数据中心是云计算等新型应用服务的重要基础设施。作为数据中心的核心,数据中心网络支持数万至数十万台服务器间的互联,并为上层计算服务提供高效的网络通信和数据传输能力。云计算等新型应用服务的快速发展,对网络互联的可扩展性、路由协议和容错性等关键性技术提出了新要求,以致新型数据中心网络成为近年来人们研究的热点。本文面向数据中心网络,开展网络拓扑结构和容错路由、数据中心的数据放置、数据查询以及网络连接复杂性等方面的研究。当前数据中心网络拓扑设计以可扩展为主要目标,具有并行度高、容错性强等特点,但也具有成本高、连接复杂和维护困难等问题。针对该问题,本文提出了一种可扩展、低成本的模块化集装箱式数据中心网络MyHeawood。MyHeawood基于两端口低端商用服务器和小型交换机,以分层递归定义的方式构建一个大规模数据中心网络。其基本思想是：MyHeawoodo由n个两端口服务器直接连接到一个小型交换机上组成,将14个MyHeawoodo按Heawood图连成MyHeawood1, MyHeawood1构成机柜内服务器间的互联方式；将14个MyHeawood1按Heawood图连成MyHeawood2. MyHeawood2构成集装箱内机柜间服务器的互联方式；对于集装箱间的互联,我们设计了两种网络互联拓扑：一种是将14个MyHeawood2按Heawood图连成MyHeawood3;另一种是基于交换机连接,能实现任意个MyHeawood2间的互联。基于MyHeawood结构,我们设计了一种容错路由算法。分析和实验表明：MyHeawood具有构建成本低、平均路径短和容错能力强等特点。数据中心作为一种数据存储与处理的基础设施,必须具备海量的数据存储和处理能力,而这种能力依赖于数据中心网络中高效、持久的数据放置策略。面向MyHeawood网络互联拓扑,结合数据中心数据放置的特点和要求,本文提出了一种适合MyHeawood拓扑特征的数据放置方法。该方法基于三副本策略,将副本分别放置在距离相近而处于不同MyHeawood子层的节点服务器上。通过构造一个哈希函数族将数据第一副本r0映射到MyHeawood3服务器上；第二副本r1放置在与r0所在服务器直接相连的相同MyHeawood1中不同的MyHeawood0服务器上；第三副本r2放置在与r1所在服务器直接相连的不同MyHeawood2中的MyHeawood0服务器上。实验表明,该数据放置方法具有良好的负载均衡和查询效率。数据中心中的服务器既存储数据,又参与路由,服务器的失效会引起数据查询的失败。针对这一问题,本文提出了一种目标节点失效下的高效、分布式容错查询算法。其基本思想是：先计算出所有目标节点地址,再根据其远近选择被查询的目标节点；如果目标节点发生故障,则查询与失效目标节点更近的副本目标节点；如果前面两个副本都发生了失效,则查找存储第三个副本的目标节点。实验表明,该算法具有很好的容错特性。针对数据中心网络互联的性能评价问题,本文提出了大规模数据中心网络拓扑的连接复杂性及其度量方法,包括网络中的节点命名、连接方式、拓扑结构的递归性和连接复杂度等四个方面。节点命名的复杂性计算反映了在相同拓扑结构下,不同的节点命名方式对其复杂性的影响力；连接方式的复杂性表现了连线的规则对网络拓扑连接的复杂性影响；拓扑结构的递归性定义为,当一个拓扑增加节点时,不改变原拓扑的连接关系,则认为该拓扑图是可递归的,其可递归性越好,复杂性越低。连接复杂度从维护的角度对拓扑复杂性进行定义,通过对环、全连通图、网格、2维环、De Bruijn、多维体、胖树、蝶网、DCell、BCube和MyHeawood等典型结构进行复杂性分析的结果表明,该方法能有效计算网络拓扑的连接复杂性值；同时也表明,在数据中心构建时,网络拓扑的连接复杂性是一个必须考虑的重要指标。