鍵問題之一。基于數據中心應用的特殊性，數據中心網絡規模一般較大，網絡設備數以萬計，以太網中常用的開放最短路徑優先OSPF、RIP 等路由協議通常不適用于數據中心網絡，因為開放最短路徑優先OSPF協議是基于鏈路狀態的路由算法，OSPF協議工作時，需在網絡中設一個中央控制單元，用于收集網絡中的鏈路狀態信息，中央控制單元根據收集到的信息進行路由決策。開放最短路徑優先OSPF的工作機制不適用于數據中心大規模網絡，因為收集網絡的狀態信息對于數據中心網絡而言存在以下缺陷浪費存儲空間，狀態信息收集不實時，路由決策相對滯后；RIP協議是在工作時， 當前設備需要與其相鄰設備交換路由表信息，因為數據中心網絡規模很大，每個設備的路由表表項很龐大，浪費存儲空間，實時交換路由表信息，導致系統開銷大，且路由信息更新相對滯后，不利于路由決策。對于不同的拓撲結構，數據中心網絡采用的路由方法有所不同，路由方法適用范圍也有一定限制。目前，現有數據中心樹形網絡拓撲中常用兩種路由方法ECMP及VLB，其中ECMP是Equal Cost Multi-Path的簡稱，ECMP路由的思想是將負載平均分配到所有等價的路徑上，從而更好地實現負載均衡，對于相同源、目的服務器的數據流，ECMP路由方法為其指定相同的路徑；VLB是Valiant Load Balancing的簡寫，其路由方法的思想與ECMP 相似，均是充分發揮網絡拓撲中等價路徑，通過隨機選擇上行等價鏈路將流量分配到所有等價路徑上，實現流量均衡。上述兩種路由方法均存在以下不足一是ECMP與VLB路由方法只能充分利用網絡拓撲中的等價路徑，而不能夠利用拓撲中的非等價路徑，這里等價路徑是指數據傳輸時經過的交換機個數相同的路徑；二是ECMP與VLB路由方法在路由決策時均未能將網絡的實時狀態信息考慮在內，ECMP路由方法是為相同源、目的地的數據流指定相同的傳輸路徑， VLB路由方法則是等概率隨機地為數據流指定路徑，不能充分避免網絡熱點的出現，從而不能獲得性能良好的路由結果。這些不足導致上述兩種路由方法不能很好地適應于基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統，因為在基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統中，服務器對之間存在多條并行等價路徑及非等價路徑，且下行鏈路可以動態選擇，但上述兩種路由方法均未能充分發掘該網絡拓撲的結構特性，實現最優傳輸。

發明內容
本發明的目的是針對上述以太網及數據中心網絡中路由方法的不足，提出一種適用于基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，充分利用拓撲系統中服務器對之間的多條并行等價路徑及非等價路徑，將網絡的狀態信息作為路由決策的依據，實時動態選擇傳輸路徑，實現流量均衡，減少分組的排隊等待時間，提高網絡整體性能。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的路由方法， 包括如下步驟(1)采用三維坐標為拓撲系統中的各網絡設備編址源服務器S的地址信息用(Sx，Sy，Sz)表征，目的服務器D的地址信息用(Dx，Dy，Dz) 表征，核心層交換機C的地址信息用(Cx，Cy, Cz)表征，中間層交換機I的地址信息用(Ix， Iy, Iz)表征，匯聚層交換機A的地址信息用(Ax，Ay，Az)表征，邊緣層交換機E的地址信息用 (Ex, Ey, Ez)表征，其中下標χ用于表征該位為第一維坐標，第一維坐標代表網絡設備在拓撲系統中所屬的基本模塊，取值范圍為
，m是拓撲系統中包括的基本模塊數；下標y用于表征該位為第二維坐標，第二維坐標代表網絡設備在基本模塊中所屬的層次，取值范圍為
；下標ζ用于表征該位為第三維坐標，第三維坐標代表網絡設備在基本模塊內同層設備中所處的位置對于核心層交換機，取值范圍為
，對于中間層交換機、 匯聚層交換機及邊緣層交換機，取值范圍均為
；對于服務器，取值范圍為
，其中k是基本模塊包括的Pod結構數，該Pod結構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；(2)在各核心層交換機的每個增設端口處設置2個虛信道，分別標記為0號虛信道和1號虛信道；當相鄰的兩個核心層交換機之間有數據傳輸時，根據核心層交換機的地址信息，決定數據傳輸信道當兩個核心層交換機屬于相同基本模塊時，編址Cz值小的交換機通過0號虛信道將數據傳送至編址Cz值大的交換機，編址Cz值大的交換機通過1號虛信道將數據傳送至編址Cz值小的交換機；當兩個核心層交換機屬于不同基本模塊時，編址Cx值小的交換機通過0號虛信道將數據傳送至編址Cx值大的交換機，編址Cx值大的交換機通過 1號虛信道將數據傳送至編址Cx值小的交換機；從而避免在網絡拓撲的橫向環及縱向環上選路時出現路由環路；(3)從當前設備的寄存器中讀出設備的地址信息，根據地址信息的第二維坐標值判定設備類型若第二維坐標值為0，則當前設備為核心層交換機，執行步驟(8)；若第二維坐標值為1，則當前設備為中間層交換機，執行步驟(7)；若第二維坐標值為2時，則當前設備為匯聚層交換機，執行步驟(6)；若第二維坐標值為3，則當前設備為邊緣層交換機，執行步驟(5)；若第二維坐標值為4，則當前設備為服務器，執行步驟；(4)若服務器有數據需要傳輸，則該服務器作為源服務器S產生數據分組， 將目的服務器D的地址信息添加到數據分組頭中，根據源服務器S的地址信息SZ = k2/4*i+k/2*j+p，得到三個中間變量i、j、p，其中i取值范圍為
，j取值范圍為
，p取值范圍為W，k/2-l]；源服務器S通過邊緣交換機E的ρ號下行端口將數據發至其直連的邊緣層交換機E ；(5)邊緣層交換機E讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑若數據從邊緣層交換機E的上行端口輸入，則根據目的服務器地址選定邊緣層交換機E的下行端口為數據輸出端口，并將數據通過該下行端口發送至目的服務器D，通信結束；若數據從邊緣層交換機E的下行端口輸入，且目的服務器D是邊緣層交換機E的分支，則根據目的服務器地址選定邊緣層交換機E的下行端口為數據輸出端口，并將數據通過該下行端口發送至目的服務器D，通信結束；若數據從邊緣層交換機E的下行端口輸入，但目的服務器D不是邊緣層交換機E 的分支，則根據邊緣層交換機E的上行端口緩存信息選定E的上行端口為數據輸出端口，并將數據通過該上行端口發送至匯聚層交換機A ；(6)匯聚層的交換機A讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據的轉發路徑若數據從匯聚層交換機A的上行端口輸入，則根據目的服務器地址選定A的下行端口為數據輸出端口，并將數據通過該下行端口發送至邊緣層交換機E，返回步驟(5)；若數據從匯聚層交換機A的下行端口輸入，且目的服務器D是匯聚層交換機A的分支，則根據目的服務器地址選定A的下行端口為數據輸出端口，并將數據通過該下行端口發送至邊緣層交換機E，返回步驟(5)；若數據從匯聚層交換機A的下行端口輸入，但目的服務器D不是匯聚層交換機A 的分支，則根據匯聚層交換機A的上行端口緩存信息選定A的上行端口為數據輸出端口，并將數據通過該上行端口發送至中間層交換機I ；(7)中間層的交換機I讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑若數據從中間層交換機I的上行端口輸入，則中間層交換機讀取其下行端口的緩存信息，優先選擇剩余緩存空間最大的下行端口為數據輸出端口，再將數據通過該下行端口發送至匯聚層交換機A，返回步驟(6)；若數據從中間層交換機I的下行端口輸入，則中間層交換機讀取其上行端口的緩存信息，優先選擇剩余緩存空間最大的上行端口為數據輸出端口，再將數據通過該上行端口發送至核心層交換機C;(8)核心層交換機C讀取數據分組的目的地址信息，根據目的地址判斷目的服務器D與核心層交換機C是否處于同一模塊，再確定數據轉發路徑若目的服務器D與核心層交換機C屬于相同基本模塊，則根據目的服務器D的地址信息確定數據輸出的下行端口號；再根據該基本模塊內各核心層交換機中選定的下行端口的歸一化剩余緩存空間及路徑跳數信息，計算選擇核心層交換機C及其左右相鄰的核心層交換機C￡1、C￡2、Cu、C^2進行數據傳輸的概率P、P￡l、PdJj^PU，并將計算結果進行比較，選擇最大概率值相對應的核心層交換機為數據轉發交換機，若有兩個以上相同的最大概率值時，則根據路徑跳數小優先的原則選擇最大概率值相對應的交換機，若路徑跳數也相同時，則再根據左優先原則選擇數據轉發交換機；核心層交換機C將數據發送至選定的核心層交換機，再通過選定的核心層交換機的選定下行端口，將數據發送至中間層交換機I，返回步驟(7)；若目的服務器D與核心層交換機C屬于不同基本模塊，則根據I Cx-Dx I與廠m/21及 Cx與Dx的大小關系，確定數據在縱向環上的轉發路徑，將數據發送至縱向環相鄰的核心層交換機C'，執行步驟(8)，其中廠m/21表示是對m/2的計算結果上取整。本發明與現有以太網及數據中心樹形網絡中采用的路由方法相比，具有以下優占.
^ \\\ ·1.本發明由于采用分層編址機制，提高了編址效率，節省了存儲空間。2.本發明由于采用分布式路由方法，路由決策依據網絡實時狀態信息，實現流量均衡，避免網絡熱點的出現，減少數據分組在網絡中的排隊時延，提高了網絡的傳輸速率和數據吞吐量。3.本發明由于充分利用網絡拓撲系統的特性，實現網絡拓撲中等價路徑與非等價路徑的高效使用，提高了網絡傳輸效率。


圖1是本發明使用的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統示意圖；圖2是本發明基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的編址示意圖；圖3是本發明使用的交換機端口編號示意圖；圖4是本發明基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法流程圖；
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構架及路由方法，下面將結合附圖和具體實例進行詳細說明。實施例1 源服務器與目的服務器處于相同基本模塊，由同一 Pod結構內的不同邊緣層交換機連接。參照圖4，本發明的路由方法，其實現步驟如下步驟一.標識拓撲系統中的各網絡設備。1. 1)本發明使用的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統如圖2，它包括m個基本模塊，每個基本模塊內包括k個Pod結構，這里m = 2，k = 4，但不局限于這個數值，采用三維坐標為拓撲系統中的各網絡設備編址源服務器S的地址信息用(Sx，Sy, Sz)表征，目的服務器D的地址信息用(Dx，Dy，Dz) 表征，核心層交換機C的地址信息用(Cx，Cy, Cz)表征，中間層交換機I的地址信息用(Ix， Iy, Iz)表征，匯聚層交換機A的地址信息用(Ax，Ay，Az)表征，邊緣層交換機E的地址信息用 (Ex, Ey, Ez)表征，其中下標χ用于表征該位為第一維坐標，第一維坐標代表網絡設備在拓撲系統中所屬的基本模塊，取值范圍為
，m是拓撲系統中包括的基本模塊數；下標y用于表征該位為第二維坐標，第二維坐標代表網絡設備在基本模塊中所屬的層次，取值范圍為
；下標ζ用于表征該位為第三維坐標，第三維坐標代表網絡設備在基本模塊內同層設備中所處的位置對于核心層交換機，取值范圍為
，對于中間層交換機、 匯聚層交換機及邊緣層交換機，取值范圍均為
；對于服務器，取值范圍為
，其中k是基本模塊包括的Pod結構數，該Pod結構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；核心層交換機的編址分別為(0,0,0),(0,0,1), (0,0,2), (0,0,3), (1,0,0), (1， 0,1), (1,0,2), (1,0,3)；中間層交換機的編址分別為(0，1，0)，(0,1,1),... , (0,1,7), (1,1,0), (1,1, 1)，· · ·，(1,1,7)；匯聚層交換機的編址分別為(0,2,0),(0,2,1), ···，(0,2,7), (1,2,0), (1,2, 1)，. . .，(1，2，7 ；邊緣層交換機的編址分別為(0,3,0),(0,3,1), ···，(0,3,7), (1,3,0), (1,3, 1)，· · ·，(1,3,7)；服務器的分編址別為(0,4,0),(0,4,1), . . . , (0,4,15), (1,4,0), (1,4,1),..., (1，4，15)。1.2)參照圖3，網絡中各交換機的端口編號為對于邊緣層、匯聚層及中間層的交換機，其下行端口從左至右標記為0，1，...，k/2-l，上行端口從左至右標記為k/2， k/2+l，. . .，k-1，如圖3中(a)所示；對于核心層交換機，其下行端口標記為0，1，. . .，k-1， 增設端口標記為k，k+1，k+2，k+3，如圖3中(b)所示。步驟二 .定義虛信道傳輸規則。在各核心層交換機的每個增設端口處設置2個虛信道，分別標記為0號虛信道和1 號虛信道；當相鄰的兩個核心層交換機之間有數據傳輸時，根據核心層交換機的地址信息， 決定數據傳輸信道當兩個核心層交換機屬于相同基本模塊時，編址Cz值小的交換機通過 0號虛信道將數據傳送至編址Cz值大的交換機，編址Cz值大的交換機通過1號虛信道將數據傳送至編址Cz值小的交換機；當兩個核心層交換機屬于不同基本模塊時，編址Cx值小的交換機通過0號虛信道將數據傳送至編址Cx值大的交換機，編址Cx值大的交換機通過1號虛信道將數據傳送至編址Cx值小的交換機；從而避免在網絡拓撲的橫向環及縱向環上選路時出現路由環路。步驟三.從當前設備的寄存器中讀出設備的地址信息，根據地址信息的第二維坐標值判定設備類型若第二維坐標值為0，則當前設備為核心層交換機；若第二維坐標值為 1，則當前設備為中間層交換機；若第二維坐標值為2時，則當前設備為匯聚層交換機；若第二維坐標值為3，則當前設備為邊緣層交換機；若第二維坐標值為4，則當前設備為服務器。步驟四.確定源、目的服務器，并將源服務器產生的數據分組發送至其直連的邊緣層交換機。4.1)設源服務器S為(1，4，0)，目的服務器D為(1,4,3)；4. 2)源服務器產生數據分組，并將目的服務器的地址信息封裝到數據分組頭中；4. 3)根據源服務器S的地址信息=Sz = 0 = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i = 0，」=0，？ = 0，其中士取值范圍為W，k-1]，j取值范圍為
，p取值范圍為
；4. 4)源服務器S通過邊緣交換機E的ρ號下行端口將數據發至其直連的邊緣層交換機E，根據Ex = Sx = l，Ey = Sy-I = 3,Ez = k/2*i+j = 0，得到邊緣層交換機E的地址信息為(1,3,0) ο步驟五.邊緣層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。5. 1)邊緣層交換機E(l，3，0)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址信息，得知數據從邊緣層交換機E的0號下行端口輸入，數據的目的地址為(1，4， 3)；5. 2)通過比較邊緣層交換機E的地址信息Ex與目的服務器的地址信息Dx，得知Dx =Ex,即1 = 1，則根據邊緣層交換機E的地址信息=Ez = 0 = k/2*i+j，得到中間變量i = 0, 」=0，其中1取值范圍為
，j取值范圍為W，k/2-l]，根據i、j的值計算邊緣層交換機E所連接服務器的地址中第三維坐標取值范圍為[k2/4*i+k/2*j，k2/4*i+k/2*j+k/2-l]， 即 W，l]；5. 3)根據目的服務器D的地址信息Dx滿足條件Dx = Ex但 Dz ^ [k2/4 * i+k/2 * j, k2/4 * i+k/2 * j +k/2-1 ],BP 1 = 1，但3 g
，判定目的服務器 D 不是邊緣層交換機E的分支；5. 4)邊緣層交換機E讀取其第2和第3號上行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設E的3號上行端口的剩余緩存空間比2號上行端口剩余緩存空間大，則選擇3號上行端口為數據輸出端口，用變量q代表選定的上行端口號，q取值范圍為[k/2， k-1]；5. 5)數據經邊緣層交換機E的內部交換結構由其0號下行端口發送至3號上行端口，再由3號上行端口發送至匯聚層交換機A，根據Ax = Ex = 1，Ay = Ey-I = 2，Az = k/2*i+q_k/2 = 1，得到匯聚層交換機A的地址信息(1,2,1)。步驟六.匯聚層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。6. 1)匯聚層交換機A(l，2，l)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從匯聚層交換機A的0號下行端口輸入，數據的目的地址為(1，4，3)；6. 2)通過比較匯聚層交換機A的地址信息Ax與目的服務器D的地址信息Dx，得知 Dx = Ax，即1 = 1，則根據目的服務器D地址信息=Dz = 3 = k2/4*i+k/2* j+p，匯聚層交換機 A的地址信息AZ = 1 = k/2*i ‘ +j',得到四個中間變量i = 0，j = 1，i ‘ = 0, j' = 1， 其中i、i'取值范圍為
，j、j'取值范圍為
；6.3)根據化二乂且廣=i，則判定目的服務器D是匯聚層交換機A的分支，將j =1值作為數據轉發的下行輸出端口號。6.4)數據經匯聚層交換機A的1號下行端口發送至邊緣層交換機E'，根據E' x = Ax= 1,E' y = Ay+1 = 3, E' z = k/2*i+j = 1，得到邊緣層交換機E'的地址信息(1， 3，1)。步驟七.邊緣層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。7. 1)邊緣層交換機E' (1,3,1)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址信息，得知數據從邊緣層交換機E'的3號上行端口輸入，數據的目的地址為(1,4,3)；7.2)通過比較邊緣層交換機E'的地址信息E' x與目的服務器D的地址信息Dx， 得知Dx = E' x，即1 = 1，則先根據邊緣層交換機E'的地址信息E' z=l = k/2*i+j， 得到中間變量i =0，j = 1，其中i取值范圍為W，k-1]，j取值范圍為W，k/2-l]，再根據 i、j的數值計算邊緣層交換機E' (1,3,0)所連接服務器的地址信息中第三維坐標取值范圍為[k2/4*i+k/2*j，k2/4*i+k/2*j+k/2-l]，即[2,3]；7. 3)根據目的服務器D的地址信息Dx及Dz滿足條件DX = E ‘ x且 Dz e [k2/4*i+k/2*j，k2/4*i+k/2*j+k/2-l]，即 1 = 1,3 e [2，3]，則判定目的服務器 D 是邊緣層交換機E'的分支；7.4)根據目的服務器的地址信息=Dz = 3 = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i = 0，j = l，p = 1，其中i取值范圍為
，j取值范圍為
，p取值范圍為
，選定邊緣層交換機E的ρ = 1號下行端口為數據輸出端口 ；7.5)數據經邊緣層交換機E'的1號下行端口發送至目的服務器D，源服務器S與目的服務器D之間通信結束。實施例2 源服務器與目的服務器處于相同基本模塊，由不同Pod結構內的邊緣層交換機連接。參照圖4，本發明的路由方法，其實現步驟如下步驟1.與上述實施例1中步驟一相同。步驟2.與上述實施例1中步驟二相同。步驟3.與上述實施例1中步驟三相同。步驟4.確定源、目的服務器，將源服務器產生數據分組發送至其直連的邊緣層交換機。4a)設源服務器S為(0，4，4)，目的服務器D為(0,4,11)；4b)源服務器產生數據分組，將目的服務器的地址信息封裝到數據分組中；4c)根據源服務器S的地址信息=Sz = 4 = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i = 1，」=0，？ = 0，其中士取值范圍為W，k-1]，j取值范圍為
，p取值范圍為
；4d)源服務器S通過邊緣交換機E的ρ號下行端口將數據發至其直連的邊緣層交換機E，根據Ex = Sx = 0，Ey = Sy-I = 3, Ez = k/2*i+j = 2，得到邊緣層交換機E的地址為 (0,3, 2) ο步驟5.邊緣層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。5a)邊緣層交換機E (0，3，2)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址信息，得知數據從邊緣層交換機E的0號下行端口輸入，數據的目的地址為(0，4， 11)；5b)通過比較邊緣層交換機E的地址信息Ex與目的服務器的地址信息Dx，得知Dx =Ex,即0 = 0，則先根據邊緣層交換機E的地址信息-.Ez = 2 = k/2*i+j，得到中間變量i = 1，j = 0，其中i取值范圍為
, j取值范圍為
，再根據i、j的數值計算邊緣層交換機E(0，3J)所連接服務器的地址信息中第三維坐標取值范圍為[k2/4*i+k/2*j，k2/4*i+k/2*j+k/2-l]，即[4,5]；5c)根據目的服務器D的地址信息Dx及Dz滿足條件DX = Ex但 Dz [k2/4 * i+k/2 * j, k2/4 * i+k/2 * j +k/2-1]，即 0 = 0，但11 [4,5]，則判定目的服務器 D 不是邊
緣層交換機E的分支；5d)邊緣層交換機E讀取其第2和第3號上行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設E的2號上行端口的剩余緩存空間比3號上行端口剩余緩存空間大，則選擇2號上行端口為數據輸出端口，用變量q代表選定的上行端口號，q取值范圍為[k/2， k-1]；5e)數據經邊緣層交換機E的內部交換結構由其0號下行端口發送至2號上行端口，再由2號上行端口發送至匯聚層交換機A，根據Ax = Ex = 0，Ay = Ey-I = 2，Az = k/2*i+q_k/2 = 1，得到匯聚層交換機A的地址信息(0,2,2).步驟6.匯聚層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。6a)匯聚層交換機A(0，2，2)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從匯聚層交換機A的0號下行端口輸入，數據的目的地址為(0，4，11)；6b)通過比較匯聚層交換機A的地址信息Ax及目的服務器的地址信息Dx，得知Dx =Ax,即0 = 0，則根據目的服務器D地址信息=Dz= 11 = k2/4*i+k/2*j+p，匯聚層交換機 A的地址信息-X = 2 = k/2*i ‘ +j',得到四個中間變量i = 2，j = 1，i ‘ =l,j' =0， 其中i、i'取值范圍為
，j、j'取值范圍為
；6c)根據目的服務器D的地址信息Dx滿足條件DX = Ax但i ‘乒i，即0 = 0但 2 Φ 1，則判定目的服務器D不是匯聚層交換機A的分支；6d)匯聚層交換機A讀取其第2和第3號上行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設A的3號上行端口的剩余緩存空間比2號上行端口剩余緩存空間大，則選擇3號上行端口為數據輸出端口，用變量q代表選定的上行端口號，q取值范圍為[k/2， k-1]；6e)數據經匯聚層交換機A的內部交換結構由其0號下行端口發送至3號上行端口，再由3號上行端口發送至中間層交換機I，根據i' = 1 = 2g+c，得到中間變量g = 0， c = 1，其中g取值范圍為
，c取值范圍為
，根據Ix = Ax = 0，Iy = Ay-I = 1，Iz = k*(q-k/2)+k/2*c+g = 6，得到中間層交換機I的地址信息(0,1,6).步驟7.中間層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。7a)中間層交換機1(0，1，6)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從中間層交換機I的0號下行端口輸入，數據的目的地址為(0，4，11)；7b)中間層交換機I讀取其第2和第3號上行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設I的2號上行端口的剩余緩存空間比3號上行端口剩余緩存空間大，則選擇2號上行端口為數據輸出端口，用變量q代表選定的上行端口號，q取值范圍為[k/2， k-1]；7c)數據經中間層交換機I的內部交換結構由其0號下行端口發送至2號上行端口，再由2號上行端口發送至核心層交換機C，根據中間層交換機的地址信息IZ = 2 =k*g+w，得到中間變量g = l，w = 2，g取值范圍為
，w取值范圍為
，由Cx =Ix = 0，Cy = Iy-I = 0，Cz = k/2*g+q_k/2 = 2，得到核心層交換機C的地址信息(0，0， 2)。步驟8.核心層交換機根據數據的目的地址信息確定數據轉發路徑。8a)從核心層交換機C(0，0J)讀取數據的目的地址信息(0，4，11)，通過比較核心層交換機C的地址信息Cx及目的服務器D的地址信息Dx，得知Cx = Dx，即0 = 0，則判定目的服務器與核心層交換機C處于相同基本模塊；8b)根據目的服務器D的地址信息DZ= 11 = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i =2，j = 1，ρ = 0，其中i取值范圍為
，j取值范圍為
，再由i = 2 = 2g+c，得到中間變量g = 1，c = 0，g取值范圍為
，c取值范圍為
, Pc = g+c*k/2，得到中間變量ρ。= 1，P。取值范圍為
，選擇核心層交換機的p。= 1號下行端口為數據輸出端口；8c)根據當前核心層交換機C及其左右相鄰的核心層交換機C左pC^pC^pCu中 P。號下行端口的歸一化剩余緩存空間和核心層交換機C距離目的服務器D的路徑跳數，依據公式PW= α祁+β *T，計算各概率，其中α、β為系統參數，0彡α彡1，-1彡β彡0， B代表歸一化緩存空間，B取值范圍為W，1]，T代表路徑跳數，T取值范圍為W，6]，歸一化剩余緩存空間，定義為端口剩余緩存空間與端口總緩存空間的比值，路徑跳數，定義為數據分組從當前核心層交換機C發送至目的服務器D的過程中轉發該數據的交換機個數；核心層交換機C、C 左1、C左2、C右ι、匚右2 相對應的概率為P、P 左1、P左2、P右1、P右2， 各交換機中P。號下行端口的歸一化剩余緩存空間分別為Bc、B左丨、Bd、B^1, B^2,核心層交換C、(幻、(左2、 C右ρ C^2距離目的服務器D的路徑跳數分別為4、5、6、5、6 ；8d)假設系統參數α = 1，β = -0.01,網絡當前狀態為B。= 0. 4，B左i = 0. 15，B 左2 = 0. 3，B^1 = 0. 25，B^2 = 0. 4，則計算得 P = O. 36，P^1 = 0. 1，P^2 = 0. 24，P^1 = 0.2, P^2 = O. 34;比較各計算結果，知P值最大，選定當前交換機為向中間層交換機轉發數據的交換機；Se)數據通過當前核心層交換C的1號下行端口轉發至中間層交換機Γ，根據核心層交換機C的地址信息Cz = 2 = k/2*g+j，得到中間變量g = l,j = 0，其中g取值范圍為
，由 Γ x = CX = 0，Γ y = Cy+l = l，I' z = k*g+pc = 5，得到中間層交換機的地址為(0，1，1)。步驟9.中間層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。9a)中間層交換機Γ (0,1,1)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址信息，得知數據從中間層交換機Γ的3號上行端口輸入，數據的目的地址為 (0,4,11)；9b)中間層交換機Γ讀取其第0和第1號下行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設I的0號下行端口的剩余緩存空間比1號下行端口剩余緩存空間大， 則選擇0號下行端口為數據輸出端口，用變量h代表選定的下行端口號，h取值范圍為
；9c)數據經中間層交換機Γ的內部交換結構由其3號上行端口發送至0號下行端口，再由1號下行端口將數據發送至匯聚層交換機A'，根據中間層交換機的地址信息 I' z = 1 = k*g+w，得到中間變量g = 0, w = 1, g取值范圍為
，w取值范圍為
再由w = k/2*c+s，得到中間變量c = 0，s = 1，c取值范圍為
, s取值范圍為
，根據 A' x = I' X = 0，A' y = I' y+l = 2，A' z == 4，得
到匯聚層交換機的地址信息為(0，2，4)。步驟10.匯聚層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。IOa)匯聚層交換機A' (0,2,4)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從匯聚層交換機A'的2號上行端口輸入，數據的目的地址為(0，4， 11)；IOb)根據目的服務器D的地址信息=Dz = 5 = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i =2，j = 1，i取值范圍為
，j取值范圍為
，確定匯聚層交換機A'的 j=1號下行端口為數據輸出端口；IOc)數據經匯聚層交換機A'的內部交換結構發送至其0號下行端口處，再由0 號下行端口轉發至邊緣層交換機E'，根據E' X = A' X = 0，E' y = A' y+l = 3，E' z = k/2*i+j = 5，得到邊緣層交換機的地址為(0,3,5).步驟11.邊緣層交換機數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。Ila)邊緣層交換機E' (0,3,5)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從邊緣層交換機的2號上行端口輸入，數據的目的地址為(0，4，11)；lib)根據目的服務器D的地址信息Dz = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i = 2， j = 1，P = 1，i取值范圍為
，j取值范圍為
，ρ取值范圍為
， 確定邊緣層交換機的P = 1號下行端口為數據輸出端口 ；lie)數據經邊緣層交換機E'的1號下行端口轉發至目的服務器D，源服務器與目的服務器之間通信結束。實施例3 源服務器與目的服務器處于不同基本模塊。參照圖4，本發明的路由方法，其實現步驟如下步驟A.與上述實施例1中的步驟一相同。步驟B.與上述實施例1中的步驟二相同。步驟C.與上述實施例1中的步驟二相同。步驟D.確定源、目的服務器，并將源服務器產生數據發送至其直連的邊緣層交換機。Dl)設源服務器S為(0，4，0)，目的服務器D為(1,4,5)；D2)源服務器產生數據分組，將目的服務器的地址信息封裝到數據分組頭中；D3)根據源服務器S的地址信息=Sz = O = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i = 0， j = 0，ρ = 0，i取值范圍為
，j取值范圍為
，ρ取值范圍為
；D4)源服務器S通過邊緣交換機E的0號下行端口將數據發至其直連的邊緣層交換機E，根據Ex = Sx = 0，Ey = Sy-I = 3, Ez = k/2*i+j = 0，得到邊緣層交換機E的地址信息(0,3,0) ο
步驟E.邊緣層交換機數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。El)邊緣層交換機E (0，3，0)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從邊緣層交換機E的0號下行端口輸入，數據的目的地址為(1，4，5)；E2)通過比較邊緣層交換機E的地址信息Ex與目的服務器D的地址信息Dx，得知 Dx興Ex，即1興0，則判定目的服務器D不是該邊緣層交換機E的分支；E3)邊緣層交換機E讀取其第2和第3號上行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設E的2號上行端口的剩余緩存空間比3號上行端口剩余緩存空間大， 則選擇2號上行端口為數據輸出端口，這里用q變量代表選定的上行端口號，q取值范圍為 [k/2, k-1]；E4)數據經邊緣層交換機E的內部交換結構由其0號下行端口發送至2號上行端口，再由2號上行端口發送至匯聚層交換機A，根據邊緣層交換機E的地址信息EZ = 0 = k/2 · +」·，得到中間變量i =0，j =0，i取值范圍為W，k-1]，j取值范圍為W，k/2-l]，由 Ax = Ex = 0，Ay = Ey-I = 2，Az = k/2*i+q_k/2 = 0，得到匯聚層交換機A的地址信息(0， 2,0)。步驟F.匯聚層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。Fl)匯聚層交換機A(0，2，0)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從匯聚層交換機A的0號下行端口輸入，數據的目的地址為(1，4，5)；F2)通過比較匯聚層交換機A的地址信息Ax與目的服務器D的地址信息Dx，得知 Dx興Ax，即1興0，目的服務器D不是匯聚層交換機A所連接的邊緣交換機的分支；F3)匯聚層交換機A讀取其第2和第3號上行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設A的3號上行端口的剩余緩存空間比2號上行端口剩余緩存空間大，則選擇3號上行端口為數據轉發端口，用變量q代表選定的上行端口號，q取值范圍為[k/2， k-1]；F4)數據經匯聚層交換機A的內部交換結構由其0號下行端口發送至3號上行端口，再由3號上行端口發送至中間層交換機I，根據匯聚層交換機A的地址信息AZ = 0 = k/2*i+j，得到中間變量i =0，j =0，i取值范圍為
，j取值范圍為
，再由i = 0 = 2g+c，得到中間變量g = 0，c = 0，其中g取值范圍為W，k/2-l]，c取值范圍為 W，l]，由 Ix = Ax = 0，Iy = Ay-I = 1，Iz = k*(q-k/2)+k/2*c+g = 4，得到中間層交換機 I 的地址信息(0，1，4)。步驟G.中間層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。Gl)中間層交換機1(0，1，4)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從中間層交換機I的0號下行端口輸入，數據的目的地址為(1，4，5)；G2)中間層交換機I讀取其第2和第3號上行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設I的3號上行端口的剩余緩存空間比2號上行端口剩余緩存空間大，則選擇3號上行端口為數據輸出端口，用變量q代表選定的上行端口號，q取值范圍為[k/2， k-1]；
G3)數據經中間層交換機I的內部交換結構由其0號下行端口發送至3號上行端口，再由3號上行端口發送至核心層交換機C，根據中間層交換機的地址信息IZ = 4 = k*g+w，得到中間變量g = l，w = 0，g取值范圍為W，k/2-l]，w取值范圍為W，k-1]，由Cx =Ix = 0，Cy = Iy-I = 0，Cz = k/2*g+q_k/2 = 3，得到核心層交換機C的地址信息(0，0， 3)。步驟H.核心層交換機根據目的服務器地址信息確定數據轉發路徑。Hl)核心層交換機C(0，0，3)讀取數據分組的目的地址信息(1，4，5)，通過比較核心層交換C的地址Cx與目的服務器D的地址信息Dx，得知Cx興Dx，即1興0，則判定目的服務器與核心層交換機C處于不同基本模塊；H2)判斷 Cx 與 |CX-DX| 與廠m/2~| 的大小關系，知 Cx < Dx，|Cx-Dx|《 Γιη/2 ，即
0 < 1，1 < 1，確定數據在縱向環上的傳輸路徑，選定核心層交換機C的7號增設端口為數據輸出端口；Η3)根據核心層交換機C的地址信息Cx = 0，為避免路由環路，采用虛信道選定規則，數據通過核心層交換機C的7號端口經0號虛信道轉發至核心層的交換機C'，根據 C' x = Cx+1 = 1, C' y = Cy = 0, C' z = Cz = 3，得到核心層交換機C'的地址為(1，0， 3)。步驟I.核心層交換機根據目的服務器地址信息確定數據轉發路徑。II)核心層交換機C' (1,0,3)讀取數據分組的目的地址信息(1，4，5)，通過比較核心層交換C'的地址Cx'與目的服務器D的地址信息Dx，得知C' χ = Dx，即1 = 1，則判定目的服務器D與核心層交換機C'處于相同基本模塊；12)根據目的服務器D的地址信息=Dz = 5 = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i = 1，j = 0，其中i取值范圍為
，j取值范圍為
，再由i = 1 = 2g+c，得到中間變量g = 0，c = 1，g取值范圍為
，c取值范圍為
，由pc = g+c*k/2， 得到中間變量P。= 2，ρ。取值范圍為
，選擇核心層交換機的ρ。號下行端口為數據輸出端口 ；13)根據當前核心層交換機C'及其左右相鄰的核心層交換機(沿、C左2、C 右” C^2中P。號下行端口的歸一化剩余緩存空間和核心層交換機C'距離目的服務器D的路徑跳數，依據公式Pew= α*Β+β*Τ，計算各概率，其中α、β為系統參數， O^ α ^ 1,-1^ β B代表歸一化緩存空間，B取值范圍為
，T代表路徑跳數， T取值范圍為[4，6]，歸一化剩余緩存空間定義為端口剩余緩存空間與端口總緩存空間的比值，路徑跳數定義為數據分組從當前核心層交換機C'發送至目的服務器D的過程中轉發該數據的交換機個數，核心層交換機C'、(^丄^丄^丄^相對應的概率為？^^、？ 左yPuJ；^，各交換機中Pc號下行端口的歸一化剩余緩存空間分別為BC、B左ρΒ左yBm、 Bu，核心層交換C'、Cu、C左2、C右pC右2距離目的服務器D的路徑跳數分別為4、5、6、5、 6 ；14)假設系統參數α = 1，β = _0· 01，網絡當前狀態Bc = 0· 3，B^ = 0· 35，B左 2 = 0· 3，B^1 = 0. 35，B似=0. 3，則計算得 P = 0. 26，P^1 = 0. 30，卩左2 = 0. 24，P^1 = 0. 30，卩右2 = 0. 24 ；15)比較各計算結果，知及Pm值最大，根據左優先原則，選定核心層交換機為將數據發送至中間層交換機的交換機，根據C' x = 3，則數據通過當前核心層交換 C'的4號增設端口經1號虛信道發送至核心層交換機(沿，根據C^lx = C' x= 1, C^ly =C' y = 0，C^lz = (C' z+k2/4-l)mod(k2/4) = 2，得到核心層交換機(左i的地址信息為 (1,0,2)；16)數據經核心層交換機的2號下行端口發送至中間層交換機I'，根據核心層交換機C^1的地址信息Chz = k/2*g+j，得到中間變量g= 1，j =0，其中8取值范圍為 W，k/2]，j 取值范圍 W，k/2]，再根據 I' χ = (^1χ=1，Γ y = (^ly+l = l，I' z = k*g+p。= 6，得到中間層交換機Γ的地址為(1，1,6)。步驟J.中間層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。Jl)中間層交換機I' (1,1,6)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址信息，得知數據從中間層交換機Γ的2號上行端口輸入，數據的目的地址為 (1,4,5)；J2)中間層交換機Γ讀取其第0和第1號下行端口的緩存使用信息，比較兩者的剩余緩存空間，假設I'的0號下行端口的剩余緩存空間比1號下行端口剩余緩存空間大， 則選擇1號下行端口為數據輸出端口，用變量h代表選定的下行端口號，h取值范圍為
；J3)數據經中間層交換機Γ的內部交換結構由其2號上行端口發送至1號下行端口，再由1號下行端口將數據發送至匯聚層交換機A'，根據中間層交換機Γ的地址信息Γ z = 6 = k*g+w，得到中間變量g= l，w = 2，g取值范圍為W，k/2-l]，w取值范圍為
再由w = k/2*c+s，得到中間變量c = l，s = 0，c取值范圍為W，1]，s取值范圍為
，根據 A' x = I' X=1，A' y = I' y+l = 2，A' z = k*s+k/2*c+h = 3， 得到匯聚層交換機的地址為(1，2，3)。步驟K.匯聚層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。Kl)匯聚層交換機A' (1,2,3)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從匯聚層交換機A'的3號上行端口輸入，數據的目的地址為(1，4， 5)；K2)根據目的服務器D的地址信息=Dz = 5 = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i = l，j = 0，i取值范圍為
，j取值范圍為
，確定匯聚層交換機A'的j = 0號下行端口為數據輸出端口；K3)數據經匯聚層交換機A'的內部交換結構由3號上行端口發送至其0號下行端口處，再由0號下行端口轉發至邊緣層交換機E'，根據E' x = A' X=1，E' y = A' y+l =3, E' z = k/2*i+j = 2，得到邊緣層交換機E'的地址信息為(1，3，2)。步驟L.邊緣層交換機讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑。Li)邊緣層交換機E' (1,3,2)讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息及數據的目的地址，得知數據從邊緣層交換機的3號上行端口輸入，數據的目的地址為(1，4，5)；L2)根據目的服務器D的地址信息=Dz = k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量i = l,j= 0，P= l，i取值范圍為W，k-1]，j取值范圍為W，k/2-l]，p取值范圍為W，k/2_1]，選定邊緣層交換機E'的ρ= 1號下行端口為數據輸出端口； L3)數據經邊緣層交換機E'的1號下行端口轉發至目的服務器D，源服務器S與目的服務器D之間通信結束。
權利要求
1. 一種基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，包括如下步驟(1)采用三維坐標為拓撲系統中的各網絡設備編址源服務器S的地址信息用(Sx，Sy, Sz)表征，目的服務器D的地址信息用(Dx，Dy, Dz)表征，核心層交換機C的地址信息用(Cx，Cy，Cz)表征，中間層交換機I的地址信息用(Ix，Iy, Iz)表征，匯聚層交換機A的地址信息用(Ax，Ay，Az)表征，邊緣層交換機E的地址信息用(Ex， Ey, Ez)表征，其中下標χ用于表征該位為第一維坐標，第一維坐標代表網絡設備在拓撲系統中所屬的基本模塊，取值范圍為
，m是拓撲系統中包括的基本模塊數；下標y用于表征該位為第二維坐標，第二維坐標代表網絡設備在基本模塊中所屬的層次，取值范圍為
；下標ζ用于表征該位為第三維坐標，第三維坐標代表網絡設備在基本模塊內同層設備中所處的位置對于核心層交換機，取值范圍為
，對于中間層交換機、匯聚層交換機及邊緣層交換機，取值范圍均為
；對于服務器，取值范圍為
，其中k是基本模塊包括的Pod結構數，該Pod結構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；(2)在各核心層交換機的每個增設端口處設置2個虛信道，分別標記為O號虛信道和1 號虛信道；當相鄰的兩個核心層交換機之間有數據傳輸時，根據核心層交換機的地址信息， 決定數據傳輸信道當兩個核心層交換機屬于相同基本模塊時，編址Cz值小的交換機通過 O號虛信道將數據傳送至編址Cz值大的交換機，編址Cz值大的交換機通過1號虛信道將數據傳送至編址Cz值小的交換機；當兩個核心層交換機屬于不同基本模塊時，編址Cx值小的交換機通過O號虛信道將數據傳送至編址Cx值大的交換機，編址Cx值大的交換機通過1號虛信道將數據傳送至編址Cx值小的交換機；從而避免在網絡拓撲的橫向環及縱向環上選路時出現路由環路；(3)從當前設備的寄存器中讀出設備的地址信息，根據地址信息的第二維坐標值判定設備類型若第二維坐標值為0，則當前設備為核心層交換機，執行步驟(8)；若第二維坐標值為1，則當前設備為中間層交換機，執行步驟(7)；若第二維坐標值為2時，則當前設備為匯聚層交換機，執行步驟(6)；若第二維坐標值為3，則當前設備為邊緣層交換機，執行步驟 (5)；若第二維坐標值為4，則當前設備為服務器，執行步驟(4)；(4)若服務器有數據需要傳輸，則該服務器作為源服務器S產生數據分組，將目的服務器D的地址信息添加到數據分組頭中，根據源服務器S的地址信息SZ = k2/4*i+k/2*j+p， 得到三個中間變量i、j、P，其中i取值范圍為W，k-1]，j取值范圍為W，k/2-l]，p取值范圍為
；源服務器S通過邊緣交換機E的ρ號下行端口將數據發至其直連的邊緣層交換機E ；(5)邊緣層交換機E讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑若數據從邊緣層交換機E的上行端口輸入，則根據目的服務器地址選定邊緣層交換機 E的下行端口為數據輸出端口，并將數據通過該下行端口發送至目的服務器D，通信結束；若數據從邊緣層交換機E的下行端口輸入，且目的服務器D是邊緣層交換機E的分支， 則根據目的服務器地址選定邊緣層交換機E的下行端口為數據輸出端口，并將數據通過該下行端口發送至目的服務器D，通信結束；若數據從邊緣層交換機E的下行端口輸入，但目的服務器D不是邊緣層交換機E的分支，則根據邊緣層交換機E的上行端口緩存信息選定E的上行端口為數據輸出端口，并將數據通過該上行端口發送至匯聚層交換機A ；(6)匯聚層的交換機A讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據的轉發路徑若數據從匯聚層交換機A的上行端口輸入，則根據目的服務器地址選定A的下行端口為數據輸出端口，并將數據通過該下行端口發送至邊緣層交換機E，返回步驟(5)；若數據從匯聚層交換機A的下行端口輸入，且目的服務器D是匯聚層交換機A的分支， 則根據目的服務器地址選定A的下行端口為數據輸出端口，并將數據通過該下行端口發送至邊緣層交換機E，返回步驟(5)；若數據從匯聚層交換機A的下行端口輸入，但目的服務器D不是匯聚層交換機A的分支，則根據匯聚層交換機A的上行端口緩存信息選定A的上行端口為數據輸出端口，并將數據通過該上行端口發送至中間層交換機I ；(7)中間層的交換機I讀取數據到達當前設備時的輸入端口信息，根據端口信息確定數據轉發路徑若數據從中間層交換機I的上行端口輸入，則中間層交換機讀取其下行端口的緩存信息，優先選擇剩余緩存空間最大的下行端口為數據輸出端口，再將數據通過該下行端口發送至匯聚層交換機A，返回步驟(6)；若數據從中間層交換機I的下行端口輸入，則中間層交換機讀取其上行端口的緩存信息，優先選擇剩余緩存空間最大的上行端口為數據輸出端口，再將數據通過該上行端口發送至核心層交換機C ；(8)核心層交換機C讀取數據分組的目的地址信息，根據目的地址判斷目的服務器D與核心層交換機C是否處于同一模塊，再確定數據轉發路徑若目的服務器D與核心層交換機C屬于相同基本模塊，則根據目的服務器D的地址信息確定數據輸出的下行端口號；再根據該基本模塊內各核心層交換機中選定的下行端口的歸一化剩余緩存空間及路徑跳數信息，計算選擇核心層交換機C及其左右相鄰的核心層交換機C￡l、C￡2、(^、C^2進行數據傳輸的概率P、Ρ￡1、Ρ￡2、Ρ；^、Ρ“，并將計算結果進行比較，優先選擇最大概率值相對應的核心層交換機為數據轉發交換機，若有兩個以上相同的最大概率值時，則根據路徑跳數小優先的原則選擇最大概率值相對應的交換機，若路徑跳數也相同時，則再根據左優先原則選擇數據轉發交換機；核心層交換機C將數據發送至選定的核心層交換機，再通過選定的核心層交換機的選定下行端口，將數據發送至中間層交換機I，返回步驟(7)；若目的服務器D與核心層交換機C屬于不同基本模塊，則根據|CX-DX|與廠m/2"lSCx 與Dx的大小關系，確定數據在縱向環上的轉發路徑，將數據發送至縱向環相鄰的核心層交換機C'，執行步驟(8)，其中廠m/21表示是對m/2的計算結果上取整。
2.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟(5)所述的“若數據從邊緣層交換機E的上行端口輸入，則根據目的服務器地址選定邊緣層交換機E的下行端口為數據輸出端口”，是根據目的服務器D的地址信息DZ =k2/4*i+k/2*j+p，得到中間變量ρ的值，ρ取值范圍為W，k/2-l]，將該ρ值作為數據輸出的下行端口號，其中k是基本模塊包括的Pod結構數。
3.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟( 所述的“若數據從邊緣層交換機E的下行端口輸入，且目的服務器D是邊緣層交換機E的分支，則根據目的服務器地址選定邊緣層交換機E的下行端口為數據輸出端口 ”，是先比較邊緣層交換機E的地址信息Ex與目的服務器的地址信息Dx，若得到Dx = Ex,則再根據邊緣層交換機E地址信息EZ = k/2*i+j，得到兩個中間變量i、j值，其中i取值范圍為 [O, k-Ι]，j取值范圍為
，通過i、j的數值計算當前邊緣層交換機E所連接服務器地址信息中第三維坐標的取值范圍為[k2/4*i+k/2*j，k2/4*i+k/2*j+k/2-l]；若目的服務器地址信息滿足Dx = Ex且Dz e [k2/4*i+k/2*j，k2/4*i+k/2*j+k/2-l]，則判定目的服務器D是邊緣層交換機E的分支，再根據Dz = k2/4*i+k/2*j+p，得到三個中間變量i、j、ρ的值，其中i取值范圍為
，j取值范圍為
，p取值范圍為
，將該ρ 值作為數據輸出的下行端口號，其中k是基本模塊包括的Pod結構數。
4.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟(5)所述的“若數據從邊緣層交換機E的下行端口輸入，但目的服務器D不是邊緣層交換機E的分支，則根據邊緣層交換機E的上行端口緩存信息選定E的上行端口為數據輸出端口 ”，是先比較邊緣層交換機E的地址信息Ex與目的服務器的地址信息Dx 若得知Dx Φ Ex,則判定目的服務器D不是邊緣層交換機E的分支，由邊緣層交換機E讀取其上行端口的緩存使用信息，優先選擇剩余緩存空間最大的上行端口為數據輸出端口 ；若得知Dx = Ex,則再根據邊緣層交換機E的地址信息EZ = k/2*i+j，得到兩個中間變量i、j，其中i取值范圍為
，j取值范圍為
，通過i、j的數值計算當前邊緣層交換機E所連接服務器的地址信息中第三維坐標的取值范圍為[k2/4*i+k/2*j，k2/4*i+k/2*j+k/2-l]，若目的服務器地址信息滿足Dx = Ex但 Dzi[k2/4*i+k/2*j,k2/4*i+k/2*j+k/2-l]，則判定目的服務器D不是邊緣層交換機E的分支， 再由邊緣層交換機E讀取其上行端口的緩存使用信息，優先選擇剩余緩存空間最大的上行端口為數據輸出端口，其中k是基本模塊包括的Pod結構數。
5.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟(6)所述的“若數據從匯聚層交換機A的上行端口輸入，則根據目的服務器地址選定A的下行端口為數據輸出端口”，是根據目的服務器D的地址信息DZ = k2/4*i+k/2*j+p，得到三個中間變量i、j、P，其中i取值范圍為W，k-1]，j取值范圍為W，k/2-l]，p取值范圍為 [O, k/2-l]，k是基本模塊包括的Pod結構數，將j值作為數據輸出的下行端口號。
6.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟(6)所述的“若數據從匯聚層交換機A的下行端口輸入，且目的服務器D是匯聚層交換機A的分支，則根據目的服務器地址選定A的下行端口為數據輸出端口 ”，是先比較匯聚層交換機A的地址信息Ax與目的服務器的地址信息Dx，若得到Dx = Ax,則再根據目的服務器 D地址信息DZ = k2/4*i+k/2* j+p，匯聚層交換機A的地址信息AZ = k/2*i ‘ + j ‘,得到四個中間變量i、j、i'、j'，其中i、i'取值范圍為
，j、j'取值范圍為
, 若得到Dx = Ax且i ‘ = i，則判定目的服務器D是匯聚層交換機A的分支，將i值作為數據輸出的下行端口號，其中k是基本模塊包括的Pod結構數。
7.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟(6)所述的“若數據從匯聚層交換機A的下行端口輸入，但目的服務器D不是匯聚層交換機A的分支，則根據匯聚層交換機A的上行端口緩存信息選定A的上行端口為數據輸出端口 ”，是先比較匯聚層交換機A的地址信息Ax與目的服務器的地址信息Dx 若得到Dx Φ Ax,則判定目的服務器D不是匯聚層交換機A的分支，再由匯聚層交換機 A讀取其上行端口的緩存使用信息，優先選擇剩余緩存空間最大的上行端口為數據轉發端 Π ；若得到Dx = Ax,則再根據目的服務器D的地址信息DZ = k2/4*i+k/2* j+p，匯聚層交換機A的地址信息Az = k/2*i' +j'，得到四個中間變量i、j、i'、j'，其中i、i'取值范圍為
，j、j'取值范圍為W，k/2-l]，其中k是基本模塊包括的Pod結構數，若得到Dx =Ax但i ‘ Φ i，則判定目的服務器D不是匯聚層交換機A的分支，再由匯聚層交換機A讀取其上行端口的緩存使用信息，優先選擇剩余緩存空間最大的上行端口為數據輸出端口。
8.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟⑶所述的“若目的服務器D與核心層交換機C屬于相同基本模塊，則根據目的服務器D 的地址信息確定數據輸出的下行端口號”，是先根據核心層交換機與目的服務器D的地址信息關系-A = Dx,則判定目的服務器D與核心層交換機C屬于相同基本模塊；再根據目的服務器D的地址信息=Dz = k2/4*i+k/2*j+p，得到三個中間變量i、j、p，其中i取值范圍為[O, k_l]，j取值范圍為W，k/2-l]，p取值范圍為W，k/2-l]，由i = 2g+c，得到兩個中間變量 g、c，g取值范圍為[O, k/2-1]，c取值范圍為
，再由p。= g+c*k/2，得到中間變量pc， P。取值范圍為W，k-1]，將ρ。值作為數據轉發的下行端口號，其中k是基本模塊包括的Pod 結構數。
9.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟(8)所述的“計算選擇核心層交換機C及其左右相鄰的核心層交換機C^pC^pC^pC^ 2進行數據傳輸的概率PAP^PPdaPu、P ；^ ”，是根據核心層交換機C及其左右相鄰的核心層交換機C左pC^yC^rCu中選定的下行端口的歸一化剩余緩存空間，依據公式P 率 =α祁+β *τ，計算各概率值，其中α、β為系統參數，O彡α彡1，-1彡β彡0，B代表歸一化剩余緩存空間，B取值范圍為W，1]，T代表路徑跳數，T取值范圍為W，6]；歸一化剩余緩存空間，定義為端口剩余緩存空間與端口總緩存空間的比值；路徑跳數，定義為數據分組從當前核心層交換機C發送至目的服務器D過程中轉發該數據的交換機個數。
10.根據權利要求1所述的基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的路由方法，其中步驟⑶所述的“若目的服務器D與核心層交換機C屬于不同基本模塊，根據Icx-DxI與廠m/2l及Cx與Dx的大小關系，確定數據在縱向環上的轉發路徑”，是先根據核心層交換機C 及目的服務器D的地址信息關系CX Φ Dx,則判定目的服務器D與核心層交換機C屬于不同基本模塊，再根據Cx與Dx及I Cx-Dx I與U/21的大小關系，確定數據轉發路徑若Cx > Dx且|Cx-Dx μ Γηι/2 時，核心層交換機C通過k+2號端口經1號虛信道將數據轉發至核心層交換機C'，其中k是基本模塊包括的Pod結構數；若Cx > Dx且|Cx-Dx| > Γιη/2 時，核心層交換機C通過k+3號端口將數據轉發至核心層的核心層交換機C'，其中若Cx = m-1，則數據經1號虛信道傳送，否則經0號虛信道傳送； 若Cx < Dx且|Cx-Dx μ Γηι/2 時，核心層交換機C通過k+3號端口經0號虛信道將數據轉發至核心層的交換機C'；若Cx < Dx且|Cx-Dx I > Γιη/2 時，核心層交換機C通過k+2號端口將數據轉發至核心層的交換機C'，其中若Cx = 0，數據經0號虛信道傳送，否則經1號虛信道傳送。
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的路由方法，主要解決現有以太網及數據中心樹形網絡中路由方法不能很好的適用于基于模塊擴展的數據中心網絡拓撲系統的問題，其實現步驟是(1)初始化，采用分層編址機制標識拓撲系統中的各網絡設備；(2)讀取當前設備編址信息并判斷當前網絡設備的類型；(3)源服務器產生數據，并將其傳送至邊緣層交換機；(4)邊緣層、匯聚層及中間層交換機根據數據的目的地址及數據所處的端口，確定數據輸出端口；(5)核心層交換機根據數據的目的地址、路徑跳數及端口緩存信息，確定數據輸出端口。本發明具有提高網絡吞吐、實現流量均衡的優點，克服靜態路由的缺陷，可用于數據中心網絡的路徑選擇，提供高效數據傳輸服務。
文檔編號H04L12/56GK102420775SQ20121000572
公開日2012年4月18日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者年秀梅, 王琨, 趙彥, 顧華璽 申請人:西安電子科技大學