为了满足高带 宽、可 扩 展 性 和 连 接 性 的 需 求,数 据 中 心 网 络 必 须 支 持 按 需 连 接 和 超 过100Gbit/s的数据速率。快速光交换提供了一种解决方案,通过采集和分析云网络超大规模数据中心的流量分布和流量矩阵,得到了宏观和微观流量特征。实验结果表明,通过将大象流切换到光交换链路,可以降低网络延迟。为了克服高性能计算架构中光缓存缺失的问题,本书提出了基于快速流控制的 FOS的 HFOSL 架构,并对其拓扑结构、路由算法、功耗和成本模型进行了分析。
针对当前广泛采用的失败重传调度机制导致的高负载下网络吞吐量低下的问题,本书提出
了基于动态缓存状态矩阵分解的无冲突调度机制,显著提高了调度性能。此外,本书提出了基于微缓存的光交换结构 MFOS和流公平队列调度算法,提升了网络调度性能,并通过仿真实验验证了 MFOS支持带宽确保机制和延迟确保机制。最后,本书分析了光电路交换在池化场景中的应用及其优势。

第１章 光交换网络的特点及技术综述 …………………………………………… １
第２章 云应用时代超大规模数据中心网络流量建模 …………………………… ５
２．１ 宏观视角的流量特性 ……………………………………………………… ７
２．１．１ 设备利用率 …………………………………………………………… ８
２．１．２ 各层级流量比例 ……………………………………………………… １０
２．１．３ 链路利用率分布 ……………………………………………………… １２
２．２ 微观视角的流量特性 ……………………………………………………… １３
２．３ 业务视角的流量特性 ……………………………………………………… １６
本章小结 ………………………………………………………………………… １８
第３章 高性能光交换网络架构、路由及调度 …………………………………… １９
３．１ 光电网络组网及性能验证 ………………………………………………… １９
３．２ 引言 ………………………………………………………………………… ２１
３．３ 基于 FOS的多级架构 …………………………………………………… ２３
３．４ HFOSL 网络的路由机制 ………………………………………………… ２５
３．５ 成本和功耗建模及优化 …………………………………………………… ２７
本章小结 ………………………………………………………………………… ３０
第４章 数据中心光交换网络调度机制 ………………………………………… ３１
４．１ 引言 ………………………………………………………………………… ３１
４．２ 业务速率矩阵分解调度算法 ……………………………………………… ３２
４．３ 缓存状态矩阵分解调度机制 ……………………………………………… ３６
本章小结 ………………………………………………………………………… ４０
第５章 可预期光交换数据中心网络 …………………………………………… ４１
５．１ 基于缓存快速光交换机的延迟确保数据中心网络 ……………………… ４１
５．２ 基于光电路交换的 CPUＧGPU 池化网络 ………………………………… ４６
本章小结 ………………………………………………………………………… ５１
第６章 关于基于递归快速光交换机的高性能计算网络架构的性能研究 …… ５２
６．１ 引言 ………………………………………………………………………… ５２
６．２ 多层 FOS架构的实施 …………………………………………………… ５６
６．３ HFOSL 网络的路由算法 ………………………………………………… ６０
６．４ 网络性能调查 ……………………………………………………………… ６３
６．４．１ 真实 HPC应用的流量模式 ………………………………………… ６３
６．４．２ 在真实 HPC应用中的网络性能 …………………………………… ６５
６．４．３ 合成流量模式下的网络性能 ………………………………………… ６９
６．５ 功耗和成本的建模与优化 ………………………………………………… ７０
６．５．１ 固定级别L 的 FOS基数优化 ……………………………………… ７２
６．５．２ 网络级别L 的优化…………………………………………………… ７２
６．６ 功耗和成本比较 …………………………………………………………… ７３
本章小结 ………………………………………………………………………… ７６
第７章 OPSquare数据中心网络负载均衡算法 ………………………………… ７８
７．１ 引言 ………………………………………………………………………… ７８
７．２ OPSquare中新的负载均衡算法 ………………………………………… ８１
７．２．１ OPSquare网络 ……………………………………………………… ８１
７．２．２ LPB算法运行机制…………………………………………………… ８２
７．２．３ LPB的实施分析……………………………………………………… ８４
７．３ DC应用的流量建模 ……………………………………………………… ８5
７．３．１ ECO 数据中心的架构和运行 ……………………………………… ８５
７．３．２ DC应用的部署 ……………………………………………………… ８７
７．３．３ 流量特征 ……………………………………………………………… ８８
７．４ OPSquare网络设置 ……………………………………………………… ９０
７．５ OPSquare网络性能优化结果及讨论 …………………………………… ９１
７．５．１ 变化的中心控制器更新周期 ………………………………………… ９１
７．５．２ 不同簇间流量的流量模式 …………………………………………… ９３
７．５．３ 性能比较 ……………………………………………………………… ９４
７．５．４ 流量目的地分布 ……………………………………………………… ９６
７．５．５ 可伸缩性 ……………………………………………………………… ９７
本章小结 ………………………………………………………………………… ９９
第８章 结论 ……………………………………………………………………… １００
参考文献 …………………………………………………………………………… １０２
附录 A …………………………………………………………………………… １１４