[发明专利]一种基于WSS的支持流量局部化的可扩展的数据中心内部网络架构

说明书

本发明公开了一种基于WSS(wavelength selective switch)的支持流量局部化的可扩展的数据中心内部网络架构，包括WSS所组成的BCU的内部互联、外部互联，以及其网络组件的互联。该发明实现简单，能用商用化的WSS器件实现，并且实用性强，具有良好的可扩展性，克服了环形网络结构扩展时网络直径增长的问题，并能支持云服务通信模式，支持流量局部化。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，是一种基于WSS(wavelength selective switch)的数据中心内部网络架构。该架构主要用于数据中心内部网络中，是一种支持流量局部化和具有良好扩展性的网络架构，能够有效的应对数据中心内部指数级的流量增长，并减少数据中心的能量消耗。

背景技术

云服务作为下一代互联网服务的主流模式，将网络中的各种资源调动起来，使互联网上的应用、存储和计算资源向数据中心内部迁移，为用户提供个性化、低成本的高效服务，成为未来互联网的重要发展趋势，也将成为现代服务业的核心。数据中心是当前以云服务为代表的互联网技术中不可或缺的信息化重要载体，提供信息存储和信息处理，是互联网服务的核心基础设施。目前，基于大容量的光传送网已经可以较好地解决分布于不同地域的若干个数据中心之间的宽带互联。但是，在一个单独数据中心内部的通信网络依然还是基于传统的电交换网络理论，一般只能采用交换机堆叠方式来实现端口数目的扩展和交换容量的提升，但这种方式一方面受到电处理瓶颈及成本的极大制约；另一方面，端口速率极限迫使电交换网络节点不得不采用带宽超配模式以满足端口规模扩展的要求，但这是以牺牲全带宽连接为代价。此外，在商业数据中心内部，以MapReduce和Web Services为代表的云服务数据密集型业务，运行多对多通信模式，管理员将这些业务和其相关的管理组件分配到彼此相邻的周边节点，产生流量局部化的特征，只有充足的带宽才能满足数据密集型业务的性能指标。可见，传统的电交换网络已无法从根本上无法满足爆炸式的带宽需求，特别是流量局部化的带宽要求。

光交换技术，凭借着其超大容量、高带宽、高能效和灵活性等优势，成为适应大规模数据中心内部组网的关键技术。但是在WDM(wavelength division multiplexing)网络中，波长分配需要遵循波长一致性约束，即在业务的发射端和接收端使用一个相同的波长，路由过长不仅不容易分配到波长(即业务阻塞)，而且会造成波长的浪费(不像在电交换网络中，发射端和接收端是没有充足的带宽才会造成业务的阻塞)。比如发射节点A到目标节点D的路由是A-B-C-D，链路AB上波长1可用，链路BC上波长1可用，链路CD上波长2可用，在这种情况下会造成波长浪费，因为每段链路都有空闲的波长，因为没有满足波长的一致性造成波长不能被使用。但是在这种网络状态下，节点对AB，BC，AC和CD，在相应的路由A-B，B-C，A-B-C，和C-D上，都能找到可以使用的空闲波长1，波长1，波长1和波长2。由此可见，路由越短，越有机会找到可以使用的空闲波长。

目前，关于光交换在数据中心内部组网的研究，主要包括以下3种光交换器件：

(1)MEMS(micro-electro-mechanical system)：是一种多端口、高容量带宽的光交换器件，利用镜子的转动实现波长集合的交换，但是具有缓慢的可重构时间，毫秒量级，主要用于大容量的流量交换。

莱斯大学的Guohui Wang和加州大学圣地亚哥分校的Nathan Farrington等人分别提出了电包交换和OCS(optcial circuit switching)的混合交换方式的数据中心内部组网架构，都是根据数据中心的流量特征，一对或者几对Tor(top of rack)交换机之间的流量比较大，这些Tor交换机对通过光电路进行光交换，最大化利用光带宽。不同点在于后者采用了WDM，实现更高容量的链路带宽。但是这两种方案还是以电交换为主，还依然存在耗电过多，延时过长等问题。