【摘 要】
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随着互联网络数据量和在线服务的急速增长,数据中心网络的规模不断扩大。构建具有高性能,高可扩展性和低成本效益的数据中心网络是一个热点研究问题。同时,工业经验指出,渐进扩展性可以使数据中心获得更好的成本及能耗优势,即,在不破坏已有的拓扑结构的前提之下,数据中心网络可以根据实际需要增加少量的服务器。因此,构建具有渐进可扩展性的数据中心网络结构也是一个颇具挑战性的研究问题。笛卡尔乘积图是一种具有高可扩展性
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随着互联网络数据量和在线服务的急速增长,数据中心网络的规模不断扩大。构建具有高性能,高可扩展性和低成本效益的数据中心网络是一个热点研究问题。同时,工业经验指出,渐进扩展性可以使数据中心获得更好的成本及能耗优势,即,在不破坏已有的拓扑结构的前提之下,数据中心网络可以根据实际需要增加少量的服务器。因此,构建具有渐进可扩展性的数据中心网络结构也是一个颇具挑战性的研究问题。笛卡尔乘积图是一种具有高可扩展性的复合图,它是由基础图和扩展图构造而来的,利用笛卡尔乘积图能够更加灵活的构建任何规模的互连网络结构。本文围绕如何构建一个高性能,扩展性强,灵活度高并且具有良好成本效益的数据中心网络结构展开研究。本文的主要工作和创新之处如下:1)针对数据中心网络结构灵活度差,扩展性低,经济性低等问题,本文提出了一种新型的数据中心网络结构,即FSDC。基于基础图为环图的笛卡尔乘积图,FSDC采用商用m端口交换机和2端口服务器构建而成。由于可以使用不同的基础图构建相同度的笛卡尔乘积图,因此与其他的数据中心网络结构相比,FSDC具有更好的灵活性和可扩展性。此外,本文对FSDC的直径,对分带宽等拓扑性质进行了分析;基于笛卡尔乘积图中节点间存在多条路径的性质,本文设计了一种容错路由算法。通过与其他数据中心网络结构进行对比分析和模拟实验,结果表明,FSDC具有良好的灵活性,可扩展性,以及较好的成本能耗优势。2)针对现实数据中心对渐进式扩展的需求和数据中心应用交流的局部性问题,本文提出了一种新型的数据中心网络结构,即SDCCP。SDCCP也是基于笛卡尔乘积图,采用商用m端口交换机和2端口服务器构建而成。与FSDC不同,SDCCP使用的基础图是完全图,可以更好的利用数据中心中应用交流的局部性提升整体网络的性能。针对SDCCP结构,本文设计了一种分布式算法,该分布式容错路由算法可以运行在SDCCP的任意节点上,并通过利用节点间存在多条不同路径绕过失效设备或链路,使流量均匀分布在不同的链路中,节约了数据传输的时间。此外,为了满足渐进式的扩展需求,本文提出了非完整的SDCCP结构,允许每次添加一部分设备到网络中,并证明了添加过程不影响拓扑的性质。通过与其他数据中心网络结构进行对比和模拟实验,结果表明,SDCCP在网络性能和成本花费之间能够取得更好的平衡。
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