数据中心的网络互联结构和流量协同传输管理

　　本书对数据中心及其网络互联结构的现状和发展趋势进行了深度剖析，深入介绍了一些新型网络互连结构的设计与优化方法，力求满足数据中心网络的高带宽、高容错、高可扩展性等方面的需求，并通过引入数据中心内关联性流量的协同传输机制，实现对数据中心现有传输能力的高效利用。本书可用作高等学校计算机专业、软件工程专业、信息系统工程专业以及其他相近专业的教材或教学参考书，也可供这些专业的研究人员和工程技术人员阅读。

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第1部分基础知识
第1章数据中心简介
1.1起源与发展
1.1.1数据中心的概念及分类
1.1.2云计算对数据中心的需求
1.1.3大数据对数据中心的需求
1.1.4新一代数据中心的发展
1.2数据中心的应用领域
1.2.1基于数据中心的网络化存储
1.2.2基于数据中心的网络化计算
1.2.3基于数据中心的大数据应用
1.3数据中心网络面临的挑战
1.3.1功能可灵活定制的数据中心网络
1.3.2横向可扩展的数据中心网络
1.3.3数据中心网络资源的高效复用
1.3.4数据中心的网络虚拟化
1.3.5关联性流量的协同传输问题
1.3.6数据中心网络能耗的协同控制
参考文献
第2章数据中心网络互联结构的研究现状
2.1引言
2.2以交换机为核心的网络互联结构
2.2.1树型互联结构
2.2.2扁平化互联结构
2.2.3光交换互联结构
2.3以服务器为核心的网络互联结构
2.3.1基于复合图的互联结构
2.3.2基于非复合图的互联结构
2.4模块化数据中心的互联结构
2.4.1模块内的互联结构
2.4.2模块间的互联结构
2.5随机型数据中心的网络互联结构
2.5.1基于小世界模型的数据中心互联结构
2.5.2基于随机正则图的数据中心互联结构
2.5.3基于无标度网络的数据中心互联结构
2.6无线数据中心的网络互联结构
2.6.1基于60GHz通信技术的混合互联结构
2.6.2基于60GHz通信技术的全无线互联结构
2.6.3基于自由空间通信技术的互联结构
2.6.4基于可见光通信的互联结构
2.7互联结构设计方法的演进和趋势
2.7.1数据中心互联结构设计方法的演进
2.7.2数据中心网络互联结构的发展趋势
参考文献第2部分数据中心的新型网络互联结构第3章以服务器为核心的数据中心互联结构HCN
3.1引言
3.2HCN互联结构
3.2.1复合图的基本理论
3.2.2HCN互联结构的构建方法
3.3BCN互联结构
3.3.1BCN互联结构的描述
3.3.2BCN互联结构的构建方法
3.4BCN互联结构的路由机制
3.4.1单播通信的单路径路由
3.4.2单播通信的多路径路由
3.4.3容错路由模式
3.5性能评估
3.5.1网络规模
3.5.2网络直径和节点度
3.5.3连通性和路由路径多样性
3.5.4路径长度
3.6相关讨论
3.6.1扩展至多端口服务器
3.6.2位置关联的任务部署
3.6.3服务器路由的影响
参考文献
第4章模块化数据中心互联结构DCube
4.1引言
4.2DCube互联结构
4.2.1DCube互联结构的设计思想
4.2.2HDCube互联结构
4.2.3MDCube互联结构
4.3DCube的单播单径路由
4.3.1HDCube的单路径路由方法
4.3.2MDCube的单路径路由方法
4.4DCube的单播多径路由及组播传输
4.4.1HDCube的多路径路由方法
4.4.2MDCube的多路径路由方法
4.4.3组播传输的速率提升
4.5性能评估
4.5.1单播和组播的传输加速能力
4.5.2聚合瓶颈吞吐量
4.5.3成本与布线复杂度的量化比较
4.5.4评估小结
4.6相关问题讨论
4.6.1任务的局部性部署
4.6.2服务器配备更多的NIC端口
4.6.3服务器参与路由决策的影响
参考文献
第5章数据中心的混合互联结构R3
5.1引言
5.2混合互联结构的设计方法
5.2.1混合互联结构概述
5.2.2R3：基于复合图的互联结构
5.2.3混合互联结构数据中心的部署策略
5.3R3的路由方法
5.3.1基于边着色的标识符分配方法
5.3.2基于标识符的路由方法
5.4R3的拓扑优化
5.4.1R3结构设计的影响因素
5.4.2R3拓扑优化策略
5.5R3的规模渐进扩展问题
5.5.1现有单元簇中添加节点
5.5.2额外添加新的单元簇
5.6性能评估
5.6.1路由方法的时间开销
5.6.2布线成本比较
5.6.3网络性能比较
5.6.4相关问题讨论
参考文献
第6章基于可见光通信的数据中心无线互联结构
6.1问题背景
6.1.1研究动机
6.1.2相关工作
6.2无线互联结构VLCcube的设计
6.2.1数据中心内引入VLC链路的可行性
6.2.2VLC信号的干扰问题
6.2.3VLCcube互联结构设计
6.3VLCcube的路由设计和流调度策略
6.3.1VLCcube中的混合路由算法
6.3.2数据流调度问题的建模
6.3.3数据流的批量调度方法
6.3.4数据流的在线调度方法
6.4VLCcube的性能评估
6.4.1实验设置与实验方法
6.4.2VLCcube的拓扑性质
6.4.3Trace流量下的网络性能
6.4.4Stride2k流量下的网络性能
6.4.5随机流量下的网络性能
6.4.6拥塞感知的流调度算法评估
6.5相关问题讨论
参考文献第3部分数据中心的流量协同传输管理第7章关联性流量Incast的协同传输管理
7.1引言
7.2Incast传输的网内数据聚合
7.2.1Incast数据流间网内聚合的可行性分析
7.2.2Incast最小代价树的建模
7.2.3基于Incast树的流间数据聚合实现
7.3高效Incast聚合树的构建
7.3.1Incast树的构建方法
7.3.2Incast最小代价树的构造方法
7.3.3发送端动态行为的处理方法
7.3.4接收端动态行为的处理方法
7.4相关问题讨论
7.4.1通用Incast传输模式
7.4.2其他数据中心结构下的Incast传输模式
7.4.3作业特征对Incast网内聚合性质的影响
7.5性能评估
7.5.1原型实现
7.5.2数据中心规模对聚合增益的影响
7.5.3Incast传输规模对聚合增益的影响
7.5.4聚合率对聚合增益的影响
7.5.5Incast成员分布对聚合增益的影响
参考文献
第8章关联性流量Shuffle的协同传输管理
8.1引言
8.2Shuffle传输网内聚合
8.2.1问题建模
8.2.2Incast聚合树的构造方法
8.2.3Shuffle聚合子图的构造方法
8.2.4Shffule聚合子图的容错性能
8.3支持数据流网内聚合的可扩展转发策略
8.3.1通用的转发模式
8.3.2基于交换机内Bloom滤波的转发模式
8.3.3基于数据包内Bloom滤波的转发模式
8.4性能评估
8.4.1原型实现
8.4.2数据中心规模对聚合增益的影响
8.4.3Shuffle传输规模对聚合增益的影响
8.4.4聚合率对聚合增益的影响
8.4.5数据包中Bloom滤波的大小
参考文献
第9章不确定关联性Incast的协同传输管理
9.1引言
9.2不确定性Incast传输的网内聚合问题
9.2.1不确定性Incast传输问题
9.2.2确定性Incast传输中的数据流网内聚合
9.2.3不确定性Incast传输中的数据流网内聚合
9.3不确定性Incast传输的聚合树构造方法
9.3.1网内聚合增益的多样性
9.3.2不确定性Incast传输中发送端的初始化问题
9.3.3不确定性Incast的聚合树构造方法
9.4性能评估
9.4.1评估方法和实验设置
9.4.2Incast传输规模对聚合增益的影响
9.4.3数据中心规模对聚合增益的影响
9.4.4聚合率对聚合增益的影响
9.4.5Incast成员的分布对聚合增益的影响
9.4.6接收端不确定产生的影响
参考文献
第10章关联性流量Multicast的协同传输管理
10.1引言
10.2相关工作
10.3不确定性多播问题
10.3.1多播传输的观测结果
10.3.2不确定多播问题的定义
10.3.3混合整数线性规划建模
10.4MCF的高效构建方法
10.4.1近似构造算法PMCF
10.4.2近似构造算法MMCF
10.5性能评估
10.5.1SDN环境下不确定多播的实现
10.5.2基于小规模实验的性能评价
10.5.3基于大规模仿真的性能评价
参考文献