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1以交換機為中心拓撲

1．1PortLand又使用了集中式控制(fabricmanager)來實現ARP以及路由的容錯，不僅充分考慮了Fat－tree結構的對稱性，而且設計了分布式的位置發現，從而將不再需要管理員的人工配置。在此基礎上，交換機即可自行使用位置發現協議，自動配置本機的專屬地址。PortLand可以較好地進行容錯路由和轉發，支持虛擬機的遷移和系統的擴展，但PortLand對交換機的修改，卻使得只有在升級原始交換機后才能符合其運行要求;而且，Port-Land又依賴于中心化的基本結構管理者的體系結構，這就使得其必將面臨單點故障和失效的威脅。

1．2VL2與Fat－tree的不同之處在于，VL2是將網絡中的所有服務器通過一種虛擬的二層以太網連接起來，由此就使得對于云計算的任何上層服務來說，網絡中所有的服務器對其而言都是可參與分配的，即所有的服務器都位于同一個服務器共享池中，從而消除了資源分片問題。VL2的結構如圖2所示。其中，第一層為服務器群，通過ToR(TopofRack)交換機接入第二層網絡。VL2的第二層則通過使用聚合層交換機和中間層交換機的交叉連接而形成一個平面的、巨大的網絡。具體地，VL2使用了CLOS拓撲結構互連交換結構，增加了通信路徑的多樣化，同時又采用VLB技術為每一個服務器獨立、隨機地選取發送路徑來完成服務器間的通信，從而真正實現負載均衡、服務流量隔離。但隨著數據中心規模的擴大，VL2的集中式管理卻較易出現單點故障與性能瓶頸。

2以服務器為中心的拓撲

在以服務器為中心的方案設計中，多采用迭代方式構建網絡拓撲，其中的服務器不僅是計算單元，而且也充當路由節點，并且會主動參與分組轉發和負載均衡。這類方案通過迭代設計避免了位于核心層交換機的瓶頸，服務器之間隨之而擁有了多條可用的不相交路徑。這一類的典型設計方案包括DCell［4］、BCube［5］、FiConn［6］、雪花結構［7］等。下面將對前面三類方案進行分析和詳述。

2．1DCellGuoetal等提出一種基于層次化全連接的DCell拓撲結構。DCell使用遞歸方式定義，也就是高層的DCell網絡由多個低層DCell網絡組成，此時即可將低層DCell網絡看做高層網絡的一個虛擬節點，則同一層的所有節點之間實現了全連接結構。DCell網絡最底層(DCell0)由n個服務器與一個n口普通交換機連接構成，n+1個DCell0網絡構成DCell1網絡，依次類推，若DCellk中有m個服務器，則DCellk+1就是一個由m+1個DCellk互連形成的完全復合圖。DCell1(n=4)的結構如圖3所示。DCell具有高度可擴展性，但其互聯結構較為復雜，因而需要大量的網絡實現互聯，復雜的網絡連接方式將難以在大規模的真實網絡中獲得實現。而且DCell網絡中不同層的網絡間所承載的數據量也存在很大差別，這也相當嚴重地影響了吞吐量。另外，由于DCell使用服務器執行路由，又增大了網絡延遲，更有甚者其路由協議也不適于在鏈路故障時最短路徑的搜尋和發現，其綜合網絡延遲通常較大。

2．2BCubeBcube中有兩種類型的設備:具有多個端口的服務器和連接固定數量服務器的交換機。BCube主要是采用了遞歸的構建方法，BCube0是將n個服務器連接到一個具有n端口的交換機上，BCube1是n個BCube0連接到n個設有n端口的交換機上。圖4即為BCube1(n=4)網絡結構示意圖。由圖4可見，這是由4個BCube0和4個4端換機聯合構成。更一般的情況是，BCubek(k＞1)是由n個BCubek－1和nk個帶有n個端口的交換機構成，一個BCubek上的每個服務器有k+1個端口，標記為level0到levelk。因此，一個BCubek有N=nk+1個服務器和k+1層交換機，也就是每一層均有nk個具有n個端口的交換機。BCube方案提供多路徑，并且實現了負載均衡，因而不會出現明顯的瓶頸鏈路，并增加了可靠性。當服務器或者交換機發生失效時，BCube可以做到性能的緩和下降，從而維持了服務的可用性。但是由于在BCube中使用了普通商業交換機來連接大量的服務器，這就使得其對交換機和鏈路的需求增加，同時也將增加有關布線的難度和出錯的概率。還有，BCube要求每個服務器都需配有k+1個端口，這也使得目前的很多現有服務器難以符合其要求，而必須進行升級改造。

2．3FiConn微軟亞洲研究院的李丹等人基于備用端口進行服務器互聯的想法，從而設計了FiConn。每個FiConn中的服務器均使用兩個網卡端口，一個連接到交換機，另一個則連接到其他的FiConn服務器。FiConn同樣采用了遞歸定義的結構。FiConn0是基本的構建單元，由n個服務器和一個n端換機連接，每個FiConn中的服務器有1個端口連接到FiConn0，稱其為0層端口，連接到0層端口和交換機的鏈路則稱為0層鏈路。如果服務器的備用端口沒有連接到其他服務器，則可稱其為可用備用端口。每個高級FiConn均由多個低級FiConn構造，當構造一個較高層FiConn時，較低一層的FiConn使用空閑的后備端口中的一半互聯而形成網狀結構。依照此法，若FiConn中服務器數為N，隨著FiConn層級的提高，其端口數必將呈現雙指數增長。FiConn在一定程度上提高了服務器間的聯通度，增加了服務器間的通信帶寬。但FiConn的容錯性卻較弱，且其路徑長度較大，路由效率也不高。

3結束語

本文分別綜述了以交換機為中心和以服務器為中心的方案，并簡要分析了各個方案的優缺點，而且從網絡規模、擴展性、布線復雜性等方面對各類代表性的方案進行了綜合對比，對比結果則如表1所示。

作者：張嬋馮國軍肖云波單位：湘潭職業技術學院