当前位置:主页 > 科技论文 > 计算机论文 >

可扩展的数据中心网络互联关键技术研究

发布时间:2020-10-02 09:42
   数据中心是云计算等新型应用服务的重要基础设施。作为数据中心的核心,数据中心网络支持数万至数十万台服务器间的互联,并为上层计算服务提供高效的网络通信和数据传输能力。云计算等新型应用服务的快速发展,对网络互联的可扩展性、路由协议和容错性等关键性技术提出了新要求,以致新型数据中心网络成为近年来人们研究的热点。本文面向数据中心网络,开展网络拓扑结构和容错路由、数据中心的数据放置、数据查询以及网络连接复杂性等方面的研究。 当前数据中心网络拓扑设计以可扩展为主要目标,具有并行度高、容错性强等特点,但也具有成本高、连接复杂和维护困难等问题。针对该问题,本文提出了一种可扩展、低成本的模块化集装箱式数据中心网络MyHeawood。MyHeawood基于两端口低端商用服务器和小型交换机,以分层递归定义的方式构建一个大规模数据中心网络。其基本思想是:MyHeawoodo由n个两端口服务器直接连接到一个小型交换机上组成,将14个MyHeawoodo按Heawood图连成MyHeawood1, MyHeawood1构成机柜内服务器间的互联方式;将14个MyHeawood1按Heawood图连成MyHeawood2. MyHeawood2构成集装箱内机柜间服务器的互联方式;对于集装箱间的互联,我们设计了两种网络互联拓扑:一种是将14个MyHeawood2按Heawood图连成MyHeawood3;另一种是基于交换机连接,能实现任意个MyHeawood2间的互联。基于MyHeawood结构,我们设计了一种容错路由算法。分析和实验表明:MyHeawood具有构建成本低、平均路径短和容错能力强等特点。 数据中心作为一种数据存储与处理的基础设施,必须具备海量的数据存储和处理能力,而这种能力依赖于数据中心网络中高效、持久的数据放置策略。面向MyHeawood网络互联拓扑,结合数据中心数据放置的特点和要求,本文提出了一种适合MyHeawood拓扑特征的数据放置方法。该方法基于三副本策略,将副本分别放置在距离相近而处于不同MyHeawood子层的节点服务器上。通过构造一个哈希函数族将数据第一副本r0映射到MyHeawood3服务器上;第二副本r1放置在与r0所在服务器直接相连的相同MyHeawood1中不同的MyHeawood0服务器上;第三副本r2放置在与r1所在服务器直接相连的不同MyHeawood2中的MyHeawood0服务器上。实验表明,该数据放置方法具有良好的负载均衡和查询效率。 数据中心中的服务器既存储数据,又参与路由,服务器的失效会引起数据查询的失败。针对这一问题,本文提出了一种目标节点失效下的高效、分布式容错查询算法。其基本思想是:先计算出所有目标节点地址,再根据其远近选择被查询的目标节点;如果目标节点发生故障,则查询与失效目标节点更近的副本目标节点;如果前面两个副本都发生了失效,则查找存储第三个副本的目标节点。实验表明,该算法具有很好的容错特性。 针对数据中心网络互联的性能评价问题,本文提出了大规模数据中心网络拓扑的连接复杂性及其度量方法,包括网络中的节点命名、连接方式、拓扑结构的递归性和连接复杂度等四个方面。节点命名的复杂性计算反映了在相同拓扑结构下,不同的节点命名方式对其复杂性的影响力;连接方式的复杂性表现了连线的规则对网络拓扑连接的复杂性影响;拓扑结构的递归性定义为,当一个拓扑增加节点时,不改变原拓扑的连接关系,则认为该拓扑图是可递归的,其可递归性越好,复杂性越低。连接复杂度从维护的角度对拓扑复杂性进行定义,通过对环、全连通图、网格、2维环、De Bruijn、多维体、胖树、蝶网、DCell、BCube和MyHeawood等典型结构进行复杂性分析的结果表明,该方法能有效计算网络拓扑的连接复杂性值;同时也表明,在数据中心构建时,网络拓扑的连接复杂性是一个必须考虑的重要指标。
【学位单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位年份】:2014
【中图分类】:TP308
【文章目录】:
论文创新点
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 数据中心网络拓扑研究
        1.2.2 数据中心网络数据放置技术研究
        1.2.3 数据中心容错路由和查询技术研究
        1.2.4 数据中心网络性能评价研究
    1.3 本文工作
        1.3.1 可扩展的集装箱式数据中心网络拓扑结构
        1.3.2 基于MyHeawood的数据放置策略和算法
        1.3.3 目标节点失效下的容错查询
        1.3.4 大规模数据中心网络拓扑的连接复杂性研究
    1.4 论文结构
第二章 相关研究
    2.1 数据中心网络拓扑结构
        2.1.1 大规模数据中心网络拓扑
        2.1.2 集装箱式互联网络结构
    2.2 数据放置策略
        2.2.1 基于DHT的数据放置策略
        2.2.2 基于DCN的数据放置策略
        2.2.3 基于DCN的副本放置策略
    2.3 数据中心网络路由和容错机制
        2.3.1 集中式路由和容错机制
        2.3.2 分布式路由和容错机制
        2.3.3 层级式路由和容错机制
        2.3.4 IP网络容错路由机制
    2.4 网络拓扑的性能分析
        2.4.1 DCN评价指标
        2.4.2 典型DCN性能比较
第三章 可扩展的集装箱式数据中心网络互联结构
    3.1 引言
    3.2 HEAWOOD图及其性质
    3.3 机柜内互连
    3.4 机柜间互连
    3.5 集装箱间互连网络
    3.6 基于交换机的集装箱问互连
    3.7 实验和性能分析
    3.8 本章小结
第四章 基于MyHeawood的数据放置策略和算法
    4.1 引言
    4.2 数据放置策略
    4.3 数据放置算法
    4.4 实验和性能分析
    4.5 本章小结
第五章 目标节点失效下的容错查询
    5.1 引言
    5.2 MYHEAWOOD容错路由
    5.3 MYHEAWOOD容错查询
        5.3.1 目标地址计算
        5.3.2 目标节点失效下的容错路由
        5.3.3 目标节点失效下的容错查询
    5.4 实验和性能分析
    5.5 本章小结
第六章 大规模数据中心网络拓扑的连接复杂性研究
    6.1 引言
    6.2 基本思路
    6.3 节点的命名及代价
    6.4 连线的连接代价
    6.5 图的可递归性
    6.6 图的连接复杂性
    6.7 应用
    6.8 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 论文工作总结
    7.2 课题研究展望
参考文献
攻读博士学位期间的科研成果
致谢

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 秦丽;;天狮集团 数据中心搬迁倒计时[J];信息方略;2010年12期

2 ;技术+规划=成功——惠普亚特兰大数据中心整合[J];每周电脑报;1999年48期

3 ;24×7成功法则——简述263首都在线数据中心建设[J];每周电脑报;2000年50期

4 胡维浩;浅谈数据中心的安全运行管理[J];华南金融电脑;2002年10期

5 ;让你的机架式设备不再“发高烧”[J];数码世界;2005年03期

6 N博士;数据中心要降温更要节能[J];中国计算机用户;2005年42期

7 N博士;;机房布设需长远规划[J];中国计算机用户;2006年30期

8 王志欣;;编好一个“篮子”[J];软件世界;2006年22期

9 宿建光;;把握企业计算未来 HP颠覆IT经济[J];通信世界;2006年45期

10 宿建光;;Radware帮助数据中心实现“节能环保”[J];通信世界;2007年13期

相关会议论文 前10条

1 谢信耐;;以信息化促进体院管理改革——构建数据中心的设想[A];第七届全国体育科学大会论文摘要汇编(二)[C];2004年

2 丁豪;;数据中心高可靠性供电方案研究[A];土木建筑学术文库(第15卷)[C];2011年

3 王永明;李兴林;;船舶远程识别与跟踪系统的发展与应用[A];第五届卫星通信新业务新技术学术年会暨卫星通信系统网间互联互通与接口标准研讨会论文集[C];2009年

4 王];;行业统一数据中心在吉林烟草的实践[A];华北、东北地区2007年度烟草学术交流研讨会论文集[C];2007年

5 ;美国Airflow数据中心专用空调机[A];全国暖通空调制冷1996年学术年会资料集[C];1996年

6 邓莉;;浅谈数据中心的信息安全管理策略[A];网络安全技术的开发应用学术会议论文集[C];2002年

7 王新峰;;浅谈数据中心建设和商务智能(BI)的开发与实施[A];河南省烟草学会2008年学术交流获奖论文集(上)[C];2008年

8 孙壮志;;基于信息集成的数据中心的实现[A];中国烟草行业信息化研讨会论文集[C];2004年

9 刘圣庆;;提高数据中心机房安全可靠探讨[A];通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C];2008年

10 王其英;;通信行业数据机房建设新概念[A];中国石油石化工程技术和物装手册(第二分册)[C];2003年

相关重要报纸文章 前10条

1 ;数据中心在变化[N];计算机世界;2004年

2 郑燃;数据中心绿色蜕变[N];政府采购信息报;2008年

3 马磊;绿色数据中心不能光说不练[N];政府采购信息报;2008年

4 本报记者 刘洪宇;嘉实基金打造高端数据中心[N];中国计算机报;2008年

5 本报记者 吴玉征;万和证券数据中心节能故事[N];计算机世界;2009年

6 电脑商报记者 祁萌;数据中心面临的挑战依然存在[N];电脑商报;2010年

7 本报记者 于翔;数据中心向云扩展[N];网络世界;2010年

8 本报记者 胡英;新一代数据中心引发交换机变革[N];计算机世界;2010年

9 本报记者 郭涛;数据中心的“瘦身”良方[N];中国计算机报;2008年

10 张静;构建新一代数据中心中国数据中心用户大会召开[N];中国计算机报;2008年

相关博士学位论文 前10条

1 张鹏;数据中心网络的流量管理和优化问题研究[D];北京邮电大学;2013年

2 陈辉;基于虚拟化环境的数据中心节能管理技术研究[D];北京邮电大学;2012年

3 黄鑫;可扩展的数据中心网络互联关键技术研究[D];武汉大学;2014年

4 赵威;电网数据中心的数据安全问题研究[D];燕山大学;2011年

5 孙鑫;面向云环境数据中心的高效资源调度机制研究[D];北京邮电大学;2012年

6 夏纯中;云存储多数据中心QoS保障机制研究[D];江苏大学;2014年

7 曹家鑫;数据中心中的一种可扩展和高效的可靠组数据传输方法[D];中国科学技术大学;2013年

8 王智明;云数据中心资源调度机制研究[D];北京邮电大学;2012年

9 刘晓茜;云计算数据中心结构及其调度机制研究[D];中国科学技术大学;2011年

10 冯振乾;云计算数据中心的网络带宽隔离技术研究[D];国防科学技术大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 后国超;基于Web的医疗数据交换中心的设计与实现[D];大连理工大学;2004年

2 魏金强;多维分析技术在教务管理系统中的应用与研究[D];北方工业大学;2006年

3 何煜翔;银行数据中心灾难恢复系统研究与实践[D];上海交通大学;2007年

4 夏东盛;高职数字化校园的设计与实现[D];华东师范大学;2008年

5 朱应国;基于VRRP高可靠性数据中心的应用研究与实践[D];江南大学;2009年

6 董凤江;烟草贸易数据中心系统研究[D];上海交通大学;2008年

7 张琦;电信企业数据中心的设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年

8 张玢;云计算在电力企业数据中心的研究与应用[D];华北电力大学;2013年

9 齐文艳;面向能耗优化的数据中心资源动态调度模型与方法[D];哈尔滨工业大学;2013年

10 谢红涛;电力企业数据中心的架构设计研究[D];复旦大学;2009年



本文编号:2832245

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/2832245.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户0b7e2***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com