數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量路由機(jī)制研究.pdf

1、近年來，以云計(jì)算為基礎(chǔ)的搜索引擎、在線地圖、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)密集型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用快速發(fā)展。作為云計(jì)算的重要基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的普遍關(guān)注。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)中心的核心部分，互連大量服務(wù)器與存儲設(shè)備，為各種組織和個人提供服務(wù)與應(yīng)用。
　　隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信量的快速增長，其帶寬需求不斷增加。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)利用電分組交換機(jī)構(gòu)建樹型分層架構(gòu)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長，其可擴(kuò)展性差、部署代價高和單點(diǎn)失效等問題日益凸顯。為此研究人

2、員提出了許多新的架構(gòu)，利用 CLOS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)樹型分層架構(gòu)是有代表性的方案。此外研究人員還將光技術(shù)引入架構(gòu)的設(shè)計(jì)，提出了光電混合架構(gòu)。同時，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的流量具有分布不均勻、突發(fā)性高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)樹型分層架構(gòu)中廣泛使用的等價多路徑轉(zhuǎn)發(fā)路由算法容易將多條大數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)至同一鏈路，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞?；谏鲜鲈颍嗅槍π缘脑O(shè)計(jì)新的路由方案成為急需解決的關(guān)鍵問題之一。
　　本論文首先針對 CLOS數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，根據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)

3、流傳輸性能需求不相同的特征，設(shè)計(jì)了一種軟件定義混合路由機(jī)制。該機(jī)制通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算將數(shù)據(jù)流分為大流和小流，大流采用自適應(yīng)路由算法，小流采用流量無視路由算法。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)OpenFlow機(jī)制的基礎(chǔ)上，將部分控制權(quán)從控制器下放至交換機(jī)，以減輕網(wǎng)絡(luò)的額外負(fù)載。論文在典型的 CLOS數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上建立流量模型進(jìn)行了性能分析與仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的等價多路徑轉(zhuǎn)發(fā)算法相比，提案路由方案能夠提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、降低數(shù)據(jù)流丟棄率和分組端到端時延

4、、同時減輕網(wǎng)絡(luò)的額外負(fù)載。
　　另外本論文針對一種光電混合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種負(fù)載均衡流量調(diào)度與路由機(jī)制。該機(jī)制利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)具有全局視角的優(yōu)點(diǎn)周期性統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)流量，建立流量預(yù)測矩陣。通過流量預(yù)測矩陣動態(tài)計(jì)算數(shù)據(jù)流在多條等價鏈路上的轉(zhuǎn)發(fā)概率，并按此概率完成轉(zhuǎn)發(fā)。論文在光電混合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上建立合成流量模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和性能分析。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的隨機(jī)早期檢測流量調(diào)度機(jī)制相比，該機(jī)制能夠提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低數(shù)據(jù)流丟棄