CN111262913B - 一种数据中心网络拓扑结构、确定方法及系统 - Google Patents

一种数据中心网络拓扑结构、确定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种数据中心网络拓扑结构、确定方法及系统。其中，所述服务器包括多个连接端口，所述交换机包括n个端口；所述内联网络拓扑结构的第0层的拓扑结构包括一个所述交换机和n个所述服务器；一个所述交换机与n个所述服务器直接连接；所述第0层的拓扑结构为最底层的拓扑结构；第l层的拓扑结构包括tl‑1+1个第l‑1层的拓扑结构；第i个所述第l‑1层的拓扑结构中的
Figure DDA0002362189670000011
个所述服务器分别与不同的位置的所述第l‑1层的拓扑结构中的所述服务器连接；tl‑1为第l‑1层的拓扑结构中所述服务器的个数。本发明提供的数据中心网络拓扑结构，解决现有技术中数据传输效率低和可靠性低的问题。

Description

一种数据中心网络拓扑结构、确定方法及系统
技术领域
本发明涉及互联网技术领域，特别是涉及一种数据中心网络拓扑结构、确定方法及系统。
背景技术
在近几年，由于数据的飞速增长，对服务器运算速度和容量的要求也不停地增大，以至于许多大型的数据中心在不停地建设及扩建来解决这些问题，来更好的提供在线的应用及服务，如搜索，电子邮件，及时通讯，以及web2.0的时代。此外，这些数据中心还托管基础设施服务，如：分布式文件系统，结构化存储和分布式执行引擎。在这项工作中关注数据中心内部的网络基础设施，它通过高速链路和交换机连接大量的服务器，我们称之为数据中心网络(DCN)。
DCN有三个设计目标。首先，网络基础设施必须可扩展到大量服务器，并允许增量扩展。其次，DCN必须对各种服务器故障，链接中断或服务器机柜故障具有容错能力；第三，DCN必须提供高网络容量，以更好地支持带宽密集型服务。
首先，数据中心越来越大，服务器的数量正以指数速度增长。例如，到2006年谷歌已经在它的30个数据中心拥有超过450,000台服务器，而微软和雅虎，在他们的数据中心也有成千上万的服务器。微软甚至每14个月就增加一倍的服务器数量，超过了摩尔定律。其次，由于GFS中的文件复制和MapReduce中的all-to-all通信等操作，许多基础设施服务要求更高的带宽。因此，网络带宽往往是一个稀缺资源。当前的DCN实践是使用交换机、核心交换机或核心路由器的树层次结构连接所有服务器。每次扩展结构，需要改变原有的拓扑结构，并且需要改变交换的性能或者增加交换机的数据，实现增加服务器数据的目的。但是，当交换机的数量或者性能增加到一定程度后，网络拓扑结构将很难再进行扩大，无法满足DCN有三个设计目标，即无法保证数据的传输效率和可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种数据中心网络拓扑结构、确定方法及系统，解决现有技术中数据传输效率低和可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种数据中心网络拓扑结构，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换器，其特征在于，所述服务器包括多个连接端口，所述交换机包括n个端口；所述内联网络拓扑结构的第0层的拓扑结构包括一个所述交换机和n个所述服务器；一个所述交换机与n个所述服务器直接连接；所述第0层的拓扑结构为最底层的拓扑结构；
第l层的拓扑结构包括tl-1+1个第l-1层的拓扑结构；第i个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure BDA0002362189650000021
个所述服务器分别与不同的位置的所述第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接；tl-1为第l-1层的拓扑结构中所述服务器的个数。
一种数据中心网络拓扑结构确定方法，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换器，包括：
获取第0层的拓扑结构；所述第0层的拓扑结构为n个服务器与一个交换机直接连接；所述交换机包括n个端口；所述服务器包括多个连接端口；
获取第l-1层的拓扑结构中的服务器的数目tl-1；
利用公式zl＝tl-1+1确定第l-1层的拓扑结构的数目；
将zl个第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接，确定第l层的拓扑结构；
确定每层的拓扑结构；
根据所述每层的拓扑结构确定所述数据中心网络拓扑结构。
可选的，所述将zl个第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接，确定第l层的拓扑结构，具体包括：
将每个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure BDA0002362189650000022
个所述服务器分别与不同位置的所述第l-1层的拓扑结构中的服务器相互连接，确定第l层的拓扑结构。
可选的，所述将每个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure BDA0002362189650000031
个所述服务器分别与不同位置的所述第l-1层的拓扑结构中的服务器相互连接，确定第l层的拓扑结构，之前还包括：
对每个所述第l-1层的拓扑结构进行编号；
对每个所述服务器进行编号。
可选的，所述对每个所述服务器进行编号，具体包括：
采用元组对所述服务器进行编号；所述元组为[al,al-1,..ai.,a1,a0]，a0表示服务器在第0层的拓扑结构中的位置，ai表示服务器位于第ai个第i-1层的拓扑结构中。
一种数据中心网络拓扑结构确定系统，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换器，包括：
第0层的拓扑结构获取模块，用于获取第0层的拓扑结构；所述第0层的拓扑结构为n个服务器与一个交换机直接连接；所述交换机包括n个端口；所述服务器包括多个连接端口；
服务器数据获取模块，用于获取第l-1层的拓扑结构中的服务器的数目tl-1；
拓扑结构的数目确定模块，用于利用公式zl＝tl-1+1确定第l-1层的拓扑结构的数目；
第l层的拓扑结构确定模块，用于将zl个第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接，确定第l层的拓扑结构；
每层的拓扑结构确定模块，用于确定每层的拓扑结构；
数据中心网络拓扑结构确定模块，用于根据所述每层的拓扑结构确定所述数据中心网络拓扑结构。
可选的，第l层的拓扑结构确定模块具体包括：
第l层的拓扑结构确定单元，用于将每个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure BDA0002362189650000032
个所述服务器分别与不同位置的所述第l-1层的拓扑结构中的服务器相互连接，确定第l层的拓扑结构。
可选的，所述第l层的拓扑结构确定单元，之前还包括：
拓扑结构编号单元，用于对每个所述第l-1层的拓扑结构进行编号；
服务器编号单元，用于对每个所述服务器进行编号。
可选的，所述服务器编号单元具体包括：
服务器编号子单元，用于采用元组对所述服务器进行编号；所述元组为[al,al-1,..ai.,a1,a0]，a0表示服务器在第0层的拓扑结构中的位置，ai表示服务器位于第ai个第i-1层的拓扑结构中。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的目的是提供一种数据中心网络拓扑结构、确定方法及系统，数据中心网络拓扑结构中的第l层的拓扑结构包括tl-1+1个第l-1层的拓扑结构；第i个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure BDA0002362189650000041
个所述服务器分别与不同的位置的所述第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接。在上一层的拓扑结构的基础上，通过服务器和服务器之间的连接，确定当前层的拓扑结构，即将网络流量均匀的分布在服务器之间和服务器上的链接之间。每层的拓扑结构只需使用小型的交换机实现通信，避免了对交换机性能的要求。并且，通过低级的数据中心网络拓扑结构确定高级的数据中心网络拓扑结构，扩展随着服务器节点的数量成倍的增长，解决了当交换机的数量或者性能增加到一定程度后，网络拓扑结构将很难再进行扩大的问题，进而实现了数据传输的高效率和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的n＝4时，两层的数据中心网络拓扑结构图；
图2为本发明所提供的n＝4时，三层的数据中心网络拓扑结构图；
图3为本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构确定方法流程示意图；
图4为本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构确定系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种数据中心网络拓扑结构、确定方法及系统，解决现有技术中数据传输效率低和可靠性低的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换器，所述服务器包括多个连接端口，所述交换机包括n个端口；所述内联网络拓扑结构的第0层的拓扑结构包括一个所述交换机和n个所述服务器；一个所述交换机与n个所述服务器直接连接；所述第0层的拓扑结构为最底层的拓扑结构；
第l层的拓扑结构包括tl-1+1个第l-1层的拓扑结构；第i个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure BDA0002362189650000051
个所述服务器分别与不同的位置的所述第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接；tl-1为第l-1层的拓扑结构中所述服务器的个数。
图1为本发明所提供的n＝4时，两层的数据中心网络拓扑结构图，图2为本发明所提供的n＝4时，三层的数据中心网络拓扑结构图，如图1和图2所示，本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构，根据低层的拓扑结构确定高层的拓扑结构，通过服务器之间的连接，实现数据的通信。本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构基于服务器间互连和迭代的构造，即本发明的数据中心网络拓扑结构为一种服务器交替互连的网络拓扑结构(ServersAlternate InterconnectionTopology，SAIT)。SAIT不会产生单个节点的故障，对各种类型的服务器故障、连接中断或服务器机柜具有容错能力。这种容错能力来自它丰富的物理连接和分布式的路由协议。SAIT支持高网络容量，SAIT中的网络流量均匀的分布在服务器之间和服务器上的链接之间。
图3为本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构确定方法流程示意图，如图3所示，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换器，本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构确定方法包括：
S301，获取第0层的拓扑结构；所述第0层的拓扑结构为n个服务器与一个交换机直接连接；所述交换机包括n个端口；所述服务器包括多个连接端口；
S302，获取第l-1层的拓扑结构中的服务器的数目tl-1。
S303，利用公式zl＝tl-1+1确定第l-1层的拓扑结构的数目。
S304，将zl个第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接，确定第l层的拓扑结构。
对每个所述第l-1层的拓扑结构进行编号。
对每个所述服务器进行编号。
将每个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure BDA0002362189650000061
个所述服务器分别与不同位置的所述第l-1层的拓扑结构中的服务器相互连接，确定第l层的拓扑结构。
S305，确定每层的拓扑结构。
S306，根据所述每层的拓扑结构确定所述数据中心网络拓扑结构。
其中，采用元组对所述服务器进行编号；所述元组为[al,al-1,..ai.,a1,a0]，a0表示服务器在第0层的拓扑结构中的位置，ai表示服务器位于第ai个第i-1层的拓扑结构中。
进一步地，每个服务器地址都可以利用公式
Figure BDA0002362189650000062
将每个服务器的元组转换为一个唯一的单整数值，即uid。服务器的元组地址与uid是一对一的映射，且uid∈[0,tl)。
因此，第l层的拓扑结构中的每个服务器就可以用值对(al,uidl)来表示，其中al表示服务器位于第ai个第l-1层的拓扑结构中，uidl-1表示服务器在序号为al的第l-1层的拓扑结构中的唯一ID，且uidl-1∈[0,tl-1)。
将第al的所述第l-1层的拓扑结构中所述服务器编号为(al,uidl-1)与((al+k)modzl,uidl-1-2)服务器相连，确定第l层的拓扑结构；al为第l层的拓扑结构中所述第l-1层的拓扑结构的编号，uidl-1为在第ai个所述第l-1层的拓扑结构中服务器的编号，
Figure BDA0002362189650000071
当l为奇数时，uidl-1＝4k-1，当l为偶数时，uidl-1＝4k-2。
即，在确定第l层的拓扑结构中将zl个第l-1中
Figure BDA0002362189650000072
的服务器相互连接。并且通过上述的连接规则保证了第l层的拓扑结构中的服务器连接次数能够保持均匀、一致且便于分配。
本发明还提供了一种数据中心网络拓扑结构确定系统，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换器，图4为本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构确定系统结构示意图，如图4所示，本发明所提供的一种数据中心网络拓扑结构确定系统包括：第0层的拓扑结构获取模块401、服务器数据获取模块402、拓扑结构的数目确定模块403、第l层的拓扑结构确定模块404、每层的拓扑结构确定模块405和数据中心网络拓扑结构确定模块406。
第0层的拓扑结构获取模块401用于获取第0层的拓扑结构；所述第0层的拓扑结构为n个服务器与一个交换机直接连接；所述交换机包括n个端口；所述服务器包括多个连接端口。
服务器数据获取模块402用于获取第l-1层的拓扑结构中的服务器的数目tl-1。
拓扑结构的数目确定模块403用于利用公式zl＝tl-1+1确定第l-1层的拓扑结构的数目。
第l层的拓扑结构确定模块404用于将zl个第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接，确定第l层的拓扑结构。
每层的拓扑结构确定模块405用于确定每层的拓扑结构。
数据中心网络拓扑结构确定模块406用于根据所述每层的拓扑结构确定所述数据中心网络拓扑结构。
第l层的拓扑结构确定模块404具体包括：第l层的拓扑结构确定单元、拓扑结构编号单元和服务器编号单元。
第l层的拓扑结构确定单元用于将每个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure BDA0002362189650000081
个所述服务器分别与不同位置的所述第l-1层的拓扑结构中的服务器相互连接，确定第l层的拓扑结构。
拓扑结构编号单元用于对每个所述第l-1层的拓扑结构进行编号。
服务器编号单元用于对每个所述服务器进行编号。
所述服务器编号单元具体包括：服务器编号子单元。
服务器编号子单元用于采用元组对所述服务器进行编号；所述元组为[al,al-1,..ai.,a1,a0]，a0表示服务器在第0层的拓扑结构中的位置，ai表示服务器位于第ai个第i-1层的拓扑结构中。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种数据中心网络拓扑结构，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换机，其特征在于，所述服务器包括多个连接端口，所述交换机包括n个端口；内联网络拓扑结构的第0层的拓扑结构包括一个所述交换机和n个所述服务器；一个所述交换机与n个所述服务器直接连接；所述第0层的拓扑结构为最底层的拓扑结构；
第l层的拓扑结构包括tl-1+1个第l-1层的拓扑结构；第i个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure FDA0003701411100000011
个所述服务器分别与不同的位置的所述第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接；tl-1为第l-1层的拓扑结构中所述服务器的个数。
2.一种数据中心网络拓扑结构确定方法，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换机，其特征在于，包括：
获取第0层的拓扑结构；所述第0层的拓扑结构为n个服务器与一个交换机直接连接；所述交换机包括n个端口；所述服务器包括多个连接端口；
获取第l-1层的拓扑结构中的服务器的数目tl-1；
利用公式zl＝tl-1+1确定第l-1层的拓扑结构的数目；
将zl个第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接，确定第l层的拓扑结构；
确定每层的拓扑结构；
根据所述每层的拓扑结构确定所述数据中心网络拓扑结构；
所述将zl个第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接，确定第l层的拓扑结构，具体包括：
将每个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure FDA0003701411100000012
个所述服务器分别与不同位置的所述第l-1层的拓扑结构中的服务器相互连接，确定第l层的拓扑结构。
3.根据权利要求2所述的一种数据中心网络拓扑结构确定方法，其特征在于，所述将每个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure FDA0003701411100000013
个所述服务器分别与不同位置的所述第l-1层的拓扑结构中的服务器相互连接，确定第l层的拓扑结构，之前还包括：
对每个所述第l-1层的拓扑结构进行编号；
对每个所述服务器进行编号。
4.根据权利要求3所述的一种数据中心网络拓扑结构确定方法，其特征在于，所述对每个所述服务器进行编号，具体包括：
采用元组对所述服务器进行编号；所述元组为[al,al-1,..ai.,a1,a0]，a0表示服务器在第0层的拓扑结构中的位置，ai表示服务器位于第ai个第i-1层的拓扑结构中。
5.一种数据中心网络拓扑结构确定系统，所述数据中心网络拓扑结构包括服务器和交换机，其特征在于，包括：
第0层的拓扑结构获取模块，用于获取第0层的拓扑结构；所述第0层的拓扑结构为n个服务器与一个交换机直接连接；所述交换机包括n个端口；所述服务器包括多个连接端口；
服务器数据获取模块，用于获取第l-1层的拓扑结构中的服务器的数目tl-1；
拓扑结构的数目确定模块，用于利用公式zl＝tl-1+1确定第l-1层的拓扑结构的数目；
第l层的拓扑结构确定模块，用于将zl个第l-1层的拓扑结构中的所述服务器连接，确定第l层的拓扑结构；
每层的拓扑结构确定模块，用于确定每层的拓扑结构；
数据中心网络拓扑结构确定模块，用于根据所述每层的拓扑结构确定所述数据中心网络拓扑结构；
第l层的拓扑结构确定模块具体包括：
第l层的拓扑结构确定单元，用于将每个所述第l-1层的拓扑结构中的
Figure FDA0003701411100000021
个所述服务器分别与不同位置的所述第l-1层的拓扑结构中的服务器相互连接，确定第l层的拓扑结构。
6.根据权利要求5所述的一种数据中心网络拓扑结构确定系统，其特征在于，所述第l层的拓扑结构确定单元，之前还包括：
拓扑结构编号单元，用于对每个所述第l-1层的拓扑结构进行编号；
服务器编号单元，用于对每个所述服务器进行编号。
7.根据权利要求6所述的一种数据中心网络拓扑结构确定系统，其特征在于，所述服务器编号单元具体包括：
服务器编号子单元，用于采用元组对所述服务器进行编号；所述元组为[al,al-1,..ai.,a1,a0]，a0表示服务器在第0层的拓扑结构中的位置，ai表示服务器位于第ai个第i-1层的拓扑结构中。
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