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1、骨 干 网 络 嵌 入 式 数 据 中 心超 大 规 模 全 光 交 换 架 构,课题概览,第 2 页,1,重大需求背景,课题概览,2,核心制约因素,云服务快速发展，迫切要求数据中心可超大规模扩展,3,可见技术途径,电交换器 交换架构 环境因素,6,7,8,9,集中式数据中心,骨干网络嵌入式数据中心,嵌入网络,组件优化分组,单个光交换器不能解决问题,电交换器 交换架构 环境因素,光交换器：交换性能更难以保证突破限制：必须适应包交换模式分布式部署,网络专题讲座课程计算机网络研究,课题背景,第 3 页,云服务的发展及其与数据中心的关系,改变人类信息服务方式和内容 推动着网络功能和形态的演进,应用与
2、需求,数据中心,网络专题讲座课程计算机网络研究,课题背景,第 4 页,数据中心多级交换结构,数据中心：云服务的业务支撑平台,Core交换器（或交换器网络）ToR（Top-of-Rack）交换器,服务器,数据中心典型结构示意图,m-1,0,1,Fat-Tree（胖树）交换网络,Core（核心）交换器,ToR交换器或汇集交换器,由多个服务器机架组成,通过交换网络交换数据,网络专题讲座课程计算机网络研究,课题背景,第 5 页,国内外研究现状,网络专题讲座课程计算机网络研究,课题背景,技术可行性,第 6 页,光通信和光交换技术的发展 优化理论及工具软件的发展 矩阵分解理论及图论的支持 云技术和数据中心
3、工程积累,网络专题讲座课程计算机网络研究,课题背景,第 7 页,国内外研究现状,6,系统容错与可生存性,5,节能设计与可扩展性,4,交换调度与性能保证,3,多级交换网络的结构,2,系统重配置开销问题,1,高速高性能光交换器,研究的技术点,存在的问题,存在加速比的问题,交换性能保证难,现有算法不能应用于多级交换,Core交换器数量受限制,环境因素的限制,底层快速恢复尚待研究,网络专题讲座课程计算机网络研究,课题背景,第 8 页,问题与挑战：可扩展性的制约因素,科学问题一：可超大规模扩展的核心机制,网络专题讲座课程计算机网络研究,课题背景,第 9 页,问题与挑战：其他亟待解决的问题,科学问题二：面
4、向可靠云服务的交换性能保证及架构与资源优化,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,第 10 页,基本架构,数据中心,Optical network&Internet,客户端,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,主要研究内容及其相互关联性,第 11 页,嵌入网络,联合优化,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,第 12 页,多级交换结构下性能保证的批量调度包交换 交换调度方案研究,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,第 13 页,交换有效期,重配置开销,时间,3A+H,2A+H,A+H,A,包延时上界=3A+H,流水线技术,多级交换结构下性能保证的批量调度包交换 高效调度算法
5、研究,1,问题,提高调度效率,2,内容,流量矩阵高效分解,保证无丢包,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,第 14 页,数据包延时与Core交换器数量折中设计与成本优化 折中设计数学建模,摆脱Fat-Tree对Core交换器数量的约束,1,目标,多路径并行交换 Core交换器数量 1/延时,2,机制,交换配置矩阵,多路径并行交换,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,第 15 页,数据包延时与Core交换器数量折中设计与成本优化 交换网络成本优化,最小化交换网络成本,1,问题,极值点分析,2,途径,硬件成本最优化：,综合成本最优化：,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,第 16
6、 页,超大规模嵌入式数据中心交换网络可生存性设计 光交换器故障恢复,数据流,延时,缓存量,汇集交换器,核心光交换器,Fat-Tree,1,机制,软切换保护,无需增加硬件 始终保证交换性能 灵活、低成本 抗多个交换器故障,2,特点,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,第 17 页,超大规模嵌入式数据中心交换网络可生存性设计 内部连接故障恢复,快速保护方案,联合优化,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,面向云服务的数据中心交换架构与网络资源优化 网络嵌入架构优化,网络嵌入架构优化,联合优化,第 18 页,网络专题讲座课程计算机网络研究,研究内容,第 19 页,面向云服务的数据中心交换架构与网络资源优化 云服务资源优化,P-cycle,Any-cast,用户路由代价（外部传输代价）,用户数据流量分布,网络专题讲座课程计算机网络研究,科学问题,第 20 页,拟解决的关键科学问题,网络专题讲座课程计算机网络研究,特色创新,特色创新,第 21 页,1）在Fat-Tree中引入批量调度包交换2）延时与Core交换器数量的折中设计3）灵活高效的交换网络可生存性设计4）面向云服务的嵌入架构和资源优化,创新,保证交换性能摆脱Core交换器数量限制抵抗底层部件故障面向云服务的整体架构优化,“网络即数据中心”“网络即交换架构”,融 合,网络专题讲座课程计算机网络研究,
