可扩展低功耗数据中心网络研究

可扩展低功耗数据中心网络研究李丹1TsinghuaUniversity4/18/2011提纲数据中心和数据中心网络可扩展数据中心网络研究低功耗数据中心网络研究4/18/20112TsinghuaUniversity新兴网络形态云计算4/18/20113TsinghuaUniversity物联网数据中心放置大规模服务器进行分布式计算供电、联网、制冷4/18/20114TsinghuaUniversity数据中心网络连接大规模服务器为分布式计算提供路由和传输服务4/18/20115TsinghuaUniversity数据中心网络设计高带宽低成本可扩展在服务器增长的情况下网络性能不下降低功耗提高性能/功耗比4/18/20116TsinghuaUniversity数据中心网络设计高带宽低成本可扩展在服务器增长的情况下网络性能不下降低功耗提高性能/功耗比4/18/20117TsinghuaUniversity可扩展数据中心网络可扩展互联拓扑提供大规模服务器的互联方式可扩展路由低端交换机的路由表容量有限服务器数量众多，通信规模大4/18/20118TsinghuaUniversity可扩展互联拓扑以交换机为中心Fat-Tree,VL2,Helios以服务器为中心DCell,BCube,CamCube,FiConn4/18/20119TsinghuaUniversityFat-Tree和VL24/18/201110TsinghuaUniversityDCell和BCube4/18/201111TsinghuaUniversity问题优化同质服务器CPU开销相同网络接口数量相同异构服务器普遍存在不同时期购买的服务器从不同的厂商购买的服务器4/18/201112TsinghuaUniversityuFix:设计目标连接异构集装箱数据中心支持平滑渐进式部署将集装箱间架构和集装箱内部架构分离4/18/201113TsinghuaUniversityuFix互联结构每台服务器为集装箱间互联预留一个端口层次化互联uFix域，uFix代理用户灵活定义连接度随着网络规模的增长，不用增加新的端口尽量提高网络容量4/18/201114TsinghuaUniversityuFix编址uFix域相同地址前缀uFix代理与邻居uFix代理交互各自域的IP地址前缀信息域内通告uFix代理表层次化查找4/18/201115TsinghuaUniversityuFix路由转发源节点查找uFix代理表中间节点从uFix端口收到查找uFix代理表，通过集装箱内部路由模块转发从普通端口收到通过uFix端口转发到邻居集装箱目的节点递交给上层应用程序4/18/201116TsinghuaUniversity系统和实验Linux内核实现4/18/201117TsinghuaUniversity可扩展组播路由组通信在数据中心网络非常普遍定向搜索查询到一组服务器上分发分布式计算程序操作系统及应用软件更新通过组播实现组通信节省网络带宽提高应用程序吞吐率可扩展组播路由在低端交换机上支持大量组播组4/18/201118TsinghuaUniversity4/18/201119TsinghuaUniversity基于分组内BloomFilter的组播路由BloomFilterBloomFilter问题4/18/201120TsinghuaUniversity带宽负载False-positive转发分组内BloomFilter域转发环路False-positive转发4/18/201121TsinghuaUniversity带宽负载Bcube(8,3)Fat-Treewithk=484/18/201122TsinghuaUniversity混合路由组播组规模分布大量规模较小的组播组分布式文件系统拷贝大规模组播组非常有限Map-Reduce计算分组内BloomFilter和交换机路由表项的混合路由方案对小规模组播组采用分组内BloomFilter路由对大规模组播组采用交换机路由表路由避免转发环路基于距离的BloomFilter转发利用数据中心网络的多部图属性交换机只向离源节点更远的邻居节点转发分组4/18/201123TsinghuaUniversity错误转发的分组将在d跳内丢弃d是网络直径不会形成环路系统和实验基于Linux系统的混合转发引擎4/18/201124TsinghuaUniversity4/18/201125TsinghuaUniversity数据中心能耗2006年美国数据中心网络设备的总能耗达到30亿KWh随着规模扩大，能耗值和比例值还将继续的快速增长服务器和网络能耗比例当前比值Google：网络10%Microsoft：网络20%但是数据中心的发展趋势是使用越来越多的交换机进行网络互联在服务器端进行能耗管理的情况下，网络端比例更高因此服务器和网络端的能耗都不容忽视4/18/201126TsinghuaUniversity服务器端节能机制低功耗CPUEnergy-proportionalcomputingDVFSWake-on-Lan虚拟机整合和迁移4/18/201127TsinghuaUniversity网络端节能支持端口休眠的交换机在流量较低的时候动态关闭部分交换机流量聚集路由4/18/201128TsinghuaUniversity问题服务器端和网络端互相影响服务器端的虚拟机分配影响网络流量矩阵网络路由选择影响任务完成时间及服务器能耗数据中心节能服务器和网络联合优化4/18/201129TsinghuaUniversity虚拟机分配估算虚拟机之间的数据传输量虚拟机放置策略减少网络数据传输量BalancedMinimumK-cut问题物理主机上放置的虚拟机数量依网络拓扑而定4/18/201130TsinghuaUniversitySubtask1Subtask2Subtaskn.........网络路由选择能耗（服务器功率+交换机功率）*任务完成时间交换机数量更多，网络能耗更大更少，任务完成时间越长4/18/201131TsinghuaUniversity启发式算法充分利用Multi-rootedTree型拓扑的特点保证“瓶颈链路”出现在接入层的前提下尽量减少高层交换机的数量4/18/201132TsinghuaUniversity谢谢！4/18/201133TsinghuaUniversity