本书介绍了数据中心光互联领域中提出的新和有前途的解决方案。

云计算和新兴网络应用的新进展创造了对更强大数据中心的需求。这些数据中心需要高带宽互联,以支持数据中心服务器之间繁重的通信需求。基于电分组交换的数据中心网络需消耗过多的电力,才能满足未来数据中心所需的通信带宽。与目前基于商用交换机的网络相比,光互联作为一种能提供高吞吐量、低延迟和低能耗的新型解决方案,近年来成为关注热点。 本书介绍了数据中心光互联领域中提出的新和有前途的解决方案。首先,介绍了未来数据中心网络所面临的需求,以及如何通过光互联来提供数据中心扩展所需的带宽。未来数据中心的这些需求由主要数据中心的所有者和运营者所提供。其次,本书用较大篇幅介绍了许多由工业界和学术界领导者提出的基于光互联的数据中心网络架构。本书可以作为科研人员、教师以及对高性能数据中心网络和光互联感兴趣的网络和计算机工程技术人员的宝贵信息来源。

Christoforos Kachris 希腊雅典理工学院（AIT）高级研究员。分别于2001和2003年于克里特理工大学获得电子与计算机工程学士学位和硕士学位；2006年进入位于加利福尼亚圣何塞的赛灵思实验室实习；2007年于荷兰代尔夫特理工大学获得计算机工程学博士学位；2009年2月至2010年8月，在希腊克里特大学计算机学院任客座助教，并参加了高性能嵌入式体系结构与编译器（HiPEAC NoE）及SARC IP欧洲研究项目。其研究范围包括：可重构计算（现场可编程门阵列）、多处理器核SoC系统体系结构、网络处理、嵌入式系统、数字设计（电阻晶体管逻辑）、网络运营中心互联、软/硬件协同设计、数据中心（光纤）互联、计算机体系结构。

本书中,来自学术界和工业界的研究人员不仅总结了当前数据中心概貌及面临的带宽、能耗及扩展性等难题,也介绍了他们基于光通信技术提出的各种解决方案及其仿真和实验结果,还分享了对数据中心内光通信技术应用和发展趋势的思考,特别是在可扩展的光互联网络架构方面阐述了一些巧妙和有趣的思想。因此,本书不仅为相关领域内的科研工作者和工程技术人员提供了丰富的背景知识,也为其了解数据中心光互联网络的现状和发展趋势准备了翔实的资料,更对在这一领域开展深入研究具有重要的参考和启发价值。

第 I 部分 　 数据中心网络简介 第 １ 章 　 数据中心内光互联简介 　 / ３ 　１．１　 引言 　 / ３ 　１．２　 数据中心网络的架构 　 / ３ 　１．３　 网络流量特征 　 / ５ 　１．４　 能耗要求 　 / ８ 　１．５　 光互联的兴起 　 / ９ 　１．６　 本书结构 　 / １１ 　 参考文献 　 / １２ 第 II 部分 　 数据中心网络中的光互联 第 ２ 章 　 面向横向扩展型数据中心的光互联 　 / １７ 　２．１　 引言 　 / １７ 　２．２　 数据中心网络结构 　 / １８ ２．３　 光学使能技术 　 / ２１ 　２．４　 结论 　 / ２８ 　 参考文献 　 / ２８ 第 ３ 章 　 下一代数据中心光互联网络:端对端视角 　 / ３０ 　３．１　 引言 　 / ３０ 　３．２　 数据中心 　 / ３１ 　３．３　 光互联 　 / ３７ 　３．４　 结论 　 / ４１ 　 参考文献 　 / ４１ 第 ４ 章 　 数据和负载密集型云计算数据中心的仿真和性能分析 　 / ５１ 　４．１　 引言 　 / ５１ 　４．２　 能效数据中心仿真 　 / ５２ 　４．３　 面向能效的调度 　 / ６０ 　４．４　 结论 　 / ６４ 　 参考文献 　 / ６５ 第 III 部分 　 光互联架构 第 ５ 章 　 未来数据中心网络中的光子学应用 　 / ７１ 　５．１　 引言 　 / ７１ 　５．２　 背景 　 / ７６ 　５．３　 电与光的路线图 　 / ７８ 　５．４　 交换机微体系构架 　 / ８１ 　５．５　 实验设置 　 / ９０ 　５．６　 结果 　 / ９１ 　５．７　 相关工作 　 / ９５ ５．８　 结论 　 / ９５ 　 参考文献 　 / ９６ 第 ６ 章 　 全光网络:系统的视角 　 / １０１ 　６．１　 引言 　 / １０１ 　６．２　 网络架构 　 / １０６ 　６．３　 端到端的可靠分组传送 　 / １１２ 　６．４　 仿真评估 　 / １１７ 　６．５　 结论及未来工作 　 / １２４ 　 参考文献 　 / １２６ 第 ７ 章 　 一种基于高速 MIMOOFDM 的弹性数据中心网络 　 / １２９ 　７．１　 引言 　 / １２９ 　７．２　 基于 MIMOOFDM 的带宽灵活 DCN 架构 　 / １３０ 　７．３　 基于 MIMOOFDM 的弹性光互联实验验证 　 / １３６ 　７．４　 性能分析 　 / １３９ 　７．５　 结论 　 / １４１ 　 参考文献 　 / １４２ 第 ８ 章 　 面向数据中心网络的 P 比特无缓存光交换 　 / １４５ 　８．１　 引言 　 / １４５ 　８．２　 交换架构 　 / １４８ 　８．３　 调度算法 　 / １５３ 　８．４　 实现 　 / １５８ 　８．５　 性能评估 　 / １６０ 　８．６　 相关工作 　 / １６２ 　８．７　 结论 　 / １６３ 　 参考文献 　 / １６４ 第 ９ 章 　 高性能数据中心中的光互联 　 / １６９ 　９．１　 引言 　 / １６９ 　９．２　DataVortex　 / １７０ 　９．３　SPINet　 / １７４ 　９．４　 数据中心的组网挑战 　 / １７６ 　９．５　 结论 　 / １７８ 　 参考文献 　 / １７８

译者序 在中文版《面向未来数据中心网络的光互联》即将付印之际,恰逢我本人承担的国家自然科学基金重点项目“面向云服务数据中心的 OpenScale 全光交换网络”完成汇报并顺利结题。这两项成果都是对过去几年我的研究组在数据中心光互联网络方面研究工作的阶段性总结,所以首先要感谢华中科技大学出版社的信任及国家自然科学基金委对这个新兴方向的支持。 数据中心是当前“云时代”的信息基础设施,是各类云服务,如信息搜索、社交网络、互联网金融等的“大脑”。然而,要满足未来云服务的发展需求,当前的数据中心在通信带宽、网络架构、能耗及扩展性等方面面临巨大的挑战，因而在计算机网络技术和光通信技术交叉融合基础上发展起来的数据中心光互联网络,成为近年来学术界和工业界的研究热点。这也是光通信技术从长距离通信应用(如骨干网、城域网及接入网等)向短距离通信应用(如数据中心网络、芯片间网络及芯片内网络等)渗透的第一步。本书汇集了近年来国外在数据中心光互联网络方面的代表性研究成果。研究成果不仅来自高水平的学术机构,如美国哥伦比亚大学等,也来自使用数据中心提供云服务的互联网巨擘,如 Google 等。本书的撰稿人也都是活跃在这个前沿领域内的知名学者及研究人员,我与其中部分人员在国际会议中有过深入的交流讨论,所以也很高兴把这本书介绍给国内的科研同行。本书中,来自学术界和工业界的研究人员不仅总结了当前数据中心概貌及面临的带宽、能耗及扩展性等难题,也介绍了他们基于光通信技术提出的各种解决方案及其仿真和实验结果,还分享了对数据中心内光通信技术应用和发展趋势的思考,特别是在可扩展的光互联网络架构方面阐述了一些巧妙和有趣的思想。因此,本书不仅为相关领域内的科研工作者和工程技术人员提供了丰富的背景知识,也为其了解数据中心光互联网络的现状和发展趋势准备了翔实的资料,更对在这一领域开展深入研究具有重要的参考和启发价值。 本书的翻译人员都是国内早一批从事数据中心光互联网络的研究人员,包括来自天津大学的吴斌教授(翻译第 １ 、２ 章)、阿里巴巴集团的曹政博士(翻译第 ３ 、 ４ 章)、上海交通大学的张文甲副教授(翻译第 ５ 、 ９ 章)以及北京邮电大学的郭宏翔副教授(翻译第 ７ 、 ８ 章)和我本人(翻译第 ６ 章),后由我和郭宏翔副教授进行了全书的审校,所以这本中文版是大家共同努力的成果。由于译者水平有限,书中难免会出现翻译错误和疏漏,希望广大读者给予批评指正。 译 　 者

前言 云计算、流媒体视频和社交网络等网络应用的兴起,促成了对更强大的数据中心的需求,这些数据中心需要比几年前高得多的带宽。为此,有必要针对数据中心设计高性能的互联网络,以便能在不耗费过多能源的情况下满足其内部的带宽需求。 在过去的几年中,许多研究人员指出了当前数据中心网络的局限性,并提出采用光互联是一个可行的解决方案。基于光互联的数据中心网络是一个跨学科的研究领域,涉及计算机网络、计算机体系结构、硬件设计、光网络和光器件等多个领域。因此,需要对上述领域进行广泛和深入的了解。本书收集了近年来大 学和企业在学术研究领域提出的一些具创新性的数据中心网络光互联架构。 本书是对高性能互联和数据中心网络领域感兴趣的科研人员、学生、教师和工程技术人员的宝贵参考书。此外,本书将为正在致力于高性能互联的研究人员和工程技术人员提供对光互联的好处和优势的宝贵见解,以及它们如何成为未来数据中心网络的有希望的替代方案。 后,我们要感谢为本书做出巨大贡献的所有作者,他们帮助我们顺利完成这本书。 ChristoforosKachris KerenBergman IoannisTomkos