数据中心网络中常用的拓扑结构---Fattree

Posted 2023-05-03

参考技术A 姓名：姜国勇

学号：20011210153

转自：https://blog.csdn.net/bryanting/article/details/80000864

【嵌牛导读】数据中心是全球协作的特定设备网络，用来在网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息。

    在今后的发展中，数据中心也将会成为企业竞争的资产，商业模式也会因此发生改变。随着数据中心应用的广泛化，人工智能、网络安全等也相继出现，更多的用户都被带到了网络和手机的应用中。随着计算机和数据量的增多，人们也可以通过不断学习积累提升自身的能力，是迈向信息化时代的重要标志。

   其中，fat-tree模型为大多数数据中心网络构建常用的拓扑结构，在稳定性方面有着显著的优势。

【嵌牛鼻子】FatTree拓扑结构  数据中心网络

【嵌牛正文】

       FatTree拓扑结构是由MIT的Fares等人在改进传统树形结构性能的基础上提出的，属于switch-only型拓扑。

        整个拓扑网络分为三个层次：自上而下分别为边缘层（edge）、汇聚层（aggregate）和核心层（core），其中汇聚层交换机与边缘层交换机构成一个pod，交换设备均采用商用交换设备。

        FatTree构建拓扑规则如下：FatTree拓扑中包含的Pod数目为  ，每一个pod连接的sever数目为 ，每一个pod内的边缘交换机及聚合交换机数量均为 ，核心交换机数量为 ，网络中每一个交换机的端口数量为 ，网络所能支持的服务器总数为 。

        FatTree结构采用水平扩展的方式，当拓扑中所包含的pod数目增加，交换机的端口数目增加时，FatTree拓扑能够支持更多的服务器，满足数据中心的扩展需求，如k=48k=48时，FatTree能够支持的服务器数目为27648。

        FatTree结构通过在核心层多条链路实现负载的及时处理，避免网络热点；通过在pod内合理分流，避免过载问题。

        FatTree对分带宽随着网络规模的扩展而增大，因此能够为数据中心提供高吞吐传输服务；不同pod之间的服务器间通信，源、目的节点之间具有多条并行路径，因此网络的容错性能良好，一般不会出现单点故障；采用商用设备取代高性能交换设备，大幅度降低网络设备开销；网络直径小，能够保证视频、在线会与等服务对网络实时性的要求；拓扑结构规则、对称，利于网络布线及自动化配置、优化升级等。

        Fat-Tree结构也存在一定的缺陷：Fat-Tree结构的扩展规模在理论上受限于核心交换机的端口数目，不利于数据中心的长期发展要求；对于Pod内部，Fat-Tree容错性能差，对底层交换设备故障非常敏感，当底层交换设备故障时，难以保证服务质量；拓扑结构的特点决定了网络不能很好的支持one-to-all及all-to-all网络通信模式，不利于部署MapReduce、Dryad等现代高性能应用；网络中交换机与服务器的比值较大，在一定程度上使得网络设备成本依然很高，不利于企业的经济发展。

计算机网络基础

    1.计算机网络的功能

    数据通信、资源共享、增加可靠性、提高系统处理能力。

    2.网络拓扑结构

    网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，也就是用什么方式连接网络中的计算机、网络设备。它的结构有星型拓扑、总线型拓扑、环形拓扑、网型拓扑等，目前最常用的就是星型拓扑和网型拓扑。

    星型拓扑结构。优点：易于实现、网络扩展、故障排查；缺点：中心节点压力大组网成本较高。

网型拓扑结构。网型拓扑结构中各个节点至少与其他两个节点相连。优点：可靠性高，网络中的任意两个节点间都同时存在一条主链路和一条备份链路；缺点：冗余的线路本身造成网络的建设成本成倍增长。网型拓扑结构分为两种类型：全网型拓扑和部分网络拓扑。全网性拓扑指网络结构中任意节点与其他所有节点相连；部分网型拓扑包括除了全网型结构拓扑之外的所有网型拓扑。

    3. OSI参考模型与TCP/IP协议

OSI参考模型是一个开放式体系结果，它规定将网络分为七层，依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。TCP/IP参考模型分为五层协议，依次物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。

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