服务器网络拓扑论文范文

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1以交换机为中心拓扑

1．1PortLand又使用了集中式控制(fabricmanager)来实现ARP以及路由的容错，不仅充分考虑了Fat－tree结构的对称性，而且设计了分布式的位置发现，从而将不再需要管理员的人工配置。在此基础上，交换机即可自行使用位置发现协议，自动配置本机的专属地址。PortLand可以较好地进行容错路由和转发，支持虚拟机的迁移和系统的扩展，但PortLand对交换机的修改，却使得只有在升级原始交换机后才能符合其运行要求;而且，Port-Land又依赖于中心化的基本结构管理者的体系结构，这就使得其必将面临单点故障和失效的威胁。

1．2VL2与Fat－tree的不同之处在于，VL2是将网络中的所有服务器通过一种虚拟的二层以太网连接起来，由此就使得对于云计算的任何上层服务来说，网络中所有的服务器对其而言都是可参与分配的，即所有的服务器都位于同一个服务器共享池中，从而消除了资源分片问题。VL2的结构如图2所示。其中，第一层为服务器群，通过ToR(TopofRack)交换机接入第二层网络。VL2的第二层则通过使用聚合层交换机和中间层交换机的交叉连接而形成一个平面的、巨大的网络。具体地，VL2使用了CLOS拓扑结构互连交换结构，增加了通信路径的多样化，同时又采用VLB技术为每一个服务器独立、随机地选取发送路径来完成服务器间的通信，从而真正实现负载均衡、服务流量隔离。但随着数据中心规模的扩大，VL2的集中式管理却较易出现单点故障与性能瓶颈。

2以服务器为中心的拓扑

在以服务器为中心的方案设计中，多采用迭代方式构建网络拓扑，其中的服务器不仅是计算单元，而且也充当路由节点，并且会主动参与分组转发和负载均衡。这类方案通过迭代设计避免了位于核心层交换机的瓶颈，服务器之间随之而拥有了多条可用的不相交路径。这一类的典型设计方案包括DCell［4］、BCube［5］、FiConn［6］、雪花结构［7］等。下面将对前面三类方案进行分析和详述。

2．1DCellGuoetal等提出一种基于层次化全连接的DCell拓扑结构。DCell使用递归方式定义，也就是高层的DCell网络由多个低层DCell网络组成，此时即可将低层DCell网络看做高层网络的一个虚拟节点，则同一层的所有节点之间实现了全连接结构。DCell网络最底层(DCell0)由n个服务器与一个n口普通交换机连接构成，n+1个DCell0网络构成DCell1网络，依次类推，若DCellk中有m个服务器，则DCellk+1就是一个由m+1个DCellk互连形成的完全复合图。DCell1(n=4)的结构如图3所示。DCell具有高度可扩展性，但其互联结构较为复杂，因而需要大量的网络实现互联，复杂的网络连接方式将难以在大规模的真实网络中获得实现。而且DCell网络中不同层的网络间所承载的数据量也存在很大差别，这也相当严重地影响了吞吐量。另外，由于DCell使用服务器执行路由，又增大了网络延迟，更有甚者其路由协议也不适于在链路故障时最短路径的搜寻和发现，其综合网络延迟通常较大。

2．2BCubeBcube中有两种类型的设备:具有多个端口的服务器和连接固定数量服务器的交换机。BCube主要是采用了递归的构建方法，BCube0是将n个服务器连接到一个具有n端口的交换机上，BCube1是n个BCube0连接到n个设有n端口的交换机上。图4即为BCube1(n=4)网络结构示意图。由图4可见，这是由4个BCube0和4个4端换机联合构成。更一般的情况是，BCubek(k＞1)是由n个BCubek－1和nk个带有n个端口的交换机构成，一个BCubek上的每个服务器有k+1个端口，标记为level0到levelk。因此，一个BCubek有N=nk+1个服务器和k+1层交换机，也就是每一层均有nk个具有n个端口的交换机。BCube方案提供多路径，并且实现了负载均衡，因而不会出现明显的瓶颈链路，并增加了可靠性。当服务器或者交换机发生失效时，BCube可以做到性能的缓和下降，从而维持了服务的可用性。但是由于在BCube中使用了普通商业交换机来连接大量的服务器，这就使得其对交换机和链路的需求增加，同时也将增加有关布线的难度和出错的概率。还有，BCube要求每个服务器都需配有k+1个端口，这也使得目前的很多现有服务器难以符合其要求，而必须进行升级改造。

2．3FiConn微软亚洲研究院的李丹等人基于备用端口进行服务器互联的想法，从而设计了FiConn。每个FiConn中的服务器均使用两个网卡端口，一个连接到交换机，另一个则连接到其他的FiConn服务器。FiConn同样采用了递归定义的结构。FiConn0是基本的构建单元，由n个服务器和一个n端换机连接，每个FiConn中的服务器有1个端口连接到FiConn0，称其为0层端口，连接到0层端口和交换机的链路则称为0层链路。如果服务器的备用端口没有连接到其他服务器，则可称其为可用备用端口。每个高级FiConn均由多个低级FiConn构造，当构造一个较高层FiConn时，较低一层的FiConn使用空闲的后备端口中的一半互联而形成网状结构。依照此法，若FiConn中服务器数为N，随着FiConn层级的提高，其端口数必将呈现双指数增长。FiConn在一定程度上提高了服务器间的联通度，增加了服务器间的通信带宽。但FiConn的容错性却较弱，且其路径长度较大，路由效率也不高。

3结束语

本文分别综述了以交换机为中心和以服务器为中心的方案，并简要分析了各个方案的优缺点，而且从网络规模、扩展性、布线复杂性等方面对各类代表性的方案进行了综合对比，对比结果则如表1所示。

作者：张婵冯国军肖云波单位：湘潭职业技术学院