CN102932213B - 一种基于无限宽带与万兆以太网共存及按需互换的服务器系统设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无限宽带与万兆以太网共存及按需互换的服务器系统设计方法,该方法基于无限宽带网络与万兆以太网络共存及按需互换的服务器系统架构设计，是以高速通讯转换及通讯互联为核心，整合计算资源，通过高速通讯转换单元，实现系统对高速无限宽带网络以及万兆以太网间的按需、灵活转换，具体表现形式为:当将通讯转换模块设置为全无限宽带模式后，系统能够支持两个高速无限宽带交换互联通讯模块，并且模块间支持冗余，避免单点故障。
Description
技术领域
本发明涉及计算机通信领域, 具体地说是一种按需互换的服务器系统设计方法，或是一种基于无限宽带与万兆以太网共存及按需互换的服务器系统设计方法。
背景技术
无限宽带架构是一种支持多并发链接的“转换线缆”技术, 无限宽带是一个统一的互联结构，既可以处理存储I/O、网络I/O，也能够处理进程间通信(IPC)。它可以将磁盘阵列、SANs、LANs、服务器和集群服务器进行互联，也可以连接外部网络（比如WAN、VPN、互联网）。无限宽带的应用目标有三大方面: 直接连接存储、群集以及刀片式服务器等领域。利用无限宽带实现群集的好处在于低时延、高性能。群集一般采用以太网，如果是高性能计算机，内部也通常采用HIPPI或Myrinet网络，后两者的竞争力表现在可靠性、可用性上。现在无限宽带在这方面同样有出色表现。无限宽带网可大量扩充I/O控制器（大多数都位于服务器外部），消除了单点故障。无限宽带在消息传送协议之中还融入了差错管理功能，具有设备热增加能力（Hot-Addability），包括设备查找和注册功能，这样就可以动态管理、修改和扩充网络。另外，无限宽带的可层叠交换技术把集群送到了一条更宽广的通路上，极大地突破了水平伸缩性。
万兆以太网技术提供更加丰富的带宽和处理能力，能够有效地节约用户在链路上的投资，并保持以太网一贯的兼容性、简单易用和升级容易的特点。万兆以太网在设计之初就考虑城域骨干网需求。首先带宽10G足够满足现阶段以及未来一段时间内城域骨干网带宽需求（现阶段多数城域骨干网骨干带宽不超过2.5G）。其次万兆以太网最长传输距离可达40公里，且可以配合10G传输通道使用，足够满足大多数城市城域网覆盖。采用万兆以太网作为城域网骨干可以省略骨干网设备的POS或者ATM链路。首先可以节约成本：以太网端口价格远远低于相应的POS端口或者ATM端口。其次可以使端到端采用以太网帧成为可能：一方面可以端到端使用链路层的VLAN信息以及优先级信息，另一方面可以省略在数据设备上的多次链路层封装解封装以及可能存在的数据包分片，简化网络设备。在城域网骨干层采用万兆以太网链路可以提高网络性价比并简化网络。
无限宽带和万兆以太网具有良好的发展前景和应用市场，如何能在一个服务器体系架构中同时支持两种网络以及实现两种网络间的无缝、按需互换，满足日益增长的对计算密集型应用以及对具备可用性、可扩展性、系统资源均衡配置等较高要求系统的需求，因此在现有网络服务器系统体系结构的基础上，提出一种基于无限宽带网络与万兆以太网络共存及按需互换的服务器系统架构设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无限宽带与万兆以太网共存及按需互换的服务器系统设计方法。
本发明的目的是按以下方式实现的，系统包括：信息处理单元、高速通信转换模块、通讯互联模块和信息管理单元，其中：
信息处理单元：基于通用的计算机体系架构，采用基于Intel Xeon处理器及相应芯片组构建的处理单元计算平台；
通讯互联模块：负责系统内部的信息互联以及系统与外部的通信，整个通讯互联模块由三个子模块组成，分别为：(1)高速万兆以太网直连通讯模块；(2)高速无限宽带交换互联通讯模块；(3)低速千兆以太网互联通讯模块，其中：
(1)高速万兆以太网直连通讯模块，为系统中的信息处理单元提供点对点的10Gb/s的高速通讯链路，实现每个信息处理单元独立与外部系统的通讯与互联，信息处理单元与高速万兆以太网直连通讯模块通过高速信息转换模块实现互联通讯；
(2)高速无限宽带交换互联通讯模块，为系统中的信息处理单元提供单向56Gb/s，双向112Gb/s的高速通讯链路，并且传输时延只有1ms，高速无限宽带交换互联通讯模块一方面实现系统中所有信息处理单元间的互联通讯，信息处理单元能够访问系统中的任意其他处理单元，与其他处理单元共享数据与信息交换，另一方面高速无限宽带交换互联模块提供与外部系统间基于高带宽与低传输时延的传输通路，使系统中的每个信息处理单元与外部系统实现信息的交换，不但能够将自身处理的信息快速提交到外部的管理系统，而且能与外部的信息处理单元组合成规模等大、具备更高数据处理能力的信息处理集群，信息处理单元与高速无限宽带交换互联模块通过高速信息转换模块实现互联通讯；
(3)低速千兆以太网互联通讯模块，为系统中的信息处理单元提供1Gb/s的高速通讯交换互联链路，低速千兆以太网互联通讯模块模块一方面实现系统中所有信息处理单元间的互联通讯，信息处理单元能够访问系统中的任意其他处理单元，与其他处理单元共享数据与信息交换，另一方面低速千兆以太网互联通讯模块提供与外部系统间基于1Gb/s以太网的传输通路，使系统中的每个信息处理单元与外部系统实现信息的交换，信息处理单元通过板内的以太网链路与低速千兆以太网互联通讯模块实现互联通讯；
高速通信转换模块，为系统中的关键部分，高速通信转换模块安装于系统的每个信息处理模块内部，对内与信息处理模块上的PCIe总线接口相连，对外与高速万兆以太网直连通讯模块和高速无限宽带交换互联通讯模块互联，高速通信转换模块具有两个通信端口，通过配置能够同时或分别支持无限宽带网络与高速万兆以太网网络，具体支持的模式有以下几种：(1)通信端口1：无限宽带网络模式，通信端口2：无限宽带网络模式；(2)通信端口1：无限宽带网络模式，通信端口2：万兆以太网模式；(3)通信端口1：万兆以太网模式，通信端口2：万兆以太网模式；
信息管理单元，采用基于标准的计算机管理总线设计，能够对信息处理单元、高速信息交换单元、通讯转换单元的状况进行监督，并对上述单元进行配置和基于预定策略的管理；
基于无限宽带网络与万兆以太网络共存及按需互换的服务器系统架构设计，是以高速通讯转换及通讯互联为核心，整合计算资源，通过高速通讯转换单元，实现系统对高速无限宽带网络以及万兆以太网间的按需、灵活转换，具体表现形式为:当将通讯转换模块设置为全无限宽带模式后，系统能够支持两个高速无限宽带交换互联通讯模块，并且模块间支持冗余，避免单点故障；当通讯转换模块设置为无限宽带+万兆以太网模式后，原来的一个无限宽带交换互联通讯模块能够直接换成一个高速万兆以太网直连通讯模块，系统能够同时支持无限宽带和万兆以太网的应用；当将通讯转换模块设置为全万兆以太网模式后，原来的两个无限宽带交换互联通讯模块能够直接换成两个高速万兆以太网直连通讯模块，此时系统提供对外10Gb/s的全线速互联通信，以使应用发挥最大的效能，系统体能在一个统一的系统体系架构内实现基于高带宽、低延时的无限宽带与万兆以太网应用的共存及按需互换；
按需灵活扩展，信息处理单元通过高速通讯转换单元实现通过无限宽带和万兆以太网络的计算性能扩展，即与外部的信息处理单元组合成规模等大、具备更高数据处理等里的信息处理集群，同时高速无限宽带交换互联通讯单元与高速万兆以太网直连通讯可以实现无缝的按需互换，大大增强整个系统的适应性和灵活性。
本发明的有益效果是：在体系结构中，打破了原有服务器体系架构中无限宽带网路与万兆以太网络体系分离的设计，创新设计高速通讯转换单元，通过通讯转换单元在统一的体系架构内实现无限宽带与万兆以太网的共存以及按需互换，不但降低了服务器体系架构设计得复杂程度，而且新的体系架构使其体系结构所带来的资源均衡配置、灵活扩展等诸多特性，使其更适用于复杂的高性能及商业应用领域，因而具有非常广阔的发展前景。
附图说明
图1是基于Infiniband网络与万兆以太网络共存及按需互换的服务器系统架构示意图。
图2是高速通讯转换模块结构原理示意图。
具体实施方式
参照说明书附图对本发明的方法作以下详细地说明。
我们提出的新型基于无限宽带网络与万兆以太网络共存及按需互换的服务器系统架构设计以高速通讯转换及通讯互联为核心，整合计算资源，通过高速通讯转换单元，可以实现系统对高速无限宽带网络以及万兆以太网间的按需、灵活转换，具体表现形式为:当将通讯转换模块设置为全无限宽带模式后，系统可以支持两个高速无限宽带交换互联通讯模块，并且模块间支持冗余，避免单点故障；当通讯转换模块设置为无限宽带+万兆以太网模式后，原来的一个无限宽带交换互联通讯模块可以直接换成一个高速万兆以太网直连通讯模块，此持系统可以同时支持无限宽带和万兆以太网的应用；当将通讯转换模块设置为全万兆以太网模式后，原来的两个无限宽带交换互联通讯模块可以直接换成两个高速万兆以太网直连通讯模块，此时系统提供对外10Gb/s的全线速互联通信，以使应用发挥最大的效能。本发明体系结构主要包括：信息处理单元、高速通信转换模块、通讯互联模块和信息管理单元
处理单元基于通用的计算机体系架构，主要采用基于Intel Xeon处理器及相应芯片组构建处理单元计算平台。
通讯互联模块负责系统内部的信息互联以及系统与外部的通信，整个通讯互联模块由三个子模块组成，分别为：(1).高速万兆以太网直连通讯模块；(2).高速无限宽带交换互联通讯模块；(3).低速千兆以太网互联通讯模块。
高速通信转换模块为系统中的关键部分，高速通信转换模块安装与系统的每个信息处理模块内部，对内与信息处理模块上的PCIe总线接口相连，对外与高速万兆以太网直连通讯模块和高速无限宽带交换互联通讯模块互联。
信息管理单元采用基于标准的计算机管理总线设计，可以对信息处理单元、高速信息交换单元、通讯转换单元的状况进行监督，并可对上述单元进行配置和基于预定策略的管理。
在体系结构中，打破了原有服务器体系架构中无限宽带网路与万兆以太网络体系分离的设计，创新设计高速通讯转换单元，通过通讯转换单元在统一的体系架构内实现无限宽带与万兆以太网的共存以及按需互换，不但降低了服务器体系架构设计得复杂程度，而且新的体系架构使其体系结构所带来的资源均衡配置、灵活扩展等诸多特性，使其更适用于复杂的高性能及商业应用领域，因而具有非常广阔的发展前景。
实施例
本发明体系结构主要包括：信息处理单元、高速通信转换模块、通讯互联模块和信息管理单元。
处理单元基于通用的计算机体系架构，主要采用基于Intel Xeon处理器及相应芯片组构建处理单元计算平台。
通讯互联模块负责系统内部的信息互联以及系统与外部的通信，整个通讯互联模块由三个子模块组成，分别为：(1).高速万兆以太网直连通讯模块；(2).高速无限宽带交换互联通讯模块；(3).低速千兆以太网互联通讯模块。
高速万兆以太网直连通讯模块，为系统中的信息处理单元提供点对点的10Gb/s的高速通讯链路，实现每个信息处理单元独立与外部系统的通讯与互联，信息处理单元与高速万兆以太网直连通讯模块通过高速信息转换模块实现互联通讯。
高速无限宽带交换互联通讯模块，为系统中的信息处理单元提供单向56Gb/s，双向112Gb/s的高速通讯链路，并且传输时延只有1ms。高速无限宽带交换互联通讯模块一方面实现系统中所有信息处理单元间的互联通讯，信息处理单元可以访问系统中的任意其他处理单元，与其他处理单元共享数据与信息交换，另一方面高速无限宽带交换互联模块提供与外部系统间基于高带宽与低传输时延的传输通路，可以使系统中的每个信息处理单元与外部系统实现信息的交换，不但可以将自身处理的信息快速提交到外部的管理系统，而且可以与外部的信息处理单元组合成规模等大、具备更高数据处理等里的信息处理集群。信息处理单元与高速无限宽带交换互联模块通过高速信息转换模块实现互联通讯。
低速千兆以太网互联通讯模块，为系统中的信息处理单元提供1Gb/s的高速通讯交换互联链路，低速千兆以太网互联通讯模块模块一方面实现系统中所有信息处理单元间的互联通讯，信息处理单元可以访问系统中的任意其他处理单元，与其他处理单元共享数据与信息交换，另一方面低速千兆以太网互联通讯模块提供与外部系统间基于1Gb/s以太网的传输通路，可以使系统中的每个信息处理单元与外部系统实现信息的交换，信息处理单元通过板内的以太网链路与低速千兆以太网互联通讯模块实现互联通讯。
高速通信转换模块为系统中的关键部分，高速通信转换模块安装与系统的每个信息处理模块内部，对内与信息处理模块上的PCIe总线接口相连，对外与高速万兆以太网直连通讯模块和高速无限宽带交换互联通讯模块互联。高速通信转换模块具有两个通信端口，通过配置可以同时以及分别支持无限宽带网络与高速万兆以太网网络。具体支持的模式有以下几种：(1).通信端口1：无限宽带网络模式，通信端口2：无限宽带网络模式；(2).通信端口1：无限宽带网络模式，通信端口2：万兆以太网模式；(3).通信端口1：万兆以太网模式，通信端口2：万兆以太网模式。
信息管理单元采用基于标准的计算机管理总线设计，可以对信息处理单元、高速信息交换单元、通讯转换单元的状况进行监督，并可对上述单元进行配置和基于预定策略的管理。
我们提出的新型基于无限宽带网络与万兆以太网络共存及按需互换的服务器系统架构设计以高速通讯转换及通讯互联为核心，整合计算资源，通过高速通讯转换单元，可以实现系统对高速无限宽带网络以及万兆以太网间的按需、灵活转换，具体表现形式为:当将通讯转换模块设置为全无限宽带模式后，系统可以支持两个高速无限宽带交换互联通讯模块，并且模块间支持冗余，避免单点故障；当通讯转换模块设置为无限宽带+万兆以太网模式后，原来的一个无限宽带交换互联通讯模块可以直接换成一个高速万兆以太网直连通讯模块，此持系统可以同时支持无限宽带和万兆以太网的应用；当将通讯转换模块设置为全万兆以太网模式后，原来的两个无限宽带交换互联通讯模块可以直接换成两个高速万兆以太网直连通讯模块，此时系统提供对外10Gb/s的全线速互联通信，以使应用发挥最大的效能。如图2所示，本系统体可以在一个统一的系统体系架构内实现基于高带宽、低延时的无限宽带与万兆以太网应用的共存及按需互换。。
与传统的以计算资源为核心的网络服务器体系结构相比，这种新型的体系结构具有高可用性、高可靠性以及按需灵活扩展的特点。
其中，高可用、高可靠性的实现方式描述如下：在这种新型体系结构中，处理单元、通讯单元、存储单元在各自的资源组中是相互冗余配置的，在某个资源单元发生故障时（如处理单元），相应的冗余配置部件会接管此故障部件继续工作，从而提高系统的整体可用及可靠性。
按需灵活扩展的实现方式描述如下：在这种新型体系架构中，信息处理单元可以通过高速通讯转换单元实现通过无限宽带和万兆以太网络的计算性能扩展，即与外部的信息处理单元组合成规模等大、具备更高数据处理等里的信息处理集群。同时高速无限宽带交换互联通讯单元与高速万兆以太网直连通讯可以实现无缝的按需互换，大大增强整个系统的适应性和灵活性。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
Claims (1)
1.一种基于无限宽带与万兆以太网共存及按需互换的服务器系统, 其特征在于，系统包括：信息处理单元、高速通信转换模块、通讯互联模块和信息管理单元，其中：
信息处理单元：基于通用的计算机体系架构，采用基于Intel Xeon处理器及相应芯片组构建的信息处理单元计算平台；
通讯互联模块：负责系统内部的信息互联以及系统与外部的通信，整个通讯互联模块由三个子模块组成，分别为：(1)高速万兆以太网直连通讯模块；(2)高速无限宽带交换互联通讯模块；(3)低速千兆以太网互联通讯模块，其中：
(1)高速万兆以太网直连通讯模块，为系统中的信息处理单元提供点对点的10Gb/s的高速通讯链路，实现每个信息处理单元独立与外部系统的通讯与互联，信息处理单元与高速万兆以太网直连通讯模块通过高速通信转换模块实现互联通讯；
(2) 高速无限宽带交换互联通讯模块，为系统中的信息处理单元提供单向56Gb/s，双向112Gb/s的高速通讯链路，并且传输时延只有1ms，高速无限宽带交换互联通讯模块一方面实现系统中所有信息处理单元间的互联通讯，信息处理单元能够访问系统中的任意其他信息处理单元，与其他信息处理单元共享数据与信息交换，另一方面高速无限宽带交换互联通讯模块提供与外部系统间基于高带宽与低传输时延的传输通路，使系统中的每个信息处理单元与外部系统实现信息的交换，不但能够将自身处理的信息快速提交到外部的管理系统，而且能与外部的信息处理单元组合成规模等大、具备更高数据处理能力的信息处理集群，信息处理单元与高速无限宽带交换互联通讯模块通过高速通信转换模块实现互联通讯；
(3)低速千兆以太网互联通讯模块，为系统中的信息处理单元提供1Gb/s的高速通讯交换互联链路，低速千兆以太网互联通讯模块模块一方面实现系统中所有信息处理单元间的互联通讯，信息处理单元能够访问系统中的任意其他信息处理单元，与其他信息处理单元共享数据与信息交换，另一方面低速千兆以太网互联通讯模块提供与外部系统间基于1Gb/s以太网的传输通路，使系统中的每个信息处理单元与外部系统实现信息的交换，信息处理单元通过板内的以太网链路与低速千兆以太网互联通讯模块实现互联通讯；
高速通信转换模块，为系统中的关键部分，高速通信转换模块安装于系统的每个信息处理单元内部，对内与信息处理单元上的PCIe总线接口相连，对外与高速万兆以太网直连通讯模块和高速无限宽带交换互联通讯模块互联，高速通信转换模块具有两个通信端口，通过配置能够同时或分别支持无限宽带网络与高速万兆以太网网络，具体支持的模式有以下几种：(1)通信端口1：无限宽带网络模式，通信端口2：无限宽带网络模式；(2)通信端口1：无限宽带网络模式，通信端口2：万兆以太网模式；(3)通信端口1：万兆以太网模式，通信端口2：万兆以太网模式；
信息管理单元，采用基于标准的计算机管理总线设计，能够对信息处理单元、高速通信转换模块、通讯互联模块的状况进行监督，并对上述单元进行配置和基于预定策略的管理；
基于无限宽带网络与万兆以太网络共存及按需互换的服务器系统架构设计，是以高速通讯转换及通讯互联为核心，整合计算资源，通过高速通信转换模块，实现系统对高速无限宽带网络以及万兆以太网间的按需、灵活转换，具体表现形式为:当将高速通信转换模块设置为全无限宽带模式后，系统能够支持两个高速无限宽带交换互联通讯模块，并且模块间支持冗余，避免单点故障；当高速通信转换模块设置为无限宽带+万兆以太网模式后，原来的一个高速无限宽带交换互联通讯模块能够直接换成一个高速万兆以太网直连通讯模块，系统能够同时支持无限宽带和万兆以太网的应用；当将高速通信转换模块设置为全万兆以太网模式后，原来的两个高速无限宽带交换互联通讯模块能够直接换成两个高速万兆以太网直连通讯模块，此时系统提供对外10Gb/s的全线速互联通信，以使应用发挥最大的效能，系统能在一个统一的系统体系架构内实现基于高带宽、低延时的无限宽带与万兆以太网应用的共存及按需互换；
按需灵活扩展，信息处理单元通过通讯互联模块实现通过无限宽带和万兆以太网络的计算性能扩展，即与外部的信息处理单元组合成规模等大、具备更高数据处理能力的信息处理集群，同时高速无限宽带交换互联通讯模块与高速万兆以太网直连通讯模块实现无缝的按需互换，大大增强整个系统的适应性和灵活性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |