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。与此同时,随着云计算时代的到来,不断涌现出对海量信息的处理需求,催生大规模数据中心的建设。由于云计算使用大量低成本节点,以数量换性能,以冗余换可靠性,因而节点的网络基础,也即如何低成本的解决大量节点的网络互联,并提供高性能、高可用性、高伸缩性的网络基础设施,成为不可忽视的问题。本文针对网络基础设施研究中的若干问题,结合复杂网络理论进行理论、算法以及实现方面的深入研究,主要工作与创造性贡献概括为如下几点:1.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,以节点微路由连接多种散列分布,实现网络互联。并对网络的带宽等指标进行理论分析和定量描述。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行真实部署,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,验证该模型的理论分析结论、仿真测试结果与实际实验数据吻合,在网络伸缩性、灵活性方面得到较大提升,并能很好的支持面向对全网随机访问的业务模式。2.提出DS小世界模型并构造SIDN网络,解决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。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呈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仅与破坏节点/链路占总资源比率线性相关。3.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,给出基于递归构造思想的TPSF无尺度网络,分析了其网络性能。随后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,并按照性价比进行比率参数调优。最后通过理论分析与仿真实验证明,基于无尺度模型构造的网络,对于网络设备要求较低,具有最好的性价比,适合运用于成本敏感的场合。4.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,基于少量物理节点,实现了对大规模节点的模拟。其模拟的运行过程与真实运行过程完全一致,运行的结果与真实结果线性相关。除为本文所涉及的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。