李丹博士做了题为“可扩展低功耗数据中心网络研究”的报告。报告指出可扩展和低功耗是数据中心网络研究重点关注的两个问题。数据中心网络的可扩展性是指在服务器规模不断增长的情况下，网络仍然能够提供较好的传输服务。低功耗是指在满足数据中心计算任务需求的前提下，尽量减少服务器和网络的能耗。报告介绍了数据中心网络可扩展性和低功耗方面的研究进展，包括网络拓扑架构的可扩展性、路由的可扩展性、服务器和网络的能耗优化策略等。

1. 可扩展低功耗数据中心网络研究
李丹
4/18/2011 1 Tsinghua University

2. 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
4/18/2011 2 Tsinghua University

3. 新兴网络形态
云计算 物联网
4/18/2011 3 Tsinghua University

4. 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
4/18/2011 4 Tsinghua University

5. 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
4/18/2011 5 Tsinghua University

6. 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
4/18/2011 6 Tsinghua University

7. 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
4/18/2011 7 Tsinghua University

8. 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
4/18/2011 8 Tsinghua University

9. 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, FiConn
4/18/2011 9 Tsinghua University

10. Fat-Tree和VL2
4/18/2011 10 Tsinghua University

11. DCell和BCube
4/18/2011 11 Tsinghua University

12. 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
4/18/2011 12 Tsinghua University

13. uFix: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
4/18/2011 13 Tsinghua University

14. uFix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
4/18/2011 14 Tsinghua University

15. uFix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
4/18/2011 15 Tsinghua University

16. uFix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
4/18/2011 16 Tsinghua University

17. 系统和实验
 Linux内核实现
4/18/2011 17 Tsinghua University

18. 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
4/18/2011 18 Tsinghua University

19. 基于分组内Bloom Filter的组播路由
Bloom Filter
Bloom
Filter
4/18/2011 19 Tsinghua University

20. 问题
 带宽负载
 False-positive转发
 分组内Bloom Filter域
 转发环路
 False-positive转发
4/18/2011 20 Tsinghua University

21. 带宽负载
 Bcube(8,3)  Fat-Tree with
k=48
4/18/2011 21 Tsinghua University

22. 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Bloom Filter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Bloom Filter路由
 对大规模组播组采用交换机路由表路由
4/18/2011 22 Tsinghua University

23. 避免转发环路
 基于距离的Bloom Filter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
 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
4/18/2011 23 Tsinghua University

24. 系统和实验
 基于Linux系统的混合转发引擎
4/18/2011 24 Tsinghua University

25. 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
4/18/2011 25 Tsinghua University

26. 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
4/18/2011 26 Tsinghua University

27. 服务器端节能机制
 低功耗CPU
 Energy-proportional computing
 DVFS
 Wake-on-Lan
 虚拟机整合和迁移
4/18/2011 27 Tsinghua University

28. 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
4/18/2011 28 Tsinghua University

29. 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
4/18/2011 29 Tsinghua University

30. 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
 Balanced Minimum K-cut Subtask 1 Subtask 2 . . .
问题 . . . . . . Subtask n
 物理主机上放置的虚拟机
数量
 依网络拓扑而定
4/18/2011 30 Tsinghua University

31. 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
4/18/2011 31 Tsinghua University

32. 启发式算法
 充分利用Multi-rooted Tree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
4/18/2011 32 Tsinghua University

33. 谢谢！
4/18/2011 33 Tsinghua University