05 August 2014

DCN Architecture Design Notes of Fat-Tree


Introduction

  • fat-tree网络架构由Charles E. Leiserson在1985年提出。[ “Fat-Trees: Universal Networks for Hardware-Efficient Supercomputing” ]

  • 上图所示的设计中交换机的端口数随交换机所处层次不同而不同。然而,企业网中商品交换机的端口数是固定的。因此,另外一种拓扑被提出,用于有效利用端口数固定的交换机

  • fat-tree最明显的特点是对于任何一个交换机,向下通往子女节点的链路数量与向上通往双亲节点的链路数量相等。并且沿树根方向,链路变得越来越fat,因此得名fat-tree

  • 如果某个host想与相同边缘交换机下的host通信,只需通过特定的边缘交换机,而不需通过核心交换机。如果想与不同边缘交换机下的host通信,则必须先将数据包发送到任意核心交换机,再由核心交换机发送到目标边缘交换机

  • 上图所示的设计中每个中间交换机有多个双亲节点,这与fat-tree的初始设计不同。因此有人说上图所示的设计不应被称为fat-tree。然而,上图所示这样的拓扑结构我们仍然称之为fat-tree


Blocking

  • 上面提到的fat-tree网络在每个中间层保证: 通往上层(在二层网络中指的是边缘层通往核心层)的链路数量与通往下层(边缘层通往host)的链路数量相等(1: 1),这样的网络称之为non-blocking网络

  • 通往上层与下层的链路数量之间的比例可以变化。假如这个比例为1: 2,那么网络的blocking因子为2。non-blocking网络的blocking因子为1


Design

  • 利用36-port商品交换机构建non-blocking的二层fat-tree网络连接70个节点(N=70, Pc=Pe=36):
  1. Eptn(edge ports to nodes)=Eptc(edge ports to core)=36/2=18
  2. E(num of edge)=Ceil(N/Eptn)=Ceil(3.88)=4
  3. B(link of bundle)=Pc div E=9
  4. C(num of core)=Ceil(Eptc/B)=2


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