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基于無尺度網絡模型的啟發(fā):一種新型數(shù)據(jù)中心架構的設想

2017/3/21 10:06:07 來源:DTDATA 作者:LDX編輯 分類:滾動新聞

無尺度網絡(Scale Free Network),在網絡理論中指的是一類有特定特征的網絡。無尺度網絡所具有的特征是:大部分節(jié)點只有極少的邊連接,只有極小一部分節(jié)點有大量的邊連接。這一小部分有著大量連接的節(jié)點在無尺度網絡模型中被稱為“關鍵節(jié)點”,關鍵節(jié)點承擔整個網絡的連通性,如果把整個網絡的連通性作為評價標準,并且給每個節(jié)???????都賦予一個權值用來衡量改節(jié)點為網絡連通性所做的貢獻,那么關鍵節(jié)點與普通節(jié)點的權值比一定十分大。由此我們得出,在無尺度網絡中,失去一個乃至若干個普通節(jié)點,對網絡的影響是極小的,而失去一個權值極大的關鍵節(jié)點或可對網絡造成巨大影響??梢园l(fā)現(xiàn),無尺度網絡所描述的模型和二八理論非常契合,20%的網絡節(jié)點是極度重要的,因為他們支撐起了網絡的骨架??從??個??度看,80%的網絡節(jié)點顯得并不那么重要。



進入21世紀之后,因特網蓬勃發(fā)展,因特網上所承載的信息以指數(shù)式的暴漲,承載這些信息的網頁,也在短時間內迅速增長,資料顯示網頁以每年20%-30%的速率增長,直到2015年中國網頁的數(shù)量已經突破了2000億。許多網頁之間是通過超鏈接形式相互跳轉的,無尺度網絡模型的研究人員對迅速增長的網頁產生了興趣,他們認為網頁的增長,必???????帶來鏈接數(shù)的增長。他們抽取了一部分網頁進行了研究,網頁以及它們的超鏈接所組成的抽象網絡呈現(xiàn)出無尺度網絡模型的特征,及在一小部分網頁,如某個門戶網站的首頁存在著極大量的超鏈接,而在大部分網頁,稱為終端網頁,它們所擁有的超鏈接只有一小部分。這個發(fā)現(xiàn)讓人們試圖將無尺度網絡模型引入當今的互聯(lián)網體系研究當中。(圖-1)為無尺度網絡模型示意圖。


▲(圖-1)


既然網頁群可以適用無尺度網絡模型,那么對于互聯(lián)網物理層的這些路由器、交換機以及數(shù)據(jù)中心,能否適應無尺度網絡模型呢?很明顯,以上這些網絡的硬件設備承載著整個網絡的信息傳遞,如果把交換機、路由器、數(shù)據(jù)中心都抽象為網絡模型的節(jié)點,我們可以發(fā)現(xiàn),大部分的路由器和交換機都只存在少數(shù)的網絡連接,而一個數(shù)據(jù)中心????為它所承擔的職能,往往擁有大量的網絡拓撲連接,它與路由器交換機相比簡直就是一個信息集散地。


應用無尺度網絡模型理論來描述這個抽象網絡,數(shù)據(jù)中心就是擁有極大權值的“關鍵節(jié)點”,路由器、交換機則為普通節(jié)點。我們可以設想,某個網絡拓撲中的某個路由器壞了,在沒有及時處理的情況下,整個網絡的信息流不會有太大影響,因為本來應該通過這個路由的信息或許可以繞路同樣可以到達目的地。但是如果網絡拓撲中的數(shù)據(jù)中心故障,你可以想象的是,由于數(shù)據(jù)中心擁有大量的連接,這種故障會造成大量連接失效,必然導致網絡信息流大量停滯。


在無尺度網絡理論中,對網絡的描述是:有很強的魯棒性,但是面對協(xié)同攻擊時極其脆弱,同時,理論也給出如何克服關鍵節(jié)點的弱點,即把連接適當?shù)姆稚⒒?,降低關鍵節(jié)點的集散性。但是同時又不能過度分散,這樣會使“關鍵節(jié)點”的優(yōu)點弱化。如何才能既增加其抗協(xié)同攻擊的能力,又不過度減少其魯棒性。這個問題的解決方案即可為數(shù)據(jù)中心的架構提供參考方案。筆者提出一種參考方案,即“蜂窩式的離散數(shù)據(jù)中心架構”,將傳統(tǒng)的一個數(shù)據(jù)中心離散化,但離散的程度并不足以打消節(jié)點的魯棒性,又能夠大大加強其應對協(xié)同攻擊的能力,稱其為“亞離散化”。參考架構如(圖-2)所示:紅色六邊形為我們傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心,橙色六邊形為次級中心,黃色六邊形為第三級中心。低級數(shù)據(jù)中心數(shù)量比高級數(shù)據(jù)中心數(shù)????多,但容量來的小,圖中黃色數(shù)據(jù)中心數(shù)量應該是最多的,但為了圖例能更簡潔的表達思想,并沒有將實際數(shù)量描述出來,在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構中,可能我們會設置一些備用的服務器,定期備份數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)來應對故障,在備份的過程中必然要消耗資源乃至停用部分服務器。離散的數(shù)據(jù)中心架構,核心數(shù)據(jù)庫通過次級中心向外輻射,數(shù)據(jù)流流過次級中心時,次級中心即可備份,其次,若核心數(shù)據(jù)中心遇到協(xié)同攻擊,由于次級中心的運作,也能保證信息流不受中斷。


▲(圖-2)

從無尺度網絡理論上看,這種架構將“關鍵節(jié)點”所具有的連接數(shù)“亞離散化”了,所謂“亞離散化”,從全局網絡看“關鍵節(jié)點”依然具有極大量的連接數(shù),它依然使網絡拓撲具有很強的魯棒性,但是從內部看,“關鍵節(jié)點”的連接被多級離散化了,這樣就增加了它面對協(xié)同攻擊的抵抗力。

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