CN101483529A - 模块化交换机及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化交换机及其运行方法。该交换机的管理板接口集包括第一数据通道接口和第一PCIe接口；第一数据通道接口用于连接管理板模块中的交换矩阵；第一PCIe接口用于连接管理板模块中的中央处理器以接收管理信息；业务卡接口集包括第二数据通道接口和第二PCIe接口；第二数据通道接口用于连接业务卡模块中的交换芯片；第二PCIe接口与第一PCIe接口相连以接收管理板模块中的中央处理器发送的管理信息，且第二PCIe接口用于连接业务卡模块中的交换芯片，发送管理信息以控制交换芯片，第一PCIe接口和第二PCIe接口之间的PCIe线路布设在交换背板上。本发明的技术方案，能够简化结构，降低成本。

Description

模块化交换机及其运行方法

技术领域

本发明涉及模块化交换机技术，尤其涉及一种模块化交换机及其运行方法。

背景技术

交换机是进行大量报文数据交换的设备，为了满足用户不同的应用需求，现有技术将以太网接口模块化形成业务卡模块，用户通过选用不同的业务卡模块来满足不同的应用环境，增加用户的使用端口，这种交换机称为模块化交换机。

图1为现有技术中一种模块化交换机的结构示意图。如图1所示，模块化交换机至少包括交换背板1、管理板模块2和业务卡模块3。交换背板1上用于设置各种线路和插接口，管理板模块2和业务卡模块3均插接在交换背板1上实现连接。其中，管理板模块2上设置有交换矩阵4和中央处理器(Central Processing Unit；以下简称：CPU)5，交换矩阵4负责将报文在各个业务卡模块3之间转发，CPU5负责配置管理交换矩阵4以及向整个模块化交换机中的各业务卡模块3发送管理信息，保证各业务卡模块3的正常运行。业务卡模块3中包括交换芯片6、CPU7和端口模组8，交换芯片6具体为以太网交换芯片，用于在各端口模组8收发报文，并通过交换矩阵4与其他业务卡模块3交互报文；业务卡模块3上的CPU7用于从管理板模块2上的CPU5中接收管理信息，从而对业务卡模块3上的交换芯片6进行配置和管理。上述方式是现有技术中典型的分布式管理和分布式交换的模块化交换机，即各业务卡模块3上既设置有交换芯片6还设置有CPU7。交换矩阵4和交换芯片6分别通过数据通道19连接在交换背板1上，管理板模块2的CPU5和业务卡模块3的CPU7分别通过管理通道20连接在交换背板1上，各业务卡模块3的CPU7和管理板模块2中的CPU5分别通过外设互连标准(PeripheralComponent Interconnect；以下简称：PCI)或外设互连标准扩展(PeripheralComponent Interconnect express；以下简称：PCIe)通道21对交换矩阵4或交换芯片6进行配置管理和数据报文交换。

但是，上述技术存在着一定的缺陷：1)每个业务卡模块都需要配置CPU，增加了交换机的成本；2)使用管理通道实现管理板模块对各个业务卡模块的配置管理和通信，管理通道多使用百兆以太网线“100Base-T”，带宽有限，且布线复杂；3)使用“100Base-T”等管理通道时，需要为管理通道单独增加物理层转换芯片进行信号转换，因此增加了交换机的成本，同时器件数量的增加也降低了交换机整机系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化交换机及其运行方法，以简化模块化交换机的结构，降低成本，从而改善模块化交换机性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种模块化交换机，包括交换背板、以及布设在所述交换背板上的用于插接管理板模块的管理板接口集和用于插接业务卡模块的业务卡接口集，其特征在于：

所述管理板接口集包括第一数据通道接口和第一PCIe接口；所述第一数据通道接口用于连接管理板模块中的交换矩阵以交互报文；所述第一PCIe接口用于连接所述管理板模块中的中央处理器以接收管理信息；

所述业务卡接口集包括第二数据通道接口和第二PCIe接口；所述第二数据通道接口用于连接业务卡模块中的交换芯片以交互报文；所述第二PCIe接口与所述第一PCIe接口相连以接收所述管理板模块中的中央处理器发送的管理信息，且所述第二PCIe接口用于连接所述业务卡模块中的所述交换芯片，发送所述管理信息以控制所述交换芯片；

所述第一数据通道接口和第二数据通道接口之间的数据通道线路布设在所述交换背板上，所述第一PCIe接口和第二PCIe接口之间的PCIe线路布设在所述交换背板上。

为实现上述目的，本发明还提供了一种模块化交换机运行方法，包括：

管理板模块中的中央处理器通过PCIe通道将管理信息分别发送给业务卡模块中的交换芯片以进行控制；

各所述交换芯片分别通过数据通道与管理板模块中的交换矩阵进行报文交互。

在本发明上述技术方案中，采用PCIe接口和PCIe通道直接连接管理板模块上的中央处理器和业务卡模块上的交换芯片的技术手段，使管理板模块能够直接控制业务卡模块的交换芯片，而业务卡模块上无须设置CPU，因此能够减少业务卡模块上的器件，且能够简化交换背板上的布线。另一方面，本发明以数据通道连接管理板模块的交换矩阵和业务卡模块的交换芯片，即采用了集中式管理和分布式交换的技术方案，既可以降低模块化交换机的成本，简化器件而改善模块化交换机工作的可靠性，同时还可以均衡管理板模块和业务卡模块的工作负荷，保证交换机的报文交换速度。

附图说明

图1为现有技术中一种模块化交换机的结构示意图；

图2为本发明模块化交换机第一实施例的结构示意图；

图3为本发明模块化交换机第二实施例的结构示意图；

图4为本发明模块化交换机第三实施例的结构示意图；

图5为本发明模块化交换机运行方法实施例的流程图。

图中：

1-交换背板　　　　2-管理板模块         3-业务卡模块

4-交换矩阵          5-CPU              6-交换芯片

7-CPU               8-端口模组         9-第一PCIe接口

10-第二PCIe接口     11-第三PCIe接口    12-第四PCIe接口

13-第一数据通道接口 14-第二数据通道接口15-第三数据通道接口

16-第四数据通道接口 17-PCIe桥接单元    18-插入触发单元

19-数据通道         20-管理通道        21-PCIe通道

22-管理板接口集     23-业务卡接口集    24-触发线路

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

模块化交换机第一实施例

图2为本发明模块化交换机第一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例的模块化交换机包括：交换背板1、以及布设在交换背板1上的用于插接管理板模块2的管理板接口集22和用于插接业务卡模块3的业务卡接口集23。一般情况下，管理板接口集22的数量为一个，用于连接一个管理板模块2，业务卡接口集23的数量通常是多个，以连接多个业务卡模块3。具体的，管理板接口集22包括第一数据通道接口13和第一PCIe接口9；第一数据通道接口13用于连接管理板模块2中的交换矩阵4以交互报文；第一PCIe接口9用于连接管理板模块2中的CPU5以接收管理信息。业务卡接口集23包括第二数据通道接口14和第二PCIe接口10；第二数据通道接口14用于连接业务卡模块3中的交换芯片6以交互报文；第二PCIe接口10与第一PCIe接口9相连以接收管理板模块2中的CPU5发送的管理信息，且第二PCIe接口10用于连接业务卡模块3中的交换芯片6，发送管理信息以控制交换芯片6。第一数据通道接口13和第二数据通道接口14均设置在交换背板1上，两者之间连接有数据通道19线路，数据通道19线路布设在交换背板1上，第一PCIe接口9和第二PCIe接口10也设置在交换背板1上，两者之间连接有PCIe线路，PCIe线路布设在交换背板1上。通常，第一PCIe接口9和第二PCIe接口10的数量相同，各个第二PCIe接口10分别设置在各个业务卡接口集23中，各个第一PCIe接口9均设置在一个管理板接口集22中。

本实施例模块化交换机的交换背板上包括第一PCIe接口和第二PCIe接口，分别连接管理板模块的CPU和业务卡模块上的交换芯片，使管理板模块的CPU可以直接与业务卡模块上的交换芯片进行通信，完成管理信息的发送，从而使管理板模块能直接管理和配置业务卡模块的交换芯片，一方面减少了发送管理信息所需物理信号的数量，另一方面使业务卡模块上无须设置CPU，还省略了管理通道及其物理层芯片，能够简化模块化交换机的结构，降低布线复杂性，同时能够降低产品成本。

在本实施例中，如图2所示，交换背板1上可以插接管理板模块2和至少一个业务卡模块3，其中，管理板模块2的结构可以包括交换矩阵4和CPU5；交换矩阵4上设有第三数据通道接口15，且通过数据通道19连接到第一数据通道接口13上，实现在各业务卡模块3之间转发报文；CPU5上设有第三PCIe接口11，且通过PCIe通道21连接到第一PCIe接口9上。管理板模块2上的CPU5运行并维护各种网络协议或上层软件功能，接收用户的配置管理命令并完成管理板模块2和业务卡模块3的配置和管理。业务卡模块3的结构可以包括交换芯片6和端口模组8，端口模组8具体可以为物理层芯片和以太网端口；交换芯片6可以为包含介质访问控制器(Media AccessController；以下简称：MAC)的以太网交换芯片，与各端口模组8相连以收发报文，并且交换芯片6上设有第四数据通道接口16，通过数据通道19连接到第二数据通道接口14上；交换芯片6上设有第四PCIe接口12，通过PCIe通道21连接到第二PCIe接口10上。

本实施例的技术方案中，省略了各业务卡模块上的CPU，并且以PCIe通道连接管理板模块上的CPU和业务卡模块上的交换芯片，还可以省略管理通道所需的布线以及省略管理通道所需要配置的物理层转换芯片。PCIe总线是PCI总线的下一代总线技术，可以实现两个设备之间点对点的串行互连，能够为每一个连接的设备分配独享通道带宽，充分保障了各设备的宽带资源，能够提高数据传输速率。PCIe总线采用串行线传输，可以节约空间，减少并行总线中出现的信号线之间相互干扰的串拢问题，PCIe总线技术最少只需要一对发送线和一对接收线实现一条PCIe通路。PCIe总线采用双通道传输模式，为全双工模式，大大提高了数据传输速度，足以满足管理板模块上一个CPU对多个业务卡模块上交换芯片进行管理控制的需求。在本实施例中，各业务卡模块上均设有交换芯片，并通过数据通道与管理板模块的交换矩阵交互报文，仅需要在交换芯片内交互的报文可以不必发往交换背板，而可以直接在该业务卡模块内的端口模组间转发。本实施例的技术方案实现了管理板模块对业务卡模块的集中管理，而数据报文分布交换的技术，均衡了管理板模块和业务卡模块上的负荷，提高了模块化交换机工作的可靠性。

模块化交换机第二实施例

图3为本发明模块化交换机第二实施例的结构示意图，本实施例以上述第一实施例为基础，管理板模块2还包括：至少一个PCIe桥接单元17，每个PCIe桥接单元17连接在一个第三PCIe接口11和多个第一PCIe接口9之间，以扩充管理板模块2的CPU5可以连接的第一PCIe接口9数量，相当于扩充CPU5可以控制的业务卡模块3的数量。

该PCIe桥接单元可以为任一PCIe桥接设备，也可称为PCIe交换器(PCIeSwitch)，用来实现多路PCIe通道的扩展。本实施例利用了PCIe通道点到点互联的扩展灵活性，使模块卡交换机的扩展性能增强，且扩展方案简单、成本低，能够实现丰富的拓扑扩展结构。

模块化交换机第三实施例

图4为本发明模块化交换机第三实施例的结构示意图，本实施例以上述第一实施例为基础，在业务卡模块3中还包括：插入触发单元18，该插入触发单元18通过触发线路24与管理板模块2的CPU 5相连，用于在业务卡模块3插入拔出交换背板1时产生“存在(Present)信号”，并通过触发线路24将“存在信号”发送至管理板模块2中的CPU5，以通知管理板模块2该业务卡接口集23上是否插接有业务卡模块3。

本实施例的技术方案可以使业务卡模块及时通知管理板模块其插接到交换背板上的状态，从而在管理板模块CPU的控制下进行报文的转发工作。

由于PCIe总线支持设备热拨插和热交换，所以可以像USB、IEEE 1394总线那样进行热拨插和热交换。本实施例的技术方案对现有模块化交换机的工作方法不用进行变更。

模块化交换机运行方法实施例

图5为本发明模块化交换机运行方法实施例的流程图，该方法可以由本发明任一实施例的模块化交换机来执行，具体包括如下步骤：

步骤100、管理板模块中的CPU通过PCIe通道将管理信息分别发送给业务卡模块中的交换芯片以进行控制；

步骤200、各交换芯片分别通过数据通道与管理板模块中的交换矩阵进行报文交互。

在具体应用中的工作流程可以为：当业务卡模块插入模块化交换的业务卡接口集上时，业务卡模块的插入触发单元产生“存在信号”，并通过交换背板通知管理板模块上的CPU，该接口集，或者说该槽道有业务卡模块插入；同时，业务卡模块上的PCIe通道通过交换背板与管理板模块的PCIe桥接单元联通；管理板模块的CPU通过PCIe通道直接对业务卡模块上的交换芯片进行初始化配置，并在系统的正常运行过程中，一直保持对业务卡模块的信息交互以及管理配置。当业务卡模块拔出时，“存在信号”消失，管理板模块上的CPU将相对应的有关管理信息等删除。

本实施例的技术方案，采用PCIe通道实现了管理板模块中的CPU对业务卡模块中交换芯片的直接管理，在业务卡模块中省略了CPU等控制元件的设置，而且PCIe通道的采用也能够简化交换背板上的布线，因此本实施例的技术方案能够简化模块化交换机的结构，降低成本。另外，本实施例的技术方案采用数据通道实现交换芯片和管理板模块中交换矩阵的报文交互，且交换芯片设置在各个业务卡模块上，业务卡模块内端口模组间的报文转文可以不必经管理板模块中的交换矩阵转发，因此能够均衡业务卡模块和管理板模块的工作负荷，且数据通道的传输速率高，所以采用上述集中式管理的模式，还能够保证数据交换的速度，使模块化交换机的整体性能得到改进。

本发明模块化交换机及其运行方法并不限于以太网芯片的交换方式，还可以采用以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network；以下简称：EPON)、宽带无源光综合接入(Gigabit-Capable PON；以下简称：GPON)、异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode；以下简称：ATM)和“E1”等端口的交换设备中。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1、一种模块化交换机，包括交换背板、以及布设在所述交换背板上的用于插接管理板模块的管理板接口集和用于插接业务卡模块的业务卡接口集，其特征在于：

所述管理板接口集包括第一数据通道接口和第一PCIe接口；所述第一数据通道接口用于连接管理板模块中的交换矩阵以交互报文；所述第一PCIe接口用于连接所述管理板模块中的中央处理器以接收管理信息；

所述业务卡接口集包括第二数据通道接口和第二PCIe接口；所述第二数据通道接口用于连接业务卡模块中的交换芯片以交互报文；所述第二PCIe接口与所述第一PCIe接口相连以接收所述管理板模块中的中央处理器发送的管理信息，且所述第二PCIe接口用于连接所述业务卡模块中的所述交换芯片，发送所述管理信息以控制所述交换芯片；

所述第一数据通道接口和第二数据通道接口之间的数据通道线路布设在所述交换背板上，所述第一PCIe接口和第二PCIe接口之间的PCIe线路布设在所述交换背板上。

2、根据权利要求1所述的模块化交换机，其特征在于：

所述管理板接口集上插接有管理板模块，至少一个所述业务卡接口集上插接有业务卡模块；

所述管理板模块包括交换矩阵和中央处理器；所述交换矩阵上设有第三数据通道接口，且通过数据通道连接到所述第一数据通道接口上；所述中央处理器上设有第三PCIe接口，且通过PCIe通道连接到所述第一PCIe接口上；

所述业务卡模块包括交换芯片和端口模组；所述交换芯片与各端口模组相连以收发报文，并且所述交换芯片上设有第四数据通道接口，通过数据通道连接到所述第二数据通道接口上；所述交换芯片上设有第四PCIe接口，通过PCIe通道连接到所述第二PCIe接口上。

3、根据权利要求2所述的模块化交换机，其特征在于，所述管理板模块还包括：至少一个PCIe桥接单元，每个PCIe桥接单元连接在一个所述第三PCIe接口和多个第一PCIe接口之间。

4、根据权利要求2所述的模块化交换机，其特征在于，所述业务卡模块还包括：插入触发单元，用于在所述业务卡模块插入拔出所述交换背板时产生存在信号，并通过触发线路发送给所述管理板模块中的中央处理器。

5、一种模块化交换机运行方法，其特征在于，包括：

管理板模块中的中央处理器通过PCIe通道将管理信息分别发送给业务卡模块中的交换芯片以进行控制；

各所述交换芯片分别通过数据通道与管理板模块中的交换矩阵进行报文交互。

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