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面向数据中心网络的新型交换机制研究

作　者: 王东
导　师: 孙志刚
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 数据中心网络 mTOR交换机制负载均衡 NetMagic
分类号: TP393.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着数据中心应用的发展,人们对数据中心网络的性能提出了越来越高的要求。数据中心网络规模扩大和人们对网络性能要求的提高,数据中心网络特殊的数据转发需求使得传统以太网转发机制面临许多问题。本文提出了一种面向数据中心网络的以太网新型交换机制mTOR,是对使用以太网的数据中心网络现有交换机制的扩展。利用mTOR交换机可重构可配置的特性,可以在数据中心网络中实现对交换设备的多种控制和报文转发策略的制定,实现负载均衡、多路径传输等数据中心网络的特殊需求,并充分利用网络拓扑优势,从而以较低成本达到提高数据中心网络性能的目的。本文在介绍数据中心网络研究设计的技术领域的基础上,针对现有的数据中心网络研究热点,介绍了数据中心网络在拓扑结构、数据中心网络中以太网等方面的技术。本文详细介绍了mTOR交换机制的设计思想、实现技术、地址解析和通信机制,并在这种交换机制的基础上提出了一种用于数据中心网络负载均衡的实现方法和模拟验证。本文的主要工作和创新点包括:(1)研究分析了目前数据中心网络中交换机制,针对目前数据中心网络中以太网交换机制的不足,提出mTOR交换机制,着重分析了mTOR交换机制的设计思想。基于国防科大计算机学院网络与信息安全研究所提出的NetMagic平台,给出了一种mTOR交换机的实现方式,并分析了使用mTOR交换机的数据中心网络的拓扑结构和网络规模情况。(2)给出了mTOR交换机制的地址规则,可以使用的两种地址解析方法及其比较,并给出了mTOR的通信机制。(3)在mTOR交换机制的基础上,给出了一种在数据中心网络中实现流量负载均衡的方法,并使用C++语言,对设计的方法进行了模拟验证。模拟验证的结果表明,在mTOR机制中使用这种处理方式,可以取得较好的负载均衡效果。综上所述,本文提出的新型数据中心网络交换机制,对数据中心网络的研究具有一定的理论意义和指导价值。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景  11
  1.2 数据中心网络  11-15
  1.3 本文的主要工作  15
  1.4 本文的组织结构  15-17
第二章数据中心网络的相关研究  17-32
  2.1 数据中心网络拓扑结构  17-22
  2.2 面向数据中心的以太网技术  22-25
  2.3 负载均衡和多路径传输  25-27
    2.3.1 数据中心网络中的负载均衡  25-26
    2.3.2 InfiniBand子网中的多路径传输机制  26-27
  2.4 数据中心网络研究的其他方面  27-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章新型的数据中心网络交换机制-mTOR  32-42
  3.1 现有交换机制的不足  32-35
    3.1.1 以太网的生成树协议的不足  32-34
    3.1.2 ARP协议的不足  34-35
  3.2 mTOR的设计思想  35-37
    3.2.1 设计思想  35-36
    3.2.2 mTOR机制对报文的处理  36-37
  3.3 mTOR交换机的实现模型  37-40
    3.3.1 NetMagic平台  38-39
    3.3.2 基于NetMagic的mTOR交换机  39-40
    3.3.3 使用mTOR交换机的数据中心网络  40
  3.4 本章小结  40-42
第四章 mTOR的地址解析  42-55
  4.1 地址分配  42-43
  4.2 mTOR机制的地址解析—mARP  43-46
    4.2.1 端到端的ARP解析方法  44-45
    4.2.2 mARP解析算法  45-46
  4.3 mARP解析算法的性能分析  46-51
  4.4 mTOR的分组处理流程  51-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章基于mTOR交换机制的负载均衡实现及模拟验证  55-72
  5.1 基于mTOR交换机制的负载均衡实现  55-58
    5.1.1 mTOR交换机上行流量的转发处理  55-56
    5.1.2 mTOR交换机下行流量的处理  56-57
    5.1.3 通信过程举例  57-58
  5.2 网络的流量控制  58-59
  5.3 基于mTOR交换机制的数据中心网络的模拟验证  59-71
    5.3.1 模拟程序各部分的组成  60-66
    5.3.2 模拟程序的组织结构和执行过程  66-68
    5.3.3 执行结果分析  68-70
    5.3.4 模拟程序扩展的说明  70-71
  5.4 本章小结  71-72
第六章总结和展望  72-73
  6.1 本文工作总结  72
  6.2 工作展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
作者在学期间取得的学术成果  77

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