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%% 使用 njuthesis 文档类生成南京大学学位论文的示例文档
%%
%% 作者:胡海星,starfish (at) gmail (dot) com
%% 项目主页: http://haixing-hu.github.io/nju-thesis/
%%
%% 本样例文档中用到了吕琦同学的博士论文的提高和部分内容,在此对他表示感谢。
%%
\documentclass[master]{njuthesis}
%% njuthesis 文档类的可选参数有:
%% nobackinfo 取消封二页导师签名信息。注意,按照南大的规定,是需要签名页的。
%% phd/master/bachelor 选择博士/硕士/学士论文
% 使用 blindtext 宏包自动生成章节文字
% 这仅仅是用于生成样例文档,正式论文中一般用不到该宏包
\usepackage[math]{blindtext}
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% 设置《国家图书馆封面》的内容,仅博士论文才需要填写
% 设置论文按照《中国图书资料分类法》的分类编号
\classification{0175.2}
% 论文的密级。需按照GB/T 7156-2003标准进行设置。预定义的值包括:
% - \openlevel,表示公开级:此级别的文献可在国内外发行和交换。
% - \controllevel,表示限制级:此级别的文献内容不涉及国家秘密,但在一定时间内
% 限制其交流和使用范围。
% - \confidentiallevel,表示秘密级:此级别的文献内容涉及一般国家秘密。
% - \clasifiedlevel,表示机密级:此级别的文献内容涉及重要的国家秘密 。
% - \mostconfidentiallevel,表示绝密级:此级别的文献内容涉及最重要的国家秘密。
% 此属性可选,默认为\openlevel,即公开级。
\securitylevel{\controllevel}
% 设置论文按照《国际十进分类法UDC》的分类编号
% 该编号可在下述网址查询:http://www.udcc.org/udcsummary/php/index.php?lang=chi
\udc{004.72}
% 国家图书馆封面上的论文标题第一行,不可换行。此属性可选,默认值为通过\title设置的标题。
\nlctitlea{数据中心}
% 国家图书馆封面上的论文标题第二行,不可换行。此属性可选,默认值为空白。
\nlctitleb{网络模型研究}
% 国家图书馆封面上的论文标题第三行,不可换行。此属性可选,默认值为空白。
\nlctitlec{}
% 导师的单位名称及地址
\supervisorinfo{南京大学计算机科学与技术系~~南京市汉口路22号~~210093}
% 答辩委员会主席
\chairman{张三丰~~教授}
% 第一位评阅人
\reviewera{阳顶天~~教授}
% 第二位评阅人
\reviewerb{张无忌~~副教授}
% 第三位评阅人
\reviewerc{黄裳~~教授}
% 第四位评阅人
\reviewerd{郭靖~~研究员}
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% 设置论文的中文封面
% 论文标题,不可换行
\title{数据中心网络模型研究}
% 如果论文标题过长,可以分两行,第一行用\titlea{}定义,第二行用\titleb{}定义,将上面的\title{}注释掉
% \titlea{半轻衰变$D^+\to \omega(\phi)e^+\nu_e$的研究}
% \titleb{和弱衰变$J/\psi \to D_s^{(*)-}e^+\nu_e$的寻找}
% 论文作者姓名
\author{韦小宝}
% 论文作者联系电话
\telphone{13671413272}
% 论文作者电子邮件地址
\email{[email protected]}
% 论文作者学生证号
\studentnum{MG0033011}
% 论文作者入学年份(年级)
\grade{2010}
% 导师姓名职称
\supervisor{陈近南~~教授}
% 导师的联系电话
\supervisortelphone{13671607471}
% 论文作者的学科与专业方向
\major{计算机软件与理论}
% 论文作者的研究方向
\researchfield{计算机网络与信息安全}
% 论文作者所在院系的中文名称
\department{计算机科学与技术系}
% 论文作者所在学校或机构的名称。此属性可选,默认值为``南京大学''。
\institute{南京大学}
% 论文的提交日期,需设置年、月、日。
\submitdate{2013年5月10日}
% 论文的答辩日期,需设置年、月、日。
\defenddate{2013年6月1日}
% 论文的定稿日期,需设置年、月、日。此属性可选,默认值为最后一次编译时的日期,精确到日。
%% \date{2013年5月1日}
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% 设置论文的英文封面
% 论文的英文标题,不可换行
\englishtitle{A Research on Network Infrastructures for Data Centers}
% 论文作者姓名的拼音
\englishauthor{WEI Xiao-Bao}
% 导师姓名职称的英文
\englishsupervisor{Professor CHEN Jin-Nan}
% 论文作者学科与专业的英文名
\englishmajor{Computer Software and Theory}
% 论文作者所在院系的英文名称
\englishdepartment{Department of Computer Science and Technology}
% 论文作者所在学校或机构的英文名称。此属性可选,默认值为``Nanjing University''。
\englishinstitute{Nanjing University}
% 论文完成日期的英文形式,它将出现在英文封面下方。需设置年、月、日。日期格式使用美国的日期
% 格式,即``Month day, year'',其中``Month''为月份的英文名全称,首字母大写;``day''为
% 该月中日期的阿拉伯数字表示;``year''为年份的四位阿拉伯数字表示。此属性可选,默认值为最后
% 一次编译时的日期。
\englishdate{May 1, 2013}
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% 设置论文的中文摘要
% 设置中文摘要页面的论文标题及副标题的第一行。
% 此属性可选,其默认值为使用|\title|命令所设置的论文标题
% \abstracttitlea{数据中心网络模型研究}
% 设置中文摘要页面的论文标题及副标题的第二行。
% 此属性可选,其默认值为空白
% \abstracttitleb{}
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% 设置论文的英文摘要
% 设置英文摘要页面的论文标题及副标题的第一行。
% 此属性可选,其默认值为使用|\englishtitle|命令所设置的论文标题
\englishabstracttitlea{A Research on Network Infrastructures}
% 设置英文摘要页面的论文标题及副标题的第二行。
% 此属性可选,其默认值为空白
\englishabstracttitleb{for Data Centers}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\begin{document}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 制作国家图书馆封面(博士学位论文才需要)
\makenlctitle
% 制作中文封面
\maketitle
% 制作英文封面
\makeenglishtitle
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% 开始前言部分
\frontmatter
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 论文的中文摘要
\begin{abstract}
复杂网络的研究可上溯到20世纪60年代对ER网络的研究。90年后代随着Internet
的发展,以及对人类社会、通信网络、生物网络、社交网络等各领域研究的深入,
发现了小世界网络和无尺度现象等普适现象与方法。对复杂网络的定性定量的科
学理解和分析,已成为如今网络时代科学研究的一个重点课题。
在此背景下,由于云计算时代的到来,本文针对面向云计算的数据中心网络基础
设施设计中的若干问题,进行了几方面的研究。………………
% 中文关键词。关键词之间用中文全角分号隔开,末尾无标点符号。
\keywords{小世界理论;网络模型;数据中心}
\end{abstract}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 论文的英文摘要
\begin{englishabstract}
\blindtext
% 英文关键词。关键词之间用英文半角逗号隔开,末尾无符号。
\englishkeywords{Small World, Network Model, Data Center}
\end{englishabstract}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 论文的前言,应放在目录之前,中英文摘要之后
%
\begin{preface}
复杂网络的研究可上溯到20世纪60年代对ER网络的研究。90年后代随着Internet
的发展,以及对人类社会、通信网络、生物网络、社交网络等各领域研究的深入,
发现了小世界网络和无尺度现象等普适现象与方法。对复杂网络的定性定量的科
学理解和分析,已成为如今网络时代科学研究的一个重点课题。
在此背景下,由于云计算时代的到来,本文针对面向云计算的数据中心网络基础
设施设计中的若干问题,进行了几方面的研究。本文的创造性研究成果主要如下
几方面:
\begin{enumerate}
\item 基于簇划分的思想,提出并设计了WarpNet网络模型。该网络模型基于随机
散列,以节点微路由链接多种散列分布,实现网络互联。并对网络的带宽等指
标进行理论分析并给出定量描述。最后对比了理论分析、仿真测试结果,并在
实际物理环境中进系真实部署,通过6节点的小规模实验以及1000节点虚拟机的
大规模实验,表明该模型的理论分析、仿真测试与实际实验吻合,并在网络性
能、容错能力、伸缩性灵活性方面得到较大提升。
\item 提出DS小世界模型并构造SIDN网络,解决了把小世界理论应用于数据中心
网络布局构建中的最大度限制问题。分析了在带有最大度限制约束下,所构成
网络的平均直径、网络总带宽、对故障的容错能力等各项网络参数。理论分析
与仿真实验证明,SIDN网络具有很好的扩展能力,网络总带宽与网络规模成近
似线性增长的关系;具有很强的容错能力,链路损坏与节点损坏几乎无法破坏
网络的联通性,故障率对网络性能的影响与破坏节点/链路占总资源比率线性相
关。
\item 分析了无尺度网络在数据中心网络构建应用中的理论方面问题。在引入节
点最大度限制之后,给出无尺度网络的各项网络参数。并进一步分析了交换机
节点以及计算节点两种角色在不同比率的组合下对网络性能的影响,给出最高
性价比的比率参数。最后通过理论分析与仿真实验证明,在引入了无尺度现象
之后,提高了网络的聚类系数,从而显著的提升了网络的性能。
\item 针对网络模型研究这一类工作的共性,设计构造通用验证平台系统。以海
量虚拟机和虚拟分布式交换机的形式,实现了基于少量物理节点,对大规模节
点的模拟。其模拟运行的过程与真实运行在实现层面完全一致,运行的结果与
真实环境线性相关。除为本文所涉若干网络模型提供验证外,可进一步推广到
更为广泛的领域,为各种网络模型及路由算法的研究工作,提供分析、指导与
验证。
\end{enumerate}
复杂网络的研究可上溯到20世纪60年代对ER网络的研究。90年后代随着Internet
的发展,以及对人类社会、通信网络、生物网络、社交网络等各领域研究的深入,
发现了小世界网络和无尺度现象等普适现象与方法。对复杂网络的定性定量的科
学理解和分析,已成为如今网络时代科学研究的一个重点课题。
在此背景下,由于云计算时代的到来,本文针对面向云计算的数据中心网络基础
设施设计中的若干问题,进行了几方面的研究。本文的创造性研究成果主要如下
几方面:
\begin{enumerate}
\item 基于簇划分的思想,提出并设计了WarpNet网络模型。该网络模型基于随机
散列,以节点微路由链接多种散列分布,实现网络互联。并对网络的带宽等指
标进行理论分析并给出定量描述。最后对比了理论分析、仿真测试结果,并在
实际物理环境中进系真实部署,通过6节点的小规模实验以及1000节点虚拟机的
大规模实验,表明该模型的理论分析、仿真测试与实际实验吻合,并在网络性
能、容错能力、伸缩性灵活性方面得到较大提升。
\item 提出DS小世界模型并构造SIDN网络,解决了把小世界理论应用于数据中心
网络布局构建中的最大度限制问题。分析了在带有最大度限制约束下,所构成
网络的平均直径、网络总带宽、对故障的容错能力等各项网络参数。理论分析
与仿真实验证明,SIDN网络具有很好的扩展能力,网络总带宽与网络规模成近
似线性增长的关系;具有很强的容错能力,链路损坏与节点损坏几乎无法破坏
网络的联通性,故障率对网络性能的影响与破坏节点/链路占总资源比率线性相
关。
\item 分析了无尺度网络在数据中心网络构建应用中的理论方面问题。在引入节
点最大度限制之后,给出无尺度网络的各项网络参数。并进一步分析了交换机
节点以及计算节点两种角色在不同比率的组合下对网络性能的影响,给出最高
性价比的比率参数。最后通过理论分析与仿真实验证明,在引入了无尺度现象
之后,提高了网络的聚类系数,从而显著的提升了网络的性能。
\item 针对网络模型研究这一类工作的共性,设计构造通用验证平台系统。以海
量虚拟机和虚拟分布式交换机的形式,实现了基于少量物理节点,对大规模节
点的模拟。其模拟运行的过程与真实运行在实现层面完全一致,运行的结果与
真实环境线性相关。除为本文所涉若干网络模型提供验证外,可进一步推广到
更为广泛的领域,为各种网络模型及路由算法的研究工作,提供分析、指导与
验证。
\end{enumerate}
\vspace{1cm}
\begin{flushright}
韦小宝\\
2013年夏于南京大学
\end{flushright}
\end{preface}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 生成论文目次
\tableofcontents
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 生成插图清单。如无需插图清单则可注释掉下述语句。
\listoffigures
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 生成附表清单。如无需附表清单则可注释掉下述语句。
\listoftables
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 开始正文部分
\mainmatter
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 学位论文的正文应以《绪论》作为第一章
\chapter{绪论}\label{chapter_introduction}
\section{研究背景}
在分布式网络领域,沿着高性能集群、普世计算、网格计算的方向,现已走入云
计算时代。
云计算对信息技术架构造成了越来越大的影响。例如,借助Amazon EC2云平台,
用户借助其基础设施,可以十分方便的部署各类应用,以支持企业服务需求。用
户可以按需购买计算资源,网络带宽,存储空间等各类资源以支持他们的业务需
求,并在业务完成之后迅速的归还这些资源。通过云技术,用户可以集中在他们
擅长的核心业务之中,而不会被诸如硬件购买、安装系统、网络设置、备份和安
全等等问题干扰。
与此同时,随着计算机的普及化和微型化,现在的手持设备拥有不输于7年前台式
机的处理能力。在网络时代面前,智能终端广泛普及,每个人都可成为信息源。
在信息爆炸的时代,数据挖掘、机器学习、金融分析和模拟等行业中不断涌现新
的需求,诸如针对用户行为和社会关系的挖掘进行广告精准投放,用户行为预测
等。为了支撑PB级尺度的数据规模,需要海量的计算节点,催生并不断促进了各
行各业对云计算基础设施的建设需求。
海量的数据需要海量的处理能力,然而海量的处理能力又需要高带宽的网络IO为
承载。作为云环境中最基础的一环,IaaS层在网络、存储、计算资源的分割这几
方面,承担起整个系统的基石。虽然并非必须,但一般来说,为考虑沙盘环境,
以及对资源的细粒度切割分配,IaaS通常会伴随着虚拟化技术的运用。虚拟化具
有许多与云计算切合的特点,例如,虚拟化可以屏蔽物理环境的差异,可在多物
理节点中进行无缝迁移,可对系统进行快照和还原。这些特点都与云计算时代所
追求的灵活性、高伸缩性、快速响应等特点而吻合。
在虚拟化实现方面,目前已取得了诸如ESXi,Xen,KVM等成熟成果。然而当虚拟
化扩大的一定规模,随着节点数目的增多,在网络方面将会面临一系列取舍的问
题。例如,基于二层交换的扁平网络,当节点数目上升到千数量级时,广播报文
将会极大的拖累网络性能,必须通过划分子网,通过三层路由等形式重新规划为
多层网络结构;另一方面,除了联通之外,还需要考虑ACL控制,负载均衡,外网
通讯等各类防火墙以及NAT规则的实现。这些复杂的网络配置,在一定程度上抵消
了虚拟机带来的灵活性。例如虽然虚拟机可根据需要动态迁移,但在迁移之后,
由于网络位置的变化需要重新进行网络参数配置。虽然虚拟机在迁移过程中系统
内部状态没有变化,但站在网络角度看,该虚拟节点跟关机重启没有区别。
针对上述问题,本文站在面向云计算时代的数据中心网络建设的角度,对网络模
型进行深入研究和探讨。通过改善二层交换网络的ARP机制来解决广播风暴问题,
引入比树形网络更为复杂的复杂网络理论,指导网络节点的互联模型。从而将网
络的复杂性隐藏在节点环境之外,在节点层面仅提供简单但巨大的二层交换扁平
网络。
\section{研究目的与意义}
\subsection{现有解决方法}
\Blindtext
\begin{table}
\centering
\begin{tabular}{cccp{38mm}}
\toprule
\textbf{文档域类型} & \textbf{Java类型} & \textbf{宽度(字节)} & \textbf{说明} \\
\midrule
BOOLEAN & boolean & 1 & \\
CHAR & char & 2 & UTF-16字符 \\
BYTE & byte & 1 & 有符号8位整数 \\
SHORT & short & 2 & 有符号16位整数 \\
INT & int & 4 & 有符号32位整数 \\
LONG & long & 8 & 有符号64位整数 \\
STRING & String & 字符串长度 & 以UTF-8编码存储 \\
DATE & java.util.Date & 8 & 距离GMT时间1970年1月1日0点0分0秒的毫秒数 \\
BYTE\_ARRAY & byte$[]$ & 数组长度 & 用于存储二进制值 \\
BIG\_INTEGER & java.math.BigInteger & 和具体值有关 & 任意精度的长整数 \\
BIG\_DECIMAL & java.math.BigDecimal & 和具体值有关 & 任意精度的十进制实数 \\
\bottomrule
\end{tabular}
\caption{测试表格}\label{table:test1}
\end{table}
\Blindtext
\subsection{现有问题与不足}
测试一下脚注\footnote{测试脚注},测试一下脚注\footnote{测试脚注},测试一下脚
注\footnote{测试脚注},测试一下脚注\footnote{测试脚注},测试一下脚注\footnote{测
试脚注},测试一下脚注\footnote{测试脚注},测试一下脚注\footnote{测试脚注},测
试一下脚注\footnote{测试脚注},测试一下脚注\footnote{测试脚注},测试一下脚
注\footnote{测试脚注}。
测试一下引用\cite{newman2006structure},连续引用
\cite{newman2001random,aiello2000random,bollobas2001random},另一个连续引用
\cite{newman2001random,bollobas2001random,barabasi1999emergence}。测试一下带页码
的引用\cite[124--128]{erdHos1961strength}。
下面是一个项目列表:
\begin{itemize}
\item 这是第一项。这是第一项。
\item 这是第二项。这是第二项。这是第二项。这是第二项。这是第二项。这是第二项。这
是第二项。这是第二项。这是第二项。这是第二项。这是第二项。
\item 这是第三项。这是第三项。这是第三项。
\begin{itemize}
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。
\begin{itemize}
\item 测试第三层列表。测试第三层列表。
\item 测试第三层列表。测试第三层列表。
\end{itemize}
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二
层列表。
\end{itemize}
\item 这是第四项。这是第四项。这是第四项。
\begin{enumerate}
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二
层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二
层列表。
\end{enumerate}
\end{itemize}
下面是一个编号列表:
\begin{enumerate}
\item 这是第一项。这是第一项。这是第一项。这是第一项。这是第一项。这是第一项。这
是第一项。这是第一项。这是第一项。这是第一项。这是第一项。
\item 这是第二项。这是第二项。
\item 这是第三项。这是第三项。这是第三项。
\begin{itemize}
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二
层列表。
\end{itemize}
\item 这是第四项。这是第四项。这是第四项。
\begin{enumerate}
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。
\begin{enumerate}
\item 测试第三层列表。测试第三层列表。测试第三层列表。测试第三层列表。测试第三
层列表。测试第三层列表。
\item 测试第三层列表。测试第三层列表。
\item 测试第三层列表。测试第三层列表。测试第三层列表。
\end{enumerate}
\item 测试第二层列表。测试第二层列表。测试第二层列表。
\end{enumerate}
\end{enumerate}
下面是最多三层的阿拉伯数字列表:
\begin{arabicenum}
\item 第1项
\item 第2项
\begin{arabicenum}
\item 第2.1项
\item 第2.2项
\begin{arabicenum}
\item 第2.2.1项
\item 第2.2.2项
\item 第2.2.3项
\end{arabicenum}
\item 第2.3项
\end{arabicenum}
\item 第3项
\end{arabicenum}
下面是最多两层的罗马数字列表:
\begin{romanenum}
\item 第1项
\item 第2项
\begin{romanenum}
\item 第2.1项
\item 第2.2项
\item 第2.3项
\end{romanenum}
\item 第3项
\end{romanenum}
下面是最多两层的小写字母列表:
\begin{alphaenum}
\item 第1项
\item 第2项
\begin{alphaenum}
\item 第2.1项
\item 第2.2项
\item 第2.3项
\end{alphaenum}
\item 第3项
\end{alphaenum}
下面是最多两层的情况列表:
\begin{caseenum}
\item 第1项
\item 第2项
\begin{caseenum}
\item 第2.1项
\item 第2.2项
\item 第2.3项
\end{caseenum}
\item 第3项
\end{caseenum}
下面是最多两层的步骤列表:
\begin{stepenum}
\item 第1项
\item 第2项
\begin{stepenum}
\item 第2.1项
\item 第2.2项
\item 第2.3项
\end{stepenum}
\item 第3项
\end{stepenum}
下面测试一下引用环境|quote|。下面测试一下引用环境|quote|。下面测试一下引用环境|quote|。
下面测试一下引用环境|quote|。下面测试一下引用环境|quote|。下面测试一下引用环境|quote|。
下面测试一下引用环境|quote|。下面测试一下引用环境|quote|。下面测试一下引用环境|quote|。
\begin{quote}
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。
\end{quote}
下面测试一下引用环境|quotation|。下面测试一下引用环境|quotation|。
下面测试一下引用环境|quotation|。下面测试一下引用环境|quotation|。
下面测试一下引用环境|quotation|。下面测试一下引用环境|quotation|。
下面测试一下引用环境|quotation|。下面测试一下引用环境|quotation|。
下面测试一下引用环境|quotation|。
\begin{quotation}
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。这是一段引用。
这是一段引用。这是一段引用。
\end{quotation}
引用结束。引用结束。引用结束。引用结束。引用结束。引用结束。引用结束。引用结束。引用结束。
引用结束。引用结束。引用结束。
测试一下定理环境。
\begin{theorem}[测试定理]
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{theorem}
\begin{proof}
\blindtext
\end{proof}
\blindtext
\begin{theorem}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{theorem}
\begin{proof}
\blindtext
\end{proof}
\blindtext
\begin{lemma}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{lemma}
\begin{proof}
\blindtext
\end{proof}
\blindtext
\begin{definition}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{definition}
\blindtext
\begin{corollary}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{corollary}
\blindtext
\begin{proposition}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{proposition}
\blindtext
\begin{fact}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{fact}
\blindtext
\begin{assumption}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{assumption}
\blindtext
\begin{conjecture}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{conjecture}
\blindtext
\begin{hypothesis}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{hypothesis}
\blindtext
\begin{axiom}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{axiom}
\blindtext
\begin{postulate}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{postulate}
\blindtext
\begin{principle}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{principle}
\blindtext
\begin{problem}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{problem}
\begin{solution}
\blindtext
\end{solution}
\blindtext
\begin{problem}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{problem}
\begin{solution}
\blindtext
\end{solution}
\blindtext
\begin{exercise}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{exercise}
\blindtext
\begin{exercise}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{exercise}
\begin{algorithm}
测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。测试一下
定理环境。测试一下定理环境。测试一下定理环境。
\end{algorithm}
\subsection{中心观点与思想}
云计算在概念上通常被分为IaaS、PaaS、SaaS几个层面。但透过分类去理解其本
质,可认为是上世纪70年代基于大型计算机的中心控制型瘦客户端终端模式,在
如今技术水平上的一种新的表达,是在技术发展道路中,螺旋上升的结果。
与瘦客户端相比,云计算在设计结构上存在一定的相似性。
\begin{enumerate}
\item 中心控制的模式:通过中心的大规模硬件提供统一的计算,可大大降低管理成本,提
高硬件资源利用率,同时降低客户端的硬件成本需求。例如Nvidia推出Georce GRID平台
\cite{NVIDIAGRID},推出了GaaS\footnote{Gaming as a Service}概念。将
GPU放置在云端,使得用户不需要再不断购买升级显卡,并可在更为广泛的终端(包括手机、
平板、智能电视)和地点体验最新的游戏。
\item 数据集中:由于瘦客户端的关系,数据都集中存储在中心,可对数据提供
可靠的保护,并且通过按需调用的实现方式,降低对网络带宽的需求。
\end{enumerate}
在设计思路上,两者都为了降低管理成本和硬件成本、以低能耗、高弹性等需求
为设计目标。随着技术的进步,云计算在具体实现形态上与传统的大型机也有很
大的不同:
一方面,云中心不再是传统的一台大型机,而是用大量廉价计算节点的互联来提
供海量资源。云计算更强调资源规模的无缝、平滑扩展,以及高可靠性,无单点
故障问题。另一方面,云计算时代的终端,也具备相当计算能力。随着web2.0的
整合,还有向胖客户端和智能终端发展的趋势。
总而言之,云计算在大框架中是传统的中心控制/终端的模式,但在中心与终端
两方面,都引入分布式技术加以改良。核心的思路是在低成本的前提下做到高可
靠性、高灵活性和高伸缩性。因此,云计算并不仅仅以数量换性能的表象,本质
上为低成本高性能,追求高能效比,并在实现层面讲究可实现性和可操作性。
\subsection{需要解决的问题与挑战}
测试一下中文字体:
{\songti\zihao{0} 宋体,初号}
{\songti\zihao{-0} 宋体,小初}
{\songti\zihao{1} 宋体,一号}
{\songti\zihao{-1} 宋体,小一}
{\songti\zihao{2} 宋体,二号}
{\songti\zihao{-2} 宋体,小二}
{\songti\zihao{3} 宋体,三号}
{\songti\zihao{-3} 宋体,小三}
{\songti\zihao{4} 宋体,四号}
{\songti\zihao{-4} 宋体,小四}
{\songti\zihao{5} 宋体,五号}
{\songti\zihao{-5} 宋体,小五}
{\songti\zihao{6} 宋体,六号}
{\songti\zihao{-6} 宋体,小六}
{\songti\zihao{7} 宋体,七号}
{\songti\zihao{8} 宋体,八号}
{\heiti\zihao{0} 黑体,初号}
{\heiti\zihao{-0} 黑体,小初}
{\heiti\zihao{1} 黑体,一号}
{\heiti\zihao{-1} 黑体,小一}
{\heiti\zihao{2} 黑体,二号}
{\heiti\zihao{-2} 黑体,小二}
{\heiti\zihao{3} 黑体,三号}
{\heiti\zihao{-3} 黑体,小三}
{\heiti\zihao{4} 黑体,四号}
{\heiti\zihao{-4} 黑体,小四}
{\heiti\zihao{5} 黑体,五号}
{\heiti\zihao{-5} 黑体,小五}
{\heiti\zihao{6} 黑体,六号}
{\heiti\zihao{-6} 黑体,小六}
{\heiti\zihao{7} 黑体,七号}
{\heiti\zihao{8} 黑体,八号}
{\kaishu\zihao{0} 楷书,初号}
{\kaishu\zihao{-0} 楷书,小初}
{\kaishu\zihao{1} 楷书,一号}
{\kaishu\zihao{-1} 楷书,小一}
{\kaishu\zihao{2} 楷书,二号}
{\kaishu\zihao{-2} 楷书,小二}
{\kaishu\zihao{3} 楷书,三号}
{\kaishu\zihao{-3} 楷书,小三}
{\kaishu\zihao{4} 楷书,四号}
{\kaishu\zihao{-4} 楷书,小四}
{\kaishu\zihao{5} 楷书,五号}
{\kaishu\zihao{-5} 楷书,小五}
{\kaishu\zihao{6} 楷书,六号}
{\kaishu\zihao{-6} 楷书,小六}
{\kaishu\zihao{7} 楷书,七号}
{\kaishu\zihao{8} 楷书,八号}
{\fangsong\zihao{0} 仿宋,初号}
{\fangsong\zihao{-0} 仿宋,小初}
{\fangsong\zihao{1} 仿宋,一号}
{\fangsong\zihao{-1} 仿宋,小一}
{\fangsong\zihao{2} 仿宋,二号}
{\fangsong\zihao{-2} 仿宋,小二}
{\fangsong\zihao{3} 仿宋,三号}
{\fangsong\zihao{-3} 仿宋,小三}
{\fangsong\zihao{4} 仿宋,四号}
{\fangsong\zihao{-4} 仿宋,小四}
{\fangsong\zihao{5} 仿宋,五号}
{\fangsong\zihao{-5} 仿宋,小五}
{\fangsong\zihao{6} 仿宋,六号}
{\fangsong\zihao{-6} 仿宋,小六}
{\fangsong\zihao{7} 仿宋,七号}
{\fangsong\zihao{8} 仿宋,八号}
测试一下标准字号:
{\Huge 汉字,Huge}
{\huge 汉字,huge}
{\LARGE 汉字,LARGE}
{\Large 汉字,Large}
{\large 汉字,large}
{\normalsize 汉字,normalsize}
{\small 汉字,small}
{\footnotesize 汉字,footnotesize}
{\scriptsize 汉字,scriptsize}
{\tiny 汉字,tiny}
测试一下标准字体的变形:
{\songti 宋体} {\heiti 黑体} {\kaishu 楷书} {\fangsong 仿宋}
{\textsl{textsl字体}}
{\bfseries bfseries字体}
{\textbf{textbf字体}}
{\textit{textit字体}}
测试一下数学公式中的字体大小。
\newcommand{\set}[1]{\left\{\,#1\,\right\}}
\newcommand{\card}[1]{\left|\,#1\,\right|}
Fall-Out指标计算公式如下:
\begin{equation*}
\mbox{fallout} = \frac{\card{\set{\text{不相关文档}}\cap\set{\text{获取的文档}}}}{\card{\set{\text{不相关文档}}}}
\end{equation*}
\section{研究的应用背景}
云计算作为分布式技术的当前表现形式,通过将众多节点资源整合,以冗余、去
中心化的分布式模式,实现传统技术中需要大型机才能解决的海量信息问题。一
言而概之,“人多力量大”。
但随着节点数目的增多,问题的重点将逐步转换为如何对大量节点进行高效互联。图
\ref{fig:test1}所示为传统IaaS云中心网络结构的一部分。通过BR边界路由器,AR接入路
由器构建数据中心的主干;核心交换机和接入交换机S,构成二层交换网络层,大量的服务
器节点通过二层交换机被最终接入整个网络。
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width= 0.5\textwidth]{njuname.eps}\\
\caption{测试插图}\label{fig:test1}
\end{figure}
在上述传统网络中,当节点总数达到数千乃至万数量级时,上层链路的聚合带宽
将不断提高,从而对核心交换机、接入路由器、边界路由器的指标提出了极高的
要求。以至于少数核心网络设备,成为整个网络中的高价格、高性能单点。一方
面与原本追求低成本、分布化、去中心化的云技术设计理念背道而驰,另一方面
也降低了网络的健壮性。因而本文所做工作对数据中心的网络基础设施而言,具
有较大应用价值。
\subsection{IaaS云中心}
\Blindtext
\subsection{PaaS云中心}
\Blindtext
\section{论文结构}
\Blindtext
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\chapter{小世界网络模型}\label{chapter_smallworld}
\section{小世界现象}
生活中,常出现初次见面的陌生人却拥有双方都认识的共同熟人,于是大家时常
会感叹:“这世界真小!”。这种现象被称为``小世界现象'',后又称为``六度
分割理论''。
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width= 0.5\textwidth]{njuname.eps}\\
\caption{测试插图}\label{fig:test2}
\end{figure}
1909年,现代无线电之父Guglielmo Marconi在其诺贝尔奖致辞中讨论了覆盖整个地球所需
的无线电中继站数目,并根据他的实验结果计算出平均需要$5.83$(近似为$6$)个中继站
\cite{marconi1909nobel}。这个结论,被认为是``六度分割理论''中的常数$6$的最早出处
\cite{barabasi2003linked}。
1929年,匈牙利作家Frigyes Karinthy发表了一部短篇小说集《Everything is
Different》。其中一篇名为《Chain-Links》的小说以抽象的、概念性的和虚
构的方式研究了网络理论领域的很多问题,而这些问题使得未来几代的数学家、
社会学家和物理学家都为之着迷\cite{newman2006structure,
barabasi2003linked}。Karinthy认为,随着通讯技术和交通技术的发展,人际
关系网会变得越来越来大,扩张得越来越远,整个世界将因此而``缩小''。他认
为,虽然人类个体之间的物理距离可能很远,但人类社交网络密度的增加使得人
类个体之间的社会性距离变得非常小。根据这个假设,Karinthy的小说的主角相
信:``任何两个人之间可以通过不超过五个中间人相联系''。Karinthy的想法直
接或间接地影响了早期的社交网络理论的研究,他被认为是六度分隔(six
degrees of separation)理论的最早提出者\cite{barabasi2003linked}。
\begin{table}
\centering
\begin{tabular}{cccp{38mm}}
\toprule
\textbf{文档域类型} & \textbf{Java类型} & \textbf{宽度(字节)} & \textbf{说明} \\
\midrule
BOOLEAN & boolean & 1 & \\
CHAR & char & 2 & UTF-16字符 \\
BYTE & byte & 1 & 有符号8位整数 \\
SHORT & short & 2 & 有符号16位整数 \\
INT & int & 4 & 有符号32位整数 \\
LONG & long & 8 & 有符号64位整数 \\
STRING & String & 字符串长度 & 以UTF-8编码存储 \\
DATE & java.util.Date & 8 & 距离GMT时间1970年1月1日0点0分0秒的毫秒数 \\
BYTE\_ARRAY & byte$[]$ & 数组长度 & 用于存储二进制值 \\
BIG\_INTEGER & java.math.BigInteger & 和具体值有关 & 任意精度的长整数 \\
BIG\_DECIMAL & java.math.BigDecimal & 和具体值有关 & 任意精度的十进制实数 \\
\bottomrule
\end{tabular}
\caption{测试表格}\label{table:test2}
\end{table}
1961年,Michael Gurevich在社会学家Ithiel de Sola Pool的指导下完成了他的
博士论文,对社交网络进行了实验性的研究。随后,数学家Manfred Kochen与
Sola Pool一道在他们的手稿《Contacts and Influences》中对这些实验结果做
了分析,发现在美国人口中,任意两个人之间通常只需不超过两个中间人即可互
相联系\cite{pool1978}。1973年他们又利用计算机,基于Gurevich的数据,用
Monte Carlo法做了模拟,并证实了该结论\cite{pool1978},从而为心理学家
Stanley Milgram后来的发现打下了基础。
\section{网络结构的重要指标}
在刻画复杂网络结构的统计特性上有三个重要的指标:平均路径长度(average
path length)、聚类系数(clustering coefficient)和度分布(degree
distribution)。事实上,Watts和Strogatz提出小世界网络模型的初衷,就是
想建立一个既具有类似随机图的较小的平均路径长度,又具有类似规则网络的较
大的聚类系数的网络模型。
\subsection{平均路径长度}
\begin{definition}[节点之间的距离]
网络中两个节点$i$和$j$之间的距离(distance)$d_{ij}$定义为连接这两个节点
的最短路径上的边数。
\end{definition}
\begin{definition}[直径]
网络中任意两个节点之间的距离的最大值称为该网络的直径,记为$D$,即
\begin{equation}\label{eq:dimension}
D = \max_{i,j} d_{ij}
\end{equation}
\end{definition}
\begin{figure}[htbp]
\centering
\includegraphics[width= 0.5\textwidth]{njuname.eps}\\
\caption{测试插图}\label{fig:test3}
\end{figure}
\begin{definition}[平均路径长度]
网络的平均路径长度$L$定义为任意两个节点之间的距离的平均值,即
\begin{equation}\label{eq:avarage_path_lentgh}
L = \frac{2}{N(N+1)}\sum_{i\geq j}d_{ij}
\end{equation}
其中$N$为网络节点数。网络的平均路径长度也称为网络的特征路径长度。
\end{definition}
注意,为了便于数学处理,在公式\eqref{eq:avarage_path_lentgh}中包含了节
点到其自身的距离(该距离为零)。如果不考虑节点到其自身的距离,那么公式
\eqref{eq:avarage_path_lentgh}的右端需要乘以因子$(N+1)/(N-1)$。在实际应
用中,该差别可以忽略不计。
\subsection{聚类系数}
\begin{table}
\centering
\begin{tabular}{cccp{38mm}}
\toprule
\textbf{文档域类型} & \textbf{Java类型} & \textbf{宽度(字节)} & \textbf{说明} \\
\midrule
BOOLEAN & boolean & 1 & \\
CHAR & char & 2 & UTF-16字符 \\
BYTE & byte & 1 & 有符号8位整数 \\
SHORT & short & 2 & 有符号16位整数 \\
INT & int & 4 & 有符号32位整数 \\