一種高密度服務器的拓撲構建方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高密度服務器的拓撲構建方法及系統(tǒng)。所述方法包括：根據(jù)對網絡規(guī)模的需求創(chuàng)建用于高密度服務器的拓撲結構的Kautz有向圖，并且將該Kautz有向圖劃分為多個同構子圖；根據(jù)同構子圖在子服務器上布置交換芯片，并且根據(jù)Kautz有向圖在高密度服務器內布置多個子服務器，使得該多個子服務器上的交換芯片與所述Kautz有向圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與所述Kautz有向圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致。本發(fā)明基于Kautz有向圖、使用拓撲結構相同的子服務器構成高密度服務器，使得該高密度服務器具有高效、容錯性好并且可擴展的特點；此外，可以批量生產子服務器，從而節(jié)省了制造成本以及時間成本。
【專利說明】一種高密度服務器的拓撲構建方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心網絡的拓撲結構設計領域，具體涉及一種高密度服務器的拓撲構建方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著云計算的日益普及，如何構建容錯性較好且效率較高的數(shù)據(jù)中心網絡已成為當前的研究熱點。由于Kautz網絡在節(jié)點規(guī)模、路徑長度以及容錯性上的良好性質，其已被廣泛用作數(shù)據(jù)中心網絡的拓撲結構。以SiCortex SC5832系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)將6個處理器芯片構成一個大點(即一臺服務器)，并且將972個這樣的大點連成直徑為6且度為3的kautz網絡(或稱Kautz有向圖)。
[0003]通常來說，Kautz有向圖可記作K(d，η)，其表示節(jié)點的出度和入度都為d(d≥2)并且網絡直徑為n(n≥I)。在K(d, η)中，對于每個標識為U1U2…Uk的節(jié)點U(記作U =U1U2…Uk), U都有d條出邊。也就是說,對于任意a e O, 1，2，...，d且α關Uk，節(jié)點U =U1U2…Uk都有一條到節(jié)點V = U2UfUk α的出邊。Kautz有向圖具有如下性質:
[0004]1、節(jié)點規(guī)模:K(d，η)的節(jié)點數(shù)量N為cT+cf。
[0005]2、網絡直徑:對于給定節(jié)點度數(shù)d和節(jié)點總數(shù)N的任意的Kautz，其網絡直徑η能達到最小值，因此Kautz具有最優(yōu)的網絡直徑。
[0006]3、容錯性:K(d, η)具有連接度d,即在Kautz圖的任意兩個節(jié)點之間,存在d條互不相交的路徑。
[0007]然而，對于諸如SiCortex SC5832等的現(xiàn)有系統(tǒng)來說，由6個處理器芯片構成的服務器已經不能滿足數(shù)據(jù)中心應用對高吞吐量的需求。為解決這一問題，目前的做法是使用高密度服務器來提供所需的高吞吐量。其中，高密度服務器可以是由多臺刀片服務器(或稱背板)構成的服務器，每臺服務器包含多個交換芯片。每臺高密度服務器可包含成百上千個交換芯片，用于提高所需的高吞吐量。
[0008]在高密度服務器內，該成百上千個交換芯片的連接方式會影響到整個系統(tǒng)的性能。如何構建高效、容錯性好、可擴展的高密度服務器，并且同時節(jié)省其中的子服務器(例如刀片服務器)的生產成本是當前亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0009]為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種高密度服務器的拓撲構建方法，包括:
[0010]步驟I)、根據(jù)對網絡規(guī)模的需求，創(chuàng)建用于高密度服務器的拓撲結構的Kautz有向圖，并且將該Kautz有向圖劃分為多個同構子圖；
[0011]步驟2)、根據(jù)同構子圖在子服務器上布置交換芯片，使得子服務器上的交換芯片與同構子圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與同構子圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致；以及[0012]步驟3)、在高密度服務器內布置多個子服務器，使得該多個子服務器上的交換芯片與所述Kautz有向圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與所述Kautz有向圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致。
[0013]在一個實施例中，步驟3)包括:根據(jù)在不同的同構子圖中的節(jié)點之間的連接方式，連接對應的不同子服務器上的交換芯片。
[0014]在一個實施例中，交換芯片之間的連線方向指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉?br> [0015]在進一步的實施例中，所述Kautz有向圖的網絡直徑為2。
[0016]在一個實施例中，所述Kautz有向圖是節(jié)點的出度和入度為8且網絡直徑為2的Kautz有向圖。在另一個實施例中，所述Kautz有向圖是節(jié)點的出度和入度為3且網絡直徑為2的Kautz有向圖。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還提供一種高密度服務器的拓撲構建系統(tǒng)，包括:
[0018]用于根據(jù)對網絡規(guī)模的需求創(chuàng)建用于高密度服務器的拓撲結構的Kautz有向圖，并且將該Kautz有向圖劃分為多個同構子圖的設備；
[0019]用于根據(jù)同構子圖在子服務器上布置交換芯片，使得子服務器上的交換芯片與同構子圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與同構子圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致的設備；以及
[0020]用于在高密度服務器內布置多 個子服務器，使得該多個子服務器上的交換芯片與所述Kautz有向圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與所述Kautz有向圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致的設備。
[0021]采用本發(fā)明可以達到如下的有益效果:
[0022]由拓撲結構相同且路由機制相同的多個子服務器構成高密度服務器，并且高密度服務器的所有交換芯片及其連線構成Kautz有向圖，使得所構成的高密度服務器具備高效、容錯性好并且可擴展的優(yōu)點。此外，由于可以批量生產子服務器，從而節(jié)省了制造成本以及時間成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的高密度服務器的拓撲構建方法的流程圖；
[0024]圖2a是Kautz有向圖K(3，2)的示意圖；
[0025]圖2b_2d分別示出了圖2a所示的Kautz有向圖Κ(3，2)的每個同構子圖；以及
[0026]圖3a_3i分別示出了 Kautz有向圖K(8，2)的每個同構子圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明加以說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種高密度服務器的拓撲構建方法。其中，所述高密度服務器由多個子服務器(如刀片服務器)構成，每個子服務器上包括多個交換芯片。簡要而言，該拓撲構建方法包括:創(chuàng)建Kautz有向圖并對其進行劃分，得到多個同構子圖；根據(jù)同構子圖在每個子服務器中布置交換芯片；以及，連接多個這樣的子服務器來構成高密度服務器，使該高密度服務器的拓撲結構與所創(chuàng)建的Kautz圖一致。現(xiàn)參考圖1，詳細該拓撲構建方法的各個步驟:
[0029]第一步:創(chuàng)建Kautz有向圖
[0030]如上文所述，由于Kautz有向圖適用于構建容錯性好、高效且可擴展的網絡，因此，期望高密度服務器內的所有交換芯片以及交換芯片之間的連線能構成一個Kautz有向圖(其中，高密度服務器內的交換芯片與Kautz有向圖中的節(jié)點一一對應)。由于交換芯片位于高密度服務器內的不同的子服務器上，因此需要構建每個子服務器的拓撲結構以及確定子服務器之間的連接方式(將在后面的步驟中描述)，使得在該高密度服務器內，不同子服務器上的所有交換芯片及其連線能夠構成一個Kautz有向圖。
[0031]首先，可以根據(jù)對網絡規(guī)模的需求，設計適用于高密度服務器的拓撲結構的Kautz有向圖K(d，n)。其中，節(jié)點的出度和入度為d、網絡直徑為η、節(jié)點數(shù)目為N= cT+cf，該節(jié)點數(shù)目與高密度服務器內的交換芯片個數(shù)相同。例如，可以根據(jù)對交換芯片總數(shù)的需求或者對高密度服務器內的網絡直徑的需求來設計一個Kautz有向圖。
[0032]在一個優(yōu)選的實施例中，創(chuàng)建網絡直徑η為2的Kautz有向圖，選擇2的原因在于:網絡直徑越短，網絡延遲會越小。
[0033]第二步:劃分同構子圖
[0034]在本步驟中，可采用本領域技術人員公知的任何一種劃分方式來將Kautz有向圖K(d，η)劃分為多個相同的同構子圖，其中每個同構子圖的拓撲結構相同。例如，首先將節(jié)點總數(shù)N進行等分(例如k等分)，再將該Kautz有向圖劃分為k個同構子圖。根據(jù)劃分的結果，可以得到每個同 構子圖中的節(jié)點數(shù)量m，其中N = k*m。 [0035]第三步:設置子服務器的拓撲結構
[0036]本步驟中，首先將m個交換芯片(即每個同構子圖中的節(jié)點數(shù))布置到一個子服務器上，該交換芯片與同構子圖中的節(jié)點一一對應；接著，根據(jù)同構子圖中的節(jié)點之間的連線方式，在子服務器中連接對應的交換芯片。兩個交換芯片的互連指示可以在這兩個交換芯片之間直接傳輸數(shù)據(jù)包，連線的方向指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?。例如，如果在同構子圖中，兩節(jié)點的連線方向是從節(jié)點A指向節(jié)點B，則對應節(jié)點A的交換芯片能夠直接發(fā)送數(shù)據(jù)包到對應節(jié)點B的交換芯片，反之則不行。
[0037]第四步:由子服務器構成高密度服務器
[0038]構成高密度服務器的子服務器的總數(shù)與第二步劃分得到的同構子圖的總數(shù)相等，這些子服務器中的網絡拓撲結構相同并且路由機制也可以相同。在生產的過程中，由于所生產的是相同規(guī)格(相同拓撲結構和路由方式)的子服務器，因此可以批量處理，從而節(jié)省了生產的成本。
[0039]在搭建高密度服務器時，按照所創(chuàng)建的Kautz有向圖以及所劃分的同構子圖，將子服務器連接起來。即按照Kautz有向圖的不同同構子圖之間的連線，來連接不同子服務器中的交換芯片，使得高密度服務器內的所有交換芯片及其連線與所創(chuàng)建的Kautz有向圖
結構一致。
[0040]下文分別以K(3，2)和Κ(8，2)為例，示出在劃分同構子圖后，每個子服務器中的拓撲結構。
[0041]圖2a示出了 Kautz有向圖K(3，2)的示意圖，圖2b_2d是對其進行劃分得到的三個同構子圖。如圖2b-2d所示，該K(3，2)被劃分為3個組，每組4個節(jié)點，并且每一組的節(jié)點個數(shù)相等且拓撲結構相同。在實踐中，可按圖2b-圖2d中的任何一個所示的拓撲結構來搭建子服務器(總共3個子服務器，且每個子服務器上有4個交換芯片)，并且在將子服務器加入高密度服務器時，根據(jù)圖2a所示的拓撲結構連接每個子服務器，使得高密度服務器內是K(3，2)的結構。
[0042]圖3a_3i分別示出了對Kautz有向圖K (8，2)進行同構子圖劃分得到的結果，K (8，
2)被劃分成9組,每組8個節(jié)點。如圖3a-3i所示,每一組的節(jié)點個數(shù)相等且拓撲結構相同。在實踐中，可按照圖3a-3i中任何一個所示的拓撲結構來生產子服務器(總共9個子服務器，每個子服務器上有8個交換芯片)，并且在將子服務器加入高密度服務器時，根據(jù)K (8, 2)的拓撲結構連接每個子服務器，使得高密度服務器內是K(8，2)的結構。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還提供一種高密度服務器的拓撲構建系統(tǒng)。
[0044]該系統(tǒng)包括用于根據(jù)對網絡規(guī)模的需求創(chuàng)建用于高密度服務器的拓撲結構的Kautz有向圖，并且將該Kautz有向圖劃分為多個同構子圖的設備；用于根據(jù)同構子圖在子服務器上布置交換芯片，使得子服務器上的交換芯片與同構子圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與同構子圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致的設備；以及用于在高密度服務器內布置多個子服務器，使得該多個子服務器上的交換芯片與Kautz有向圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與Kautz有向圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致的設備。 [0045]應該注意到并理解，在不脫離后附的權利要求所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠對上述詳細描述的本發(fā)明做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導的限制。
【權利要求】
1.一種高密度服務器的拓撲構建方法，包括: 步驟I)、根據(jù)對網絡規(guī)模的需求創(chuàng)建用于高密度服務器的拓撲結構的Kautz有向圖，并且將該Kautz有向圖劃分為多個同構子圖； 步驟2)、根據(jù)同構子圖在子服務器上布置交換芯片，使得子服務器上的交換芯片與同構子圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與同構子圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致；以及 步驟3)、在高密度服務器內布置多個子服務器，使得該多個子服務器上的交換芯片與所述Kautz有向圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與所述Kautz有向圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟3)包括: 根據(jù)在不同的同構子圖中的節(jié)點之間的連接方式，連接對應的不同子服務器上的交換-H-* I I心/T O
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，交換芯片之間的連線方向指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉?br> 4.根據(jù)權利要求1 或2所述的方法，其中，所述Kautz有向圖的網絡直徑為2。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述Kautz有向圖是節(jié)點的出度和入度為8且網絡直徑為2的Kautz有向圖。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述Kautz有向圖是節(jié)點的出度和入度為3且網絡直徑為2的Kautz有向圖。
7.一種高密度服務器的拓撲構建系統(tǒng)，包括: 用于根據(jù)對網絡規(guī)模的需求創(chuàng)建用于高密度服務器的拓撲結構的Kautz有向圖，并且將該Kautz有向圖劃分為多個同構子圖的設備； 用于根據(jù)同構子圖在子服務器上布置交換芯片，使得子服務器上的交換芯片與同構子圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與同構子圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致的設備；以及 用于在高密度服務器內布置多個子服務器，使得該多個子服務器上的交換芯片與所述Kautz有向圖中的節(jié)點一一對應并且交換芯片之間的連接方式與所述Kautz有向圖中的對應節(jié)點之間的連接方式一致的設備。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中，交換芯片之間的連線方向指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉?br> 9.根據(jù)權利要求7或8所述的系統(tǒng)，其中，所述Kautz有向圖的網絡直徑為2。
【文檔編號】H04L12/28GK104022928SQ201410215126
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權日:2014年5月21日
【發(fā)明者】包雯韜, 付斌章, 陳明宇, 張立新 申請人:中國科學院計算技術研究所