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【摘 要】本文的出发点为云计算的网络需求，针对云计算系统中的网络拓扑结构特点进行研究与分析，提出了云计算系统中网络拓扑结构的基本思想——由中心的主干交换部分和外围树状子网组成；并给出了相应的实现解决思路。
【关键词】云计算 网络拓扑设计 算法实现
一、云计算基本概念
近些年，云计算这一概念在行业内被普遍提及，也随之为这一技术带来了巨大的发展。维基百科（Wikipedia.com）对云计算的定义如下：一种基于互联网的计算机新方式，通过互联网上的异构、自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。分析这一概念我们可以了解到，在互联网时代，计算能力已经成为了一种“商品”在进行销售，它就像我们日常生活中的水电、煤气一样，价格便宜，使用方便。目前，国内外的互联网商业巨头纷纷推出自己的云计算平台，如google、微软、IBM、亚马逊等，并将其作为未来发展的重要战略之一。因此，针对云计算的研究不仅是互联网时代业界技术发展的重要趋势，也具有十分重要的应用价值。
二、云计算的体系结构
云计算是一个革命性的举措，它不仅带来了IT模式的变化，也引发了IT服务的变革。在云计算时代，数据是自己的，而对于数据的计算、处理等操作，都可以交给云计算数据中心进行。云计算平台可以看成是一个强大的“云”网络，不仅将众多并发的网格计算和服务连接起来，还利用虚拟化技术对每一个服务器能力进行拓展，这样就通过云计算平台使得各自的资源整合起来，拥有超级计算和存储能力。从总体上看，云计算由三个基础部分组成：基础设施，网络和终端。
三、云计算的关键技术
云计算是以数据为中心的一种数据密集型的超级计算方式，它在数据存储和管理、编程模式和虚拟化等方面都具有自身独特的技术。
（一）数据存储和管理。云计算的数据一般采用分布式方式进行存储和管理。为了保证数据的高吞吐率、可靠性及高利用率，冗余存储的方式也时常采用。此外，鉴于云计算中对数据读取和分析的频率高于数据更新频率，云计算系统的数据管理常采用列存储的数据管理模式---将表按列划分后存储。
（二）编程模式。在云计算系统的编程实现过程中，应当尽可能的简单化。究其原因，主要是因为简单化的编程模式能够为基于云计算服务的开发人员提供便利，可以帮助他们在进行后台并行执行和任务调度时获得相对透明的流程，进一步得帮忙他们专心于业务逻辑。
（三）虚拟化技术。虚拟化技术是云计算有别于一般并行计算的根本性特点，也是云计算中的一个关键技术。采用虚拟机技术对云计算资源进行管理具有以下几点优势：移动性、独立性和高整合性。
四、云计算中的网络拓扑设计
云计算作为基于互联网的商业计算模型，其后端的网络拓扑结构十分复杂。对云计算系统中后端大量的服务器进行有效地组织和管理一直是云计算研究中重要的方面，这是保证云计算系统稳定运行的关键。和一般的企业网络、公网相比，云计算网络结构的特点有以下几方面不同：
（一）云计算系统后端网络的复杂程度远远大于一般公司的网络，因此，合理高效的网络拓扑结构是云计算系统中的关键，其主要的作用在于为网络中数据传输的畅通和稳定提供保证。
（二）云计算系统网络内部的数据流量大，主要由于系统主要面向大量的用户和大规模的业务处理。同时，还可能会有服务等级区分度较大的问题。
（三）云计算系统的中网络需要保证高稳定性，这主要是由于用户所有业务及数据都依赖云来开展。
（四）云计算系统需要有良好的可扩展性。云计算系统的规模较大，不可能一次性建设完成，而且用户规模会随服务的增加持续扩大，因此，如果没有良好的可扩展性很难满足要求。
图 1. 云系统后端网络结构示意图
云计算系统中整个网络的效率、稳定性和复杂度由核心交换层的网络拓扑结构决定。显而易见的，如果核心交换节点直接两两相【摘 要】本文的出发点为云计算的网络需求，针对云计算系统中的网络拓扑结构特点进行研究与分析，提出了云计算系统中网络拓扑结构的基本思想——由中心的主干交换部分和外围树状子网组成；并给出了相应的实现解决思路。
【关键词】云计算 网络拓扑设计 算法实现
连，由此形成的全连通网络抗稳定性是最优的，网络的畅通性也能够得到保证。但是，这样拓扑结构的网络其建设和维护的成本较高，各个核心交换节点中的路由和管理复杂度极高。另一方面，直接以各自交换节点为根生成最小生成树也可以构建网络，这样的网络拓扑结构相对简单，成本低，但是其稳定性较差，容易造成网络的不连通。
因此，一种合理且有效的方式可以简化为如图1所示的结构。通过对该网络抽象化，将需要研究的问题突出显示，即抽象化每一个子网为一个节点，给每个节点附上交换能力、子网流量和地理位置信息等特性。此时，针对网络主干拓扑结构的设计问题就可以表示为如何在已知若干节点容量、地理位置信息和可能流量等信息的前提下，将这些节点互相连接并形成一个冗余小、网络架设开销小的网络拓扑。
针对云计算网络拓扑设计已有众多研究者进行了深入的研究和讨论，该问题可以表示成图论中的一个数学模型：即抽象化云计算系统中的网络节点和所有可能的链路，表示为图论中图的顶点和边，抽象化带宽、延时、链路长度等表示为图的边权重。
本文针对云计算系统后端网络的特点，给出了云计算网络拓扑结构组成---主干交换部分为中心和树状子网为外围结构。通过将该问题抽象化为数学模型，并求解该抽象化问题，能够有效地计算出云计算系统的网络拓扑结构。
参考文献：
[1]邓自立， 云计算中的网络拓扑设计和Hadoop平台研究，[D].中国科学技术大学. 2009. 学位论文
[2]李铮， 多媒体云计算平台关键技术研究，[D].中国科学技术大学. 2011. 学位论文
[3]陈传东， 面向云计算的数据中心网络拓扑分析 [J].信息与电脑. 2013，6：130-131.
作者简介：宋国平（1968.4-）男，汉族，吉林省，吉林广播电视大学，硕士研究生，副教授，研究方向：计算机网络，计算机技术应用。
【关键词】云计算 网络拓扑设计 算法实现
一、云计算基本概念
近些年，云计算这一概念在行业内被普遍提及，也随之为这一技术带来了巨大的发展。维基百科（Wikipedia.com）对云计算的定义如下：一种基于互联网的计算机新方式，通过互联网上的异构、自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。分析这一概念我们可以了解到，在互联网时代，计算能力已经成为了一种“商品”在进行销售，它就像我们日常生活中的水电、煤气一样，价格便宜，使用方便。目前，国内外的互联网商业巨头纷纷推出自己的云计算平台，如google、微软、IBM、亚马逊等，并将其作为未来发展的重要战略之一。因此，针对云计算的研究不仅是互联网时代业界技术发展的重要趋势，也具有十分重要的应用价值。
二、云计算的体系结构
云计算是一个革命性的举措，它不仅带来了IT模式的变化，也引发了IT服务的变革。在云计算时代，数据是自己的，而对于数据的计算、处理等操作，都可以交给云计算数据中心进行。云计算平台可以看成是一个强大的“云”网络，不仅将众多并发的网格计算和服务连接起来，还利用虚拟化技术对每一个服务器能力进行拓展，这样就通过云计算平台使得各自的资源整合起来，拥有超级计算和存储能力。从总体上看，云计算由三个基础部分组成：基础设施，网络和终端。
三、云计算的关键技术
云计算是以数据为中心的一种数据密集型的超级计算方式，它在数据存储和管理、编程模式和虚拟化等方面都具有自身独特的技术。
（一）数据存储和管理。云计算的数据一般采用分布式方式进行存储和管理。为了保证数据的高吞吐率、可靠性及高利用率，冗余存储的方式也时常采用。此外，鉴于云计算中对数据读取和分析的频率高于数据更新频率，云计算系统的数据管理常采用列存储的数据管理模式---将表按列划分后存储。
（二）编程模式。在云计算系统的编程实现过程中，应当尽可能的简单化。究其原因，主要是因为简单化的编程模式能够为基于云计算服务的开发人员提供便利，可以帮助他们在进行后台并行执行和任务调度时获得相对透明的流程，进一步得帮忙他们专心于业务逻辑。
（三）虚拟化技术。虚拟化技术是云计算有别于一般并行计算的根本性特点，也是云计算中的一个关键技术。采用虚拟机技术对云计算资源进行管理具有以下几点优势：移动性、独立性和高整合性。
四、云计算中的网络拓扑设计
云计算作为基于互联网的商业计算模型，其后端的网络拓扑结构十分复杂。对云计算系统中后端大量的服务器进行有效地组织和管理一直是云计算研究中重要的方面，这是保证云计算系统稳定运行的关键。和一般的企业网络、公网相比，云计算网络结构的特点有以下几方面不同：
（一）云计算系统后端网络的复杂程度远远大于一般公司的网络，因此，合理高效的网络拓扑结构是云计算系统中的关键，其主要的作用在于为网络中数据传输的畅通和稳定提供保证。
（二）云计算系统网络内部的数据流量大，主要由于系统主要面向大量的用户和大规模的业务处理。同时，还可能会有服务等级区分度较大的问题。
（三）云计算系统的中网络需要保证高稳定性，这主要是由于用户所有业务及数据都依赖云来开展。
（四）云计算系统需要有良好的可扩展性。云计算系统的规模较大，不可能一次性建设完成，而且用户规模会随服务的增加持续扩大，因此，如果没有良好的可扩展性很难满足要求。
图 1. 云系统后端网络结构示意图
云计算系统中整个网络的效率、稳定性和复杂度由核心交换层的网络拓扑结构决定。显而易见的，如果核心交换节点直接两两相【摘 要】本文的出发点为云计算的网络需求，针对云计算系统中的网络拓扑结构特点进行研究与分析，提出了云计算系统中网络拓扑结构的基本思想——由中心的主干交换部分和外围树状子网组成；并给出了相应的实现解决思路。
【关键词】云计算 网络拓扑设计 算法实现
连，由此形成的全连通网络抗稳定性是最优的，网络的畅通性也能够得到保证。但是，这样拓扑结构的网络其建设和维护的成本较高，各个核心交换节点中的路由和管理复杂度极高。另一方面，直接以各自交换节点为根生成最小生成树也可以构建网络，这样的网络拓扑结构相对简单，成本低，但是其稳定性较差，容易造成网络的不连通。
因此，一种合理且有效的方式可以简化为如图1所示的结构。通过对该网络抽象化，将需要研究的问题突出显示，即抽象化每一个子网为一个节点，给每个节点附上交换能力、子网流量和地理位置信息等特性。此时，针对网络主干拓扑结构的设计问题就可以表示为如何在已知若干节点容量、地理位置信息和可能流量等信息的前提下，将这些节点互相连接并形成一个冗余小、网络架设开销小的网络拓扑。
针对云计算网络拓扑设计已有众多研究者进行了深入的研究和讨论，该问题可以表示成图论中的一个数学模型：即抽象化云计算系统中的网络节点和所有可能的链路，表示为图论中图的顶点和边，抽象化带宽、延时、链路长度等表示为图的边权重。
本文针对云计算系统后端网络的特点，给出了云计算网络拓扑结构组成---主干交换部分为中心和树状子网为外围结构。通过将该问题抽象化为数学模型，并求解该抽象化问题，能够有效地计算出云计算系统的网络拓扑结构。
参考文献：
[1]邓自立， 云计算中的网络拓扑设计和Hadoop平台研究，[D].中国科学技术大学. 2009. 学位论文
[2]李铮， 多媒体云计算平台关键技术研究，[D].中国科学技术大学. 2011. 学位论文
[3]陈传东， 面向云计算的数据中心网络拓扑分析 [J].信息与电脑. 2013，6：130-131.
作者简介：宋国平（1968.4-）男，汉族，吉林省，吉林广播电视大学，硕士研究生，副教授，研究方向：计算机网络，计算机技术应用。