超算网络之胖树架构

传统的数据中心的网络结构一般是由2-3层的树形交换机或者路由器构成,在三层的网络中,一般包括核心层,汇聚层以及接入层,其架构如下:

其中在接入层连接交换机以及主机并不需要很大带宽,而在接入层以及汇聚层、核心层之间的连接则需要较大带宽,较多接口的网络设备,这实际上带来了很大的开销。在2008年的时候汇聚层以及核心层所需要的交换机是接入层需要交换机价格的100倍。
一个典型4元的胖树网络架构

胖树架构则是首先被用于电话的系统,能够在不同的设备之间提供较大的带宽。一般的$k$元的胖树架构的设计是有$k$个pod,每一个pod包含两层各$k/2$个具有$k$个端口的交换机,每一个在接入层的交换机直接连接到$k/2$个主机,然后剩下的$k/2$个接口则是链接到汇聚层交换机中$k$个接口中的$k/2$个。而核心层则是具有$(k/2)^2$个核心交换机。每一个核心交换机中的$k$个接口连接到每一个pod,其中每个核心交换机的第$i$个接口用于连接到第$i$个pod。每个聚合层的交换机则有$k/2$个接口用于连接到核心交换机。在这种情况,这种胖树架构能够容纳$k^3/4$台主机。使用48个端口的交换机最多能够支持27648台主机。

胖树架构的一个优势是其中每一个交换机的原件都是相同的,因此可以降低部署的价格。此外,胖树架构是非阻塞的,因此对于任意的通信,其都有多个路径来实现交换机的互联。

总结:
接入层交换机:$k/2$个主机,连接$k/2$个汇聚层交换机
汇聚层交换机:连接$k/2$个接入层交换机,连接$k/2$个核心交换机
核心层交换机:共$(k/2)^2$个,每个都连接到所有pod中的一个汇聚交换机

对于网络节点中的IP分配以及路由以后有时间再补充(鸽子中)。

参考:
Kim J, Dally W J, Scott S, et al. Technology-driven, highly-scalable dragonfly topology[C]//2008 Al-Fares M, Loukissas A, Vahdat A. A scalable, commodity data center network architecture[J]. ACM SIGCOMM computer communication review, 2008, 38(4): 63-74.

评论

  1. 5月前
    2022-5-13 3:00:53

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