FatTree胖樹拓撲結構


FatTree拓撲結構是由MIT的Fares等人在改進傳統樹形結構性能的基礎上提出的,屬於switch-only型拓撲。

整個拓撲網絡分為三個層次:自上而下分別為邊緣層(edge)、匯聚層(aggregate)和核心層(core),其中匯聚層交換機與邊緣層交換機構成一個pod,交換設備均采用商用交換設備。


圖1 常規樹形拓撲

圖2 二叉胖樹

圖3 四叉胖樹

圖3 六叉胖樹

FatTree構建拓撲規則如下:FatTree拓撲中包含的Pod數目為 \(k\),每一個pod連接的sever數目為\((k/2)^2\),每一個pod內的邊緣交換機及聚合交換機數量均為\(k/2\),核心交換機數量為\((k/2)^2\),網絡中每一個交換機的端口數量為\(k\),網絡所能支持的服務器總數為\(k^3/4\)

FatTree結構采用水平擴展的方式,當拓撲中所包含的pod數目增加,交換機的端口數目增加時,FatTree投票能夠支持更多的服務器,滿足數據中心的擴展需求,如\(k=48\)時,FatTree能夠支持的服務器數目為27648。

FatTree結構通過在核心層多條鏈路實現負載的及時處理,避免網絡熱點;通過在pod內合理分流,避免過載問題。

FatTree對分帶寬隨着網絡規模的擴展而增大,因此能夠為數據中心提供高吞吐傳輸服務;不同pod之間的服務器間通信,源、目的節點之間具有多條並行路徑,因此網絡的容錯性能良好,一般不會出現單點故障;采用商用設備取代高性能交換設備,大幅度降低網絡設備開銷;網絡直徑小,能夠保證視頻、在線會與等服務對網絡實時性的要求;拓撲結構規則、對稱,利於網絡布線及自動化配置、優化升級等。

Fat-Tree結構也存在一定的缺陷:Fat-Tree結構的擴展規模在理論上受限於核心交換機的端口數目,不利於數據中心的長期發展要求;對於Pod內部,Fat-Tree容錯性能差,對底層交換設備故障非常敏感,當底層交換設備故障時,難以保證服務質量;拓撲結構的特點決定了網絡不能很好的支持one-to-all及all-to-all網絡通信模式,不利於部署MapReduce、Dryad等現代高性能應用;網絡中交換機與服務器的比值較大,在一定程度上使得網絡設備成本依然很高,不利於企業的經濟發展。


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