[实用新型]基于胖树结构的SDN交换网络

说明书

本实用新型提供一种基于胖树结构的SDN交换网络，所述SDN交换网络包括：控制层，控制层包括SDN控制器，通过SDN控制器获取全网的交换机拓扑信息，对全网的交换机进行集中式管理控制；由第一SDN交换机构成胖树结构的核心交换层；由与胖树边缘层中的第一SDN交换机相连接的第二SDN交换机构成的接入层；及由与第二SDN交换机相连接的主机构成的主机层。本实用新型基于胖树结构构建可扩展的无阻塞网络；采用了基于标签的路由交换算法，实现数据包在核心交换层中的高效路由；通过SDN控制器获取全网的交换机拓扑信息，对全网的交换机进行统一集中管理和调度；从而达到提高网络资源利用率，降低系统维护成本的目的。

技术领域

本实用新型属于网络通信技术领域，涉及一种基于胖树结构的SDN交换网络。

背景技术

随着大数据和人工智能技术的发展，数据中心的规模越来越大，一个数据中心的服务器的容量从几年前的几千台发展到如今的几万台甚至几十万台。为了降低网络建设和运维成本，数据中心网络的设计者们也竭力将一个网络模块的规模尽可能扩大。同时，数据中心网络内部的东西向流量(数据中心内部服务器之间交互的流量，也叫横向流量)也日益增加，在一些集群业务的需求的驱动下，数据中心网络的设计者们甚至开始讨论一个网络模块内10000台万兆线速服务器的可能性。

常见的数据中心网络模块的典型架构为两级结构，即包括双核心交换机及TOR接入交换机，然而，在更大规模的数据中心的发展趋势下，这样的数据中心网络架构会面临如下挑战：

首先，单个网络模块的规模直接受限于核心交换机设备的端口的密度。比如，对应10000台服务器1:1超载比接入的要求，每台核心交换机应该提供至少500个线速无阻塞端口，这已经接近商业市场主流交换机产品的极限了；其次，随着核心交换机设备越来越庞大，端口数量越来越多，核心交换机的功耗也据高不下，很轻易的达到接近10kw的量级，由于大多数IDC机房单机架的供电能力仅为3kw左右，10kw量级的电源的要求对于大部分企业来说，意味着2～3个月以上的机架电源改造周期。

于是，数据中心网络设计工作者开始研究是否有其它的架构设计方案。2008年，在美国加利福尼亚大学计算机科学与工程系以Mohammad Al-Fares为代表的几位教授的研究下，他们于SIGCOMM发表了论文《A Scalable Commodity Data Center NetworkArchitecture》，明确提出了一种三级的被称之为胖树(Fat Tree)的CLOS网络架构。利用这种架构方法，可以采用一种固定数量端口的盒式交换机搭建一个大规模服务器接入的网络。具体的说，当采用端口数为k的交换机时，核心交换机数量为(k/2)²个，共有k个Pod(分区)，每个Pod各有k/2个汇聚交换机及接入交换机，可接入的服务器的数量为k³/4。并且这种架构可以保证接入、汇聚、核心的总带宽一致，保证服务器接入带宽1:1的超载比。

然而，由于胖树结构是可重排无阻塞(Re-arrangeable non-blocking)网络，这个方案在加速比为1的情况下，采用了全局集中的流量调度系统FlowScheduler，直接控制汇聚交换机和核心交换机的路径选择，以获得较好的流量分布，同时每个接入交换机都内置FlowReporter收集流信息。即便如此，在随机流的测试中，网络的带宽利用率也不超过75％。显然这个方案并不完美，并且难以在普通商业产品上实施，对于大多数希望采用CLOS架构的设计者来说，这是一个难以实现的方案。

综上所述，胖树结构是一个具有很好的应用潜力的无阻塞网络架构，但是缺少良好的网络流量调度系统，从而限制了其实际应用，而且存在现有设备难以良好支撑的问题。

因此，提供一种基于胖树结构的SDN交换网络，以解决在应用胖树结构中所遇到的上述问题实属必要。

实用新型内容