發(fā)布時間：2020-10-02 09:42

　　 數(shù)據(jù)中心是云計算等新型應(yīng)用服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。作為數(shù)據(jù)中心的核心,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)支持?jǐn)?shù)萬至數(shù)十萬臺服務(wù)器間的互聯(lián),并為上層計算服務(wù)提供高效的網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)傳輸能力。云計算等新型應(yīng)用服務(wù)的快速發(fā)展,對網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的可擴(kuò)展性、路由協(xié)議和容錯性等關(guān)鍵性技術(shù)提出了新要求,以致新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)成為近年來人們研究的熱點(diǎn)。本文面向數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò),開展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和容錯路由、數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)放置、數(shù)據(jù)查詢以及網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)雜性等方面的研究。 當(dāng)前數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計以可擴(kuò)展為主要目標(biāo),具有并行度高、容錯性強(qiáng)等特點(diǎn),但也具有成本高、連接復(fù)雜和維護(hù)困難等問題。針對該問題,本文提出了一種可擴(kuò)展、低成本的模塊化集裝箱式數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)MyHeawood。MyHeawood基于兩端口低端商用服務(wù)器和小型交換機(jī),以分層遞歸定義的方式構(gòu)建一個大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。其基本思想是：MyHeawoodo由n個兩端口服務(wù)器直接連接到一個小型交換機(jī)上組成,將14個MyHeawoodo按Heawood圖連成MyHeawood1, MyHeawood1構(gòu)成機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器間的互聯(lián)方式；將14個MyHeawood1按Heawood圖連成MyHeawood2. MyHeawood2構(gòu)成集裝箱內(nèi)機(jī)柜間服務(wù)器的互聯(lián)方式；對于集裝箱間的互聯(lián),我們設(shè)計了兩種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)拓?fù)洌阂环N是將14個MyHeawood2按Heawood圖連成MyHeawood3;另一種是基于交換機(jī)連接,能實(shí)現(xiàn)任意個MyHeawood2間的互聯(lián)�；贛yHeawood結(jié)構(gòu),我們設(shè)計了一種容錯路由算法。分析和實(shí)驗(yàn)表明：MyHeawood具有構(gòu)建成本低、平均路徑短和容錯能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 數(shù)據(jù)中心作為一種數(shù)據(jù)存儲與處理的基礎(chǔ)設(shè)施,必須具備海量的數(shù)據(jù)存儲和處理能力,而這種能力依賴于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中高效、持久的數(shù)據(jù)放置策略。面向MyHeawood網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)拓?fù)?結(jié)合數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)放置的特點(diǎn)和要求,本文提出了一種適合MyHeawood拓?fù)涮卣鞯臄?shù)據(jù)放置方法。該方法基于三副本策略,將副本分別放置在距離相近而處于不同MyHeawood子層的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上。通過構(gòu)造一個哈希函數(shù)族將數(shù)據(jù)第一副本r0映射到MyHeawood3服務(wù)器上；第二副本r1放置在與r0所在服務(wù)器直接相連的相同MyHeawood1中不同的MyHeawood0服務(wù)器上；第三副本r2放置在與r1所在服務(wù)器直接相連的不同MyHeawood2中的MyHeawood0服務(wù)器上。實(shí)驗(yàn)表明,該數(shù)據(jù)放置方法具有良好的負(fù)載均衡和查詢效率。 數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器既存儲數(shù)據(jù),又參與路由,服務(wù)器的失效會引起數(shù)據(jù)查詢的失敗。針對這一問題,本文提出了一種目標(biāo)節(jié)點(diǎn)失效下的高效、分布式容錯查詢算法。其基本思想是：先計算出所有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址,再根據(jù)其遠(yuǎn)近選擇被查詢的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；如果目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障,則查詢與失效目標(biāo)節(jié)點(diǎn)更近的副本目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；如果前面兩個副本都發(fā)生了失效,則查找存儲第三個副本的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明,該算法具有很好的容錯特性。 針對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的性能評價問題,本文提出了大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接復(fù)雜性及其度量方法,包括網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)命名、連接方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的遞歸性和連接復(fù)雜度等四個方面。節(jié)點(diǎn)命名的復(fù)雜性計算反映了在相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下,不同的節(jié)點(diǎn)命名方式對其復(fù)雜性的影響力；連接方式的復(fù)雜性表現(xiàn)了連線的規(guī)則對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接的復(fù)雜性影響；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的遞歸性定義為,當(dāng)一個拓?fù)湓黾庸?jié)點(diǎn)時,不改變原拓?fù)涞倪B接關(guān)系,則認(rèn)為該拓?fù)鋱D是可遞歸的,其可遞歸性越好,復(fù)雜性越低。連接復(fù)雜度從維護(hù)的角度對拓?fù)鋸?fù)雜性進(jìn)行定義,通過對環(huán)、全連通圖、網(wǎng)格、2維環(huán)、De Bruijn、多維體、胖樹、蝶網(wǎng)、DCell、BCube和MyHeawood等典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜性分析的結(jié)果表明,該方法能有效計算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接復(fù)雜性值；同時也表明,在數(shù)據(jù)中心構(gòu)建時,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接復(fù)雜性是一個必須考慮的重要指標(biāo)。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：TP308
【文章目錄】：
論文創(chuàng)新點(diǎn)
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲芯?br>        1.2.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)放置技術(shù)研究
        1.2.3 數(shù)據(jù)中心容錯路由和查詢技術(shù)研究
        1.2.4 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能評價研究
    1.3 本文工作
        1.3.1 可擴(kuò)展的集裝箱式數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
        1.3.2 基于MyHeawood的數(shù)據(jù)放置策略和算法
        1.3.3 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)失效下的容錯查詢
        1.3.4 大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接復(fù)雜性研究
    1.4 論文結(jié)構(gòu)
第二章 相關(guān)研究
    2.1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
        2.1.1 大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?br>        2.1.2 集裝箱式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    2.2 數(shù)據(jù)放置策略
        2.2.1 基于DHT的數(shù)據(jù)放置策略
        2.2.2 基于DCN的數(shù)據(jù)放置策略
        2.2.3 基于DCN的副本放置策略
    2.3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)路由和容錯機(jī)制
        2.3.1 集中式路由和容錯機(jī)制
        2.3.2 分布式路由和容錯機(jī)制
        2.3.3 層級式路由和容錯機(jī)制
        2.3.4 IP網(wǎng)絡(luò)容錯路由機(jī)制
    2.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男阅芊治?br>        2.4.1 DCN評價指標(biāo)
        2.4.2 典型DCN性能比較
第三章 可擴(kuò)展的集裝箱式數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)
    3.1 引言
    3.2 HEAWOOD圖及其性質(zhì)
    3.3 機(jī)柜內(nèi)互連
    3.4 機(jī)柜間互連
    3.5 集裝箱間互連網(wǎng)絡(luò)
    3.6 基于交換機(jī)的集裝箱問互連
    3.7 實(shí)驗(yàn)和性能分析
    3.8 本章小結(jié)
第四章 基于MyHeawood的數(shù)據(jù)放置策略和算法
    4.1 引言
    4.2 數(shù)據(jù)放置策略
    4.3 數(shù)據(jù)放置算法
    4.4 實(shí)驗(yàn)和性能分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)失效下的容錯查詢
    5.1 引言
    5.2 MYHEAWOOD容錯路由
    5.3 MYHEAWOOD容錯查詢
        5.3.1 目標(biāo)地址計算
        5.3.2 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)失效下的容錯路由
        5.3.3 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)失效下的容錯查詢
    5.4 實(shí)驗(yàn)和性能分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接復(fù)雜性研究
    6.1 引言
    6.2 基本思路
    6.3 節(jié)點(diǎn)的命名及代價
    6.4 連線的連接代價
    6.5 圖的可遞歸性
    6.6 圖的連接復(fù)雜性
    6.7 應(yīng)用
    6.8 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 論文工作總結(jié)
    7.2 課題研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間的科研成果
致謝

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 秦麗;;天獅集團(tuán) 數(shù)據(jù)中心搬遷倒計時[J];信息方略;2010年12期

2 ;技術(shù)+規(guī)劃=成功——惠普亞特蘭大數(shù)據(jù)中心整合[J];每周電腦報;1999年48期

3 ;24×7成功法則——簡述263首都在線數(shù)據(jù)中心建設(shè)[J];每周電腦報;2000年50期

4 胡維浩;淺談數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行管理[J];華南金融電腦;2002年10期

5 ;讓你的機(jī)架式設(shè)備不再“發(fā)高燒”[J];數(shù)碼世界;2005年03期

6 N博士;數(shù)據(jù)中心要降溫更要節(jié)能[J];中國計算機(jī)用戶;2005年42期

7 N博士;;機(jī)房布設(shè)需長遠(yuǎn)規(guī)劃[J];中國計算機(jī)用戶;2006年30期

8 王志欣;;編好一個“籃子”[J];軟件世界;2006年22期

9 宿建光;;把握企業(yè)計算未來 HP顛覆IT經(jīng)濟(jì)[J];通信世界;2006年45期

10 宿建光;;Radware幫助數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)“節(jié)能環(huán)保”[J];通信世界;2007年13期

相關(guān)會議論文 前10條

1 謝信耐;;以信息化促進(jìn)體院管理改革——構(gòu)建數(shù)據(jù)中心的設(shè)想[A];第七屆全國體育科學(xué)大會論文摘要匯編（二）[C];2004年

2 丁豪;;數(shù)據(jù)中心高可靠性供電方案研究[A];土木建筑學(xué)術(shù)文庫(第15卷)[C];2011年

3 王永明;李興林;;船舶遠(yuǎn)程識別與跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[A];第五屆衛(wèi)星通信新業(yè)務(wù)新技術(shù)學(xué)術(shù)年會暨衛(wèi)星通信系統(tǒng)網(wǎng)間互聯(lián)互通與接口標(biāo)準(zhǔn)研討會論文集[C];2009年

4 王];;行業(yè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心在吉林煙草的實(shí)踐[A];華北、東北地區(qū)2007年度煙草學(xué)術(shù)交流研討會論文集[C];2007年

5 ;美國Airflow數(shù)據(jù)中心專用空調(diào)機(jī)[A];全國暖通空調(diào)制冷1996年學(xué)術(shù)年會資料集[C];1996年

6 鄧?yán)?;淺談數(shù)據(jù)中心的信息安全管理策略[A];網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2002年

7 王新峰;;淺談數(shù)據(jù)中心建設(shè)和商務(wù)智能(BI)的開發(fā)與實(shí)施[A];河南省煙草學(xué)會2008年學(xué)術(shù)交流獲獎?wù)撐募ㄉ希C];2008年

8 孫壯志;;基于信息集成的數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)[A];中國煙草行業(yè)信息化研討會論文集[C];2004年

9 劉圣慶;;提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房安全可靠探討[A];通信電源新技術(shù)論壇——2008通信電源學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2008年

10 王其英;;通信行業(yè)數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)新概念[A];中國石油石化工程技術(shù)和物裝手冊（第二分冊）[C];2003年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 ;數(shù)據(jù)中心在變化[N];計算機(jī)世界;2004年

2 鄭燃;數(shù)據(jù)中心綠色蛻變[N];政府采購信息報;2008年

3 馬磊;綠色數(shù)據(jù)中心不能光說不練[N];政府采購信息報;2008年

4 本報記者 劉洪宇;嘉實(shí)基金打造高端數(shù)據(jù)中心[N];中國計算機(jī)報;2008年

5 本報記者 吳玉征;萬和證券數(shù)據(jù)中心節(jié)能故事[N];計算機(jī)世界;2009年

6 電腦商報記者 祁萌;數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)依然存在[N];電腦商報;2010年

7 本報記者 于翔;數(shù)據(jù)中心向云擴(kuò)展[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2010年

8 本報記者 胡英;新一代數(shù)據(jù)中心引發(fā)交換機(jī)變革[N];計算機(jī)世界;2010年

9 本報記者 郭濤;數(shù)據(jù)中心的“瘦身”良方[N];中國計算機(jī)報;2008年

10 張靜;構(gòu)建新一代數(shù)據(jù)中心中國數(shù)據(jù)中心用戶大會召開[N];中國計算機(jī)報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張鵬;數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的流量管理和優(yōu)化問題研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

2 陳輝;基于虛擬化環(huán)境的數(shù)據(jù)中心節(jié)能管理技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2012年

3 黃鑫;可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢大學(xué);2014年

4 趙威;電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)安全問題研究[D];燕山大學(xué);2011年

5 孫鑫;面向云環(huán)境數(shù)據(jù)中心的高效資源調(diào)度機(jī)制研究[D];北京郵電大學(xué);2012年

6 夏純中;云存儲多數(shù)據(jù)中心QoS保障機(jī)制研究[D];江蘇大學(xué);2014年

7 曹家鑫;數(shù)據(jù)中心中的一種可擴(kuò)展和高效的可靠組數(shù)據(jù)傳輸方法[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

8 王智明;云數(shù)據(jù)中心資源調(diào)度機(jī)制研究[D];北京郵電大學(xué);2012年

9 劉曉茜;云計算數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)及其調(diào)度機(jī)制研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

10 馮振乾;云計算數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)帶寬隔離技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 后國超;基于Web的醫(yī)療數(shù)據(jù)交換中心的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2004年

2 魏金強(qiáng);多維分析技術(shù)在教務(wù)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2006年

3 何煜翔;銀行數(shù)據(jù)中心災(zāi)難恢復(fù)系統(tǒng)研究與實(shí)踐[D];上海交通大學(xué);2007年

4 夏東盛;高職數(shù)字化校園的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];華東師范大學(xué);2008年

5 朱應(yīng)國;基于VRRP高可靠性數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究與實(shí)踐[D];江南大學(xué);2009年

6 董鳳江;煙草貿(mào)易數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)研究[D];上海交通大學(xué);2008年

7 張琦;電信企業(yè)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2010年

8 張玢;云計算在電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心的研究與應(yīng)用[D];華北電力大學(xué);2013年

9 齊文艷;面向能耗優(yōu)化的數(shù)據(jù)中心資源動態(tài)調(diào)度模型與方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 謝紅濤;電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)設(shè)計研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

本文編號：2832245