数据中心拓扑总结.doc

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1、数据中心拓扑总结目录1.1数据中心网络特性需求11.2现有数据中心网络拓扑2传统树形结构2Fat-Tree拓扑结构3VL2拓扑结构4DCell拓扑结构6BCube拓扑结构8MDCube9FiConn拓扑结构12HCN拓扑结构13BCN拓扑结构15雪花结构17Scafida19基于Kautz图的数据中心拓扑20参考文献I数据中心拓扑总结数据中心拓扑总结1.1数据中心网络特性需求随着网络技术的发展，数据中心已经成为提供IT网络服务、分布式并行计算等的基础架构，为加速现代社会信息化建设、加快社会进步，发挥举足轻重的作用。数据中心是当代IT建设的重点项目，承载着企业的核心业务，致力为企

2、业提供高效的服务，降低企业管理难度及运营开销。数据中心应用范围愈加广泛，应用需求不断增加，业务数据量达T/P级以上；另外，如视频、金融业务数据等对服务质量、时延、带宽都有严格要求，因此构建数据中心网络时，对于数据中心网络的性能要求很高，具体如下：⑴高度可扩展性：随着数据中心业务的拓展，数据中心的规模不断扩大，因此要求数据中心网络能够容纳更多的服务器及交换机设备，以保证业务需求。设备的添加不会对现有网络服务性能造成很大的影响，实现性能平稳扩展，不会引入过载等问题；⑵多路径特性：由于数据中心规模巨大，链路、节点及部分网络出现故障是难以避免的。另外，当源、目的节点对之间突发业务量较大

3、时，单条链路难以保证带宽传输需求。因此对于网络拓扑提出的要求即是保证不同节点之间有多条并行的路径，使得：①在一定的网络故障率范围内，网络服务质量能够得到保障，网络具有很好的容错性能，实现网络的高可靠性，保证服务质量；②并行路径能够提供充裕带宽，当有过量突发业务需要传输服务时，网络能动态实现分流，满足数据传输需求；⑶低时延特性：数据中心在科研机构、金融等部门发挥着无可取代的重要作用，为用户提供视频、在线商务、高性能计算等服务，不少业务对网络时延比较敏感，对网络实时性要求非常严格。因此设计网络拓扑时，需充分考虑网络的低时延特性要求，实现数据的高速率传输；⑷高带宽传输：数据中心应用业

4、务如数据发掘、科学计算及业务迁移等，数据传输量巨大，达到T（1012B）或P（1015B）级，有时甚至达Z（1021B）级，因此需要网络拓扑具有很高的对分带宽，满足业务的高吞吐传输需求；⑸网络互连开销低：数据中心网络规模庞大，构建相当规模的数据中心，耗费巨资。因此为降低构建数据中心网络的成本，需从以下几个方面着手：①使用价格低廉的低端商用交换设备取代高端专用设备实现网络互联；②网络规模的扩展不是以新设备代替旧设备；③网络拓扑规整化，降低布线的复杂度，且易于管理、II数据中心拓扑总结自动化配置及优化升级。另外，在保证网络性能的前提下，应尽可能地简化网络布线；⑴模块化设计：充分利用

5、模块化设计的优点，实施设备模块化添加、维护、替换等，降低网络布局和扩展的复杂度。另外，充分考虑业务流量特点及服务要求，保证通信频繁的设备处在同一模块内，降低模块之间的通信量，便于优化网络性能，实现流量均衡等；⑵网络扁平化：随着网络技术的发展，计算、存储与传统以太网融合实现数据中心以太网已是数据中心发展趋势，对于简化网络管理及优化性能都具有明显优势。随着融合网络的发展，网络扁平化已经提上日程，要求构建网络的层数要尽可能低，以利于网络流量均衡，避免过载，方便管理等；⑶绿色节能：因数据中心运营能耗开销甚大，而散热能耗占数据中心总能耗的比重已超过50%。合理的布局有利于数据中心散热，实

6、现降低能耗开销、保护网络设备的目的。因此设计网络拓扑架构时也要充分考虑网络布局问题，实现绿色节能的目标；1.2现有数据中心网络拓扑现阶段研究人员基于不同规则提出不少用于构建数据中心网络的拓扑结构，致力于满足上述网络拓扑的特性要求。依据网络中负责转发数据的设备不同，可以将拓扑为switch-only拓扑、server-only拓扑及混合型拓扑。下面主要从网络拓扑的构建原则、扩展方式、扩展能力、网络性能参数及网络拓扑的优缺点等方面介绍各拓扑。传统树形结构传统树形结构（如Error!Referencesourcenotfound.所示）是较早用于构建数据中心的网络拓扑，该拓扑是一种多

7、根树形结构，属于switch-only型拓扑，底层采用商用交换设备与服务器相连，高层则是采用高性能、高容量、高速率交换设备。传统树形结构结构简单，易于实现，但存在一系列缺点：①传统树形结构采用垂直扩展（scale-up）方式实现扩展，通过添加更高的层数及设备实现扩展，其拓展规模受限于高层互连设备的端口数目，扩展能力有限。对于二层的树形结构，一般最多能够容纳5000-8000个服务器，三层最多容纳数万个节点，因此传统树形结构难以满足现代数据中心高可扩展性要求；②网络容错性能较差，当网络节点或链