[发明专利]基于内容的数据中心网络的数据传输方法

说明书

技术领域

数据中心网络

背景技术

数据中心是云计算服务的重要组成部分，现今网络带宽已经成为了影响数据中心性能的主要瓶颈。现有解决方案大都集中在增加链路数目以及链路带宽。如以交换机为中心的新型拓扑结构：Fat-Tree（胖树），VL2（虚拟链路层）；以主机为中心的拓扑结构：BCube（一种高性能的数据中心拓扑结构），DCell（一种递归定义的数据中心拓扑结构）；以及光链路策略：c-Through（一种混合式数据包交换与电路交换拓扑结构）。但是，这些方案同时也带来巨大的硬件开销和能耗开销。

采用缓存机制可以有效的提升可用带宽能力，并且不占用任何网络资源。然而现有的基于IP的路由策略无法有效的适用于基于内容的缓存机制。NDN（Named Data Network， 内容数据网络）是一种基于内容的网络体系结构，为缓存机制提供了高效的路由策略。本发明的目的在于通过使用高效的缓存机制并将改进的NDN应用于数据中心网络，从而提供更高的网络可用带宽。

发明内容

本发明的目的在于通过设计一种基于内容的数据中心网络，CCDN（Content-Centric Datacenter Network，基于内容的数据中心网络），通过PIT（Pending Interest Table，等待回复的请求包列表）的组播特性，优先选择距离较近的缓存路由策略以及自适应的转发策略，减少数据传输平均路径长度，提供更高的网络可用带宽，保证了网络故障下的快速恢复。

本发明所提出的方法的思路在于：不同于传统的基于IP的路由策略，CCDN使用以NDN（Named Data Network，内容数据网络）为基础的基于内容的路由和转发策略。考虑到数据中心交换机的有限存储资源和数据中心网络拓扑结构的特点，我们采用Hybrid Content and Location（内容与位置混合式）路由策略，只需要存储完整的PIT和部分FIB（路由转发表），保证了CCDN的组播特性和可扩展性。考虑到数据中心网络的大数据量特性以及冗余的主机存储能力，不同于NDN的on-path（在传输路径上实施）缓存策略，我们采用off-path（不在传输路径上实施）的主机提供数据缓存的机制。根据数据中心网络的multistage（多层次）拓扑特点，如Fat-Tree，CCDN通过FIB learning（路由转发表自学习策略）保证Distance-aware Content based Forwarding（以路径长短作为转发依据的基于内容的转发策略），减少数据传输平均路径长度，提高网络吞吐力。自适应的转发策略保证了CCDN在网络故障的情况下仍然提供正确、高效的数据转发。

本发明的特征在于，是一种以内容数据网络为基础、以内容与位置混合式的路由策略、主机提供数据缓存的离线缓存策略、通过路由转发表自学习来保证以路径长短作为转发依据的转发策略的基于内容的数据中心网络Content-Centric Datacenter Network，简称CCDN的数据传输方法，是在作为客户端的主机和交换机之间依次按以下步骤实现的：

步骤（1），系统初始化：

步骤（1.1），主机初始化，

设定：请求包，所述请求包包括以下顺序排列的数据项：标签，由数据内容名称组成的数据块 C_h，还有由核心交换机U_m，聚合交换机L_k，机架交换机W_n以及主机S_q组成的位置名称，其中：m为核心交换机U的序号，m=1,2,3…,M，M为核心交换机U的个数，k为聚合交换机L的序号，k=1,2,3…, K，K为聚合交换机L的个数，n为机架交换机W的序号，n=1,2,3…,N，N为机架交换机W的个数，q为主机S的序号，q=1,2,3…,Q，Q为主机S的个数，h为数据块C的序号，h=1,2,3…,H，H为数据块C的个数，

步骤（1.2），核心交换机U_m，聚合交换机L_k和机架交换机W_n初始化：

设定：路由转发表和等待回复的请求包列表，其中，等待回复的请求包列表包括含有所述数据内容名称的数据块C及其对应的所述输入端口，路由转发表包括还有所述数据内容名称的数据块C和对应的输出端口，但仅存储认定为必须部分，

步骤（2），所述基于内容的数据中心网络CCDN按以下步骤进行数据传输：