CN102595260A

CN102595260A - 数据交换系统及其工作模式的自协商方法

Info

Publication number: CN102595260A
Application number: CN2012100745373A
Authority: CN
Inventors: 李明纬; 陈武
Original assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Current assignee: Ruijie Networks Co Ltd
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: CN102595260B

Abstract

本发明提供一种数据交换系统及其工作模式的自协商方法。系统包括：交换芯片、物理层芯片、中央处理器CPU，以及N个小型可拔插SFP+光模块；所述交换芯片通过N通道接口与所述物理层芯片的物理编码子层相连接，以使所述物理编码子层工作在(N*10)G的模式下；所述物理层芯片物理介质关联子层工作在10G SFP+模式，通过N个SFI接口分别与所述N个SFP+光模块相连接；所述CPU通过I2C接口与所述N个SFP+光模块相连，通过PCIE接口与所述交换芯片相连，N为大于等于1的正整数。本发明提供的方案，收发模块可以支持40公里以上的长距离传输。

Description

数据交换系统及其工作模式的自协商方法

技术领域

本发明涉及高速接口技术，尤其涉及一种数据交换系统及其工作模式的自协商方法。

背景技术

一般情况下，数据交换系统可以包括介质接入控制(Media AccessControl，简称为：MAC)芯片(又称交换芯片)、物理层(Physical，简称为：PHY)芯片、收发模块以及中央处理器(Central Processing Unit，简称为：CPU)。其中，以太网的数据链路层可以包括MAC子层和逻辑链路控制(Logical Link Control，简称为：LLC)子层，而MAC芯片不但要实现MAC子层和LLC子层的功能，还要提供符合规范的外设互联标准(Peripheral Component Interconnect，简称为：PCI)界面以实现和主机的数据交换。MAC芯片的一端通过PCI总线与CPU相连，另外一端就与PHY芯片相连。物理层包括物理编码子层(Physical Coding Sublayer，简称为：PCS)、物理介质接入(Physical Media Access，简称为：PMA)子层以及物理介质关联(Physical Media Dependent，简称为：PMD)子层。PHY芯片是实现物理层所有子层的功能的重要功能器件。PHY芯片实现了与MAC芯片与及外部网络的数据交换功能。现有技术中，MAC芯片与PHY芯片之间的高速接口可以包括：支持40G的XLAUI接口和支持100G的CAUI接口两种。当MAC芯片与PHY芯片的PCS通过XLAUI接口或者CAUI接口彼此连接时，数据交换系统会使用支持PMD子层单模光纤接口的四通道小型可拔插光模块(Quad Small Form-factor Pluggable，简称为：QSFP+)光模块或者CFP光模块作为收发模块进行数据的收发。

然而，支持PMD子层单模光纤接口的QSFP+光模块或者CFP光模块的价格昂贵，并且仅限于短距离传输。

发明内容

为了降低成本的同时提高数据传输系统的传输距离，本发明提供一种数据交换系统，包括：交换芯片、物理层芯片、中央处理器CPU，以及N个小型可拔插SFP+光模块；

所述交换芯片通过N通道接口与所述物理层芯片的物理编码子层相连接，以使所述物理编码子层工作在(N*10)G的模式下；

所述物理层芯片物理介质关联子层工作在10G SFP+模式，通过N个SFI接口分别与所述N个SFP+光模块相连接；

所述CPU通过I2C接口与所述N个SFP+光模块相连，通过PCIE接口与所述交换芯片相连，N为大于等于1的正整数。

本发明还提供了一种数据交换系统工作模式的自协商方法，包括：

如果数据交换系统中的N条链路均建立连接关系，且N个SFP+光模块的型号一致，则在N条链路上分别发送探测报文；

如果在预设时间内，N条链路均接收到接收端设备发送的用于回应所述探测报文的回应报文，则将所述数据交换系统的工作模式从N*10G模式切换到1*(N*10)G模式。

本发明的技术效果是：通过令物理层芯片的PCS子层工作在(N*10)G的模式下，PMA子层工作在10GSFP+模式下，在硬件上使用N个成熟的SFP+模块拼接成一个(N*10)G的端口，使得该数据交换系统实现高速传输数据的前提下，其收发模块可以支持40公里以上的长距离传输。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的数据交换系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的数据交换系统的控制方法流程图；

图3为本发明实施例三提供的数据交换系统工作模式的自协商方法流程图；

图4为本发明实施例三提供的数据交换系统工作模式的自协商方法中步骤301的详细流程图；

图5为本发明实施例四提供的数据交换系统工作模式的自协商方法流程图。

具体实施方式

图1为本发明实施例一提供的数据交换系统的结构示意图，如图1所示，该高速接口系统包括：交换芯片1，物理层芯片2，中央处理器3以及N个小型可拔插SFP+光模块4，N为大于等于1的正整数。

交换芯片1为实现了802.3定义的MAC、MAC控制子层功能的芯片。在本发明实施例中，用于实现数据交换功能。该交换芯片1通过N通道的接口与物理层芯片2的物理编码子层相连接。在一种实施方式下，N＝4，则该交换芯片1的内部至少包括一个40G的控制核，该控制核可以支持一个40G模块形式或者4个10G模块形式。当控制核工作在1个40G模块形式下，其对外接口为一个40G的XLAUI接口输出；当控制核工作在4个10G模块形式下，其对外接口为4个XFI接口输出。40G的XLAUI接口与4个10G的XFI接口在物理上共用4对通道(lane)。另一种实施方式下，N＝10，则该交换芯片1的内部至少包括一个100G的控制核，该控制核可以支持一个100G模块形式或者10个10G模块形式。当控制核工作在1个100G模块形式下，其对外接口为一个100G的CAUI接口输出；当控制核工作在10个10G模块形式下，其对外接口为10个XFI接口输出。100G的CAUI接口与10个10G的XFI接口在物理上共用10对通道(lane)。在上述任一种实施方式的基础上，该交换芯片1还可以提供连接到物理层芯片的串行管理接口(SerialManagement Interface，简称为：SMI)，实现交换芯片1获取物理层芯片2中保存的N个SFP+光模块的告警信息。交换芯片1具有内部的寄存器，当交换芯片1通过SMI接口获取到物理层芯片2中保存的N个SFP+光模块的告警信息后，可以保存到内部的寄存器中。进一步的，交换芯片1内部的寄存器中还可以保存交换芯片1与物理层芯片2之间的N个通道是否工作正常等。

物理层芯片2为实现802.3定义的PCS、PMA、PMD子层功能的芯片。其中的PMD层的收发器工作在10G SFP+模式，对外接口为N个SFI接口，用于分别与N个SFP+光模块相连接。另外，物理层芯片2还提供SFP+光模块的控制信号，并能监视SFP+发出的告警信息，且保存在物理层芯片2的内部存储器中。交换芯片1可以通过SMI接口访问物理层芯片2的内部寄存器，从而获知SFP+光模块的告警信息。

CPU3是系统的运算核心和控制核心。通过I2C接口与N个SFP+光模块相连，通过快速PCI(PCI Express，简称为：PCIE)接口与交换芯片1相连。在本发明实施例中CPU3通过内部集成电路(Inter-Integrated Circuit，简称为：I2C)接口实现对SFP+光模块信息的获取，通过PCIE接口实现对交换芯片1工作模式的配置。CPU3可以从交换芯片1的内部寄存器中处获得SFP+光模块的告警信息，还可以获得交换芯片1与物理层芯片2之间的N个通道是否工作正常。上述获得的信息可以统称为链路状态信息。这里的“链路”在本发明实施例中可以理解为数据转发路径，也即数据从交换芯片1到物理层芯片2再到N个SFP+光模块4的N条路径。这N条路径中的任意一条可以是由交换芯片、物理层芯片、N个SFP+光模块中的一个数据转发路径组成。链路状态信息取决于多种因素，例如交换芯片故障、物理层芯片故障、SFP+光模块故障等物理器件本身的问题会导致链路无法正常工作。还有可能是软件方面的问题导致链路无法正常工作等等。CPU3获得链路状态信息可以根据现有技术中标准定义的方式获得，此处不做赘述。CPU3获得链路状态信息后，可以根据链路状态信息配置整个数据交换系统的工作模式，实现更加灵活稳定的数据交换。

对于N个SFP+光模块4需要说明的是，每个SFP+光模块均是一种小封装10G模块。SFP+用与SFP一样的尺寸传输10G的信号，凭借其小型化低成本等优势满足了设备对光模块高密度的需求。SFP+光模块具有如下优点：1、SFP+具有比X2和XFP封装更紧凑的外形尺寸(与SFP尺寸相同)；2、可以和同类型的XFP，X2，XENPAK直接连接；3、成本比XFP，X2，XENPAK产品低。如下是几种面向10Gbps网络的SFP+标准：10GBase-SR(使用OM3级多模光纤，传输距离30～300m)、10GBase-LR(使用单模光纤，传输距离10km)、10GBase-ER(使用单模光纤，传输距离40km)、10GBase-ZR(使用单模光纤，传输距离80km)。对应的SFP+光模块都有量产产品，技术成熟，价格相对40G的QSFP+及CFP模块，成本更加低廉。

总体上看，以40G高速接口为例，本发明实施例所使用的交换芯片1以及物理层芯片2都支持10G/40G接口模式，而物理层芯片2的PMD层的收发器工作在10G SFP+模式，因此可以使用10G SFP+长距离光模块。CPU3根据链路状态信息可以灵活地把系统配置成1*40G模式或者4*10G模式，从而实现一个高可靠性、支持远距离传输的40G系统。

本发明实施例提供的数据交换系统，通过令物理层芯片的PMA子层工作在10GSFP+模式下，在硬件上使用N个成熟的SFP+模块拼接成一个(N*10)G的端口，使得该数据交换系统实现高速传输数据的前提下，其收发模块可以支持40公里以上的长距离传输。

图2为本发明实施例二提供的数据交换系统的控制方法流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤201、CPU从文件系统中获取用户配置信息，并判断获取的用户配置信息是否为空；

如果获取的用户配置信息为空，则执行步骤202；

如果获取的用户配置信息不为空，则执行步骤203。

步骤202、CPU将交换芯片及物理层芯片的接口模式配置为N*10G模式兼具有自动协商成1*(N*10)G模式能力。

具体的，以N＝4为例进行说明。CPU通过PCIE接口将交换芯片的40G控制核配置成4*10G模块形式，其对外接口为4个XFI接口输出。随后通过交换芯片的SMI接口将物理层芯片与交换芯片的接口也配置成4个XFI接口形式。物理层芯片的PMD收发器配置在10G SFP+模式。当配置完成后，系统还具有根据链路状态自动协商成1*40G模式的能力。后续详述。

步骤203、CPU根据用户配置信息配置对交换芯片及物理层芯片的接口模式进行配置。

本发明实施例提供以下几种可选的模式。以N＝4为例进行说明。强制4*10G模式，强制1*40G模式、4*10G模式兼具有自动协商成1*40G模式能力。具体的，以强制1*40G模式为例具体介绍配置过程：CPU通过PCIE接口将交换芯片的40G控制核配置成1*40G模块形式，其对外接口为1个XLAUI接口输出。随后通过交换芯片的SMI接口将物理层芯片与交换芯片的接口也配置成1个XLAUI接口形式，将物理层芯片的PMD收发器配置在10GSFP+模式。由于是强制模式，当配置完成后，系统稳定工作在1*40G模式。

在上述实施例的基础上，图3为本发明实施例三提供的数据交换系统工作模式的自协商方法流程图，如图3所示，该工作模式的自协商方法包括：

步骤301、如果数据交换系统中从交换芯片经过物理层芯片到达N个SFP+光模块的N条链路均建立连接关系，且中央处理器确定N个SFP+光模块的型号一致，则中央处理器指示交换芯片在N条链路上分别发送探测报文。

具体的，这里的“链路”在本发明实施例中可以理解为数据转发路径，也即数据从交换芯片1到物理层芯片2再到N个SFP+光模块4的N条路径。这N条路径中的任意一条可以是由交换芯片、物理层芯片、N个SFP+光模块中的一个数据转发路径组成。链路状态信息取决于多种因素，例如交换芯片故障、物理层芯片故障、SFP+光模块故障等物理器件本身的问题会导致链路无法正常工作。还有可能是软件方面的问题导致链路无法正常工作等等。

如图4所示的详细流程图，可以将步骤301拆分为以下几个步骤，分别可以概括为：如何确定数据交换系统中从交换芯片经过物理层芯片到达N个SFP+光模块的N条链路均建立连接关系(步骤301a～301c)，如何确定N个SFP+光模块的型号一致(步骤301d)，以及如何在N条链路上分别发送探测报文(步骤301e)。下面分步骤进行详细论述。

步骤301a、CPU通过PCIE接口访问交换芯片，获取链路状态信息；

访问方式可以但不限于是定时(Ts)轮询，Ts的时长可以根据数据交换系统的实际性能进行设定，也可以结合CPU的占用率进行考虑其数值，如100ms。链路状态信息可以包括：物理链路是否出现故障，以及软件工作是否正常等等。物理层芯片监视SFP+光模块发出的告警信号，并记录在物理层芯片的内寄存器中。交换芯片通过访问物理层芯片的内部寄存器，获取SFP+光模块的告警信息，并保存在交换芯片的内部寄存器中，以方便CPU获取到告警信息。其他方面的链路状态信息也可以保存到交换芯片的内部寄存器或者其他位置，方便CPU读取到。CPU获得链路状态信息后，可以根据链路状态信息配置整个数据交换系统的工作模式，实现更加灵活稳定的数据交换。

步骤301b、判断当前获得的链路状态信息相对于上一次获得的链路状态信息是否发生改变；

如果发生变化，执行步骤301c；

如果未发生变化，执行步骤301a。

这里需要说明的是，通常情况下，默认在系统初始化的过程中，全部链路状态信息均代表非正常工作，也即从不工作到正常工作的状态，所以链路状态信息发生变化后才会去判断N条链路是否处于正常工作状态。这种做法可以减少步骤301c中的判断过程并提高判断效率。当然，在非默认情况下，可以直接跳过步骤301b，直接执行步骤301c。

例如，上一次获得的链路状态信息代表了4条链路中有2条处于正常工作状态，2条处于非工作状态。2条处于非工作状态的链路可以是由于硬件或者软件等故障导致无法正常工作，这里并不详细分析导致链路无法正常工作的原因。而本次获得的链路中4条链路全部处于正常工作状态。则相对于上一次获得的链路状态信息，当前获得的链路状态信息是发生变化的。因此继续执行步骤301c。

步骤301c、根据当前获得的链路状态信息判断是否N条链路都处于正常工作状态；

如果否，执行步骤301a；

如果是，执行步骤301d。

需要说明的是，CPU可以获知本数据交换系统中存在N条链路，如果步骤301中获得的链路状态信息代表着全部N条链路均处于正常工作状态，则说明N条链路都已处于建立连接关系。

步骤301d主要用于获取N个SFP+光模块的型号信息并判断是否一致，也即：CPU通过I2C接口访问N个SFP+光模块，从N个SFP+光模块中分别获得其型号信息，并根据获得的N个SFP+光模块的型号信息判断其型号是否一致。

如果一致，则可以继续执行步骤301e；

如果不一致，则返回执行步骤301a。

步骤301e、CPU在N条链路上各发送一个探测报文。

需要说明的是，可以在探测报文中携带链路总数N，或者也可以事先在已知的接收端设备上保存本端设备的链路总数N。本发明后续实施例以探测报文携带链路总数N为例进行说明。

步骤302、如果在预设时间内，N个SFP+光模块均接收到用于回应该探测报文的回应报文，则中央处理器将该数据交换系统的工作模式从N*10G模式切换到1*(N*10)G模式。

在步骤301中，CPU在N条链路上各发送了一个探测报文，如果在预设时间内，N个SFP+光模块均接收到了用于回应探测报文的回应报文，则代表发送探测报文的本端数据交换系统与返回回应报文的对端数据交换系统是对等系统，则可以将本端数据交换系统的工作模式从N*10G模式切换到1*(N*10)G模式。

这里需要对对端数据交换系统接收到探测报文之后的动作进行更为详细的描述。

对端数据交换系统(又称为接收端设备)接收到N条链路的探测报文后，需要判断这N条链路是否同属于交换芯片的同一个控制核；

接收端设备可以理解为通过自身的收发模块(如SFP+光模块等)从网络上获得至少一个探测报文的设备。该接收端设备可以是与本端的数据交换系统对等的设备，也可以是与本端的数据交换系统不对等的设备。这里所说的对等或者不对等可以通过如下这个例子来进行解释：假设N＝4，那么一个数据交换系统中包括4条链路，如果这4条链路通过互联网与有且仅具4条链路的接收端设备相连接，那么接收端设备属于本端数据交换系统的对等设备，如果这4条链路通过互联网与多于4条链路的1个接收端设备、或者与少于4条链路的多个接收端设备相连接，那么，这1个或者多个接收端设备都不能被称之为对等设备，而是不对等的设备。也就是说，如果某一个接收端设备接收到探测报文，要根据探测报文中携带的链路总数N与自己的链路总数M相比较，如果相同，还需确认全部链路上都收到了探测报文，才会判断这N条链路是否同属于交换芯片的同一个控制核，如果不相同或者N条链路上并未都接收到探测报文，则不进行任何处理。

具体的判断这N条链路是否同属于交换芯片的同一个控制核的方法可以为：接收端设备通过检测探测报文中链路的端口号是否属于同一个控制核下的端口，以表1所示的40G控制核内部索引关系为例，一个40G控制核下存在4个端口，端口号分别为port0、port1、port2以及port3。

表1

如果这N条链路同属于交换芯片的同一个控制核，则发送回应报文给发送端(也即本端数据交换系统)；

如果这N条链路不属于交换芯片的同一个控制核，则不发送回应报文给发送端。

其中，回应报文的报文类型是一个发送CPU处理的报文，因此，物理上SFP+模块收到回应报文后，会通过交换芯片的PCIE接口送CPU进行处理。

图5为本发明实施例四提供的数据交换系统工作模式的自协商方法流程图，如图5所示，在图2和图3所示的实施方式的基础上，该方法还可以包括：

步骤303、如果CPU检测N条链路中至少一条链路出现异常，则将工作模式切换成N*10G。

具体的，CPU定时通过PCIE接口从交换芯片处获取链路状态信息，链路状态信息可以包括：物理链路是否出现故障，以及软件工作是否正常等等。物理层芯片监视SFP+光模块发出的告警信号，并记录在物理层芯片的内寄存器中。交换芯片通过访问物理层芯片的内部寄存器，获取SFP+光模块的告警信息，并保存在交换芯片的内部寄存器中，以方便CPU获取到告警信息。其他方面的链路状态信息也可以保存到交换芯片的内部寄存器或者其他位置，方便CPU读取到。如果某条链路出现物理上故障，或者光模块出现告警等等链路状态非正常的信息，则说明链路出现异常。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各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，执行包括上述各方法实施例的步骤；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。

本发明实施例提供的数据交换系统工作模式的自协商方法，通过判断本端和对端的数据交换系统是否为对等系统，如果是对等系统则将工作模式从N*10G模式切换到1*(N*10)G模式，使得该数据交换系统实现高速传输数据且支持40公里以上的长距离传输。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims

1.一种数据交换系统，其特征在于，包括：交换芯片、物理层芯片、中央处理器CPU，以及N个小型可拔插SFP+光模块；

所述CPU通过内部集成电路I2C接口与所述N个SFP+光模块相连，通过快速外设互联标准PCIE接口与所述交换芯片相连，N为大于等于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的数据交换系统，其特征在于，当N＝4时，交换芯片包括一个40G的控制核，所述控制核支持1个40G模块形式或4个10G模块形式；当所述控制核工作在1个40G模块形式下时，所述交换芯片的N通道接口为1个40G的XLAUI接口；当所述控制核工作在4个10G模块形式下，所述交换芯片的N个通道接口为4个10G的XFI接口。

3.根据权利要求1所述的数据交换系统，其特征在于，当N＝10时，交换芯片包括一个100G的控制核，所述控制核支持100G模块形式或10*10G模块形式；当所述控制核工作在1个100G模块形式下时，所述交换芯片的N通道接口为1个100G的CAUI接口；当所述控制核工作在10个10G模块形式下，所述交换芯片的N个通道接口为10个10G的XFI接口。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的数据交换系统，其特征在于，所述CPU还用于通过所述PCIE接口访问所述交换芯片，以获得所述数据交换系统的链路状态信息。

5.根据权利要求4所述的数据交换系统，其特征在于，所述物理层芯片包括寄存器，所述物理层芯片通过所述N个SFI接口监控所述N个SFP+光模块发出的告警信息，并将所述告警信息保存在所述寄存器中，所述交换芯片通过串行管理接口SMI访问所述物理层芯片的寄存器，读取所述寄存器保存的告警信息，所述告警信息为链路状态信息中的一种。

6.一种基于权利要求1至5任一所述数据交换系统工作模式的自协商方法，其特征在于，包括：

如果数据交换系统中从交换芯片经过物理层芯片到达N个SFP+光模块的N条链路均建立连接关系，且中央处理器确定N个SFP+光模块的型号一致，则中央处理器指示交换芯片在所述N条链路上分别发送探测报文；

如果在预设时间内，N个SFP+光模块均接收到用于回应所述探测报文的回应报文，则中央处理器将所述数据交换系统的工作模式从N*10G模式切换到1*(N*10)G模式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果中央处理器检测到N条链路中至少一条链路出现异常，则将所述数据交换系统的工作模式从1*(N*10)G模式切换到N*10G模式。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在N条链路上分别发送探测报文之前，所述方法还包括：

中央处理器根据用户配置信息配置所述数据交换系统的工作模式；

如果所述用户配置信息为空，中央处理器将所述数据交换系统的工作模式配置为N*10G模式兼具有自动协商成1*(N*10)G模式能力。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述N个SFP+光模块的型号通过如下方式获得：

中央处理器通过I2C接口访问N个SFP+光模块，获取N个SFP+光模块的型号。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述N条链路均建立连接关系通过如下方式获得：

中央处理器访问交换芯片，获取链路状态信息；

如果本次获得的链路状态信息代表N条链路均处于正常工作状态，则所述N条链路均建立连接关系。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述中央处理器访问交换芯片，获得链路状态信息包括：

中央处理器通过PCIE接口访问所述交换芯片，获得SFP+光模块的告警信息，所述SFP+光模块的告警信息存储在物理层芯片的寄存器中，所述交换芯片通过SMI接口从所述物理层芯片的寄存器中获得所述SFP+光模块的告警信息。

12.根据权利要求6至8任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述N个SFP+光模块中的M个分别接收到对端设备通过相应链路发送的探测报文，所述探测报文均携带所述对端设备的链路总数M；

如果N＝M，判断所述M个探测报文是否来自于同一个控制核；如果是，则向所述对端设备发送N个回应报文。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述判断所述M个探测报文是否来自于同一个控制核包括：

检测M个探测报文中的链路的端口号是否属于同一个控制核下的端口号，如果是，则所述M个探测报文来自于同一个控制核。