[发明专利]数据中心网络结构及其构建方法

说明书

提供了一种用于将数据中心网络结构中的节点联网的方法，包括连接至少十个基本单元，每个基本单元包括多主机NIC控制器的南向连接的连接节点，所述多主机NIC控制器具有北向比南向更高的总带宽，所述控制器被配置为蜻蜓式交换机；将十个基本单元与其各自的控制器以修改的Peterson图形方式连接为组内网络，以构建包括三组的超级单元，其中每个控制器使用三个北向连接来直接连接到超级单元的三个其他基本单元，并且其中每组的两个基本单元通过第四个北向连接中的相应一个连接到其它组中一个，并且不属于其中该组之一的一部分的其余基本单元适于使用三个北向连接直接连接到每组中的一个基本单元。

技术领域

本发明一般涉及数据中心网络结构，更具体地，涉及构建具有反映网络方面的所有约束的多个节点的数据中心网络结构。本发明还涉及一种用于在数据中心网络中对多个节点联网的方法，以及一种计算机程序产品。

背景技术

云计算数据中心在大小和能力方面不断增长。这包括计算节点的数量。计算节点可以被视为数据中心的三个元素之一：节点，交换机和网络连接。另外，需要考虑路由协议。如今，云数据中心(DC)托管了数千个活动节点，每个数据中心趋向于流向数万个节点。每个节点可以是服务器(单个，SMP[对称多处理]，小型集群)，存储器或加速器。所有这些节点需要通过一个(或几个)部分DC网络互连。许多网络拓扑都是众所周知的，现在已经完全理解：许多版本的树结构(全部到全部(又名“全网格”)、2D/3D网格2D/3D圆环、树、胖树、XGFT、蜻蜓式、蜻蜓+式、2层蜻蜓式、汉明图、HyperX等等)，每个都有一个或几个网络级别。通常，对于云计算数据中心，有一些基本目标：增加互连节点的数量，具有高性能的路由协议，并且实现上述目标同时满足如成本、延迟和带宽(即性能)以及RAS功能(可靠性，可用性和可维护性)等重要边界条件。

然而，每个网络拓扑具有相同的基本问题：给定节点的数量，节点的物理空间要求规定节点之间的间距将大于高速(10+Gbps)电缆能够桥接的间距(这由物理定律给出)。结果，除了网络交换机之外，还需要许多光缆来实现上述网络拓扑之一。一个(最终极端)示例：对于1024个节点的全网连接，将需要约500,000个光缆。如果这些每个是100Gbps以太网连接，当前大路货价格约为1,500美元/电缆，这增加了大约7.85亿美元的DC成本，或者说每节点增加了767k美元！因此，需要一种网络结构，其最小化光学(距离约5m)电缆的数量。更一般地说：传统网络拓扑可以解决云计算数据中心的节点扩展方面，但同时优化其他边界条件也非常困难。

有几个与数据中心网络结构有关的公开内容。文献US2010/0020806A1公开了一种方法，包括在耦合到多个交换机的交换机处接收数据分组。交换机可以从包括多个前缀的第一级表确定与所接收的分组的目的地地址的第一部分匹配的前缀。当第一级表的匹配前缀与第二级表相关联时，交换机还可以从包括多个后缀的第二级表确定与所接收的分组的目的地地址的第二部分匹配的后缀。该结构用于数据中心通信结构的实现，该数据中心通信结构使用具有基本相同大小和容量的多个较小的单个交换机提供具有显著容错的可扩展通信带宽。

文献US 9166886 B1公开了一种用于确定包括多个节点的网络的物理拓扑的系统。每个节点包括一个多芯片高层交换机。多芯片高层交换机中的每个芯片包括多个端口。网络配置模块被配置为通过迭代过程将物理连接分配给较高层交换机的相应芯片端口。迭代过程包括选择多个路由的第一路由，为所选路由的源节点、具有奇数个空闲端口的第一芯片上的第一部分签名。

已知解决方案的一个缺点在于，底层网络特性的优化主要仅根据诸如所选择的网络架构、每个交换机的端口数量、网络维度(2D，3D，nD)一跳连接的达到，所需的总跳数，等等中的一个作为可能的变量来进行。

然而，可能需要仅在一个方向上克服优化的这种限制。这尤其可以应用于反映上述边界的优化以及包括数百或数千个节点的大型数据中心中的短距离和长距离网络连接的相关成本。

发明内容

本部分旨在包括示例而非旨在进行限制。