20、数据中心网络拓扑结构全解析

数据中心网络拓扑结构全解析

1. 数据中心网络拓扑研究分类

目前，数据中心网络（DCN）拓扑的研究主要分为两类：以交换机为中心的方案和以服务器为中心的方案。此外，还有一些研究将光交换技术和无线技术引入 DCN，分别提出了全光、光/电混合拓扑以及无线 DCN 拓扑。在实际应用中，大多数服务提供商也会采用特定的拓扑结构来构建其生产数据中心。

1.1 以交换机为中心的数据中心网络拓扑

在以交换机为中心的 DCN 拓扑中，网络流量全部由交换机或路由器进行路由和转发。以下是一些具有代表性的拓扑结构：
- Fat - tree ：由 Al - Fares 等人提出，借鉴了 50 年前 Charles Clos 等人在电话网络领域的经验。一般的 Fat - tree 模型是 k 端口 n 树拓扑，在数据中心领域常采用 n = 3 的特殊实例。在该拓扑中，边缘层的每个 k 端口交换机连接 k/2 台服务器，其余 k/2 个端口连接到聚合层的 k/2 个交换机。聚合层的 k/2 个交换机、边缘层的 k/2 个交换机以及所连接的服务器构成一个基本单元，称为 pod。核心层有 (k/2)^2 个 k 端口交换机，每个交换机连接 k 个 pod。
- 优点 ：消除了树结构上层链路的吞吐量限制，为服务器间通信提供多条并行路径；水平扩展降低了构建 DCN 的成本；与现有网络中的以太网结构和 IP 配置服务器兼容。
- 缺点 ：可扩展性受交换机端口数量限制；容错能力不足，对边缘交换机故障敏感；构建所需交换机数量多，增加了布线和配置的复杂性。
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