CN108259290B - 一种传输需求中的高效能数据中心组网方法及系统 - Google Patents
一种传输需求中的高效能数据中心组网方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于计算机技术领域，公开了一种传输需求中的高效能数据中心组网方法及系统，该方法包括：收集数据中心中各个计算机节点的传输需求，并组织成一个二维表格；对所有计算机进行组网；对所有交换机S进行组网；当采用了多台交换机T时，需要重复所有交换机T进行组网，直至所有交换机组网完毕。该发明的方法能够更好的根据数据传输需求优化网络结构，在整个网络均匀分配数据传输，从而避免个别交换机成为传输瓶颈。
Description
技术领域
本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种传输需求中的高效能数据中心组网方法及系统。
背景技术
在数据中心中部署N个计算机，每两个计算机有网络传输的需求。传统的数据中心组网方法往往采用固定的结构。例如经典的数据中心往往采用胖树结构，Fat-tree共有核心层(core level)、聚集层(aggregation level)、边界层(edge level)这3层交换机。
由于传统的固定网络结构没有考虑到计算机之间的数据传输需求，所获得的结构往往不能够很好的支持数据传输，即某些交换机可能会承担较大的数据传输量，而成为整个网络的瓶颈。
综上所述，现有技术存在的问题是：传统的固定网络结构没有考虑到计算机之间的数据传输需求，所获得的结构往往不能够很好的支持数据传输，即某些交换机可能会承担较大的数据传输量，而成为整个网络的瓶颈。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种传输需求中的高效能数据中心组网方法及系统。
本发明是这样实现的，一种传输需求中的高效能数据中心组网方法，所述传输需求中的高效能数据中心组网方法包括以下步骤：
步骤一、收集数据中心中各个计算机节点的传输需求，并组织成一个二维表格；
步骤二、对所有计算机进行组网；
步骤三、对所有交换机S进行组网；
步骤四、当在步骤三中采用多台交换机T时，需要重复步骤三对所有交换机T进行组网，直至所有交换机组网完毕。
进一步，所述步骤二中，具体包括：
1)、选择传输需求最大的两个计算机节点Ni和Nj，集合G＝{Ni，Nj}作为待扩展计算机组；
2)、扩展集合G，依次选择没有组网的计算机节点Nk，集合H＝G U{Nk}，然后把集合H作为待选计算机组，计算组外流量需求FO和组内流量需求FI；
所述组内流量需求FI包括把传输需求表中横轴和纵轴的计算机节点都属于集合H的数据相加；
所述组外流量需求FO包括：把传输需求表中横轴或纵轴的计算机节点仅一个属于集合H的数据相加；
3)、如果不存在FO+FI<交换机流量上限W的计算机节点用于扩展G，则转6)；
4)、如果存在某些计算机节点，计算得到的FO+FI<交换机流量上限W；从这些计算机节点中，选择组外流量FO最小的节点Nk用于扩展G，集合G＝G U{Nk}；
5)、如果还有没有组团的计算机节点，则转2)；
6)、若当前的集合G是一个完整的计算机组，把G中的计算机节点用一台交换机S进行连接；
7)、调整传输需求表，即把表中属于集合G的节点合并成一项用交换机S进行命名；
8)、如果还有没有组团的计算机节点，则转1)。
进一步，所述步骤三中，具体包括：
第一步、选择传输需求最大的两个交换机节点Si和Sj，集合G＝{Si，Sj}作为待扩展交换机组；
第二步、扩展集合G，依次选择没有组网的交换机节点Sk，集合H＝G U{Sk}，然后把集合H作为一个待选的交换机组，计算组外流量需求FO和组内流量需求FI；
所述组内流量需求FI包括：把传输需求表中横轴和纵轴的交换机节点都属于集合H的数据相加；
所述组外流量需求FO包括：把传输需求表中横轴或纵轴的交换机节点仅一个属于集合H的数据相加；
第三步、如果不存在FO+FI<交换机流量上限W的交换机节点用于扩展G，则转第六步；
第四步、如果存在某些交换机节点，计算得到的FO+FI<交换机流量上限W；从这些交换机节点中，选择组外流量最小的交换机节点Sk用于扩展G，集合G＝G U{Sk}；
第五步、如果还有没有组网的交换机节点，则转第二步；
第六步、当前的集合G是一个完整的交换机组，把G中的交换机节点用一台交换机T进行连接；
第七步、调整传输需求表，即把表中属于集合G的交换机节点合并成一项用交换机T进行命名；
第八步、如果还有没有组网的交换机节点S，则转第一步。
本发明的另一目的在于提供一种传输需求中的高效能数据中心组网系统。
本发明的优点及积极效果为：该方法能够更好的根据数据传输需求优化网络结构，在整个网络均匀分配数据传输，从而避免个别交换机成为传输瓶颈。
附图说明
图1是本发明实施例提供的传输需求中的高效能数据中心组网方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明能够更好的根据数据传输需求优化网络结构，在整个网络均匀分配数据传输，从而避免个别交换机成为传输瓶颈。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供的传输需求中的高效能数据中心组网方法包括：
S101：收集数据中心中各个计算机节点的传输需求，并组织成一个二维表格；
S102：对所有计算机进行组网；
S103：对所有交换机S进行组网；
S104：当在S103中采用多台交换机T时，需要重复S103对所有交换机T进行组网，直至所有交换机组网完毕。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
发明实施例提供的传输需求中的高效能数据中心组网方法包括以下步骤：
1、收集数据中心中各个计算机节点的传输需求，并组织成一个二维表格；例如，一个包含5个计算机节点的数据中心的传输需求表如下所示。
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | |
| N1 | 11 | ||||
| N2 | |||||
| N3 | |||||
| N4 | |||||
| N5 |
表格中数字11说明：计算机节点N1需要向计算机节点N2以速率11传输数据。
2、所有计算机进行组网；操作步骤如下：
步骤1、选择传输需求最大的两个计算机节点Ni和Nj，集合G＝{Ni，Nj}作为待扩展计算机组；
步骤2、扩展集合G，即依次选择没有组网的计算机节点Nk，集合H＝G U{Nk}，然后把集合H作为待选计算机组，计算“组外流量需求FO”和“组内流量需求FI”；
“组内流量需求FI”是把传输需求表中横轴和纵轴的计算机节点都属于集合H的数据相加；
“组外流量需求FO”是把传输需求表中横轴或纵轴的计算机节点仅一个属于集合H的数据相加；
步骤3、如果不存在FO+FI<交换机流量上限W的计算机节点可以用于扩展G，则转步骤6；
步骤4、如果存在某些计算机节点，计算得到的FO+FI<交换机流量上限W。从这些计算机节点中，选择组外流量FO最小的节点Nk用于扩展G，即集合G＝G U{Nk}；
步骤5、如果还有没有组团的计算机节点，则转步骤2；
步骤6、当前的集合G是一个完整的计算机组，把G中的计算机节点用一台交换机S进行连接；
步骤7、调整传输需求表，即把表中属于集合G的节点合并成一项用交换机S进行命名；
步骤8、如果还有没有组团的计算机节点，则转步骤1。
3、所有交换机S进行组网；具体操作步骤如下：
步骤1)、选择传输需求最大的两个交换机节点Si和Sj，集合G＝{Si，Sj}作为待扩展交换机组；
步骤2)、扩展集合G，即依次选择没有组网的交换机节点Sk，集合H＝G U{Sk}，然后把集合H作为一个待选的交换机组，计算“组外流量需求FO”和“组内流量需求FI”；
“组内流量需求FI”是把传输需求表中横轴和纵轴的交换机节点都属于集合H的数据相加；
“组外流量需求FO”是把传输需求表中横轴或纵轴的交换机节点仅一个属于集合H的数据相加；
步骤3)、如果不存在FO+FI<交换机流量上限W的交换机节点可以用于扩展G，则转6)；
步骤4)、如果存在某些交换机节点，计算得到的FO+FI<交换机流量上限W。从这些交换机节点中，选择组外流量最小的交换机节点Sk用于扩展G，即集合G＝G U{Sk}；
步骤5)、如果还有没有组网的交换机节点，则转2)；
步骤6)、当前的集合G是一个完整的交换机组，把G中的交换机节点用一台交换机T进行连接；
步骤7)、调整传输需求表，即把表中属于集合G的交换机节点合并成一项用交换机T进行命名；
步骤8)、如果还有没有组网的交换机节点S，则转1)。
4、采用多台交换机T时，需要重复组网对所有交换机T进行组网，直至所有交换机组网完毕。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
实施例：
该数据中心有6个计算机节点，数据中心中的交换机流量上限W＝100。收集到的计算机节点之间的数据传输需求如下表所示。
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | N6 | |
| N1 | 1 | 10 | ||||
| N2 | 8 | 10 | ||||
| N3 | 13 | 6 | 22 | 1 | ||
| N4 | 19 | 3 | 2 | |||
| N5 | 5 | 2 | ||||
| N6 | 4 | 15 | 4 | 8 |
选择传输需求最大的两个计算机节点N3和N5，构造集合G＝{N3，N5}作为待扩展计算机组。组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | N6 | |
| N1 | 1 | 10 | ||||
| N2 | 8 | 10 | ||||
| N3 | 13 | 6 | 22 | 1 | ||
| N4 | 19 | 3 | 2 | |||
| N5 | 5 | 2 | ||||
| N6 | 4 | 15 | 4 | 8 |
| 组 | {N3，N5} |
| 组内流量FI | 24 |
| 组外流量FO | 35 |
依次选择集合G外的计算机节点Nk，集合H＝G U{Nk}，然后把集合H作为待选计算机组，计算“组外流量需求FO”和“组内流量需求FI”。
例如选择计算机N1，集合H＝{N1，N3，N5}，组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | N6 | |
| N1 | 1 | 10 | ||||
| N2 | 8 | 10 | ||||
| N3 | 13 | 6 | 22 | 1 | ||
| N4 | 19 | 3 | 2 | |||
| N5 | 5 | 2 | ||||
| N6 | 4 | 15 | 4 | 8 |
| 组 | N3N5 |
| 候选增加节点 | N1 |
| 组内流量FI | 52 |
| 组外流量FO | 7 |
选择计算机N2，集合H＝{N2，N3，N5}，组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | N6 | |
| N1 | 1 | 10 | ||||
| N2 | 8 | 10 | ||||
| N3 | 13 | 6 | 22 | 1 | ||
| N4 | 19 | 3 | 2 | |||
| N5 | 5 | 2 | ||||
| N6 | 4 | 15 | 4 | 8 |
选择计算机N4，集合H＝{N3，N4，N5}，组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | N6 | |
| N1 | 1 | 10 | ||||
| N2 | 8 | 10 | ||||
| N3 | 13 | 6 | 22 | 1 | ||
| N4 | 19 | 3 | 2 | |||
| N5 | 5 | 2 | ||||
| N6 | 4 | 15 | 4 | 8 |
选择计算机N6，集合H＝{N3，N5，N6}，组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
根据上述结果可知，如果扩展节点N1或N2，计算得到的FO+FI都小于交换机流量上限100。进一步的，从节点N1和N2中选择组外流量FO最小的节点N1，扩展集合G，即集合G U{N1}＝{N1，N3，N5}。
进行下一轮集合G的扩展，依次选择集合G外的计算机节点Nk，集合H＝G U{Nk}，然后把集合H作为待选计算机组，计算“组外流量需求FO”和“组内流量需求FI”。
例如选择计算机N2，集合H＝{N1，N2，N3，N5}，组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | N6 | |
| N1 | 1 | 10 | ||||
| N2 | 8 | 10 | ||||
| N3 | 13 | 6 | 22 | 1 | ||
| N4 | 19 | 3 | 2 | |||
| N5 | 5 | 2 | ||||
| N6 | 4 | 15 | 4 | 8 |
| 组 | N1N3N5 |
| 候选增加节点 | N2 |
| 组内流量FI | 59 |
| 组外流量FO | 70 |
选择计算机N4，集合H＝{N1，N3，N4，N5}，组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | N6 | ||
| N1 | 1 | 10 | |||||
| N2 | 8 | 10 | |||||
| N3 | 13 | 6 | 22 | 1 | |||
| N4 | 19 | 3 | 2 | ||||
| N5 | 5 | 2 | |||||
| N6 | 4 | 15 | 4 | 8 |
选择计算机N6，集合H＝{N1，N3，N5，N6}，组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
| N1 | N2 | N3 | N4 | N5 | N6 | |
| N1 | 1 | 10 | ||||
| N2 | 8 | 10 | ||||
| N3 | 13 | 6 | 22 | 1 | ||
| N4 | 19 | 3 | 2 | |||
| N5 | 5 | 2 | ||||
| N6 | 4 | 15 | 4 | 8 |
根据上述结果可知，不存在FO+FI<100的节点可以用来扩展G，所以当前的集合G是一个完整的计算机组，把G中的计算机节点用交换机S1进行连接。
重组数据传输需求表如下表所示：
| S1 | N2 | N4 | N6 | |
| S1 | 7 | 1 | ||
| N2 | 8 | 10 | ||
| N4 | 5 | 19 | ||
| N6 | 12 | 15 | 4 |
对剩余计算机节点进行组网，选择传输需求最大的两个节点N2和N4，构造待扩展集合G＝{N2，N4}。组外流量需求FO和组内流量需求FI分别计算如下：
| S1 | N2 | N4 | N6 | |
| S1 | 7 | 1 | ||
| N2 | 8 | 10 | ||
| N4 | 5 | 19 | ||
| N6 | 12 | 15 | 4 |
| 组 | {N2，N4} |
| 组内流量FI | 27 |
| 组外流量FO | 41 |
选择集合G外的计算机节点N6，集合H＝G U{N6}，然后把集合H作为计算机组，计算“组外流量需求FO”和“组内流量需求FI”，得到的结算结果为：
| S1 | N2 | N4 | N6 | |
| S1 | 7 | 1 | ||
| N2 | 8 | 10 | ||
| N4 | 5 | 19 | ||
| N6 | 12 | 15 | 4 |
| 组 | {N2，N4} |
| 候选增加节点 | N6 |
| 组内流量FI | 56 |
| 组外流量FO | 25 |
根据上述结果可知，如果扩展节点N6，计算得到的FO+FI<交换机流量上限100。扩展集合G，即集合G U{N6}＝{N2，N4，N6}。
由于没有剩余孤立的节点可以进行扩展，所以当前的集合G是一个完整的计算机组，把G中的计算机节点用交换机S2进行连接。
重组数据传输需求表如下表所示：
| S1 | S2 | |
| S1 | 8 | |
| S2 | 17 |
此时数据传输需求表中的节点都变成了交换机。所以需要对交换机进行组网。
因为只有2个交换机S1和S2，计算“组外流量需求FO”和“组内流量需求FI”，得到的结算结果为：
| 组 | {S1，S2} |
| 组内流量FI | 25 |
| 组外流量FO | 0 |
由于交换机之间是数据传输没有超过交换机流量上限100，所以可以直接把这个2个交换机S1和S2用交换机P1进行连接。
至此，整个数据中心采用三台交换机组网完毕。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种传输需求中的高效能数据中心组网方法，其特征在于，所述传输需求中的高效能数据中心组网方法包括以下步骤：
步骤一、收集数据中心中各个计算机节点的传输需求，并组织成一个二维表格；
步骤二、对所有计算机进行组网；
步骤三、对所有交换机S进行组网；
步骤四、当在步骤三中采用多台交换机T时，重复步骤三，对所有交换机T进行组网，直至所有交换机组网完毕；
所述步骤二中，具体包括：
1)、选择传输需求最大的两个计算机节点Ni和Nj，集合G＝{Ni，Nj}作为待扩展计算机组；
2)、扩展集合G，依次选择没有组网的计算机节点Nk，集合H＝G U{Nk}，然后把集合H作为待选计算机组，计算组外流量需求FO和组内流量需求FI；
所述组内流量需求FI包括把传输需求表中横轴和纵轴的计算机节点都属于集合H的数据相加；
所述组外流量需求FO包括：把传输需求表中横轴或纵轴的计算机节点仅一个属于集合H的数据相加；
3)、如果不存在FO+FI<交换机流量上限W的计算机节点用于扩展G，则转6)；
4)、如果存在某些计算机节点，计算得到的FO+FI<交换机流量上限W；从这些计算机节点中，选择组外流量FO最小的节点Nk用于扩展G，集合G＝G U{Nk}；
5)、如果还有没有组团的计算机节点，则转2)；
6)、若当前的集合G是一个完整的计算机组，把G中的计算机节点用一台交换机S进行连接；
7)、调整传输需求表，即把表中属于集合G的节点合并成一项用交换机S进行命名；
8)、如果还有没有组团的计算机节点，则转1)。
2.如权利要求1所述传输需求中的高效能数据中心组网方法，其特征在于，所述步骤三中，具体包括：
第一步、选择传输需求最大的两个交换机节点Si和Sj，集合G＝{Si，Sj}作为待扩展交换机组；
第二步、扩展集合G，依次选择没有组网的交换机节点Sk，集合H＝G U{Sk}，然后把集合H作为一个待选的交换机组，计算组外流量需求FO和组内流量需求FI；
所述组内流量需求FI包括：把传输需求表中横轴和纵轴的交换机节点都属于集合H的数据相加；
所述组外流量需求FO包括：把传输需求表中横轴或纵轴的交换机节点仅一个属于集合H的数据相加；
第三步、如果不存在FO+FI<交换机流量上限W的交换机节点用于扩展G，则转第六步；
第四步、如果存在某些交换机节点，计算得到的FO+FI<交换机流量上限W；从这些交换机节点中，选择组外流量最小的交换机节点Sk用于扩展G，集合G＝G U{Sk}；
第五步、如果还有没有组网的交换机节点，则转第二步；
第六步、当前的集合G是一个完整的交换机组，把G中的交换机节点用一台交换机T进行连接；
第七步、调整传输需求表，即把表中属于集合G的交换机节点合并成一项用交换机T进行命名；
第八步、如果还有没有组网的交换机节点S，则转第一步。
3.一种如权利要求1所述传输需求中的高效能数据中心组网方法的传输需求中的高效能数据中心组网系统。
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| CN201810019502.7A CN108259290B (zh) | 2018-01-09 | 2018-01-09 | 一种传输需求中的高效能数据中心组网方法及系统 |
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|---|---|
| CN108259290A CN108259290A (zh) | 2018-07-06 |
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