[发明专利]基于超立方簇的数据中心光互连网络系统及通信方法

说明书

技术领域

本发明属于互联网技术领域，具体涉及数据中心光互连网络系统，可用于实现数据中心网络服务器之间的高效通信。

背景技术

随着云计算技术的发展，数据中心已经由传统的存储节点转变为面向多种服务与应用的高性能资源平台。同时，为有效满足云计算对于海量资源的需求，数据中心将拥有数万台甚至数十万台服务器，同一时刻网络的数据流量将达到P(10¹⁵)比特量级。因此，传统的数据中心网络架构难以支持云计算背景下大规模数据中心的运行。Mohammad Al-Fares等人在文章“A scalable，commodity data center network architecture”(In Proceedings of the ACM SIGCOMM 2008 conference on Data communication)中提出使用胖树拓扑构建数据中心以解决核心层的带宽受限问题，但由于受到电互连技术本身的限制，该网络架构存在着开销巨大，布线复杂，能耗较高的问题。

由于光互连本身具有高带宽和低能耗的特性，因此光互连网络同样成为研究人员所关注的焦点。但现存光互连网络架构存在以下两点问题：第一，光互连网络采用集中式架构，即网络使用高基数光交换机连接所有机架或底层交换单元。因此，整个网络的规模严重受限于核心光交换机的端口数目，网络的可扩展性不高。第二，光互连网络一般采用光电路交换机制，但并没有提出有效的方案以解决光电路交换带宽利用率不高，交换粒度较大的问题。因此，光网络的阻塞较为严重，网络性能无法得到有效的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于超立方簇的数据中心光互连网络系统及通信方法，以有效降低网络的设备开销和布线复杂度，提高网络的扩展性和链路带宽利用率，减小网络阻塞，优化网络的吞吐量和性能。

为实现上述目的，本发明基于超立方簇的数据中心光互连网络系统，包括：

N台架顶光交换机，每台架顶光交换机包括n个簇内交换端口，2个簇间交换端口，n+2个下行端口，其中，N，n均为整数；

N台架顶电交换机，每台架顶电交换机包括n+2个上行端口和s个下行端口，其中s为整数；

N×s台服务器，每台服务器包括一个上行端口；

其特征在于：

每一台架顶电交换机的s个下行端口连接s台服务器，每一台架顶电交换机的n+2个上行端口连接一台架顶光交换机的n+2个下行端口，构成N个网络基本单元；

将N个网络基本单元分为k个簇，每个簇中包括2ⁿ个网络基本单元，该2ⁿ个网络基本单元通过架顶光交换机的簇内交换端口连接成n维超立方拓扑结构；超立方拓扑结构中的每个网络基本单元根据其在超立方拓扑结构中的位置，设有环编号A_r，A_r采用n位自然二进制编码；

k个簇中环编号A_r相同的网络基本单元通过架顶光交换机的簇间交换端口连接成环形拓扑结构；环形拓扑结构中的每个网络基本单元根据其在环形拓扑结构中的位置，设有簇编号A_c，A_c采用m位自然二进制编码，m为整数且满足条件2^m≥k。

为实现上述目的，本发明基于超立方簇的数据中心光互连网络的通信方法，包括如下步骤：

(1)源服务器产生数据分组，并将该数据分组发送至架顶电交换机；

(2)架顶电交换机解析数据分组的目的地址，若目的地址在源服务器所在网络基本单元的内部，则将该数据分组转发至目的服务器，通信过程完成；否则，架顶电交换机查询目的地址所在的网络基本单元的编号，并根据该编号将数据分组存贮至本地缓存的相应子队列中，执行如下步骤；