一种新的服务器集群系统负载均衡技术

使用服务器集群系统解决网络服务节点的性能瓶颈问题是目前普遍采用的方法，其中负载均衡技术又是决定整个集群的性能和可伸缩性的关键因素。本文首先分析和比较了现有的负载均衡技术，然后提出了一种基于虚拟路由器集群系统的负载均衡技术。     

数据中心网络的体系结构

在新的应用模式下,传统层次结构数据中心网络在规模、带宽、扩展性和成本方面存在诸多不足.为了适应新型应用的需求,数据中心网络需要在低成本的前提下,满足高扩展性、低配置开销、健壮性和节能的要求.首先,概述了传统数据中心网络体系结构及其不足,并指出了新的需求;其次,将现有方案划分为两类,即以网络为中心和以服务器为中心的方案;然后,对两类方案中的代表性结构进行了详细的综述和对比分析;最后指出了数据中心网络未来的发展方向.     

基于改进胖树结构的数据中心网络设计

随着云服务的广泛应用,部署云服务的数据中心网络向着大型化,多路径的结构发展。胖树运用简单的拓扑模型为数据中心提供出色的聚合带宽性能。本文提出一种基于改进胖树结构的新型数据中心网络,该网络利用边缘交换机直接连接核心交换机,并为其设计了错误避免路由算法,为数据中心网络提供简单高效的路由生成办法。通过计算得知改进型胖树结构的数据中心网络有更短的路径,同时能简单快速构建路由表。     

面向跨数据中心网络的节点约束存储转发调度方法

借助海量数据中心存储,通过存储转发(store-and-forward, SnF)调度大数据传输,已被证明能有效解决跨数据中心间大数据传输难题.然而,多数现有调度方法将数据途经的所有网络节点(例如数据中心)均纳入SnF调度决策,导致其计算复杂度过高,难以为大规模网络提供实时调度服务.针对跨数据中心光网络场景,给出SnF模型,量化分析存储节点数量对调度问题性能与复杂度的影响.研究表明：在一定条件下,无需将所有节点都纳入调度决策也可获得良好的调度性能.由此,提出了节点约束SnF调度方法.该方法的特点在于：1)仅将部分数据途经节点纳入调度决策,降低调度问题求解难度;2)引入拓扑抽象,将被选节点间链路状态压缩,缩小调度问题规模、提高算法求解效率.仿真结果表明：在阻塞率和算法计算时间方面,该方法优于现有调度方法.     

一种二维片上网络路由器的设计实现

片上网络(Network on Chip, NoC)作为解决众核芯片互连的主流方案,其性能很大程度上取决于网络的拓扑结构。而网络拓扑结构的效能受到网络路由器的直接影响。因此,基于特定拓扑结构的路由器设计实现具有非常重要的研究意义。因此将XY路由算法应用于路由器节点中,设计了基于2D Mesh拓扑结构、轮询仲裁机制与虫孔交换流控的片上网络路由器,并使用Modelsim对路由器进行了功能验证。实验结果表明,设计的路由器能满足微片数据的处理,能够正确的收发数据包。     

数据中心网络路由研究进展

随着云计算的迅速发展,运营商对数据中心的需求与日俱增.作为数据中心网络的关键技术,路由负责在数据中心内部以及数据中心之间为流量选路,为不同服务质量要求的流量提供差异化的路由转发服务.当数据中心规模比较大时,由于应用不可预估的通信流量以及数据中心网络的拓扑特点,传统因特网路由方法不能提供令人满意的高吞吐率和资源利用率,网...     

基于软件定义网络的虚拟数据中心管理平台

针对已有虚拟数据中心（VDC）管理平台具有代码固化、后续升级困难等缺陷,设计和实现一种基于软件定义网络（SDN）的VDC管理平台。该平台由VDC管理子系统（VDCM）、VDC计算资源控制子系统（VDCCRC）和VDC网络资源控制子系统（VDCNRC）组成,子系统之间通过RESTful API交互建立起松耦合架构。VDCNRC通过SDN控制器管理数据中心网络资源,VDCCRC通过开源云平台管理数据中心计算资源,VDC管理子系统中内置VDC管理算法框架,可快速开发适用于实际生产环境的VDC管理算法。使用Mininet、Openstack、Floodlight搭建了测试环境,验证了该平台可通过Openstack来控制虚拟机的启动、迁移和删除,可通过Openflow控制器实现VDC网络带宽资源隔离,并支持VDC创建、删除和修改等操作。     

一种高效的超节点网络容错机制

超节点网络采用超节点作为普通节点服务器,负责管理和查询处理的机制,提高了搜索效率。但是,如果超节点失效,将会严重影响网络的稳定性和查询效率。提出一种高效的容错机制。首先,改进了无向双环结构,提出k-无向双环拓扑结构,并利用此技术,构建了超节点层拓扑结构,使网络具有高容错特性;同时在此基础上,给出了超节点选择和超节点负载均衡的方法,降低了超节点因负载过重而失效的可能性,另外,给出了超节点失效恢复算法和容错路由算法,解决了超节点失效后的恢复和路由问题。实验结果显示,该网络具有易维护、高容错的特点。     

基于SDN的数据中心网络路由与调度

随着计算机技术的不断发展,云计算也变得越来越普及,应用在人们生活的各个角落,这就为网络数据中心带来了新的发展契机,但任何一个行业,机遇和挑战都是并存的,数据中心现有的网络构架存在着诸多的缺陷,在程序运行的过程中各种问题也随之凸显出来;另外,路由协议和调度策略也有不足之处,这些都制约着云计算技术的发展.面对这种现状,基于SDN的数据中心网络路由与调度的研究就很有必要.     

雪花结构:一种新型数据中心网络结构

该文分析了传统数据中心的不足以及新型数据中心具备的新特点,借鉴已有数据中心结构,依据著名的科赫曲线(Koch curve),提出了新型数据中心网络结构--雪花结构.该结构充分考虑了数据中心的可扩展性,在保证交换机与服务器较低数量比例(0.125～0.333)的前提下,可以在较短的平均路径内实现节点间路由机制,具有较小的...     

基于数据中心流量特征的端到端流量估计算法

数据中心是云计算等大型分布式计算服务的基础,有效地设计与管理数据中心需要遵循数据中心网络的端到端流量特征。然而直接地测量网络的端到端流量需要耗费巨大的软件成本和硬件成本,并且由于数据中心网络结构的特殊性,传统的计算机网络采用的流量估计方法也无法适用于现有的数据中心网络。为解决以上问题,首先依据数据中心的资源分配和链路利用率情况提取出网络的粗粒度流量特征,在此基础上提出一种基于重力模型和网络层析技术的数据中心端到端流量估计算法。与现有的流量推理算法Tomogravity和ELIA在NS3搭建的不同规模的数据中心网络中进行性能对比,实验结果表明,所提算法能有效地利用提取出的粗粒度流量特征,在保证计算效率的前提下将计算准确度大幅提升,可满足当前数据中心网络实时获取端到端流量数据的需求。     

A taxonomy and survey on Green Data Center Networks

Data centers are growing exponentially (in number and size) to accommodate the escalating user and application demands. Likewise, the concerns about the environmental impacts, energy needs, and electricity cost of data centers are also growing. Network infrastructure being the communication backbone of the data center plays a pivotal role in the data center’s scalability, performance, energy consumption, and cost. Research community is endeavoring hard to overcome the challenges faced by the legacy Data Center Networks (DCNs). Serious efforts have been made to handle the problems in various DCN areas. This survey presents significant insights to the state-of-the-art research conducted pertaining to the DCN domain along with a detailed discussion of the energy efficiency aspects of the DCNs. The authors explored: (a) DCN architectures (electrical, optical, and hybrid), (b) network traffic management and characterization, (c) DCN performance monitoring, (d) network-aware resource allocation, (e) DCN experimentation techniques, and (f) energy efficiency. The survey presents an overview of the ongoing research in the broad domain of DCNs and highlights the challenges faced by the DCN research community.     

Torus网络自适应容错路由算法

在应用于大规模并行计算机的互连网络的设计中,容错问题是其中的一个关键问题和难点问题。提出了一种基于Torus虫孔交换网络的容错路由算法,这一算法使用了矩形故障模型,无论故障区域大小多少和如何分布,算法始终是无死锁的,而且具有足够的自适应性,只要故障节点没有断开网络的连接,算法就能够通过选路使消息绕过故障区域,保持路由的连通性。同时,算法仅需要使用3个额外的虚拟通道。最后算法在不同故障率的Torus网络中进行了仿真实验,结果显示这一算法具有良好的平滑降级使用的特性。     

数据中心统一架构网络设计构想

根据企业的需求及业界的发展趋势,数据中心虚拟化的核心是网络虚拟化、计算虚拟化、存储虚拟化。文章重点讨论数据中心虚拟化趋势下的网络架构设计。     

基于流量调度的SDN数据中心网络拥塞控制算法

针对采用软件定义网络(SDN)的数据中心网络拥塞的问题,提出一种基于流量调度的数据中心网络拥塞控制算法。当链路发生拥塞时,该算法首先判别拥塞链路中 链路上关键度最大的大流,然后对大流进行重路由计算,选择调度开销最小的流,并进行调度代价计算,最后对调度代价最小的流进行调度。实验结果表明,所提算法能够有效缓解网络拥塞,降低丢包率,提高链路利用率,使得网络性能更为稳定。     

Exploring High-Performance Architecture for Data Center Networks

As a critical infrastructure of cloud computing, data center networks (DCNs) directly determine the service performance of data centers, which provide computing services for various applications such as big data processing and artificial intelligence. However, current architectures of data center networks suffer from a long routing path and a low fault tolerance between source and destination servers, which is hard to satisfy the requirements of high-performance data center networks. Based on dual-port servers and Clos network structure, this paper proposed a novel architecture to construct high-performance data center networks. Logically, the proposed architecture is constructed by inserting a dual-port server into each pair of adjacent switches in the fabric of switches, where switches are connected in the form of a ring Clos structure. We describe the structural properties of in terms of network scale, bisection bandwidth, and network diameter. architecture inherits characteristics of its embedded Clos network, which can accommodate a large number of servers with a small average path length. The proposed architecture embraces a high fault tolerance, which adapts to the construction of various data center networks. For example, the average path length between servers is 3.44, and the standardized bisection bandwidth is 0.8 in (32, 5). The result of numerical experiments shows that enjoys a small average path length and a high network fault tolerance, which is essential in the construction of high-performance data center networks.     

现代数据中心网络特征研究

近年来,随着虚拟化技术的广泛运用和云计算等新兴应用模式的发展,数据中心网络在组成、结构、功能、规模及应用模式等方面正发生着深刻的变革.深入研究分析现代数据中心网络的特征,对于揭示数据中心网络的工作原理、提高数据中心网络的性能、设计合理的资源管理方案和系统,具有重要的意义.然而,当前针对数据中心网络特征的综合分析研究尚比较缺乏.从数据中心网络结构特征、应用特征、流量特征及虚拟化特征等几个方面,对数据中心网络的基本特征进行了分析研究,并就这些特征对网络资源管理的影响及下一步的研究方向进行了分析,得出了一些初步的结论,以期能为数据中心网络的理论研究和系统设计实践提供基本的借鉴和支撑.     

DCNS:一种高可用性的数据中心网络

近年来,随着云计算技术的飞速发展,数据中心网络作为底层基础设施,发挥着越来越重要的作用。数据中心网络能够为各种云计算环境提供良好的服务。 这几年 在研究云计算的同时,数据中心也是一个重要的研究热点。学习了一些新的拓扑结构,主要包括Fat-tree、DCell以及BCube等。而这些方案在系统扩展太快或者太慢的情况下,都在不同程度上有一些性能的瓶颈或者在路由以及结构的构建上有比较高的代价。提出了一个代价有效并且具有很强扩展性和容错性的数据中心网络——DCNS。其混合了DCell以及BCube的优点,避免了它们各自的缺点。之后提出了一个针对DCNS的容错路由机制。最后,使用一个合适的测试环境来测试该数据中心网络架构的有效性。实验表明,DCNS能较好地满足数据中心对网络结构的要求,并且能够保证系统的可用性。     

基于AWGR的光电混合数据中心网络架构设计

随着云计算需求与服务器数量的不断增长,数据中心网络（data center network,DCN）面临可扩展性、低成本、低能耗、高带宽等一系列挑战。提出了一种基于阵列波导光栅路由器（arrayed waveguide grating router,AWGR）的光电混合数据中心网络架构。该混合架构由AWGR提供大容量光波长路由,由电分组交换机提供突发分组交换,同时满足大象流量和老鼠流量的需求。AWGR是无源光器件,将有效降低网络能耗,提高网络可靠性,与光电路交换机相比,可降低配置时间延迟。分析了在架顶交换机上分别采用全固定波长激光器（方案1）、混合固定波长激光器和波长可调谐激光器（方案2）、全波长可调谐激光器作为光源（方案3）的3种架构方案。对3种架构方案的成本和能耗进行了数值分析和计算,同时对网络性能进行了理论分析与仿真。成本和能耗数值分析结果显示：3种架构方案的成本与能耗随着服务器数量的增加不断增长,方案3增长的速度最快,方案1增长的速度最慢,方案2介于两者之间。网络性能仿真结果显示：在不同网络负载情况下,方案2架构的网络吞吐量和波长请求阻塞率与方案3接近,远高于方案1,因此混合固定波长激光器与波长可调谐激光器的方案2具备较好的性价比。     

基于语义的领域虚拟数据中心研究与实现

油井工程领域涉及的数据具有分布、异构和自治性强等特点,并且存在复杂的语义关联,无法为全局决策提供有效的数据支持。利用本体和虚拟视图集成技术,提出了油井工程虚拟数据中心解决方案,通过构造领域全局本体并利用本体抽取、本体映射和查询转换实现领域数据语义集成,提供了统一和基于语义的数据查询与共享服务。实际应用表明,虚拟数据中心能够为油井生产决策提供全面和实时的数据支持。