CN101052053A

CN101052053A - 一种实现网口切换的方法、系统及单板

Info

Publication number: CN101052053A
Application number: CNA2007101071930A
Authority: CN
Inventors: 王心远; �田�浩
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2007-10-10

Abstract

本发明提供了一种实现网口切换的系统，包括本板和对板，本板和对板都分别包括主用端口和备用端口，本板备用端口中媒体接入控制MAC层和物理层之间包括第一本板切换开关，用于选择本板备用端口中MAC层通过高速串行总线与本板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与对板主用端口中物理层连接；对板备用端口中MAC层和物理层之间包括第一对板切换开关，用于选择对板备用端口中MAC层通过高速串行总线与对板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与本板主用端口中物理层连接。本发明还提供了一种实现网口切换的方法。本发明引入SGMII技术，减少了需要切换且过背板的信号数量，节约了背板的资源，降低了成本。

Description

一种实现网口切换的方法、系统及单板

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，尤其涉及一种实现网口切换的方法、系统及单板。

背景技术

路由器在因特网中承担IP(Internet Pocotol，互联网协议)数据包的转发和传输路径选择等功能。集中式路由器中，主控板负责所有事务处理，包括路由收集、转发处理、设备管理等。业务板在收到报文后，上传给主控板，待主控板完成所有处理后再从目标业务板传递出去。为保证系统的可靠运行，路由器通常采用增加一个主控板的方式来提高系统的冗余性，即采用双主控板或一主一备主控板方式，这样当路由器中一个主控板发生故障时，另外一个主控板会继续保证系统的可靠运行。同理，为了提高业务板的安全性，也可以采用增加备用业务板提高系统的冗余性，即采用双业务板或一主一备业务板方式。

对于用户侧，通常主用板(例如主用主控板)内部会提供一个或多个高性能的千兆以太网口，如图1所示，包括高性能SoC(System on a Chip，系统级芯片)处理器或CPU(Conter Process Unit，中央处理单元)加北桥芯片和PHY(物理层)芯片。其中，MAC(Media Access Controllers，媒体接入控制)通常集成在高性能SoC处理器中或CPU加北桥芯片中，与PHY芯片互联的总线类型有GMII(Gigabit Media Independent Interface，吉比特介质无关接口)、RGMII(Reduced Gigabit Media Independent Interface，精简吉比特介质无关接口)和SGMII(Serial Gigabit Media Independent Interface，串行吉比特介质无关接口)。PHY芯片为以太网收发器，用于执行所有物理层接口的功能，对外为用户提供包括：铜接口，通过变压器，引到网口连接器，用户可以使用双绞线与其相连，又称电口；光接口，连接到外部光模块，用户可以使用光纤与其相连，又称光口；指示灯，用于指示该网口的工作状态。当用户使用双绞线连接电口时，PHY芯片工作在GMII/RGMII/SGMII到电口的模式，同样，当用户使用光纤连接光口时，PHY芯片工作在GMII/RGMII/SGMII到光口的模式，一般情况下，光、电口不能同时使用。

在设计中经常会遇到需要以太网口跨背板传输，比如一块单板内部提供的网口并没有从本板引出，而是经过背板从另一块单板引出，这种情况最典型的应用就是在主备倒换方案中。在实际主备倒换的切换过程中将不只是主备单板的切换，还涉及到如何可靠的切换板上的光、电网口，保证用户通过这些网口的正常业务能够正常运行。以主控板为例，如图2所示，主控板1和主控板2内部分别可以提供四个高性能的千兆以太网口，这四个网口分别引入到拉收条上的网口连接器上，从而为用户提供四个光/电业务端口，其中每个端口的光口和电口不能同时使用。

由于单主控板需要既能适用于单主控系统上，也要适用于双主控系统上，因此，在单主控系统上，主控板内部提供的四个高性能千兆以太网口分别引入到拉收条上的网口连接器上，这四个光/电业务端口0、1、2、3用户可用，主用主控板通过MAC和PHY芯片输出的铜接口(Copper Interface)0、1、2和3直接连接到本板的变压器加网口连接器0、1、2、3上；在双主控系统上，如果只有一块主控板，和1类似，本主用主控板拉手条上的四个光/电业务端口0、1、2、3用户可用；在双主控系统上，如果有两块主控板，即主控板1为主用主控板、主控板2为备用主控板，那么每个主控板的前两个业务端口0、1可用，参考图2中圆圈范围，后两个业务端口2、3不可用。此时，由于主控板2还没用获得系统的控制权，所以主控板2的业务端口0、1并不是由该板提供的，而是由主控板1的业务端口2、3经开关切换并通过背板提供的。

在双主控系统中且有两块主控板存在的情况，只有一块主控板为主用主控板，另一块为备用备用主控板，因此，用户可用的网口数量为4个，用户在实际通过电缆或光纤与路由器两块主控板的光口/电口对接时，连接的端口分别是主控板1的0、1端口以及主控板2的0、1端口，而两个主控板的另外两个端口2、3端口不可用。此时，如果主控板1工作，主控板1内部出的4个网口中前两个直接与本板的端口0、1相连，后两个则通过开关切换，经过背板，与主控板2的端口0、1相连；同样，如果主控板2工作，主控板2上出的4个网口中前两个直接与本板的端口0、1相连，后两个则通过开关切换，经过背板，与主控板1的端口0、1相连。这样实现的主要目的是保证在系统主备切换的情况下，用户不用因为启用了新的主用主控板而重新更换网络连线，例如，若将4个网口都连接在同一块主控板拉手条的4个端口上，在主备主控板倒换后，原4个网口不可用，需要拔掉原主控板的网线，并插入新的主用主控板上。在很多情况下，发生主备主控板切换的主要原因是由于系统故障，而此时用户很可能不在现场或没有及时发现，因此如果所有的网线都连接在一块主控板上，在主备主控板切换后所有的四个网口在用户重新将网线连接到新的主控板上前，这四个网口上的业务将处于中断的情况，通常情况下，业务长期中断，用户是不允许的。

如何实现在双主控系统中，且有两块主控板时，主用主控板内部提供的网口2和3通过背板连接到备用主控板拉手条的网口连接器0、1上是的主备倒换方案的一个关键点。

其中，一种实现方案如图3所示，主用主控板通过MAC和PHY芯片输出的铜接口(Copper Interface)2或3会通过本板的开关切换，过背板连接到备用主控板的变压器加网口连接器0、1上，从而实现网口跨背板传输。此外用于指示铜接口2和3工作状态的指示灯也需要通过本板的开关切换，过背板连接到备用主控板的指示灯上。

图3实现方案中，由于需要切换且过背板的信号过多，占用背板资源过多，增加成本；另外，由于铜接口信号是由4对差分信号组成，每根信号的速率为250MHz，这种并行高速总线为保证信号质量，对布线的要求会更加严格，当走线过长且差分线对间的不等时，很容易造成信号质量变差，而影响正常的业务传输。

另一种实现方案如图4所示，主用主控板通过MAC和PHY芯片输出的光接口2和3会通过本板的开关切换，过背板连接到备用主控板的变压器加网口连接器0、1上，从而实现网口跨背板传输。此外用于指示光接口2和3工作状态的指示灯也需要通过本板的开关切换，过背板连接到备用主控板的指示灯上。

图4中的方案虽然比使用图3的方案在布线设计上要简单很多，容易获得较高的信号质量。但是也有相应的缺点：除了需要切换且过背板的信号也较多占用背板资源较多、增加成本外，还不能为用户提供电口。由于通过双绞线连接的电口是用户较常用的接入方式，因此通常设计是在拉手条上同时保留光口和电口，以满足用户的不同需求，而如果还要实现电口，则必须再加上图3的方案，设计将更为复杂。

发明内容

本发明实施例提供一种实现网口切换的方法及系统，以解决现有技术中背板信号复杂、占用过多背板资源，且信号质量降低的缺陷。

本发明提供了一种实现网口切换的系统，包括本板和对板，本板和对板都分别包括主用端口和备用端口，

本板备用端口中媒体接入控制MAC层和物理层之间包括第一本板切换开关，所述第一本板切换开关用于选择所述本板备用端口中MAC层通过高速串行总线与本板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与对板主用端口中物理层连接；

对板备用端口中MAC层和物理层之间包括第一对板切换开关，所述第一对板切换开关用于选择对板备用端口中MAC层通过高速串行总线与对板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与本板主用端口中物理层连接。

所述对板主用端口中MAC层和物理层之间还包括第二对板切换开关，用于控制本板备用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接；或对板主用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接。

所述本板主用端口中MAC层和物理层之间还包括第二本板切换开关，用于控制对板备用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接；或本板主用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接。

所述MAC层具有高速串行总线接口，进行高速串行总线适配。

所述MAC层不具有高速串行总线接口时，所述主用端口和备用端口还分别包括高速串行总线转换单元，进行高速串行总线适配。

所述本板主用端口与所述对板备用端口一一对应；所述本板备用端口与所述对板主用端口一一对应。

所述本板为主用板，所述对板为备用板；或所述本板为备用板，所述对板为主用板。

所述高速串行总线包括串行吉比特介质无关接口SGMI总线。

本发明还提供了一种实现网口切换的单板，包括主用端口和备用端口，

MAC层和物理层之间包括切换开关，所述切换开关用于选择所述MAC层通过高速串行总线与所述物理层连接，或通过高速串行总线与背板连接。

所述MAC层具有高速串行总线接口，进行高速串行总线适配。

本发明还提供了一种实现网口切换的方法，包括：

在本板备用端口中媒体接入控制MAC层和物理层之间设置第一本板切换开关，所述第一本板切换开关选择所述本板备用端口中MAC层通过高速串行总线与本板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与对板主用端口中物理层连接；

在本板备用端口中媒体接入控制MAC层和物理层之间设置第一本板切换开关，所述第一本板切换开关选择所述本板备用端口中MAC层通过高速串行总线与本板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与对板主用端口物理层连接。

在所述对板主用端口中MAC层和物理层之间还设置第二对板切换开关，控制本板备用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接；或对板主用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接。

在所述本板主用端口中MAC层和物理层之间设置第二本板切换开关，控制对板备用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接；或本板主用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接。

所述MAC层不具有高速串行总线接口时，还包括对所述主用端口和备用端口中MAC层进行高速串行总线适配。

所述高速串行总线包括串行吉比特介质无关接口SGMI总线。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

本发明的实施例中，通过引入SGMII技术，减少了需要切换且过背板的信号数量，节约了背板的资源，降低了成本。另外，由于采用高速串行总线，降低了由于布线过长且走线不等长而出现信号质量下降的问题，同时还为用户即提供了光口又提供了电口。

附图说明

图1是现有技术中用户侧单板网口结构图；

图2是现有技术中主用主控板和备用主控板电口/光口切换示意图；

图3是现有技术中电口切换示意图；

图4是现有技术中光口切换示意图；

图5是本发明中MAC芯片和PHY芯片通过SGMII总线通信的示意图；

图6是本发明中采用SGMII技术实现网口跨背板切换的具体实例结构图；

图7是本发明中基于SGMII总线实现网口跨背板切换的整体结构图。

具体实施方式

本发明提供了一种实现网口切换的系统，包括本板和对板，本板和对板都分别包括主用端口和备用端口，主用端口在本板实现与外部通信，备用端口通过对板实现与外部通信。上述本板为主用板时，对板为备用板；本板为备用板时，对板为主用板；具体包括以下几种情况：本板为主用主控板，对板为备用主控板；或本板为备用主控板，对板为主用主控板；本板为主用业务板，对板为备用业务板；本板为备用业务板，对板为主用业务板。其中，本板备用端口中媒体接入控制MAC层和物理层之间包括第一本板切换开关，第一本板切换开关用于选择本板备用端口中MAC层通过高速串行总线与本板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与对板主用端口中物理层连接；对板备用端口中MAC层和物理层之间包括第一对板切换开关，第一对板切换开关用于选择对板备用端口中MAC层通过高速串行总线与对板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与本板主用端口中物理层连接。

通常情况下，由于主用主控板和备用主控板为对称设计，且包括多个主用端口和备用端口，因此，在设计时，主用主控板的主用端口与备用主控板的备用端口一一对应，主用主控板的备用端口与备用主控板的主用端口一一对应。

其中，本板备用端口中MAC层可以与对板主用端口中物理层直接连接，也可以通过设置在对板主用端口中MAC层和物理层之间的切换开关与对板主用端口中物理层连接。该切换开关用于控制本板备用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接；或对板主用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接。当然，对板主用端口中MAC层和物理层之间的切换开关可以集成到物理层中，即两路信号分别接入对板主用端口的物理层，在该物理层中实现输出信号的选择。

其中，对板备用端口中MAC层可以与本板主用端口中物理层直接连接，也可以通过设置在本板主用端口中MAC层和物理层之间的切换开关与本板主用端口中物理层连接，该切换开关用于控制对板备用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接；或本板主用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接。当然，在本板主用端口中MAC层和物理层之间设置切换开关并不是必要的，可以将该切换开关的功能集成到物理层中，即两路信号分别接入本板主用端口的物理层，在该物理层中实现输出信号的选择。

其中，MAC层具有高速串行总线接口或不具有高速串行总线接口，当MAC层不具有高速串行总线接口时，主用端口和备用端口还分别包括高速串行总线转换单元，用于实现高速串行总线适配，高速串行总线转换单元与MAC层可以集成一体或相对独立。

其中，物理层具体包括：电口单元，用于与外部进行电信号通信；和/或光口单元，用于与外部进行光信号通信，指示单元，用于指示本端口的连接状态或工作状态。

本发明实施例中，使用MAC芯片实现MAC层功能，使用PHY芯片实现物理层功能，使用MAC芯片和PHY芯片互联的SGMII总线作为需要切换且过背板的高速串行总线信号。SGMII是一种速率为1.25Gbps的高速串行GMII总线，支持10/100/1000Mbps工作模式，SGMII由两条差分信号线对组成，一条是接收信号RX，一条是发送信号TX，另外还有用于同步时钟的收、发时钟信号，如果MAC芯片和PHY芯片支持从收、发信号中提取时钟，因此同步时钟在设计中可省略，典型连接如图5所示。

本发明一个采用SGMII技术实现主控板网口跨背板切换的具体实例如图6所示，在双主控且有两个主控板的情况下，主用主控板MAC芯片2或3端口出的SGMII总线需要通过开关切换且过背板与备用主控板的PHY芯片0或1端口相连，图6中右边的PHY_2芯片，从而使实现网口跨背板传输，在对板上为用户提供光口、电口、指示灯等对外接口。如果MAC不能提供SGMII总线，需要在系统中增加一个用于进行GMII/RGMII转成SGMII的PHY芯片，见图6中的PHY_1芯片；如果MAC芯片能提供SGMII，则不需要PHY_1芯片。

双主控系统，基于SGMII总线实现网口跨背板切换的整体结构如图7所示，每个主控板提供4个以太网口，实线部分为SGMII数据流，中间框内部分是通过背板走线。如果MAC不能提供SGMII总线，需要在系统中增加一个用于进行GMII/RGMII转成SGMII的PHY芯片，如图7中的PHY_1芯片；如果能提供，则不需要PHY_1芯片。

图7中，主控板1、2分别代表两块主控板，在整机系统中，主控板之间以及主控板和业务板之间的数据交互是通过背板来实现的。SGMII 0～3分别代表主控板1、2上MAC芯片或由PHY转换得到的千兆数据通道；光/电口0～3以及灯分别为主控板1、2通过PHY芯片对外提供的四组业务端口和状态指示灯；开关1～8为选择开关。从图7中，每个开关有三个接口，IN/OUT，IN0/OUT0，IN1/OUT1；三个接口在某一时刻只能有两个接口接通，在图中0代表IN0/OUT0接口，1代表IN1/OUT1接口，未标明的接口代表IN/OUT接口。

在双主控情况下，如果有两块主控板，假设主控板1为主用主控板、主控板2为备用主控板，此时只有主控板1的SGMII 0～3是可用的，主控板2的SGMII0～3不可用。开关1连通IN/OUT接口和IN0/OUT0接口(IN1/OUT1接口未用)，开关2连通IN/OUT接口和IN0/OUT0接口(IN1/OUT1接口未用)，主控板1的光/电口0和光/电口1可用。开关3连通IN/OUT接口和IN1/OUT1接口(IN0/OUT0接口未用)，开关4连通IN/OUT接口和IN1/OUT1接口(IN0/OUT0接口未用)，那么主控板1的SGMII2和SGMII3通过选择开关连接到背板上，通过背板的走线，再分别连到选择开关5和6的IN1/OUT1上，所以主控板1的光/电口2、3不可用。在主控板上2，开关5连通IN/OUT接口和IN1/OUT1接口(IN0/OUT0接口未用)，开关6连通IN/OUT接口和IN1/OUT1接口(IN0/OUT0接口未用)，那么主控板2的光/电口0和光/电口1可用。对于主控板2的Port2和Port3，开关7和开关8连通IN/OUT和IN0/OUT0，由于主控板2的SGMII2、3不可用，所以主控板2的光/电口2、3不可用。在双主控情况下，如果发生主备倒换，选择开关的控制与情况7相同。

本发明还提供了一种实现网口切换的单板，包括主用端口和备用端口，MAC层和物理层之间包括切换开关，切换开关用于选择MAC层通过高速串行总线与物理层连接，或通过高速串行总线与背板连接。MAC层具有高速串行总线接口，进行高速串行总线适配。MAC层不具有高速串行总线接口时，主用端口和备用端口还分别包括高速串行总线转换单元，进行高速串行总线适配。

本发明还提供了一种实现网口切换的方法，包括以下步骤，其中步骤s101和步骤s102没有严格的顺序要求：

步骤s101，在本板备用端口中媒体接入控制MAC层和物理层之间设置第一本板切换开关，第一本板切换开关选择本板备用端口中MAC层通过高速串行总线与本板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与对板主用端口中物理层连接。其中，本板主用端口与对板备用端口一一对应；本板备用端口与对板主用端口一一对应。上述本板为主用板时，对板为备用板；本板为备用板时，对板为主用板；具体包括以下几种情况：本板为主用主控板，对板为备用主控板；或本板为备用主控板，对板为主用主控板；本板为主用业务板，对板为备用业务板；本板为备用业务板，对板为主用业务板。

其中，本板备用端口中MAC层可以与对板主用端口中物理层直接连接，也可以通过设置在对板主用端口中MAC层和物理层之间的切换开关与对板主用端口中物理层连接。该切换开关用于控制本板备用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接；或对板主用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接。当然，在对板主用端口中MAC层和物理层之间设置切换开关并不是必要的，可以将该切换开关的功能集成到物理层中，即两路信号分别接入对板主用端口的物理层，在该物理层中实现输出信号的选择。

步骤s102，在本板备用端口中媒体接入控制MAC层和物理层之间设置第一本板切换开关，第一本板切换开关选择本板备用端口中MAC层通过高速串行总线与本板备用端口中物理层连接，或通过高速串行总线过背板与对板主用端口物理层连接。

本发明不但适用于简单的网口跨背板传输，更适用于在主备倒换的方案中实现网口的切换。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1、一种实现网口切换的系统，包括本板和对板，本板和对板都分别包括主用端口和备用端口，其特征在于，

2、如权利要求1所述实现网口切换的系统，其特征在于，所述对板主用端口中MAC层和物理层之间还包括第二对板切换开关，用于控制本板备用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接；或对板主用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接。

3、如权利要求1所述实现网口切换的系统，其特征在于，所述本板主用端口中MAC层和物理层之间还包括第二本板切换开关，用于控制对板备用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接；或本板主用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接。

4、如权利要求1所述实现网口切换的系统，其特征在于，所述MAC层具有高速串行总线接口，进行高速串行总线适配。

5、如权利要求4所述实现网口切换的系统，其特征在于，所述MAC层不具有高速串行总线接口时，所述主用端口和备用端口还分别包括高速串行总线转换单元，进行高速串行总线适配。

6、如权利要求1所述实现网口切换的系统，其特征在于，所述本板主用端口与所述对板备用端口一一对应；所述本板备用端口与所述对板主用端口一一对应。

7、如权利要求1至6中任一项所述实现网口切换的系统，其特征在于，所述本板为主用板，所述对板为备用板；或所述本板为备用板，所述对板为主用板。

8、如权利要求1至6中任一项所述实现网口切换的系统，其特征在于，所述高速串行总线包括串行吉比特介质无关接口SGMI总线。

9、一种实现网口切换的单板，包括主用端口和备用端口，其特征在于，

10、如权利要求9所述实现网口切换的单板，其特征在于，所述MAC层具有高速串行总线接口，进行高速串行总线适配。

11、如权利要求10所述实现网口切换的单板，其特征在于，所述MAC层不具有高速串行总线接口时，所述主用端口和备用端口还分别包括高速串行总线转换单元，进行高速串行总线适配。

12、一种实现网口切换的方法，其特征在于，包括：

13、如权利要求12所述实现网口切换的方法，其特征在于，在所述对板主用端口中MAC层和物理层之间还设置第二对板切换开关，控制本板备用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接；或对板主用端口中MAC层与对板主用端口中物理层连接。

14、如权利要求12所述实现网口切换的方法，其特征在于，在所述本板主用端口中MAC层和物理层之间设置第二本板切换开关，控制对板备用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接；或本板主用端口中MAC层与本板主用端口中物理层连接。

15、如权利要求12所述实现网口切换的方法，其特征在于，所述MAC层不具有高速串行总线接口时，还包括对所述主用端口和备用端口中MAC层进行高速串行总线适配。

16、如权利要求12所述实现网口切换的方法，其特征在于，所述本板主用端口与所述对板备用端口一一对应；所述本板备用端口与所述对板主用端口一一对应。

17、如权利要求12至16中任一项所述实现网口切换的方法，其特征在于，所述高速串行总线包括串行吉比特介质无关接口SGMI总线。