数据中心是云计算的核心基础设施,而数据中心网络在云计算基础设施中具有关键地位。云数据中心网络不仅是连接大规模服务器的桥梁,而且是承载网络化存储和网络化计算的基础。随着越来越多的云数据中心架构中服务器参与网络转发以及交换机参与计算和存储,在现代云数据中心里计算、存储与通信设备已经密不可分。尽管云计算服务已经兴起,但云计算的可持续发展仍然面临着一系列关键基础性问题,也为云数据中心网络的理论和技术研究提出了挑战。最根本的是,云计算的规模需求要求云数据中心网络拓扑异构可扩展。本文针对新型数据中心结构及其路由方法的要求,主要研究了以下几个方面:(1)系统综述了现有数据中心网络结构设计的研究成果随着“东西流量”代替“南北流量”成为数据中心内部流量的主要形式,传统的树型结构已经不能满足新的需求。近年来,研究人员从不同角度提出了很多新型数据中心网络结构,力求满足高带宽、高容错、高可扩展性和低成本的需求。本文系统地对现存的高性能数据中心网络结构进行回顾,从构建规则,路由算法,网络性能等方面进行对比。(2)提出了新型有线DCN网络设计方法本文注意到现有的有线DCN网络结构要么是规则型,要么是随机型,而这两者各具优缺点,同时又是优势互补的。基于此观察,本文提出规则和随机混合结构,将二者优点无缝融合,并命名为R3。(3)针对R3,提出了基于边着色的路由算法由于规则结构和随机结构共存,必须针对混合结构设计专用的路由算法。而混合结构路由的主要挑战来源于嵌入其中的随机集群。因此,本文对规则链接进行染色并使得路由更加简单,就像在纯规则结构中一样。(4)提出了新型无线数据中心网络结构为了实现降低网络成本,增加网络灵活性的目的,本文研究构建新型无线数据中心网络结构,并称为VLCcube。本文旨在将数据中心网络设计推向三个新的维度:1)所有跨机架的链接都是无线的;2)不需要改变已有有线数据中心的基础设施;3)即插即用,不需要额外的机械或者电子方面的控制措施。(5)针对VLCcube,设计了混合路径路由算法并提出了流调度算法对于任意一对机架,它们之间并存着有线路径,无线路径以及有线无线混合路径。针对有线和无线路径的路由算法可以已有在文献中找到。因此,我们聚焦于设计VLCcube的混合链路路由算法。另外,为了最小化网络拥塞,我们对VLCcube网络拥塞系数进行了建模,并分别针对批量流量和序列流量提出拥塞感知的流调度算法。(6)本文进行大量实验来评估所提出的DCN结构性能R3的实验结果表明,与Jellyfish相比,我们的混合结构会引起更少的路由时间和布线成本。与通用超立方体相比,我们的混合结构拥有更好的网络规模和吞吐量。而VLCcube的实验结果则显示,不论在哪种流量模型下,当都使用ECMP流调度方法时,VLCcube能显著优于Fat-Tree。另外,与ECMP相比,我们设计的流调度算法能使VLCcube实现更好的网络性能。