云計算是一種利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)隨時、隨地、按需、便捷地訪問共享資源池的計算模式。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)中心內(nèi)互連大量服務(wù)器,用于服務(wù)器間海量數(shù)據(jù)傳輸和交換的網(wǎng)絡(luò)。隨著云計算的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)成為各界關(guān)注的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是基于電以太網(wǎng)交換機(jī)的分層樹形結(jié)構(gòu),存在等分帶寬低、網(wǎng)絡(luò)能耗高、分組時延大等問題。光網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬、低時延等優(yōu)勢,因此光電混合與全光互連的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被相繼提出。這些結(jié)構(gòu)中光網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于機(jī)架間通信,機(jī)架內(nèi)通信仍然使用電架頂交換機(jī),存在諸多問題。架頂交換機(jī)的能耗占數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備總能耗的90%,機(jī)架內(nèi)通信的流量占數(shù)據(jù)中心全網(wǎng)流量的80%。因此,如何設(shè)計數(shù)據(jù)中心機(jī)架內(nèi)光互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其控制平面機(jī)制成為亟待解決的關(guān)鍵問題之一。論文首先設(shè)計了軟件定義的機(jī)架內(nèi)無源光互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)SD-POIRN(Software Defined-Passive Optical Intra-Rack Network)。數(shù)據(jù)平面采用光耦合器互連同一機(jī)架的服務(wù)器,并提供了四種服務(wù)器光源方案�？刂破矫娌捎密浖x的集中控制器協(xié)調(diào)機(jī)架內(nèi)的數(shù)據(jù)通信。為避免數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生碰撞,提出了軟件定義的介質(zhì)訪問控制機(jī)制SD-MAC。SD-MAC利用服務(wù)器發(fā)送分組與接收分組的思想,通過最大-最小公平共享帶寬分配算法為服務(wù)器分配波長與時隙。仿真結(jié)果表明:當(dāng)機(jī)架內(nèi)的服務(wù)器數(shù)目為64時,SD-POIRN的能耗相比于傳統(tǒng)架頂交換機(jī)方案下降了78.4%;SD-POIRN采用2×2光耦合器組網(wǎng)相比于3×3光耦合器更具擴(kuò)展性,單個機(jī)架內(nèi)網(wǎng)絡(luò)能支持128臺服務(wù)器;SD-POIRN有效提高機(jī)架網(wǎng)絡(luò)的吞吐量并降低分組時延。另外本論文提出了基于波長選擇開關(guān)的機(jī)架內(nèi)光互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WSSIRN(Wavelength Selective Switch based Intra-Rack Network)。數(shù)據(jù)平面采用波長選擇開關(guān)與光耦合器的級聯(lián)結(jié)構(gòu)互連機(jī)架內(nèi)的服務(wù)器。該結(jié)構(gòu)既能提供數(shù)據(jù)中心機(jī)架內(nèi)服務(wù)器間的單播、組播與廣播通信,又能提供服務(wù)器與機(jī)架外服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通信。控制平面采用軟件定義的波長調(diào)度機(jī)制,利用了輪詢調(diào)度與最大-最小公平共享帶寬分配算法為服務(wù)器分配波長。仿真結(jié)果表明:當(dāng)機(jī)架內(nèi)的服務(wù)器數(shù)目為64時,WSSIRN的成本和能耗相比于傳統(tǒng)架頂交換機(jī)方案分別下降25.9%和74.1%;WSSIRN相比于SD-POIRN結(jié)構(gòu)具有更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。仿真結(jié)果顯示本論文設(shè)計的光互連數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)控制平面技術(shù)在成本、能耗及網(wǎng)絡(luò)性能上都具有優(yōu)勢,為今后數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP308
【部分圖文】：

圖 2.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)Fig.2.1 Traditional data center network hierarchical struct交換數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為兩大類，一類是-centric），另一類是以服務(wù)器為核心的結(jié)構(gòu)（serv結(jié)構(gòu)中，交換機(jī)承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)連接、路由轉(zhuǎn)發(fā)和擁塞網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)的連接方式和路由算法的改進(jìn)提升件作出修改。典型的以交換機(jī)為核心的方案包括 。圖 2.2 所示為 Fat-tree 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。用 Clos 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接商用以太網(wǎng)交換機(jī)，可以在數(shù)通信。在 k 單元的 Fat-tree 結(jié)構(gòu)（k-ary）中每個以過使用 5k2/4 臺以太網(wǎng)交換機(jī)支持 k3/4 臺服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)成本低，全部使用相同的、價格低廉的商用換機(jī)取代昂貴的高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；二是可擴(kuò)展性強(qiáng)胖樹結(jié)構(gòu)可容納 65536 臺服務(wù)器；三是等分帶寬高

圖 2.2 Fat-tree 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（k=4）Fig.2.2 Topology of Fat-tree（k=4）圖 2.3 所示為 FiConn 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖�？紤]到服務(wù)器的端口數(shù)目有限，F(xiàn)iConn 中每臺服務(wù)器只使用兩個以太網(wǎng)接口，其中一個連接本地交換機(jī)、另一個連接其它單元的服務(wù)器（稱為備份接口）�；A(chǔ)單元 level-0 FiConn0由 n 臺服務(wù)器和一個 n接口的交換機(jī)構(gòu)造，n 臺服務(wù)器都與交換機(jī)相連，F(xiàn)iConn0包含 n 個未使用的備份接口。k 級別 level-k FiConnk由（b/2+1）個 FiConnk-1構(gòu)成，參數(shù) b 指的是 FiConnk-1中未使用的備份接口的個數(shù)。每個 FiConnk-1都從未使用的 b 個接口中選擇 b/2 個與其它 b/2 個 FiConnk-1相連，構(gòu)造一張完全圖。n 為 16，k 為 3 時，F(xiàn)iConn 結(jié)構(gòu)能夠容納 3553776 臺服務(wù)器，具有非常良好的擴(kuò)展性。

圖 2.2 Fat-tree 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（k=4）Fig.2.2 Topology of Fat-tree（k=4） 2.3 所示為 FiConn 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖�？紤]到服務(wù)器的端口數(shù)目有限，F(xiàn)iConn務(wù)器只使用兩個以太網(wǎng)接口，其中一個連接本地交換機(jī)、另一個連接其服務(wù)器（稱為備份接口）。基礎(chǔ)單元 level-0 FiConn0由 n 臺服務(wù)器和一個交換機(jī)構(gòu)造，n 臺服務(wù)器都與交換機(jī)相連，F(xiàn)iConn0包含 n 個未使用的備k 級別 level-k FiConnk由（b/2+1）個 FiConnk-1構(gòu)成，參數(shù) b 指的是 FiCon用的備份接口的個數(shù)。每個 FiConnk-1都從未使用的 b 個接口中選擇 b/2 b/2 個 FiConnk-1相連，構(gòu)造一張完全圖。n 為 16，k 為 3 時，F(xiàn)iConn 結(jié)納 3553776 臺服務(wù)器，具有非常良好的擴(kuò)展性。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李丹;陳貴海;任豐原;蔣長林;徐明偉;;數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展與趨勢[J];計算機(jī)學(xué)報;2014年02期

2 鄭葉來;陳世峻;;分布式云數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理[J];中國科技信息;2013年21期

本文編號：2880929