数据中心网络异地灾备机设计与实现

发布时间：2020-10-28 15:17

　　 作为承载大数据、云计算等应用的基础设施,数据中心网络在遭受自然灾害破坏时,极易导致大量信息丢失并造成难以估量的损失。因此,异地灾备机制逐渐得到广泛的研究和应用。该机制旨在灾害发生的预警时间内,将数据中心内的重要信息安全备份到异地。本文在深入分析备份节点和数据流特点的基础上,设计并实现了一种数据中心网络异地灾备机制。具体工作如下:首先,设计数据中心网络在预警时间内的异地灾备机制,主要包括两部分。第一部分通过线性规划设计待备份数据与备份节点的最佳匹配机制。根据待备份数据量、备份节点链路状态及存储容量来确定待备份数据的最优备份节点,从而提高链路和备份节点的利用率。第二部分在已知目的节点的前提下,设计高效、可靠的端到端传输机制。各流通过数据和备份节点优先级确定特权函数。发送端根据特权函数对各流进行不同程度的拥塞控制。交换机根据特权函数确定数据的丢包和发送顺序。接收端通过ECN机制通告网络拥塞情况。其次,实现数据中心网络在预警时间内的异地灾备机制,主要包括两部分。第一部分通过单纯形法执行转轴操作确定节点备份的数据量上限,基于动态规划循环迭代确定节点备份的具体数据和所有节点备份的数据总量,从而实现待备份数据与备份节点的最佳匹配;第二部分基于NS2仿真平台,通过修改相关类,添加异地灾备机制传输机制所需变量和函数。最后,分两部分验证异地灾备机制。第一部分实验结果表明在不同的预警时间下,备份数据与备份节点的最佳匹配机制能够为不同的节点确定待备份数据;第二部分实验结果表明所设计的传输机制能够为目的节点和优先级高的数据合理分配带宽,并在预警时间和待备份数据量均相等的条件下,体现出优于TCP、D2TCP和DCTCP的传输性能。基于上述结论,本文提出的数据中心网络异地灾备机制能够在较短的预警时间内备份更多的数据,从而有助于降低损失程度。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP308
【部分图文】：

０－ｇ＿ｇ＿ｇ?０－ｉｎ??ｉｉｕＰＵ?ｃｊｕｃｊＯ?ＯＤｕｙ??图２－１四元胖树??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｆｏｕｒ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?Ｆａｔ－Ｔｒｅｅ??（２）?Ｈｅｌｉｏｓ??Ｈｅｌｉｏｓ网络拓扑是由核心层和接入层组成的两层多根树结构，核心层由多个分??组交换机和一个光纤交换机组成，接入层主要由分组交换机组成。Ｈｅｌｉｏｓ主要应用??在大型集装箱规模的数据中心网络中；在Ｈｅｌｉｏｓ网络中，网络通信即可使用分组??链路，又可使用光纤链路，其网络拓扑如图２－２所不。Ｈｅｌｉｏｓ同Ｆａｔ－ｔｒｅｅ?—样，也??将网络划分为不同的域，在域中，底层服务器（用Ｈ表示）通过链路与接入层分??组交换机相连。接入层分组交换机的上行链路平分为两半，一半通过接入层光收发??器（用Ｔ表示）与核心层光收发器相连，进而与核心层分组交换机进行连接；另一??半通过光收发器与多路复用器（用ＭＵＸ表示）连接再与核心层光纤交换机连接。??

２－３?ＤＣｅｌｌ网络扑图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｎｅｔｗｏｒｋ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ＤＣｅｌｌ??２）?ＢＣｕｂｅ??过服务器中继路由流量，ＢＣｕｂｅ使用商用交换机来划定网络层次。ＢＣ交换机不直连到其他交换机，只与服务器相连。ＢＣｕｂｅ中的链路与Ｄ样，是双向的。其中，ＢＣｕｂｅ／（／彡０）表示ＢＣｕｂｅ网络的第／层。ＢＣ

?数据中心网络灾备机制及其拓朴??彡０）和／７的次方个《端口交换机组成。在ＢＣｕｂｅ，？中，每个服务器具有／＋７个端??口。如果交换机拥有８个端口，则三层ＢＣｕｂｅ网络就可连接４０９６台服务器。图２－??４是４兀ＢＣｕｂｅ网络拓扑。ＢＣｕｂｅｏ由４台服务器和１台４端口交换机组成。ＢＣｕｂｅ??由４个ＢＣｕｂｅｏ和４台交换机组成，每台交换机与ＢＣｕｂｅ中的一台服务器相连。??ＢＣｕｂｅ的链路带宽能够满足集装箱规模数据的需求。??——第〇层链路?ｙ：＼?ｇ???第ｉ层链路?／?．、／?＼??ｄ勘猫慰〔幻麵祕６??图２－４?ＢＣｕｂｅ网络拓扑??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｎｅｔｗｏｒｋ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ＢＣｕｂｅ??以服务器为核心的数据中心网络每增加一层，每台服务器需要额外增加一个??网卡和添加相应的连线，不利于数据中心网络的扩展和部署。因此，本文设计的数??据中心网络灾备机制是基于以交换机为核心的数据中心网络。??２．３数据中心网络传输机制??由２．１节可知，本文通过设计传输机制实现异地灾备。因此，本节主要介绍数??据中心网络传输机制的相关内容。??数据中心网络传输机制一直是工业界和学术界的研究热点之一，且数据中心??网络传输机制的发展己相当成熟，众多的传输机制已被提出并广泛采用。??根据调节发送速率方式的不同，数据中心网络传输机制可以分为两类：一类是??探测到拥塞后被动地调节发送速率
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本文编号：2860262