随着移动互联网、物联网以及大数据等新兴业务的飞速发展,数据中心网络已成为新业务需求的重要基础设施。传统的数据中心网络在性能方面,如带宽吞吐量、能耗、路由、资源利用率等存在诸多问题。本文对数据中心网络结构的扩展性、容错性、带宽吞吐量等方面的性能进行研究,设计了一种新型的高扩展性、高吞吐量的网络拓扑结构。根据国内外研究现状以及对数据中心的不同性能需求,主要研究内容如下:(1)对于数据中心网络扩展性受限于端口数的问题,本文基于双端口服务器直接互联提出了环形的CAN-Circle网络拓扑结构。首先设计了新型环状网络结构,定义了CAN-Circle结构节点的编码方式和构建规则;进一步从理论上对其结构性能进行了分析和研究,主要包括网络节点的规模大小、直径长度、等分宽度等;最后进行了仿真与模拟,与其它结构性能作对比分析,结果表明新型环状网络结构具有良好的扩展性和高带宽吞吐量。(2)根据网络结构的特性和节点的编码方式,设计了单路径路由算法、多路径路由算法以及广播路由算法。单路径路由算法通过源服务器节点和目的服务器节点的共同前缀找到一条路径,多播和广播路由算法通过生成一颗多播树来找到源节点和目的节点之间的路由路径。每种路由算法考虑了节点路径跳数和节点负载状况,能显著地提高网络的利用率、平稳性和吞吐量等。(3)利用实验仿真验证了CAN-Circle网络结构的性能优势,通过与其它网络结构对比,验证了结构的平均路径长度,网络直径等较短的优越性。特别在多对多的数据中心网络常用传输通信模式下,CAN-Circle网络结构的层数和网络吞吐量之间具有关系时,最终验证算法的聚合瓶颈高吞吐率,快速收敛性,整体具有较低的网络时延。