近年来，随着分布式数据处理技术和云计算的不断发展，数据中心从简单的服务器托管和维护的场所变成了具备海量数据计算和存储能力的网络集群，为大型信息系统提供海量数据处理和存储平台。数据中心网络作为底层基础设施起到了至关重要的作用，越来越多的大型云服务和应用构建于数据中心网络之上，如MapReduce分布式计算系统、分布式文件系统和内容搜索服务等。数据中心网络为这些服务和应用提供高效、可靠的计算、存储和通信服务。如何设计一种高效可扩展的网络拓扑结构来互连数据中心网络中数目日益增长的服务器，成为了目前研究的热点。工业界普遍采用层次树形结构作为数据中心网络结构，但树形结构存在单点失效和性能瓶颈问题，阻碍了网络的大规模扩展。学术界最近提出的基于层次递归方式互连的DCell网络具有良好的可扩展性和可靠性，但因其互连关系复杂，网络各层流量分布不均等问题，使得在大规模云计算环境下难以实现。针对上述问题，本文提出了一种面向云计算的层次递归式数据中心网络结构，以及基于该结构的路由算法和容错策略，来构建高效、可靠、可扩展且面向云计算的数据中心网络。论文的主要工作有：　　 设计了一种新型的面向云计算的数据中心网络拓扑结构CloudCube，包括其构建方式、互连规则和编址方案。该结构采用层次递归方式进行构建，并充分考虑了对云计算上层应用的适应性，具备良好的可扩展性。其次，基于CloudCube结构设计了相应的常规路由算法和容错路由机制。常规路由算法采用分布式策略和贪心思想，在不同层次结点之间使用递归路由，实现结点间最短路径传输。容错路由机制基于常规路由算法，通过智能回退机制选择备用链路，能有效避免LOOP现象。　　 分析和证明了CloudCube网络拓扑结构的若干特性。为了探究CloudCube网络拓扑结构的物理特性，本文通过数学分析，证明了CloudCube网络拓扑结构在网络规模、网络直径和网络路由等方面具备的若干优良性质。　　 设计并实现了验证和分析CloudCube拓扑结构有效性和性能的仿真实验程序。对CloudCube网络进行了静态模拟实验和动态仿真实验。静态模拟实验验证了CloudCube网络规模变化趋势、网络直径、最短路径长度分布、无失效路由平均路径长度、容错路由平均路径长度以及路径失效率；动态仿真实验验证了CloudCube网络丢包率、平均吞吐量和平均传输时延随网络规模的变化趋势，以及与现有方案的分析与比较。　　 理论分析和实验结果表明，与DCell网络相比，随着网络规模增大，CloudCube网络的平均路径长度增加的更平缓，网络平均时延得以控制。其次，网络流量方面，一方面CloudCube网络不同层级承载的平均流量趋于一致，实现了不同层级的流量均匀分布，另一方面，CloudCube网络能够实现服务器间一对一、一对多通信的数倍加速，提高了云计算环境下网络传输效率。最后，容错路由方面，在相同的网络失效模型下，CloudCube网络的平均路径长度和路径失效率增长趋势缓慢，整个网络在网络部分失效时仍能保持良好的路由性能。　　 综上所述，本文提出了一种面向云计算的可扩展的数据中心网络拓扑结构CloudCube，及其构建方式、互连规则、编址方案、常规路由算法和容错路由策略，通过数学分析和仿真模拟实验，证明了CloudCube网络在拓扑结构和路由方面都具备良好的可扩展性，并且能够充分适应云计算环境下特有的通信模式和流量模型。