CN103856402B - 一种数据中心网络结构及其路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心网络结构及其路由方法，属于计算机领域。所述数据中心网络结构包括k层网络，k＞1且k为整数；当k≥2时，第k层网络包括bn个第k‑1层网络和n（bn）^k‑2组第k层交换机，每组第k层交换机包括b台第k层交换机，bn个第k‑1层网络中的服务器构成一个bn行n（bn）^k‑2列的矩阵，所述矩阵的每列的bn台服务器对应连接一组所述第k层交换机，第1~k层交换机均为n端口交换机，2n≥b＞1且b为整数。本发明通过以bn（b＞1）个第k‑1层网络组成第k层网络，数据中心网络在每增加一层网络时，服务器数量为原来的bn倍，既保证了扩展速度快，又避免了使用多端口交换机高昂的价格带来的巨大成本。

Description

一种数据中心网络结构及其路由方法

技术领域

本发明涉及计算机领域，特别涉及一种数据中心网络结构及其路由方法。

背景技术

数据中心是一整套复杂的设施，包括大规模的计算机系统(如服务器群)和其它与之配套的设备(如交换机等网络设备以及存储系统等)，还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。其中，数据中心网络结构是数据中心的核心部分，用于将成千上万台服务器使用交换机等网络设备连接起来，在任意两台服务器之间提供通路，且这种通路必须满足高带宽、高速率、良好的可扩展性和成本低等特征。

目前业界已有一些典型的数据中心网络结构，主要包括Portland、VL2(VirtualLayer 2，虚拟二层)、Dcell、Bcube等。其中，Bcube是一种以服务器为中心的数据中心网络结构。Bcube是一个分层次的结构，一个Bcube_n包括n个第k-1层网络Bcube_n-1和n^k台交换机组成。下面以4端口交换机为例说明Bcube的结构。

第1层网络Bcube₁由1台4端口交换机连接4台服务器，每个端口连接一台服务器。第2层网络Bcube₂由4个第1层网络Bcube₁和4台4端口交换机组成；将这4台交换机分别编号为(2，1)、(2，2)、(2，3)、(2，4)，编号(2，1)的交换机的4个端口分别连接4个第1层网络中的第1台服务器，编号(2，2)的交换机的4个端口分别连接4个第1层网络中的第2台服务器，依此类推。

进一步地，Bcube的第k(k＞2)层网络由4个第k-1层网络Bcube_n-1和4^k台交换机构成，将这4^k台交换机依次编号为(k，1)、(k，2)……(k，4^k)，编号(k，1)的交换机的4个端口分别连接4个第k-1层网络中的第1台服务器，编号(k，2)的交换机的4个端口分别连接4个第k-1层网络中的第2台服务器，依次类推，编号(k，4^k)的交换机的4个端口分别连接4个第k-1层网络中的第4^k-1台服务器。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

Bcube结构在网络扩展时，每扩展一层，服务器的数量以一台交换机的端口数量为倍数增长，当采用端口数量少的交换机时，扩展速度慢，而当采用端口数量多的交换机时，虽然扩展速度较快，但是端口数量多的交换机价格高，会导致成本较高。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种数据中心网络结构及其路由方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种数据中心网络结构，所述数据中心网络结构包括k层网络，k＞1且k为整数；

其中，第1层网络包括n台服务器与1台第1层交换机，每台所述服务器连接所述第1层交换机的一个端口；

当k≥2时，第k层网络包括bn个第k-1层网络和n(bn)^k-2组第k层交换机，每组第k层交换机包括b台所述第k层交换机，所述bn个第k-1层网络中的服务器构成一个bn行n(bn)^k-2列的矩阵，其中，所述矩阵的一行由一个所述第k-1层网络中的n(bn)^k-2台服务器排列而成，且所述矩阵的每一行中的服务器依次是所述第k-1层网络对应的矩阵的第1行中的服务器到第bn行中的服务器；所述矩阵的每列的bn台服务器对应连接一组所述第k层交换机，且与所述矩阵的连续n列服务器相连的n组所述第k层交换机中，任意两台所述第k层交换机所连接的服务器所在的行不完全相同；

其中，第1～k层交换机均为n端口交换机，2n≥b＞1且b为整数。

优选地，b＝n。

进一步地，所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第x台第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)^k-2，1≤x≤b，1≤j≤n，所述第h行根据以下公式确定：

h＝[(i+j-1)+n(x-1)]mod bn；

当h＝0时，表示第h行为第bn行。

进一步地，所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第x台第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)^k-2，1≤x≤b，1≤j≤n，所述第h行根据以下公式确定：

当1≤j≤n/2+1时，h＝[(i+j-1)+(x-1)]n mod bn；

当n/2+1＜j≤n时，h＝[(i+n/2)+(j-n/2-1)(n+1)+(x-1)n]mod bn；

当h＝0时，表示第h行为第bn行。

另一方面，本发明实施例还提供了一种路由方法，所述路由方法为基于前一方面任一项所述的数据中心网络结构的路由方法，所述方法包括：

在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，所述第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络；

在第f中间服务器所在的第k-f层网络中，找出所述第f中间服务器可到达的第f+1中间服务器，所述第f+1中间服务器与所述目的服务器处于同一第k-f-1层网络，直到在第k-1中间服务器所在的第1层网络中，找出所述第k-1中间服务器可到达的第k中间服务器，所述第k中间服务器为所述目的服务器，k＞f≥1。

其中，所述在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，所述第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络，包括：

在第k层网络中，所述源服务器以及与所述源服务器处于同一个第k-1层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器；

若能够只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，则将所述目的服务器所在的第k-1层网络中，能够被到达的服务器作为所述第1中间服务器，并记录从所述源服务器或所述与源服务器处于同一个第k-1层网络的服务器与所述第1中间服务器之间的路由；

若不能只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，则以所述第k层网络中，与所述源服务器或所述与源服务器处于同一第k-1层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在所述第k层网络中，分别尝试所述跳转服务器以及与所述跳转服务器处于同一第k-1层网络的服务器，能否到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

进一步地，所述源服务器以及与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，包括:

在第k层网络中，所述源服务器分别尝试与所述源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与所述目的服务器处于同一个第k-1层网络；

若是，则将所述与所述源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为所述第1中间服务器；

若否，则在第k层网络中，所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器分别尝试，所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与所述目的服务器处于同一个第k-1层网络，若是，则将所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为第1中间服务器，其中，1≤e≤k-1。

优选地，所述e＝1。

进一步地，所述在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，所述第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络，包括：

判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器；

当在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，不能只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器时，则以所述第k层网络中，与所述源服务器或所述与源服务器处于同一第k-1层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在所述第k层网络中，分别尝试所述跳转服务器以及与所述跳转服务器处于同一第k-1层网络的服务器，能否到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

进一步地，当在所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第x台所述第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)^k-2，1≤x≤b，1≤j≤n，h＝[(i+j-1)+n(x-1)]mod bn时；

所述判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器，包括：

计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距离|D_k-S_k|，其中，D_k表示所述源服务器所在的行，S_k表示所述目的服务器所在的行；

当|D_k-S_k|∈{a，a＜n}时，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器；

当|D_k-S_k|∈{a，a≥n}时，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器不能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

进一步地，当在所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第x台所述第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)^k-2，1≤x≤b，1≤j≤n，

当1≤j≤n/2+1时，h＝[(i+j-1)+(x-1)]n mod bn；

当n/2+1＜j≤n时，h＝[(i+n/2)+(j-n/2-1)(n+1)+(x-1)n]mod bn时；

所述判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器，包括：

计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距离|D_k-S_k|，其中，D_k表示所述源服务器所在的行，S_k表示所述目的服务器所在的行；

当时，

所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器能够只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器；

当时，

所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器不能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

进一步地，所述相对距离根据以下公式计算：

其中，k>2，RD＝max(D_k，S_k)-min(D_k，S_k)。

进一步地，所述方法还包括：

查找k层网络中，任意两台服务器之间的所有路由通路；

保存查找到的所述任意两台服务器之间的所有路由通路。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的数据中心网络结构通过在第1层网络中包含n台服务器与1台n端口交换机，并以bn(b＞1)个第k-1层网络组成第k层网络，数据中心网络在每增加一层网络时，服务器数量为原来的bn倍，既保证了在使用端口数量较少的交换机搭建数据中心网络时，扩展速度快，又避免了使用多端口交换机高昂的价格带来的巨大成本；

本发明实施例提供的路由方法，通过在第f中间服务器所在的第k-f层网络中，找出第f中间服务器可到达的第f+1中间服务器，第f+1中间服务器与目的服务器处于同一第k-f-1层网络，直到找出第k-1中间服务器可到达的第k中间服务器，该第k中间服务器为目的服务器，依次找到去往目的服务器所在的第k-1层网络到第1层网络，最后找到目的服务器，使得算法逻辑清晰，计算量小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的数据中心网络结构的第1层网络的示意图；

图2是本发明实施例一提供的数据中心网络结构的第2层网络的示意图；

图3是本发明实施例一提供的数据中心网络结构的第k层网络的示意图；

图4是本发明实施例二提供的数据中心网络结构的第1层网络的示意图；

图5是本发明实施例二提供的数据中心网络结构的第2层网络的示意图；

图6是本发明实施例二提供的数据中心网络结构的第k层网络的示意图；

图7是本发明实施例三提供的路由方法的流程图；

图8是本发明实施例四提供的路由方法的流程图；

图9是本发明实施例四提供的路由方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如前所述，本发明实施例提供了一种数据中心网络结构，该数据中心网络结构包括k层网络，k＞1，且k为整数。

其中，第1层网络包含n台服务器与1台第1层交换机，每台服务器连接交换机的一个端口。

当k≥2时，第k层网络包括bn个第k-1层网络和n(bn)^k-2组第k层交换机，每组第k层交换机包括b台第k层交换机，bn个第k-1层网络中的服务器构成一个bn行n(bn)^k-2列的矩阵，其中，矩阵的一行由一个第k-1层网络中的n(bn)^k-2台服务器排列而成，且矩阵的每一行中的服务器依次是第k-1层网络对应的矩阵的第1行中的服务器到第bn行中的服务器；矩阵的每列的bn台服务器对应连接一组第k层交换机，且与矩阵的连续n列服务器相连的n组第k层交换机中，任意两台第k层交换机所连接的服务器所在的行不完全相同；

其中，第1～k层交换机均为n端口交换机，2n≥b＞1且b为整数。

优选地，b＝n。

可选地，服务器与第k层网络交换机连接可以采用以下两种连接方式中的一种连接。

连接方式一：在第k层网络中，第i(1≤i≤n(bn)^k-2)组第k层交换机中的第x(1≤x≤b)台第k层交换机的第j(1≤j≤n)个端口连接的服务器，在第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，

h＝[(i+j-1)+n(x-1)]mod bn；

当h＝0(即公式中mod的取值为0)时，第h行为第bn行。

连接方式二：在第k层网络中，第i(1≤i≤n(bn)^k-2)组第k层交换机中的第x(1≤x≤b)台第k层交换机的第j(1≤j≤n)个端口连接的服务器在第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，

当1≤j≤n/2+1时，h＝[(i+j-1)+(x-1)]n mod bn；

当n/2+1＜j≤n时，h＝[(i+n/2)+(j-n/2-1)(n+1)+(x-1)n]mod bn；

当h＝0(即公式中mod的取值为0)时，第h行为第bn行。

本发明实施例通过在第1层网络中包含n台服务器与1台n端口交换机，并以bn(b＞1)个第k-1层网络组成第k层网络，数据中心网络每增加一层网络时，服务器数量为原来的bn倍，既保证了在使用端口数量较少的交换机搭建数据中心网络时，扩展速度快，又避免了使用多端口交换机高昂的价格带来的巨大成本。

下面将结合具体实施例来说明本发明实施例提供的数据中心网络结构。

实施例一

下面以n＝6，b＝2为例，对本发明实施例提供的数据中心网络结构做进一步说明，也就是说，在本实施例中，交换机均为6端口交换机，本实施例提供的数据中心网络结构包括k(k＞1且k为整数)层网络，下面分别描述其各层网络的结构。

图1为本实施例提供的数据中心网络结构的第1层网络的示意图。参见图1，第1层网络包括6台服务器101与1台第1层交换机1021，每台服务器101分别连接第1层交换机1021的一个端口。

图2为本实施例的数据中心网络结构的第2层网络的示意图。参见图2，第2层网络包括12(2×6)个第1层网络和6组第2层交换机1022，每组第2层交换机1022包括2台第2层交换机1022，12个第1层网络中的服务器构成一个12行6列的矩阵，该矩阵的一行由一个第1层网络中的6台服务器排列而成，矩阵的每列的12台服务器对应连接一组第2层交换机。在本实施例中，将与矩阵的第i列连接的一组第2层交换机称为第i组第2层交换机。

具体地，在第2层网络中，第1组第2层交换机中，第1台第2层交换机连接的服务器所在的行分别为第1-6行，第2台第2层交换机连接的服务器所在的行分别为第7-12行；第2组第2层交换机中，第1台第2层交换机连接的服务器所在的行分别为第2-7行；第2台交换机连接的服务器所在的行数分别为第8-12行和第1行，依此类推，第3组第2层交换机的第1台第2层交换机的第1个端口从矩阵的第3列第3行的服务器开始连接，第4组第2层交换机的第1台第2层交换机的第1个端口从矩阵的第4列第4行的服务器开始连接，第5组第2层交换机的第1台第2层交换机的第1个端口从矩阵的第5列第5行的服务器开始连接，第6组第2层交换机的第1台第2层交换机的第1个端口从矩阵的第6列第6行的服务器开始连接。容易知道，当一组第2层交换机中的一台第2层交换机的一个端口连接至第12行的服务器后，该第2层交换机的下一个端口将连接该列第1行的服务器。

图3为本实施例的数据中心网络结构的第k层网络的示意图。参见图3(图3中第1～k-1层交换机未画出)，当k＞2时，第k层网络包括12个第k-1层网络和6×12^k-2组第k层交换机102k，每组第k层交换机102k包括2台第k层交换机102k，12个第k-1层网络中的服务器构成一个12行6×12^k-2列的矩阵，其中，矩阵的一行由一个第k-1层网络中的6×12^k-2台服务器排列而成，且矩阵的每一行中的服务器依次是第k-1层网络对应的矩阵的第1行中的服务器到第12行中的服务器；矩阵的每列的12台服务器对应连接一组第k层交换机。在第k层网络中，第i(1≤i≤6×12^k-2)组第k层交换机中的第x(1≤x≤2)台第k层交换机的第j(1≤j≤6)个端口，连接的服务器在该第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，第h行根据以下公式确定(对应前述连接方式一)：

h＝[(i+j-1)+6(x-1)]mod 12；

当h＝0(即上述公式中mod的取值为0)时，第h行为第12行。

容易知道，在一个K层的数据中心网络结构中，每台服务器至少包括K个网络接口。

需要说明的是，本实施例只是以6端口交换机为例对数据中心网络结构进行说明，并不作为对本发明的限制。在实际应用中，选用6端口交换机进行数据中心的连接是比较常用的做法，既保证了数据中心网络的扩展速度，又避免了多端口交换机高昂的价格带来的巨大成本。

本发明实施例通过在第1层网络中包含6台服务器与1台6端口交换机，并以12个第k-1层网络组成第k层网络，数据中心网络每增加一层网络时，服务器数量为原来的12倍，既保证了在使用端口数量较少的交换机搭建数据中心网络时，扩展速度快，又避免了使用多端口交换机高昂的价格带来的巨大成本。

实施例二

下面以n＝4，b＝n为例，对本发明实施例提供的数据中心网络结构做进一步说明，也就是说，在本实施例中，交换机均为4端口交换机，本实施例提供的数据中心网络结构包括k(k＞1且k为整数)层网络，下面分别描述其各层网络的结构。

图4为本实施例提供的数据中心网络结构的第1层网络的示意图。参见图4，第1层网络包含4台服务器201与1台第1层交换机2021，每台服务器201连接第1层交换机2021的一个端口。

图5为本实施例的数据中心网络结构的第2层网络的示意图。参见图5，第2层网络包括16(4×4)个第1层网络和4组第2层交换机2022，每组第2层交换机2022包括4台第2层交换机2022，16个第1层网络中的服务器构成一个16行4列的矩阵，矩阵中的一行是由一个第1层网络中的4台服务器排列而成，矩阵的每列的16台服务器对应连接一组第2层交换机。在本实施例中，将与矩阵的第i列连接的一组第2层交换机称为第i组第2层交换机。

具体地，在第2层网络中，第1组第2层交换机中，第1台第2层交换机连接的服务器所在的行分别为第1、2、3和8行，第2台第2层交换机连接的服务器所在的行分别为第5、6、7和12行，第3台第2层交换机连接的服务器所在的行分别为第9、10、11和16行，第4台第2层交换机连接的服务器所在的行分别为第13、14、15和4行。同样的方法，第2组、第3组和第4组第2层交换机的第1台第2层交换机的第1个端口分别从矩阵的第2行、第3行和第4行开始连接服务器。

也就是说，每组第2层交换机的第1台第2层交换机的第1个端口连接的服务器，在第2层网络对应的矩阵中所在的行数与列数相同，每组第2层交换机的相邻两台第2层交换机的第1个端口所连服务器，在第2层网络对应的矩阵中所在的行数的差为4，每台第2层交换机前三个端口所连服务器，在第2层网络对应的矩阵中所在的行数连续，第4个端口所连服务器与第3个端口所连服务器，在第2层网络对应的矩阵中所在的行数的差为5。

图6为本实施例的数据中心网络结构的第k层网络的示意图。参见图6(图3中第1层到第k-1层网络的交换机未画出)，当k＞2时，第k层网络包括16个第k-1层网络和4×16^k-2组第k层交换机202k，每组第k层交换机202k包括4台第k层交换机202k，16个第k-1层网络中的服务器构成一个16行4×16^k-2列的矩阵，其中，矩阵的一行由一个第k-1层网络中的4×16^k-2台服务器排列而成，且矩阵的每一行中的服务器依次是第k-1层网络对应的矩阵的第1行中的服务器到第16行中的服务器；矩阵的每列的16台服务器对应连接一组第k层交换机。在第k层网络中，第i(1≤i≤4×16^k-2)组第k层交换机中的第x(1≤x≤4)台第k层交换机的第j(1≤j≤4)个端口，连接的服务器在该第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，第h行根据以下公式确定(对应前述连接方式二)：

当1≤j≤3时，h＝[(i+j-1)+4(x-1)]mod 16；

当j＝4时，h＝[(i+2)+5(j-3)+4(x-1)]mod 16；

当h＝0(即上述公式中mod的取值为0)时，第h行为第16行。

其中，由于每台交换机的第4个端口连接的服务器距离较远，因此可以作为快速链路使用，进而可以减少通信时延。

容易知道，在一个K层的数据中心网络结构中，每台服务器至少包括K个网络接口。

需要说明的是，本实施例只是以4端口交换机为例对数据中心网络结构进行说明，并不作为对本发明的限制。在实际应用中，选用4端口交换机进行数据中心的连接是比较常用的做法，既保证了数据中心网络的扩展速度，又避免了多端口交换机高昂的价格带来的巨大成本。

本发明实施例通过在第1层网络中包含4台服务器与1台4端口交换机，并以16个第k-1层网络组成第k层网络，数据中心网络每增加一层网络时，服务器数量为原来的16倍，既保证了在使用端口数量较少的交换机搭建数据中心网络时，扩展速度快，又避免了使用多端口交换机高昂的价格带来的巨大成本。此外，本实施例通过采用一台交换机的前3个端口分别连接一列中连续的三行，而交换机的第3个端口和第4个端口所连接的服务器的行数相差5；这种，设计方式既可以保证网络内部服务器之间的连通性，也可以保证在服务器数量足够多时，以较小的跳数连通源服务器与目的服务器。从而提高了数据中心网络带宽的利用率，减小了服务器间通信时延。

实施例三

本发明实施例提供了一种基于实施例一或二中提供的数据中心网络结构的路由方法，参见图7，该方法包括：

301：在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络；

302：在第f中间服务器所在的第k-f层网络中，找出第f中间服务器可到达的第f+1中间服务器，第f+1中间服务器与目的服务器处于同一第k-f-1层网络，直到在第k-1中间服务器所在的第1层网络中，找出第k-1中间服务器可到达的第k中间服务器，第k中间服务器为目的服务器，k＞f≥1。

本发明实施例通过在第f中间服务器所在的第k-f层网络中，找出第f中间服务器可到达的第f+1中间服务器，第f+1中间服务器与目的服务器处于同一第k-f-1层网络，直到找出第k-1中间服务器可到达的第k中间服务器，该第k中间服务器为目的服务器，依次找到去往目的服务器所在的第k-1层网络到第1层网络，最后找到目的服务器，使得算法逻辑清晰，计算量小。

实施例四

本发明实施例提供了一种基于实施例一或二中提供的数据中心网络结构的路由方法，参见图8，该方法包括：

步骤401：在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，该第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络。

其中，源服务器是指在数据传输过程中，发送数据的服务器，而目的服务器是指在数据传输过程中，接收数据的服务器。

具体地，可以以k元向量(C_k,C_k-1,…,C₁)表示服务器在k层网络中的坐标位置，其中，C_k表示服务器在第k层网络中所在的行，C₁表示服务器在第1层网络中的第几个。

进一步地，在本发明实施例中，表示源服务器的坐标位置的k元向量可以记为(S_k,S_k-1,…,S₁)，表示目的服务器的坐标位置的k元向量可以记为(D_k,D_k-1,…,D₁)，表示第1中间服务器的坐标位置的k元向量可以记为(I¹ _k,I¹ _k-1,…,I¹ ₁)，其中，I¹ _k＝D_k，而I¹ _k-1,…,I¹ ₁可以为任意值。

具体地，参见图9，该步骤401包括：

步骤4011：在第k层网络中，源服务器以及与源服务器处于同一个第k-1层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台第k层服务器到达目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器；

若能够只通过一台第k层服务器到达目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，则将目的服务器所在的第k-1层网络中，能够被到达的服务器作为第1中间服务器，并记录从源服务器或与源服务器处于同一个第k-1层网络的服务器与第1中间服务器之间的路由；若不能，则执行步骤4012。

也就是说，该步骤4011用于寻找在第k层网络对应的矩阵中，源服务器所处的行中的任意一台服务器与目的服务器所处的行中的任意一台服务器之间的路由通路。

容易知道，如果源服务器和目的服务器处于同一个第k-1层网络，即在第k层网络对应的矩阵中，源服务器所在的行与目的服务器所在的行相同(S_k＝D_k)，在这种情况下，可以从下一层网络，即第k-1层网络开始判断。

具体地，第k层网络中，源服务器以及与源服务器处于同一个第k-1层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台第k层服务器到达目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，包括以下步骤：

A、在第k层网络中，源服务器分别尝试与源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与目的服务器处于同一个第k-1层网络；

若是，则将与源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为第1中间服务器；若否，执行步骤B。

B、在第k层网络中，与源服务器处于同一第e(1≤e≤k-1)层网络的服务器分别尝试，与源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与目的服务器处于同一个第k-1层网络，若是，则将与源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为第1中间服务器。

优选地，在该步骤B中，可以按照e的取值逐渐增大的顺序来进行尝试。

容易知道，e的取值范围也可以预先设置，比如，1≤e≤3等。优选地，可以设置为e＝1，以简化路由算法。采用上述路由算法可将网络流量主要分布在第1层网络(约40％以上)，其他层网络平分剩余流量，减小对高层网络的冲击，也避免了高层网络形成的性能瓶颈。

步骤4012：以第k层网络中，与源服务器或与源服务器处于同一第k-1层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在第k层网络中，分别尝试跳转服务器以及与跳转服务器处于同一第k-1层网络的服务器，能否到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

具体地，依次尝试该跳转服务器以及与该跳转服务器处于同一第k-1层网络的服务器，能否到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器的方法与步骤4011相同，在此省略详细描述。

在具体实现中，步骤4011-4012可以采用以下算法实现(取e＝1)：

Single-Step-Routing(S_m,D_m,m,RetryTimes){

if(RetryTimes＝＝0)返回无合适路由；

if(S_m＝＝D_m)返回0跳路由；

else{

尝试1跳路由：依次尝试第m层中与源服务器直接相连的交换机能否到达目的服务器所在的行，如果成功找到链路，则返回该路由；

尝试2跳路由：依次尝试与源服务器处于同一第1层网络的服务器在第m层中直接相连的交换机能否到达目的服务器所在的行，如果成功，返回该路由；

用上述找到的1跳或2跳路由可抵达的服务器作为中间服务器intermediate，递归调用Single-Step-Routing(intermediate,D_m,m,RetryTimes-1)方法,如果成功，返回多跳路由；

如果未找到路由，则返回无合适路由；

}

}

可选地，该步骤401可以包括：

判断在第k层网络中，源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器；

当在第k层网络中，源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，能够只通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器时，执行步骤4011；当在第k层网络中，源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，不能只通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器时，直接执行步骤4012。

通过该步骤的判断，使得在源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，不能只通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器时，直接进行步骤4012，而减少了步骤4011的过程，减少了计算量，节省了资源。

具体地，判断在第k层网络中，源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器，包括以下几步：

第一步：计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距离|D_k-S_k|。

具体地，根据表示源服务器的坐标位置的k元向量(S_k,S_k-1,…,S₁)，和表示目的服务器的坐标位置的k元向量(D_k,D_k-1,…,D₁)可以得到，在第k层网络中，目的服务器位于D_k行，源服务器位于S_k行，定义|D_k-S_k|为这两行之间的相对距离(k>2)。

其值可以根据以下公式计算：

其中，RD＝max(D_k，S_k)-min(D_k，S_k)。

第二步：根据计算出的相对距离，判断源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

对于前述连接方式一，该第二步包括：

当|D_k-S_k|∈{a，a＜n}时，说明在第k层中源服务器所在的行和目的服务器所在的行有第k层交换机直接相连，即源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器能只通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器；

当|D_k-S_k|∈{a，a≥n}时，说明在第k层中源服务器所在的行和目的服务器所在的行没有交换机直接相连，即源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器不能只通过一台服务器，到达目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器。

对于前述连接方式二，该第二步包括：

当时，

说明在第k层中源服务器所在的行和目的服务器所在的行有交换机直接相连，即源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器能只通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

当时，

说明在第k层中源服务器所在的行和目的服务器所在的行没有交换机直接相连，即源服务器或与源服务器处于同一个k-1层网络的服务器不能只能通过一台第k层交换机，到达目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

步骤402：在第1中间服务器所在的第k-1层网络中，找出第1中间服务器可到达的第2中间服务器，第2中间服务器与目的服务器处于同一第k-2层网络。

具体地，表示第2中间服务器的坐标位置的k元向量可以记为(I² _k,I² _k-1,…,I² ₁)，其中，I² _k＝D_k，I² _k-1＝D_k-1而I² _k-2,…,I² ₁可以为任意值。

步骤402的详细步骤与401相同，这里不再赘述。

步骤403：在第f(k＞f＞2)中间服务器所在的第k-f层网络中，找出第f中间服务器可到达的第f+1中间服务器，第f+1中间服务器与目的服务器处于同一第k-f-1层网络，直到在第k-1中间服务器所在的第1层网络中，找出第k-1(k＞2)中间服务器可到达的第k中间服务器，该第k中间服务器为目的服务器。

在具体实现中，可以采用以下算法实现步骤402-403：

Routing(Src,Dest,k,RetryTimes){

调用Single-Step-Routing(S_m,D_m,m,RetryTimes)方法k次；对每次调用Single-Step-Routing(S_m,D_m,m,RetryTimes)方法，逐渐增加RetryTimes的值，其实质是按照广度优先方法进行路由搜索。

该路由方法包含k步，其中每一步我们称为“单步路由”(single-step-routing)。调用单步路由方法时，依次尝试1跳路由、2跳路由与多跳路由。

当数据中心网络结构中某条路径失效时，该方法也可在重试次数RetryTimes限定的范围内继续寻找适当的路由，因此该路由方法可在有链路失效的情况下，寻找到合适路由，保证通信畅通。

优选地，本实施例的方法还包括：

查找k层网络中，任意两台服务器之间的所有路由通路；

保存查找到的任意两台服务器之间的所有路由通路。

这样，当有路由需求时，可以通过查找存储的路由通路进行快速路由。

具体地，可以通过遍历搜索的方法来计算k层网络中所有可能的路由通路。

进一步地，该方法还包括：

定时更新保存的任意两台服务器之间的所有路由通路。

本发明实施例通过在第f中间服务器所在的第k-f层网络中，找出第f中间服务器可到达的第f+1中间服务器，第f+1中间服务器与目的服务器处于同一第k-f-1层网络，直到找出第k-1中间服务器可到达的第k中间服务器，该第k中间服务器为目的服务器，依次找到去往目的服务器所在的第k-1层网络到第1层网络，最后找到目的服务器，使得算法逻辑清晰，计算量小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种数据中心网络结构，其特征在于，所述数据中心网络结构包括k层网络，k＞1且k为整数；

其中，第1层网络包括n台服务器与1台第1层交换机，每台所述服务器连接所述第1层交换机的一个端口；

当k≥2时，第k层网络包括bn个第k-1层网络和n(bn)^k-2组第k层交换机，每组第k层交换机包括b台所述第k层交换机，所述bn个第k-1层网络中的服务器构成一个bn行n(bn)^k-2列的矩阵，其中，所述矩阵的一行由一个所述第k-1层网络中的n(bn)^k-2台服务器排列而成，且所述矩阵的每一行中的服务器依次是所述第k-1层网络对应的矩阵的第1行中的服务器到第bn行中的服务器；所述矩阵的每列的bn台服务器对应连接一组所述第k层交换机，且与所述矩阵的连续n列服务器相连的n组所述第k层交换机中，任意两台所述第k层交换机所连接的服务器所在的行不完全相同；

其中，第1～k层交换机均为n端口交换机，2n≥b＞1且b为整数。

2.根据权利要求1所述的数据中心网络结构，其特征在于，b＝n。

3.根据权利要求1或2所述的数据中心网络结构，其特征在于，所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第x台第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)^k-2，1≤x≤b，1≤j≤n，所述第h行根据以下公式确定：

h＝[(i+j-1)+n(x-1)]mod bn；

当h＝0时，表示第h行为第bn行。

4.根据权利要求1或2所述的数据中心网络结构，其特征在于，所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第x台第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)^k-2，1≤x≤b，1≤j≤n，所述第h行根据以下公式确定：

当1≤j≤n/2+1时，h＝[(i+j-1)+(x-1)]n mod bn；

当n/2+1＜j≤n时，h＝[(i+n/2)+(j-n/2-1)(n+1)+(x-1)n]mod bn；

当h＝0时，表示第h行为第bn行。

5.一种路由方法，其特征在于，所述路由方法为基于权利要求1-4任一项所述的数据中心网络结构的路由方法，所述方法包括：

在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，所述第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络；

在第f中间服务器所在的第k-f层网络中，找出所述第f中间服务器可到达的第f+1中间服务器，所述第f+1中间服务器与所述目的服务器处于同一第k-f-1层网络，直到在第k-1中间服务器所在的第1层网络中，找出所述第k-1中间服务器可到达的第k中间服务器，所述第k中间服务器为所述目的服务器，k＞f≥1。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，所述第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络，包括：

在第k层网络中，所述源服务器以及与所述源服务器处于同一个第k-1层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器；

若能够只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，则将所述目的服务器所在的第k-1层网络中，能够被到达的服务器作为所述第1中间服务器，并记录从所述源服务器或所述与源服务器处于同一个第k-1层网络的服务器与所述第1中间服务器之间的路由；

若不能只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，则以所述第k层网络中，与所述源服务器或所述与源服务器处于同一第k-1层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在所述第k层网络中，分别尝试所述跳转服务器以及与所述跳转服务器处于同一第k-1层网络的服务器，能否到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在第k层网络中，所述源服务器以及与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，包括:

在第k层网络中，所述源服务器分别尝试与所述源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与所述目的服务器处于同一个第k-1层网络；

若是，则将所述与所述源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为所述第1中间服务器；

若否，则在第k层网络中，所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器分别尝试，所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与所述目的服务器处于同一个第k-1层网络，若是，则将所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为第1中间服务器，其中，1≤e≤k-1。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述e＝1。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，所述第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络，包括：

判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器；

当在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，不能只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器时，则以所述第k层网络中，与所述源服务器或所述与源服务器处于同一第k-1层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在所述第k层网络中，分别尝试所述跳转服务器以及与所述跳转服务器处于同一第k-1层网络的服务器，能否到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当在所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第x台所述第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)^k-2，1≤x≤b，1≤j≤n，h＝[(i+j-1)+n(x-1)]modbn时；

所述判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器，包括：

计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距离|D_k-S_k|，其中，D_k表示所述源服务器所在的行，S_k表示所述目的服务器所在的行；

当|D_k-S_k|∈{a，a＜n}时，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器；

当|D_k-S_k|∈{a，a≥n}时，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器不能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当在所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第x台所述第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)^k-2，1≤x≤b，1≤j≤n，

当1≤j≤n/2+1时，h＝[(i+j-1)+(x-1)]n mod bn；

当n/2+1＜j≤n时，h＝[(i+n/2)+(j-n/2-1)(n+1)+(x-1)n]mod bn时；

所述判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器，包括：

计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距离|D_k-S_k|，其中，D_k表示所述源服务器所在的行，S_k表示所述目的服务器所在的行；

当时，

所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器能够只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器；

当时，

所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器不能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-1层网络中的任一服务器。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述相对距离根据以下公式计算：

$\left|D_k-S_k\right|=\left\{\begin{array}{cc}RD,& \begin{array}{cc}if& RD\≤(bn/2)\end{array}\\ bn-RD,& \begin{array}{cc}if& RD>(bn/2)\end{array}\end{array}\right.$

其中，k>2，RD＝max(D_k，S_k)-min(D_k，S_k)。

13.根据权利要求5-11任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

查找k层网络中，任意两台服务器之间的所有路由通路；

保存查找到的所述任意两台服务器之间的所有路由通路。