云计算应用的不断发展对云计算数据中心提出了新的挑战。连接数据中心内大规模服务器的数据中心网络也已成为学术界和工业界的研究热点。传统的数据中心网络基于电分组交换和层次化的树形拓扑结构,但存在能耗大、时延高、扩展困难和带宽瓶颈等问题。改进型电交换数据中心网络在传统网络上增加冗余链路,解决了等分带宽问题,但仍然存在高能耗、高时延等问题。光电混合和全光数据中心网络采用基于微机电系统的光电路交换机替代电交换机解决了带宽瓶颈问题,但引入了较长的网络配置时延和复杂的网络管理系统。因此,设计新型数据中心网络是亟待解决的问题。论文从数据中心机架间网络和机架内网络两个层次对云计算数据中心网络进行了研究设计。机架间网络是连接边缘层架顶交换机的网络。论文提出了混合光路由和以太网电交换的机架间网络HWRE,采用软件定义网络技术分离数据平面与控制平面。其中数据平面是由阵列波导光栅路由器和以太网电分组交换机构成的混合光电网络,为机架间网络流量提供无需配置的可靠高速交换通道。机架内网络是代替架顶交换机连接服务器的网络。论文提出了基于光耦合器的无源机架内网络。数据平面由光耦合器连接服务器构成,光信号在该网络中以广播-选择方式传输。为保证服务器在机架内无碰撞通信,设计了软件定义媒介访问控制SD-MAC协议,采用最大-最小公平共享带宽分配算法为机架内服务器分配带宽资源。论文分别从数据中心机架间网络和机架内网络两个层次进行网络性能分析与评价。机架间网络性能仿真结果显示:相比其他典型网络,HWRE具有最低的分组端到端时延;配置多波长光源可以使网络具有较高的网络吞吐量和较低的波长请求阻塞率。机架内网络性能仿真结果显示:与架顶交换机相比其成本、能耗和分组端到端时延具有明显的优势;只有在机架内流量占80%且网络负载较高时才会发生阻塞,同时SD-MAC协议采用最大-最小公平共享带宽分配算法比采用固定时间分配具有更高的网络吞吐量。通过仿真结果可以看出论文设计的光互连数据中心网络在成本、能耗及网络性能上都具有优势,为今后云计算数据中心网络的研究和开发奠定了技术基础。