数据中心是云计算的基础核心,是IaaS的基础平台。在数据中心中,数以千计的服务器和网络设备通过数据中心网连接起来,为用户提供服务。模块化数据中心通过在标准集装箱内预置计算资源、网络设备、电力设备等构成基本数据中心块,具有可快速部署、扩展性强、移动性好等优点。模块化数据中心网应满足具有较高的连接密度、高效的路由算法、较好的容错性等要求。针对模块化数据中心网的拓扑研究是研究热点之一。代数图论是一种采用代数方法研究、解释图论中相关理论和性质的方法。使用群论构造图,是代数图论的主要手段之一。Cayley图是一种利用群构造图的方法,使用Cayley图可以构造出对称性强、直径小、连接密度高的网络。Biswapped网络是一种通过任意网络构造更大网络的方法,基于Biswapped构造的网络具有二部图的结构特征,而且具有直径较小,哈密顿圈,容错性强等优点。因此,利用Cayley图、Biswapped网络等方法构造模块化数据中心网结构将具有一定的理论意义和实用价值。本论文的主要研究内容包括:1、对现有的数据中心网模型,根据其逻辑拓扑结构进行分类和介绍,将它们分为基于Fat-Tree/基于树的结构、基于Cayley图的结构、基于Swapped网络的结构、和基于其他模型的结构。2、基于Cayley图构造了一种具有确定性小世界特性的模块化数据中心网模型C3Cube,并设计了相应的贪心路由算法、贪心容错路由算法和多径源路由算法,仿真实验表明,与其它具有小世界特性的数据中心网模型相比,该模型网络直径小,聚集系数高、吞吐量高、容错性好。3、基于蝶网使用Cayley图方法构造了符合模块化数据中心网的结构模型MLBF。首先基于蝶网构造了具有路径多样性的单层蝶网结构SLBF,再将多层SLBF模型连接构成MLBF模型。论文根据MLBF的结构特点,设计了受限VLB路由算法LVLB。仿真实验表明,该模型网络直径小、路由简单、具有路径多样性,LVLB算法也使其具有高吞吐量、高容错的性能。4、通过对Biswapped网络迭代,构造了一种具有完全二部图特性的模块化数据中心网模型EBSN,并设计了相应的单点路由算法、容错路由算法和多径路由算法。仿真实验表明,该模型具有网络直径小、吞吐量高、容错性好等特点。该模型既能用于构造模块化数据中心网,也可扩展后构造大规模数据中心网。5、为满足可靠组播的要求,针对EBSN模型的完全二部图特性,设计了一种高效的组播树构造算法EBSNMultiTree,以及EBSN模型上的可靠组播恢复策略EBSNRM,该策略即时确定恢复邻居,并以P2P方式进行数据恢复。仿真实验表明,EBSNRM是一个稳定的、高效的可靠组播方案。6、为EBSN模型设计了一种分布式动态负载平衡算法DDLB。该算法针对EBSN的结构特点,以分布式方式通过虚拟机迁移实现在EBSN上的负载平衡。仿真实验表明该算法可以减少虚拟机迁移的路径长度,缩短任务完成时间,网络开销较少,具有很好的全局平衡性,是一种有效的负载平衡策略。