BCDC数据中心网络性质演示系统.docx
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1、苏州大学本科生毕业设计(论文)本 科 毕 业 设 计(论 文)学院(部)题 目年 级专业班 级学号姓 名指导老师职称论文提交日期目 录前 言3第一章 绪论41.1课题的背景41.2 BCDC网络的相关介绍51.3主要工作51.4组织结构6第二章 预备知识及技术简介72.1 Crossed Cube网络的定义72.2 Crossed Cube网络的基本性质92.3 BCDC网络的定义和构造92.4 BCDC网络的基本性质102.5独立生成树的定义102.6独立生成树的研究意义112.7独立生成树的构造112.7.1在Crossed Cube上构造IST的算法112.7.2在BCDC上构造IST算
2、法122.8 JSP、JavaScript和Sigma.j的介绍122.8.1 JSP+HTML5标签的使用介绍122.8.2 Javascript简介132.8.3 Sigma.js简介14第三章 需求分析153.1功能性需求153.2非功能性需求16第四章 系统设计174.1概要设计174.2详细设计18第五章 系统实现205.1 菜单模块205.2 Crossed Cube和BCDC的网络拓扑215.3 Crossed Cube和BCDC的IST构造展示24第六章 总结与展望286.1课题总结286.2后续工作展望29参考文献30致谢322摘 要上世纪六十年代到七十年代,计算机网络诞生。
3、网络架构也一并发展,与时俱进。当今社会已经全面迈进互联网时代,一个网络内同时有上亿的用户在收发数据,如此庞大的数据通信量对整个网络的架构的性能和鲁棒性提出了非常高的要求。本文涉及的BCDC网络就是在这样的时代背景下,为了处理大数据而提出一种网络架构。BCDC 网络是一种高性能,以数据为中心的网络,它的原型来自常见的超立方体网络模型。BCDC网络需要适用于多种路由场景,例如,一对一路由,一对多路由,一对所有或广播)或所有对所有路由。 BCDC能够做到在这几种模式下都能实现高效,安全的通信。本文首先简要介绍有关BCDC网络的拓扑性质和课题的研究背景。其次,描述BCDC数据网络上拓扑图形的生成和独立
4、生成树的构造。包括本系统提出的BCDC网络的构造算法,独立生成树的构造算法。最后着重于网络性质的演示系统。在设计这个网络性质演示系统的之前,首先进行了需求分析,提出了总体目标,接着,参照前人的经验,将需要演示的各个模块划分,得出一份详细设计的方案。本文的最后就是本文所设计的系统的展示。本系统采用了一个跨平台的技术JSP+JavaScript,来实现页面的展示与动态交互。关键词:Crossed Cube;BCDC;独立生成树;JSP;JavaScriptAbstractIn the 1960s and 1970s, computer networks were born. The network
5、 architecture is also developing and advancing with The Times. In todays society has fully into the Internet age, there are hundreds of millions of users at the same time a network in the sending and receiving data, so huge data traffic for the whole network architecture performance and robustness o
6、f the very high requirements are put forward. The BCDC network involved in this paper is to propose a network architecture in order to deal with big data.The BCDC network is a high-performance, data-centric network based on the common hypercube network model. BCDC networks need is suitable for vario
7、us application scenarios, such as: such as one to one, one to many (for example, a distributed file system), one to all (such as application data broadcast) or all to all of this type of data transmission and communication. BCDC tries to achieve efficient communication in these modes.In this paper,
8、the topological properties and research background of BCDC network are briefly introduced. Second, describe the generation of topological graphs on BCDC data network and the construction of independent spanning tree. Including our proposed BCDC network construction algorithm, the independent spannin
9、g tree construction algorithm. Finally, it focuses on the network nature of the demonstration system.In the design of the network properties of demonstration system, we first analyzed the demand, put forward the overall goal, then , with reference to previous experience, will need to demonstrate eac
10、h module partition, a detailed design scheme. The last part of this article is a demonstration of the system we designed. This system uses a cross-platform technology JSP +JavaScript to realize the display and dynamic interaction of the page.Key words: Crossed Cube;Independent Spanning tree; jsp;Jav
11、aScript 前 言近年来,互联网的迅速发展,催生了许许多多的新事物,如:在线搜索,电子商务,网络游戏,在线视频,云存储,和网络基础设施服务等,不一而足。这些服务无一不是建立在巨大的巨大的数据网络中心之上,这些巨大的数据中心网络上同时运行的服务器数量达到百万级别。以前一直沿用的网络架构其性能早已达到瓶颈,BCDC网络是近年来为了解决大数据和云计算技术遇到的瓶颈,应运而生的一种网络架构,其具有诸多优良的网络性质,如网络容量,扩展性,容错率,通讯性能,等。近年来受到众多从事网络研究工作的专家和学者们的青睐。BCDC网络能够容纳台服务器,而且,当网络的直径增加1,整个网络的容量按指数级别增长,才能
12、够承受每日数十亿次的计算和服务带来的负荷,网络中的每一台服务器都连接着多个端口,这对于高并发的系统而言有着特别重要的意义。通常在BCDC网络中,节点分为两种,一种是连接各个网络端口的服务器,另一种则是与不同层次的服务器交互的交换机。服务器连接多个端口,交换机连接多个服务器,交换机与交换机,服务器与服务器都不直接相连,这样的设计减少了无效的数据传输。第一章 绪论本章节首先引入Crossed Cube和BCDC这两个概念,然后探究这两个事物诞生的原因和背景,其次讨论BCDC在实际生活中的作用,最后介绍本文的主要工作和组织结构。1.1课题的背景智能手机的出现,将整个世界带入到移动互联网时代。国家为了
13、顺应时代发展,提出了“互联网+”的概念,掀起了一股互联网创业浪潮,众多的创业公司如雨后春笋,顺势而生。它们已经将网络蔓延至本系统身边的每一一个角落,街头巷尾都能看见的移动支付就是最好的证明。移动互联网时代,流量依旧是各大互联网公司能否立足的唯一指标。智能手机凭借它的便携性,易用性,将整个网络规模也提升到了一个令人吃惊的高度。庞大的用户基数,带来的的是庞大的数据量,如洪水一般在整个互联网中传播,以前的服务器、处理器所需要处理的数据量也提高了几个量级。这样的背景下,“大数据”、“云计算”等新名词也在一夜之间家喻户晓。云计算技术是分布式计算(Distributed Computing)、并行计算(P
14、arallel Computing)、效用计算(Utility Computing)、网络存储(Network Storage Technologies)、虚拟化(Virtualization)、负载均衡(Load Balance)、热备份冗余(High Available)等传统计算机和网络技术发展融合的产物。云计算中心可能要同时为成千上万的用户提供服务,很多时候,用户的需求都是实时的,而且是高并发的,这对网络的传输效率,传输的可靠性,容错性提出了很高的要求。传统的网络架构处理如此多的数据渐渐显得捉襟见肘,无法满足网络发展的需求,超高的负荷在挤压它的每一点性能,即使网络架构经过了无数次的改良
15、,但它的性能已然到达了瓶颈,因此本系统迫切的需要一个高性能、大容量、易扩展、容错性好的不同于传统的网络架构,来应对日益庞大的用户需求。BCDC网络正是本系统为了替代当前的网络架构而进行的尝试。1.2 BCDC网络的相关介绍BCDC网络是一种以数据中心网络,但同时又是一个以服务为中心的网络,交换机与服务器直接相连,交换机与交换机、服务器与服务器都不直接相连,这样的设计减少了无效的数据传输。BCDC网络的设计来源于交叉立方体的变化。将交叉立方体的一条边作为一个顶点,其他与这两个点相邻的顶点构成的边都与这两个顶点构成的边相连,得到边,最终构成一个BCDC网络。最后得到的BCDC网络中的点的个数与同一
16、维的交叉立方体中的边的个数相等。BCDC网络采用递归方式进行构造,一个维的网络由2个维的组成。维的网络中共有个节点,表示该网络中能够容纳的交换机数量,有条边,表示该网络内服务器的数量。网络直径为。每个服务器连接两个交换机,每个交换机连接多台服务器。1.3主要工作本文的所做的工作,主要是研究BCDC网络的及其独立生成树的构造问题,提出一个直径较小的独立生成树的构造算法。系统开发部分主要用来辅助演示,介绍BCDC独立生成树的物理结构,逻辑结构,以及其中一种完全独立生成树的构造过程。本软件采用HTML5+JSP+JavaScript作为开发工具,使用eclipse作为开发平台,主要是演示Crosse
17、d Cube 和 BCDC 网络的结构,展示Crossed Cube 和BCDC网络的独立生成树的构造过程,这个过程也正是网络之中数据通讯的过程。同时用户能够看到两种网络从3维至9维的的结构。本软件具有的功能包括:BCDC网络3-9维的结构演示,Crossed Cube 网络3-9维的结构演示。Crossed Cube网络3-9维的独立生成树的构造演示,BCDC网络3-9维的独立生成树的构造演示。本软件划分为如下模块:(1) 菜单模块用户打开指定页面就能看见系统主页,主页包含了系统信息,系统功能菜单。(2) 性质演示模块分为四个模块,一是Crossed Cube网络的结构及性质演示,二是BCD
18、C网络的结构演示,三是Crossed Cube网络的独立生成树的构造演示,四是BCDC网络的独立生成树的构造演示。1.4组织结构本文总共分成六个章节,各个章节的内容安排如下:第一章:绪论部分,主要介绍本课题的研究背景,BCDC的一些基本性质,本文所做的一些主要工作,以及论文的组织结构。第二章:主要介绍开发本系统所使用的主要技术以及Crossed Cube网络的定义,BCDC网络的定义,Crossed Cube网络的基本性质,BCDC网络的基本性质。BCDC数据中心网络的定义性质,定理和相关引理,为接下来独立生成树的算法提供理论基础。第三章:进行需求分析,列出本软件需要的功能模块,以及各个模块的
19、实现方式,采用的技术等。 第四章:对系统软件进行概要的设计,详细列出每一个功能模块,将每个功能抽象的表示出来。接着,进行详细设计,将每一个功能具体化。第五章:系统功能的测试与展示。第六章:本次毕业设计的结束语。最后为本文的参考文献以及致谢部分。第二章 预备知识及技术简介本章通过引入图的概念来描述通信网络的结果,并在此基础上介绍BCDC网络的递归性质。本系统基于Html 5中的Canvas技术,采用Eclipse作为开发平台,结合Java Servlet组件、Java语言和JavaScript语言。在本章中将对这些技术做简要的介绍。2.1 Crossed Cube网络的定义和构造Crossed
20、Cube 的网络结构是在超立方体的基础上进行一个简单的变形得到的。它的结构很简单。为了方便理解,本系统给网络中的每一个节点用一个唯一的二进制字符串作为标签。网络采用递归构造,因而,在每一维的网络里都能发现两个完全相同的低一维的网络,唯一的变化只是它们的节点标签前面都有一个0或1的前缀。参见下图的。图2.1 (a); (b)Crossed Cube是递归定义的,就是两个标签为0和1的顶点。当时,由两个子立方体构成。节点,若是中的一条边,则需要同时满足如下两个条件:(1) 如果n是偶数,(2) 对于,Crossed Cube网络是递归构造的,当n=1时,交叉立方体只有一个标签为0的点和一个标签为1
21、的点。这两个点连成一条线。当n=2时,,。可以看到中包含了,。对于字符串:当时,定义,表示是相关联的顶点,连接就可以得到网络里的一条边。2.2 Crossed Cube的基本性质交叉立方体网络是常见的超立方体网络的一个变体。在保留了超立方体的性质的基础上,交叉立方体还有一些较超立方体更为优秀的性质:(1) 维交叉立方体的直径大约是维的超立方体的一半。(2) 所有长度在到之间的圈都能以扩张1嵌入中,但中只能以扩张1嵌入偶长圈。(3) 一颗具有个顶点的完全二叉树能够以扩张1嵌入,但不能在此条件下嵌入。 假定 表示Crossed Cube网络的一个子图,其中所有的节点都有,这个前缀。简写为。引理1:
22、对所有的,这个同构关系可以通过一个删除节点的标签的前导位得到。引理2:对所有的,这个同构关系可以通过一个删除节点的标签的第位得到。引理3:对所有的,对所有的在,这个同构关系可以通过一个删除节点的标签的第和位得到。推论1:包含的不同拷贝,因此其中,如果,则,否则,并且取决于是偶数还是奇数:如果n是偶数,且如果是奇数,且。引理4:对于所有的,如果是的中的顶点,那么(1) 属于同构于的的一个子图,其中如果是偶数则,否则或(2) 属于同构于的的子图,其中如果是奇数,则,或者(3) 你有一个邻居,和在的一个子图里同构于,其中如果n是偶数,则,否则。推论2:对于 。即Crossed Cube 网络的直径为
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