FSDC：灵活的高可扩展数据中心网络结构.docx

【数据中心网络概述】 数据中心网络是支撑云计算服务和各种在线应用的核心基础设施，它承载了诸如搜索引擎、电子邮件、视频流媒体以及基础设施服务（如Google文件系统GFS、Map-Reduce计算框架和BigTable分布式数据库）等功能。这种网络结构由大量服务器、存储设备和网络设备组成，其设计直接影响数据中心的性能和效率。 【数据中心网络分类】 数据中心网络结构主要分为两类：以交换机为中心的互连结构和以服务器为中心的互连结构。交换机为中心的结构通常是层次化的，如FatTree拓扑，能够支持成千上万的服务器，并通过冗余设计确保高可用性。而以服务器为中心的结构利用服务器的网络接口卡（NIC）进行数据转发，通过服务器间的直接连接和低端交换机减少复杂性和成本，如DCell和BCube。 【数据中心网络的需求】 随着数字化信息爆炸式增长，数据中心需要处理的海量数据对网络设计提出了新要求： 1. 高扩展性：为了适应快速增加的业务需求和数据量，网络需要能够无缝添加设备，同时保持现有性能不受影响。 2. 高带宽：数据中心流量模式已由主要的“南北向”（用户与服务器间）转变为“东西向”（服务器间协作），这要求网络具备更高的内部带宽。 3. 高容错率：随着规模扩大，设备和链路故障的可能性增加，网络设计需要确保在故障情况下仍能保持整体性能。 4. 成本效益：在保证性能的同时，降低服务器、基础设施、能耗和网络设备的成本是数据中心网络设计的关键考虑因素。 【FSDC：一种新型数据中心网络结构】 本文提出了一种名为FSDC（Flexible and Highly Scalable Data Center Network）的新架构，基于笛卡尔乘积图原理，可以根据不同基础图构建不同类型的数据中心网络。FSDC允许使用商用交换机和服务器灵活扩展，适应不同规模，并在性能和成本之间取得平衡。通过拓扑性质分析、能耗比较和吞吐量模拟实验，FSDC表现出优于传统结构如FatTree、VL2、Potland、DCell和BCube的优势，兼顾了扩展性、容错性、带宽和成本效益。 【相关工作回顾】 FatTree因其冗余设计和扩展性受到关注，但扩展时需升级交换机端口，成本较高。VL2和Potland是基于FatTree的改进，分别通过平面和分层寻址提高易用性，但也面临扩展性限制。DCell和BCube则利用服务器多端口和分布式路由实现高容错和带宽优化，但多端口服务器和复杂布线可能导致成本增加。 FSDC作为一种创新的解决方案，试图解决当前数据中心网络面临的扩展性、带宽、容错和成本问题，为未来的数据中心网络设计提供了新的思路。