CLOS网络架构与FATTREE胖树拓扑

FatTree拓扑结构是由MIT的Fares等人在改进传统树形结构性能的基础上提出的，属于switch-only型拓扑。

整个拓扑网络分为三个层次：自上而下分别为边缘层（edge）、汇聚层（aggregate）和核心层（core），其中汇聚层交换机与边缘层交换机构成一个pod，交换设备均采用商用交换设备。

图1 常规树形拓扑

图2 二叉胖树

图3 四叉胖树

图3 六叉胖树

FatTree构建拓扑规则如下：FatTree拓扑中包含的Pod数目为 kk，每一个pod连接的sever数目为(k/2)2(k/2)2，每一个pod内的边缘交换机及聚合交换机数量均为k/2k/2，核心交换机数量为(k/2)2(k/2)2，网络中每一个交换机的端口数量为kk，网络所能支持的服务器总数为k3/4k3/4。

FatTree结构采用水平扩展的方式，当拓扑中所包含的pod数目增加，交换机的端口数目增加时，FatTree投票能够支持更多的服务器，满足数据中心的扩展需求，如k=48k=48时，FatTree能够支持的服务器数目为27648。

FatTree结构通过在核心层多条链路实现负载的及时处理，避免网络热点；通过在pod内合理分流，避免过载问题。

FatTree对分带宽随着网络规模的扩展而增大，因此能够为数据中心提供高吞吐传输服务；不同pod之间的服务器间通信，源、目的节点之间具有多条并行路径，因此网络的容错性能良好，一般不会出现单点故障；采用商用设备取代高性能交换设备，大幅度降低网络设备开销；网络直径小，能够保证视频、在线会与等服务对网络实时性的要求；拓扑结构规则、对称，利于网络布线及自动化配置、优化升级等。

Fat-Tree结构也存在一定的缺陷：Fat-Tree结构的扩展规模在理论上受限于核心交换机的端口数目，不利于数据中心的长期发展要求；对于Pod内部，Fat-Tree容错性能差，对底层交换设备故障非常敏感，当底层交换设备故障时，难以保证服务质量；拓扑结构的特点决定了网络不能很好的支持one-to-all及all-to-all网络通信模式，不利于部署MapReduce、Dryad等现代高性能应用；网络中交换机与服务器的比值较大，在一定程度上使得网络设备成本依然很高，不利于企业