【摘 要】本文的出發(fā)點(diǎn)為云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)需求，針對(duì)云計(jì)算系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究與分析，提出了云計(jì)算系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本思想——由中心的主干交換部分和外圍樹狀子網(wǎng)組成；并給出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)解決思路。

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì) 算法實(shí)現(xiàn)

一、云計(jì)算基本概念

近些年，云計(jì)算這一概念在行業(yè)內(nèi)被普遍提及，也隨之為這一技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展。維基百科（Wikipedia.com）對(duì)云計(jì)算的定義如下：一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)新方式，通過互聯(lián)網(wǎng)上的異構(gòu)、自治的服務(wù)為個(gè)人和企業(yè)用戶提供按需即取的計(jì)算。分析這一概念我們可以了解到，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，計(jì)算能力已經(jīng)成為了一種“商品”在進(jìn)行銷售，它就像我們?nèi)粘Ｉ钪械乃?、煤氣一樣，價(jià)格便宜，使用方便。目前，國(guó)內(nèi)外的互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)巨頭紛紛推出自己的云計(jì)算平臺(tái)，如google、微軟、IBM、亞馬遜等，并將其作為未來發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一。因此，針對(duì)云計(jì)算的研究不僅是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代業(yè)界技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)，也具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

二、云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算是一個(gè)革命性的舉措，它不僅帶來了IT模式的變化，也引發(fā)了IT服務(wù)的變革。在云計(jì)算時(shí)代，數(shù)據(jù)是自己的，而對(duì)于數(shù)據(jù)的計(jì)算、處理等操作，都可以交給云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行。云計(jì)算平臺(tái)可以看成是一個(gè)強(qiáng)大的“云”網(wǎng)絡(luò)，不僅將眾多并發(fā)的網(wǎng)格計(jì)算和服務(wù)連接起來，還利用虛擬化技術(shù)對(duì)每一個(gè)服務(wù)器能力進(jìn)行拓展，這樣就通過云計(jì)算平臺(tái)使得各自的資源整合起來，擁有超級(jí)計(jì)算和存儲(chǔ)能力。從總體上看，云計(jì)算由三個(gè)基礎(chǔ)部分組成：基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)和終端。

三、云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算是以數(shù)據(jù)為中心的一種數(shù)據(jù)密集型的超級(jí)計(jì)算方式，它在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理、編程模式和虛擬化等方面都具有自身獨(dú)特的技術(shù)。

（一）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理。云計(jì)算的數(shù)據(jù)一般采用分布式方式進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。為了保證數(shù)據(jù)的高吞吐率、可靠性及高利用率，冗余存儲(chǔ)的方式也時(shí)常采用。此外，鑒于云計(jì)算中對(duì)數(shù)據(jù)讀取和分析的頻率高于數(shù)據(jù)更新頻率，云計(jì)算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理常采用列存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)管理模式---將表按列劃分后存儲(chǔ)。

（二）編程模式。在云計(jì)算系統(tǒng)的編程實(shí)現(xiàn)過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能的簡(jiǎn)單化。究其原因，主要是因?yàn)楹?jiǎn)單化的編程模式能夠?yàn)榛谠朴?jì)算服務(wù)的開發(fā)人員提供便利，可以幫助他們?cè)谶M(jìn)行后臺(tái)并行執(zhí)行和任務(wù)調(diào)度時(shí)獲得相對(duì)透明的流程，進(jìn)一步得幫忙他們專心于業(yè)務(wù)邏輯。

（三）虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)是云計(jì)算有別于一般并行計(jì)算的根本性特點(diǎn)，也是云計(jì)算中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。采用虛擬機(jī)技術(shù)對(duì)云計(jì)算資源進(jìn)行管理具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：移動(dòng)性、獨(dú)立性和高整合性。

四、云計(jì)算中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

云計(jì)算作為基于互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)計(jì)算模型，其后端的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。對(duì)云計(jì)算系統(tǒng)中后端大量的服務(wù)器進(jìn)行有效地組織和管理一直是云計(jì)算研究中重要的方面，這是保證云計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。和一般的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、公網(wǎng)相比，云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有以下幾方面不同：

（一）云計(jì)算系統(tǒng)后端網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般公司的網(wǎng)絡(luò)，因此，合理高效的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是云計(jì)算系統(tǒng)中的關(guān)鍵，其主要的作用在于為網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩ê头€(wěn)定提供保證。

（二）云計(jì)算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流量大，主要由于系統(tǒng)主要面向大量的用戶和大規(guī)模的業(yè)務(wù)處理。同時(shí)，還可能會(huì)有服務(wù)等級(jí)區(qū)分度較大的問題。

（三）云計(jì)算系統(tǒng)的中網(wǎng)絡(luò)需要保證高穩(wěn)定性，這主要是由于用戶所有業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)都依賴云來開展。

（四）云計(jì)算系統(tǒng)需要有良好的可擴(kuò)展性。云計(jì)算系統(tǒng)的規(guī)模較大，不可能一次性建設(shè)完成，而且用戶規(guī)模會(huì)隨服務(wù)的增加持續(xù)擴(kuò)大，因此，如果沒有良好的可擴(kuò)展性很難滿足要求。

圖 1. 云系統(tǒng)后端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

云計(jì)算系統(tǒng)中整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率、穩(wěn)定性和復(fù)雜度由核心交換層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定。顯而易見的，如果核心交換節(jié)點(diǎn)直接兩兩相【摘 要】本文的出發(fā)點(diǎn)為云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)需求，針對(duì)云計(jì)算系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究與分析，提出了云計(jì)算系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本思想——由中心的主干交換部分和外圍樹狀子網(wǎng)組成；并給出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)解決思路。

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì) 算法實(shí)現(xiàn)

連，由此形成的全連通網(wǎng)絡(luò)抗穩(wěn)定性是最優(yōu)的，網(wǎng)絡(luò)的暢通性也能夠得到保證。但是，這樣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)其建設(shè)和維護(hù)的成本較高，各個(gè)核心交換節(jié)點(diǎn)中的路由和管理復(fù)雜度極高。另一方面，直接以各自交換節(jié)點(diǎn)為根生成最小生成樹也可以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，這樣的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，但是其穩(wěn)定性較差，容易造成網(wǎng)絡(luò)的不連通。

因此，一種合理且有效的方式可以簡(jiǎn)化為如圖1所示的結(jié)構(gòu)。通過對(duì)該網(wǎng)絡(luò)抽象化，將需要研究的問題突出顯示，即抽象化每一個(gè)子網(wǎng)為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，給每個(gè)節(jié)點(diǎn)附上交換能力、子網(wǎng)流量和地理位置信息等特性。此時(shí)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)主干拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題就可以表示為如何在已知若干節(jié)點(diǎn)容量、地理位置信息和可能流量等信息的前提下，將這些節(jié)點(diǎn)互相連接并形成一個(gè)冗余小、網(wǎng)絡(luò)架設(shè)開銷小的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

針對(duì)云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)已有眾多研究者進(jìn)行了深入的研究和討論，該問題可以表示成圖論中的一個(gè)數(shù)學(xué)模型：即抽象化云計(jì)算系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和所有可能的鏈路，表示為圖論中圖的頂點(diǎn)和邊，抽象化帶寬、延時(shí)、鏈路長(zhǎng)度等表示為圖的邊權(quán)重。

本文針對(duì)云計(jì)算系統(tǒng)后端網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，給出了云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成---主干交換部分為中心和樹狀子網(wǎng)為外圍結(jié)構(gòu)。通過將該問題抽象化為數(shù)學(xué)模型，并求解該抽象化問題，能夠有效地計(jì)算出云計(jì)算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

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作者簡(jiǎn)介：宋國(guó)平（1968.4-）男，漢族，吉林省，吉林廣播電視大學(xué)，碩士研究生，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用。