一种数据中心网络结构及其路由方法
【专利摘要】本发明公开了一种数据中心网络结构及其路由方法，属于计算机领域。所述数据中心网络结构包括k层网络，k＞1且k为整数；当k≥2时，第k层网络包括bn个第k-1层网络和n（bn）k-2组第k层交换机，每组第k层交换机包括b台第k层交换机，bn个第k-1层网络中的服务器构成一个bn行n（bn）k-2列的矩阵，所述矩阵的每列的bn台服务器对应连接一组所述第k层交换机，第1~k层交换机均为n端口交换机，2n≥b＞1且b为整数。本发明通过以bn（b＞1）个第k-1层网络组成第k层网络，数据中心网络在每增加一层网络时，服务器数量为原来的bn倍，既保证了扩展速度快，又避免了使用多端口交换机高昂的价格带来的巨大成本。
【专利说明】一种数据中心网络结构及其路由方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机领域，特别涉及一种数据中心网络结构及其路由方法。
【背景技术】
[0002]数据中心是一整套复杂的设施，包括大规模的计算机系统(如服务器群)和其它与之配套的设备(如交换机等网络设备以及存储系统等)，还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。其中，数据中心网络结构是数据中心的核心部分，用于将成千上万台服务器使用交换机等网络设备连接起来，在任意两台服务器之间提供通路，且这种通路必须满足高带宽、高速率、良好的可扩展性和成本低等特征。
[0003]目前业界已有一些典型的数据中心网络结构，主要包括Portland、VL2 (V1rtualLayer 2，虚拟二层)、Dcell、Bcube等。其中，Bcube是一种以服务器为中心的数据中心网络结构。Bcube是一个分层次的结构,一个Bcuben包括η个第k-l层网络Bcubelr1和nk台交换机组成。下面以4端口交换机为例说明Bcube的结构。
[0004]第1层网络Bcube1由1台4端口交换机连接4台服务器，每个端口连接一台服务器。第2层网络Bcube2由4个第1层网络Bcube1和4台4端口交换机组成；将这4台交换机分别编号为(2，1)、(2，2)、(2，3)、(2，4)，编号(2，1)的交换机的4个端口分别连接4个第1层网络中的第1台服务器，编号(2，2)的交换机的4个端口分别连接4个第1层网络中的第2台服务器，依此类推。
[0005]进一步地，Bcube的第k (k > 2)层网络由4个第k-l层网络Bcubelr1和4k台交换机构成，将这4k台交换机依次编号为(k，l)、(k，2)……(k，4k)，编号(k，l)的交换机的4个端口分别连接4个第k-Ι层网络中的第1台服务器，编号(k，2)的交换机的4个端口分别连接4个第k-Ι层网络中的第2台服务器，依次类推，编号(k，4k)的交换机的4个端口分别连接4个第k-Ι层网络中的第11台服务器。
[0006]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0007]Bcube结构在网络扩展时，每扩展一层，服务器的数量以一台交换机的端口数量为倍数增长，当采用端口数量少的交换机时，扩展速度慢，而当采用端口数量多的交换机时，虽然扩展速度较快，但是端口数量多的交换机价格高，会导致成本较高。
【发明内容】
[0008]为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种数据中心网络结构及其路由方法。所述技术方案如下:
[0009]一方面，本发明实施例提供了一种数据中心网络结构，所述数据中心网络结构包括k层网络，k> 1且k为整数；
[0010]其中，第1层网络包括η台服务器与1台第1层交换机，每台所述服务器连接所述第1层交换机的一个端口；
[0011]当k≥2时，第k层网络包括bn个第k-ι层网络和n (bn)k-2组第k层交换机，每组第k层交换机包括b台所述第k层交换机，所述bn个第k-Ι层网络中的服务器构成一个bn行n (bn) k_2列的矩阵，其中，所述矩阵的一行由一个所述第k-Ι层网络中的n (bn)台服务器排列而成，且所述矩阵的每一行中的服务器依次是所述第k-Ι层网络对应的矩阵的第I行中的服务器到第bn行中的服务器；所述矩阵的每列的bn台服务器对应连接一组所述第k层交换机，且与所述矩阵的连续η列服务器相连的η组所述第k层交换机中，任意两台所述第k层交换机所连接的服务器所在的行不完全相同；
[0012]其中，第Il层交换机均为η端口交换机，2n≥b> I且b为整数。
[0013]优选地，b=n。
[0014]进一步地，所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第X台第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，I ^ i ^ n (bn) k_2,n,所述第h行根据以下公式确定:
[0015]h=[ (i+j-1) +η (χ-l) ]mod bn;
[0016]当h=0时，表示第h行为第bn行。
[0017]进一步地，所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第X台第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，I ^ i ^ n (bn) k_2,n,所述第h行根据以下公式确定:
[0018]当I ^ j ^ n/2+l 时，h=[ (i+j_l) + (χ-l) ]n mod bn ；
[0019]当n/2+1 < j < n 时，h=[ (i+n/2) + (j-n/2-1) (n+1) + (x_l) n]mod bn;
[0020]当h=0时，表示第h行为第bn行。
[0021]另一方面，本发明实施例还提供了一种路由方法，所述方法包括:
[0022]在第k层网络中，找出源服务器可到达的第I中间服务器，所述第I中间服务器与目的服务器处于同一第k-Ι层网络；
[0023]在第f中间服务器所在的第k-f层网络中，找出所述第f中间服务器可到达的第f+Ι中间服务器，所述第f+Ι中间服务器与所述目的服务器处于同一第k-f-Ι层网络，直到在第k-Ι中间服务器所在的第I层网络中，找出所述第k-Ι中间服务器可到达的第k中间服务器，所述第k中间服务器为所述目的服务器，k>f ≥ 10
[0024]其中，所述在第k层网络中，找出源服务器可到达的第I中间服务器，所述第I中间服务器与目的服务器处于同一第k-Ι层网络，包括:
[0025]在第k层网络中，所述源服务器以及与所述源服务器处于同一个第k-Ι层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-Ι层网络中的任一服务器；
[0026]若能够只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-Ι层网络中的任一服务器，则将所述目的服务器所在的第k-Ι层网络中，能够被到达的服务器作为所述第I中间服务器，并记录从所述源服务器或所述与源服务器处于同一个第k-ι层网络的服务器与所述第I中间服务器之间的路由；
[0027]若不能只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-Ι层网络中的任一服务器，则以所述第k层网络中，与所述源服务器或所述与源服务器处于同一第k_l层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在所述第k层网络中，分别尝试所述跳转服务器以及与所述跳转服务器处于同一第k-l层网络的服务器，能否到达所述目的服务器所在的k-l层网络中的任一服务器。
[0028]进一步地，所述源服务器以及与所述源服务器处于同一个k-l层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-l层网络中的任一服务器，包括:
[0029]在第k层网络中，所述源服务器分别尝试与所述源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与所述目的服务器处于同一个第k-l层网络；
[0030]若是，则将所述与所述源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为所述第I中间服务器；
[0031]若否，则在第k层网络中，所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器分别尝试，所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与所述目的服务器处于同一个第k-l层网络，若是，则将所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为第I中间服务器，其中，1≤e ≤k-1
[0032]优选地,所述e=l。
[0033]进一步地，所述在第k层网络中，找出源服务器可到达的第I中间服务器，所述第I中间服务器与目的服务器处于同一第k-l层网络，包括:
[0034]判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-l层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-l层网络中的任一服务器；
[0035]当在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-l层网络的服务器，不能只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-l层网络中的任一服务器时，则以所述第k层网络中，与所述源服务器或所述与源服务器处于同一第k-l层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在所述第k层网络中，分别尝试所述跳转服务器以及与所述跳转服务器处于同一第k-l层网络的服务器，能否到达所述目的服务器所在的k-l层网络中的任一服务器。
[0036]进一步地，当在所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第X台所述第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，I ^ i ^ n (bn)k-2，l ^ x ^ b, I ^ j ^ n, h=[ (i+j-1) +n (χ-l) ]mod bn 时；
[0037]所述判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-l层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-l层网络中的任一服务器，包括:
[0038]计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距离IDk-SkI ；
[0039]当|Dk-Sk| e {a,a<n}时，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k_l层网络的服务器能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-l层网络中的任一服务器；
[0040]当|Dk-Sk| e {a,a ^ η}时，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k_l层网络的服务器不能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-l层网络中的任
一服务器。[0041]进一步地，当在所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第X台所述第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i≤n(bn)k_2,1 ≤ χ ≤b, 1 ≤ j ≤n,
[0042]当1≤ j ≤n/2+1 时，h = [(i+j-1) + (χ-l) ]n mod bn ；
[0043]当n/2+1 < j ≤ n 时，h = [ (i+n/2) + (j-n/2-1) (n+1) + (x_l) n]mod bn 时；
[0044]所述判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-Ι层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器，包括:
[0045]计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距离|Dk-Sk| ；
[0046]当
【权利要求】
1.一种数据中心网络结构,其特征在于,所述数据中心网络结构包括k层网络，k > 1且k为整数； 其中，第1层网络包括n台服务器与1台第1层交换机，每台所述服务器连接所述第1层交换机的一个端口； 当k≥2时，第k层网络包括bn个第k-1层网络和n (bn)k_2组第k层交换机，每组第k层交换机包括b台所述第k层交换机，所述bn个第k-1层网络中的服务器构成一个bn行n (bn)k_2列的矩阵，其中，所述矩阵的一行由一个所述第k-1层网络中的n (bn)k_2台服务器排列而成，且所述矩阵的每一行中的服务器依次是所述第k-1层网络对应的矩阵的第1行中的服务器到第bn行中的服务器；所述矩阵的每列的bn台服务器对应连接一组所述第k层交换机，且与所述矩阵的连续n列服务器相连的n组所述第k层交换机中，任意两台所述第k层交换机所连接的服务器所在的行不完全相同； 其中,第1~k层交换机均为n端口交换机,2n ≥ b > 1且b为整数。
2.根据权利要求1所述的数据中心网络结构，其特征在于，b=n。
3.根据权利要求1或2所述的数据中心网络结构，其特征在于，所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第X台第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i (≤n (bn)k-2，l≤x≤b，l≤j≤n，所述第h行根据以下公式确定:
h=[ (i+j-1) +n (χ-l) ]mod bn; 当h=0时，表示第h行为第bn行。
4.根据权利要求1或2所述的数据中心网络结构，其特征在于，所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第X台第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i ≤n (bn)k_2，l≤x≤b，1≤j≤n，所述第h行根据以下公式确定:
当 1≤ j ≤ n/2+l 时，h=[ (i+j-Ι) + (χ-l) ]n mod bn ；
当 n/2+1 < j ≤n 时，h=[ (i+n/2) + (j-n/2-1) (n+1) + (x_l) n]mod bn ； 当h=0时，表示第h行为第bn行。
5.一种路由方法，其特征在于，所述方法包括: 在第k层网络中，找出源服务器可到达的第I中间服务器，所述第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络； 在第f中间服务器所在的第k-f层网络中，找出所述第f中间服务器可到达的第f+1中间服务器，所述第f+1中间服务器与所述目的服务器处于同一第k-f-1层网络，直到在第k-1中间服务器所在的第1层网络中，找出所述第k-1中间服务器可到达的第k中间服务器，所述第k中间服务器为所述目的服务器，k > f≥I。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在第k层网络中，找出源服务器可到达的第1中间服务器，所述第1中间服务器与目的服务器处于同一第k-1层网络，包括: 在第k层网络中，所述源服务器以及与所述源服务器处于同一个第k-1层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器； 若能够只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-1层网络中的任一服务器，则将所述目的服务器所在的第k-Ι层网络中，能够被到达的服务器作为所述第I中间服务器，并记录从所述源服务器或所述与源服务器处于同一个第k-Ι层网络的服务器与所述第I中间服务器之间的路由； 若不能只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-Ι层网络中的任一服务器，则以所述第k层网络中，与所述源服务器或所述与源服务器处于同一第k-Ι层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在所述第k层网络中，分别尝试所述跳转服务器以及与所述跳转服务器处于同一第k-Ι层网络的服务器，能否到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器。
7.根据权利6所述的方法，其特征在于，所述在第k层网络中，所述源服务器以及与所述源服务器处于同一个k-Ι层网络的服务器，分别尝试能否只通过一台所述第k层服务器到达所述目的服务器所在的第k-Ι层网络中的任一服务器，包括: 在第k层网络中，所述源服务器分别尝试与所述源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与所述目的服务器处于同一个第k-Ι层网络； 若是，则将所述与所述源服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为所述第I中间服务器； 若否，则在第k层网络中，所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器分别尝试，所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器，是否与所述目的服务器处于同一个第k-Ι层网络，若是，则将所述与所述源服务器处于同一第e层网络的服务器直接相连的第k层交换机的其他端口所能到达的服务器作为第I中间服务器，其中，I≤e≤k-10
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述e=l。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在第k层网络中，找出源服务器可到达的第I中间服务器，所述第I中间服务器与目的服务器处于同一第k-Ι层网络，包括: 判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-Ι层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器； 当在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-Ι层网络的服务器，不能只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器时，则以所述第k层网络中，与所述源服务器或所述与源服务器处于同一第k-ι层网络的服务器，直接连接的第k层交换机的其他端口能够直接到达的服务器，作为跳转服务器，并在所述第k层网络中，分别尝试所述跳转服务器以及与所述跳转服务器处于同一第k-Ι层网络的服务器，能否到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当在所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第X台所述第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，1≤i ( n (bn)k_2，l≤x≤b，I≤j≤n，h=[ (i+j-1)+η (χ-l) ]mod bn 时； 所述判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-Ι层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器，包括:计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距尚Dk-Sk ； 当IDk-SkI e {a,a<n}时，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k_l层网络的服务器能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器； 当|Dk-Sk| e {a,a ^ η}时，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k_l层网络的服务器不能只通过一台第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当在所述第k层网络中，第i组第k层交换机中的第X台所述第k层交换机的第j个端口连接的服务器，在所述第k层网络对应的矩阵中的位置为第i列第h行，其中，I≤i≤n (bn) k_2，I≤x≤b，I≤j≤n，
当 I < j < n/2+l 时，h=[ (i+j-1) + (χ-l) ]n mod bn ；
当 n/2+1 < j ^ n 时，h=[ (i+n/2) + (j-n/2-1) (n+1) + (x_l) n]mod bn 时； 所述判断在第k层网络中，所述源服务器或与所述源服务器处于同一个k-1层网络的服务器，是否能够只通过一台所述第k层交换机，到达所述目的服务器所在的k-Ι层网络中的任一服务器，包括: 计算在第k层网络中，所述源服务器所在的行和所述目的服务器所在的行之间的相对距尚Dk-Sk ； 当
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述相对距离根据以下公式计算:
13.根据权利要求5-11任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 查找k层网络中，任意两台服务器之间的所有路由通路； 保存查找到的所述任意两台服务器之间的所有路由通路。
【文档编号】H04L12/721GK103856402SQ201210504997
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】古强, 王蛟, 刘耀达 申请人:华为技术有限公司