《 A Scalable, Commodity Data Center Network Architecture 》

B98501028 土木四 林冠伯

Abstract

• 本文詳盡介紹了如何架構資料中心，並使其有充分頻寬的方法。主要通過改進資料中心的拓撲結構來增加資料傳輸的頻寬。

Background

• 主要瓶頸就是內部節點的頻寬。• 應用必須與遠端節點交換資訊來進行本地計算。

– 單一網頁的檢索可能需要與數百個獨立運行的子服務進行協調和溝通

• 架構 DataCenter 兩種主流方式– 利用特殊的硬體和通信協議使節點有較高的 bandwidth

缺點 : 昂貴且不相容 TCP/IP 協議– 利用一般 switch 和 router 互連電腦優點 : 相容 TCP/IP ，不需要修改應用程式、作業系統、

硬件。缺點 : 成本成指數型增加。

Common data center topology

Internet

Servers

Layer-2 switchAccess

Data Center

Layer-2/3 switchAggregation

Layer-3 routerCore

Oversubscribed

• 連接同一個 physical switch may be communicate at full bandwidth.

• 不同 switch 間的兩個 nodes 通信，多層網路結構會嚴重限制有效的通信頻寬。

• 頻寬將由通信層次結構的 root node 限制。

設計電腦網路考慮的三個因素• 1.可擴展的互連帶寬• 2.較低的成本

– 商用 switch

• 3.相容性。– Tcp/ip

Clos Network / Fat tree

• 由較小的商用交換機所構成的大規模通信網路稱為 Clos Network

Fat-Tree Topology

• 在 Fat-tree中，有 (k/2)^2個核心交換機。每個核心交換機擁有 1埠連接到每個 k端交換機。每一核心交換機的第 i個埠連接到 pod i 。以保證每個pod 中 aggregation層的相鄰埠以 k/2的跨距連接到核心交換機。

網路結構和演算法

• 1.不同的 pod中的任意兩個主機有 k^2/2個最短路徑

• 2. 信息到達時間的交錯，一個核心交換機的子網有可能被選為多個 pod連接的媒介

• 3.擴展這種網路需要的 IP位址首碼數目成指數增長

• 啟發：要求交換機能夠識別、處理資料流程，使之能夠平穩傳送

定址1.每個 pod 中的交換機有給定的形式 10.pod.switch.12.規定核心交換機的地址形式為 10.k..j.i3.主機的位址緊跟它所連接的交換機的位址，因而主機具有如下形式： 10.pod.switch.ID,

路由演算法

兩級查找實施

• 當使用 Figure 5. 的路由表時，一個資料包的目的地址匹配左邊的項 10.2.0.X 和右邊的項 X.X.X.3, 該資料包的正確轉發埠是 0 。

路由演算法

由實驗結果分析所得出的結論

• 實驗結果：正與所預期的一樣，對任何 pod 間的通信傳輸模式，傳統的樹結構使到核心交換機的連結飽和，並且對所有的主機只達到理想頻寬的28%; 而兩級表交換機對隨機通信模式達到了75% 的理想對分頻寬。因而，新的網路拓撲結構比傳統的結構好得多。

由實驗結果分析所得出的結論• 結論：頻寬是限制大規模電腦集群的主要瓶頸，

現存的解決方案主要將昂貴的，非商用的交換機放在網路層次結構的頂部，這樣，高端交換機的埠密度將限制整個電腦網路的規模，同時也付出了很高的成本。本文提供了一種資料中心的通信結構，它利用商用交換機來擴展電腦網路的頻寬。作者基於 fat-tree 的拓撲結構和當今的網路技術擴展了網路路由，同時使該通信結構與乙太網、 IP和 TCP 相容。因而，本文找到了比現存的解決技術所需成本更低的擴展頻寬的方法。