CN101355430A - 交换框、集群路由器 - Google Patents

Abstract

本发明通过若干实施例公开了一种交换框，该交换框由一个以上级联单元和一个以上交换单元连接构成；级联单元设有用于连接转发框的级联接口；交换单元设有用于连接级联接口的交换端口；任一级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接。本发明还通过若干实施例公开了一种具有该交换框的集群路由器，包括通过光缆连接的交换框和转发框，交换框和转发框，任一转发框的任一光缆接口和任一级联单元的一个级联接口连接；任一级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接。本发明前述各个实施例能够实现对集群路由器的容量升级，同时不必更换部件，降低了扩容成本。

Description

交换框、集群路由器

技术领域

本发明涉及一种交换框，特别是一种具有多平面结构的交换框，适用于不更换交换框而使集群路由器扩容；本发明还涉及一种集群路由器，特别是一种具有前述交换框的集群路由器，可以不更换交换框实现扩容。

背景技术

随着宽带网络的飞速发展，尤其是基于宽带网络的各类新业务层出不穷，未来对网络的带宽要求也会呈高速发展的趋势。网际协议(InternetProtocol，简称：IP)电话、第三代移动通信(3rd Generation，简称：3G)业务、视频会议、视频点播以及大量新兴的基于点到点(Point to Point，简称：P2P)的业务应用，都在迅速消耗着承载网络的剩余带宽。据统计，互联网的流量每12个月就增长1倍，预计在未来几年里仍将保持这个增长速度。而路由器的容量大约每18个月才增长一倍，显然，这种增长无法满足新兴业务对于带宽增长渴求。除此之外，单个设备的功耗和散热也成为制约因素。因此，为了应对日益快速增长的网络带宽要求，除了进一步提高单体设备的容量外，还必须通过其它方式来突破技术上的限制，实现更大的设备容量。

集群是一种最有效的解决扩展性问题的技术，它可在方便维护、不增加网络复杂度的前提下，用更加廉价的手段来满足业务高速增长、网络性能及容量提升的需求，以降低网络的建设成本和维护成本。

集群技术在路由器领域的引入，目的是将两台或两台以上普通核心路由器通过某种方式连接，使得这些核心路由器能够进行设备间协同工作和并行处理，实现系统容量的平滑扩展，并且对外只表现为一台逻辑路由器。此方案又称为路由器矩阵技术或多机箱(Multi-Chassis)组合技术，通过采用并行交换技术(Parallel Packet Switch，简称：PPS)，将多个独立的交换网级联，共同组成一个多级多平面的交换矩阵系统，从而突破单机箱在交换容量、功耗、散热等方面的限制，实现更大容量的路由交换系统。

针对网络建设而言，通过路由器集群，将核心路由器容量升级到原来的2倍、4倍、6倍、8倍或以上都能采取平滑扩充的方式，而且不会增加路由的跳数和复杂度。因此，集群技术完美地实现了核心路由器容量从每秒10万亿位(Tbit/s)级到数十个Tbit/s级的扩展，能很好地解决核心层“大容量、可扩展”的问题。

目前，并行交换技术已经开始走向实用，业界主流的数据通信设备制造厂商都已经在其最高端的核心路由设备的开发上，采用了并行交换技术原理设计其交换网系统。在可以预见的未来，64框、128框乃至更大规模的多机框级联将成为现实，随着单体路由设备容量的提升和更大规模并行交换系统的应用，超大容量的路由系统将进一步为IP网络的演进加速。

目前在路由器等通信设备通过机框间级联方式实现容量扩展时，普遍采用设置中央交换框的方案，用中央交换框来实现各个转发框之间的数据交换。在中央交换框的实现方法上，各个厂家普遍采用多平面交换结构。

参见图1，现有技术的第一种方案包括4个转发框T(Routing Node)，每个转发框T中设有5个独立的交换网板Ts，其编号为0-4。交换框TX(TX-Matrix platform)也包括5个独立的交换网板Ts，其编号也是0-4。这些交换网板Ts之间一一对应连接，实际上构成了5个独立的交换平面，每个交换平面都分布在1个交换框TX和4个转发框T里。需要说明的是：图1中只显示了2个转发框T，另外的两个转发框T与交换框TX的连接关系与显示的两个转发框T和交换框TX的连接关系是一样的，故在图1中省略。外部网络通过物理接口卡(Physical Interface Card，简称：PIC)接入到入口分组前向引擎(Ingress PFE)，经过该入口分组前向引擎处理后，以信源为单位分配到各个交换平面。

本发明的发明人在发明过程中发现，前述方案在实际的应用中，具有如下的两个方面的缺点，其一是：可扩展性不好。该交换框TX中每个二级交换网板Ts只有4个接口，故只能与4个转发框T进行级联。若想使其与更多的转发框T进行级联，就必须换掉整个交换框TX。其二是：由于前述的集群路由器中只有1个交换框TX，一旦该交换框TX发生故障，则与其连接的4个转发框T的数据业务就会全部中断，因此，这种集群路由器的系统可靠性较低。

参见图2，其为现有技术的第二种方案通过多框级联构成的集群路由器中9线卡框级联结构示意图。其中，包括8个交换平面，这8个平面之间均衡地分担负载。每个交换平面的内部是一个3级交换网络。在物理实现上，把每个交换平面的第1、3级交换网板Ts1，3设置在转发框T中；把第2级交换网板Ts2设置在中央交换框TX上。第1级到第2级之间，第2级到第3级之间，分别采用框间级联光缆进行连接。转发框T由交换网板Ts2、电背板Tb以及若干线卡T1构成。

与第一种方案不同的是：该结构中，在每一个交换平面的交换网板Ts1，3和交换网板Ts2之间都设置了一个光纤交叉单元TXa。光纤交叉单元TXa负责把交换框TX和转发框T之间的级联光纤重新整理后再接入到交换框TX的第2级交换网板Ts2。通过光纤交叉单元TXa可以实现光纤重组，在不更换第2级交换网板Ts2的情况下就可实现与更多的转发框T连接，从而实现集群路由器的升级。

在上述第二种方案中，每个光纤交叉单元TXa要对应1个2级交换网板Ts1，3。每个光纤交叉单元TXa设有9个光缆接口，每个光缆接口连接1个转发框T。1个光纤交叉单元TXa与1个交换网板Ts2绑定在一起，可以提供9个光缆接口，负责9个转发框T之间的交换。整个9框级联系统则需要8套这样的绑定单元。

参见图3，当前述的集群路由器容量升级到18个转发框T进行级联时，需要将交换框TX中原具有9个光缆接口的光纤交叉单元TXa更换为至少具有18个光缆接口的光纤交叉单元TXa，每个具有18个光缆接口的光纤交叉单元TXa分别与2块交换网板Ts2绑定，构成一个绑定单元。每个绑定单元提供18个光缆接口，负责分别18个转发框T之间进行的数据交换。前述绑定单元与18个转发框T级联的结构，与图2所示的相同。整个18框级联的系统需要8套这样的绑定单元，与前述9框级联的系统相比，每个绑定单元的交换容量都增加了1倍。

依前所述，当需要将集群路由器的容量继续扩充时，需将原具有18个光缆接口的光纤交叉单元再换成具有36个光缆接口的光纤交叉单元，每个光纤交叉单元分别与4块交换网板Ts2绑定，就可以实现交换框TX与36个转发框T之间的数据交换。

前述第二种技术方案虽然能够实现对了集群路由器的容量升级，但是，由于升级时需要更换交换框的光纤交叉单元，而光纤交叉单元的成本较高，因此会导致用户投资的浪费。

发明内容

本发明的第一个方面是通过一些实施例提供一类交换框，该种交换框的级联单元任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接，可以支持在不更换任何交换框部件的前提下，实现集群路由器容量的扩充。

本发明的第二个方面是通过另一些实施例提供一类集群路由器，该集群路由器包括具有前述结构的交换框，是现在不更换任何交换框部件的前提下，对集群路由器容量的扩充，同时可以降低扩容成本。

本发明的第一个方面的一些实施例提供了一类交换框，该交换框，由一个以上级联单元和一个以上交换单元连接构成；其中，级联单元设有用于连接转发框的级联接口；交换单元设有用于连接所述级联接口的交换端口；任一级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接。

本发明前述实施例的交换框，其级联单元的每个级联接口连接到所有的交换单元；每个交换单元也连接到所有的级联接口。通过这种连接结构，交换单元可以实现多个级联接口之间的任意交换。为集群路由器能够在不更换部件的前提下的扩容提供了技术条件，能够降低扩容成本。

本发明第二个方面的一些实施例提供了一种集群路由器，该集群路由器包括交换框和转发框，交换框和转发框通过光缆连接；该交换框由一个以上级联单元和一个以上交换单元连接构成；级联单元设有用于连接转发框的级联接口；且任一转发框的任一光缆接口唯一地和任一级联单元的一个级联接口连接；交换单元设有用于连接级联接口的交换端口；且任一级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接。

在前述第一方面实施例的基础上，构造本发明第二个方面的集群路由器，并且，可以通过增加新的交换框，并通过改变所有的交换框和所有的转发框之间的光缆连接关系，可以实现N个，2N个，4N个直到M×N个转发框之间的任意的交换，其中，N和M是2的幂数，即：N＝2ⁱ，M＝2^j，i和j为0或者正整数。因此，可以在集群路由器扩容时，只增加新的交换框和转发框部件，而不需要替换任何已有的部件，降低了扩容成本。

另外，本发明前述两类实施例中的交换框可以方便地与其他同类型交换框共同构成集群路由器，因此，即使其中的一个交换框发生故障，其他为发生故障的交换框依然能够工作，与其连接的转发框也就能够完成其转发数据包的任务，数据业务不会中断。因此，其可靠性相比于前述背景技术中的两种技术方案明显较高。

下面通过具体的实施方式，对本发明的内容做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有技术中一种集群路由器的结构示意图；

图2为现有技术中另一种集群路由器的结构示意图；

图3为图2所示现有技术中扩容交换框的结构示意图；

图4为本发明第一个方面的实施例的结构示意图；

图5为本发明第二个方面集群路由器的实施例的连接示意图；

图6为在图5基础上扩容的集群路由器实施例的连接示意图；

图7为在图5基础上扩容的集群路由器实施例的另一连接示意图。

具体实施方式

图4为本发明第一个方面的实施例的结构示意图。参见图4，本发明第一方面实施例的交换框包括p个交换单元TXC，p的取值是正整数；每个交换单元TXC具有m×n个交换端口；此外，还包括m个级联单元INTC，m、n的取值也是正整数。在每个级联单元上有设有n个级联接口INT，每个级联接口对应设有p个通道。实际上，每个交换单元TXC中都设有交换网芯片，每个交换单元TXC中所有的交换网芯片具有m×n个交换端口，因此，每个交换单元具有m×n个端口TXP。本实施例的一个交换框中可设有m×n个级联接口INT。任何一个级联接口INT与任何一个交换网芯片的一个交换端口TXP连接。具体的连接方式是：任一级联单元INTC的任一级联接口INT和任一交换单元TXC的一个交换端口TXP连接。

例如，假设本发明一实施例中，交换框的级联单元数量为2个，每个级联单元中的级联接口的数量均为2；交换单元的数量为2个，每个交换单元的交换端口TXP的数量均为2×2个；将每个交换单元的交换端口都分为具有2个交换端口的组，每组交换端口中的交换端口TXP数量都是2个，各个级联接口和各个交换端口之间的连接可以有如下的方式：

第一种方式：第一级联单元的第一个级联接口分别和所有交换单元的第一组交换端口中的第一个交换端口连接，第一级联单元的第二个级联接口分别和所有交换单元的第一组交换端口中的第二个交换端口连接；第二级联单元的第一个级联接口分别和所有交换单元的第二组交换端口中的第一个交换端口连接，第二级联单元的第二个级联接口分别和所有交换单元的第二组交换端口中的第二个交换端口连接。这种连接的方式是一种正交连接的方式，即：所有级联单元的各个级联接口都连接到交换单元与该级联单元正交对应的那一个交换端口上。

第二种方式：第一级联单元的第一个级联接口分别连接到所有交换单元的一个交换端口，其连接方式不是前述的正交方式，但满足如下的条件：第一级联单元的第一个级联接口分别只和任一交换单元中的一个交换端口连接；例如：第一级联单元的第一个级联接口和第一交换单元第一组交换端口中的第二个交换端口连接，并和第二交换单元第二组交换端口中的第一个交换端口连接。第一级联单元的第二个级联接口分别连接到所有交换单元的一个交换端口，其连接方式也不是前述的正交方式，但满足如下的条件：第一级联单元的第二个级联接口分别和任一交换单元的一个未与第一级联单元的第一级联接口连接的交换端口连接；例如：第一级联单元的第二个级联接口和第一交换单元第一组交换端口中的第一个交换端口连接，并和第二交换单元第二组交换端口中的第二个交换端口连接。

上述第二种方式随着交换框中交换单元和级联单元数量的增加，其变化形式也会有多种，但无论如何变化都要满足：任一级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接。

一般情况下，前述的级联单元和交换单元的数目分别是正整数。在具体设置时，可以使级联单元和交换单元的数量都是2的幂数。这样可以更加有利于将交换框中级联单元和交换单元之间的连接方式采用正交方式连接。

需要说明的是：交换框中的交换单元上设置的交换网芯片决定了该交换单元上的交换端口数量，即交换单元具有的所有交换网芯片的交换端口的数量即是整个交换单元的交换端口的数量。

为了更加详细地说明前述较为概括性的实施例，以正交连接方式为例，再次详细介绍本发明的又一个具体的实施例。在该实施例中的交换框由数量为P的交换板(即：交换单元)和数量为M的转发板(即级联单元)构成，其中，每一个交换单元具有M×N交换端口，每个转发板具有N个级联接口；M和N的取值分别是2的幂数(即1，2，4，8，16，32......)，P的取值是正整数。转发板负责连接转发框，交换板负责各个级联接口之间的数据交换。为了达到交换的目的，交换框中的每个交换板和每个转发板之间都相互连接。每个交换板上都设有交换网芯片，在本实施例中，每个交换板上的交换网芯片的数量都是1个，但是，在某些较大容量的交换板中，不排除使用多个交换网芯片构成交换网阵列。

依前所述，在本实施例中，每个交换网芯片有M×N个交换端口。交换框中有P个交换板，每个交换板上有M×N个交换端口。所以一个交换框中共有M×N个级联接口。这M×N个级联接口与P个交换网芯片中每一个交换网芯片的M×N个交换端口之间一一对应连接。当需要N个转发板在交换框互连时，转发板和交换板的连接对应关系如表1所示：

表1

表1中，转发板对应的数字、符号表示各个转发板的编号，转发板级联接口对应的数字、符号表示各个转发板级联接口的编号；交换端口对应的数字、符号表示每个交换板的交换端口的编号。该表1中，各行分别是相应编号转发板的相应级联接口与各个交换板相应各个交换端口的连接对应关系。按照表1连接完成后，假设整个交换框共有P个交换板，则该交换框提供了P个交换平面。交换框中的每个交换板都实现了与N个转发板之间的连接。

参见图5，本发明第二方面一些实施例是在前述交换框的基础上，再将N个转发框的各个光缆接口和N个转发板对应的级联接口连接，就实现了N个转发框和前述实施例交换框中P个交换板的连接，构成一完整的集群路由器。图5所示是本发明第二方面一个实施例的交换框TX中N×M个级联接口和N个转发框对应连接关系的示意图。其中的交换框TX中的N×M个级联端口和N个转发框中对应编号的光缆接口相互连接。

依前所述，无论交换框内部各个交换板与各个转发板采用正交方式连接或采用非正交方式连接，只要符合前述交换框各个实施例的连接方式即可采用图5所示的连接关系构成相应的集群路由器。

参见图6，在前述交换框的基础上，本发明第二个方面的另外一些实施例如下：当需要对前述集群路由器进行扩容时，例如：容量扩大一倍，可以利用两个前述实施例的交换框与2N个转发框互连。具体的连接方式如下：

为了描述上方便，将两个交换框分别称作第一交换框和第二交换框；按照交换平面编号，第一交换框和第二交换框都具有奇数平面和偶数平面。

对于原N个转发框，将其中连接到第一交换框偶数平面的转发框换接到第二交换框的奇数平面；对于新增的N个转发框，将其分别连接到第一交换框和第二交换框的偶数平面；这样就完成了对集群路由器的扩容，使其容量扩大到原来的2倍。

前面的实施例仅仅是众多扩容连接方式的一种，如果对于原N个转发框，将其中连接到第一交换框偶数数平面的转发框换接到第二交换框的偶数平面；对于新增的N个转发框，将其一半连接到第一交换框的偶数平面，另一半连接到第二交换框的奇数平面也是可以的。

此外，只要保证新增的转发框能够连接到第一交换框，原来的转发框能够连接到第二交换框也可以实现前述的扩容。

实际上，按照前述的方式，最多可以实现N×M个转发框的级联。当N×M个转发框级联时，级联的系统中应当包括M个交换框和N×M个转发框。每个交换框M×N个交换端口分别为唯一地与N×M个转发框上相应的光缆接口一一连接。参见图7，其为N×M个转发框的级联的一个实例的连接示意图，其对应方式与前述实施例是一样的，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各个实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明进行限制，尽管参照上述各个实施例对本发明的主要技术方案进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以在本发明前述各个实施例的技术方案基础上进行修改或者等同替换；而这些修改或者等同替换并不脱离本发明各个实施例所揭示的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1、一种交换框，其特征在于：该交换框由一个以上级联单元和一个以上交换单元连接构成；

所述级联单元设有用于连接转发框的级联接口；

所述交换单元设有用于连接所述级联接口的交换端口；

任一级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接。

2、根据权利要求1所述的交换框，其特征在于：所述任一级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接，具体采用正交方式连接。

3、根据权利要求1或2所述的交换框，其特征在于：所述的级联单元为M个，且M＝2^j，j为0或者正整数。

4、根据权利要求3所述的交换框，其特征在于：所述的级联单元具有N个级联接口，且N＝2ⁱ，i为0或者正整数。

5、根据权利要求3所述的交换框，其特征在于：所述交换单元的交换端口为M×N个，且M＝2^j，j为0或者正整数。

6、一种集群路由器，包括交换框和转发框，交换框和转发框通过光缆连接；其特征在于：

所述交换框由一个以上级联单元和一个以上交换单元连接构成；

所述级联单元设有用于连接转发框的级联接口；且任一转发框的任一光缆接口唯一地和任一级联单元的一个级联接口连接；

所述交换单元设有用于连接所述级联接口的交换端口；且任一级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接。

7、根据权利要求6所述的集群路由器，其特征在于：所述级联单元的任一级联接口和任一交换单元的一个交换端口连接，具体采用正交方式连接。

8、根据权利要求6或7所述的集群路由器，其特征在于：所述的级联单元为M个，且M＝2^j，j为0或者正整数。

9、根据权利要求8所述的集群路由器，其特征在于：所述的级联单元具有N个级联接口，且N＝2ⁱ，i为0或者正整数。

10、根据权利要求8所述的集群路由器，其特征在于：所述的交换单元为M×N个，且M＝2^j，j为0或者正整数。

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