CN103428114A - 一种atca万兆交换板及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种ATCA万兆交换板及系统，控制处理模块，用于确定并下发网络包处理规则；千兆网络交换模块，用于接收来自控制处理模块的网络包处理规则并将其转发出去；以及万兆网络交换模块，用于根据控制处理模块的控制指令进行网络包数据传输；所述的控制处理模块还用于对千兆网络交换模块、万兆网络交换模块进行配置管理，并且还用于接收万兆网络交换模块传输的网络包数据，并对所述的网络包数据进行处理，将处理后的网络包数据传输至万兆网络交换模块，由万兆网络交换模块将所述的网络包数据转发出去，以使ATCA万兆交换板可以完成网络包数据的接收、处理和转发，将控制板和交换板集成到一块板子上，与现有相比较节省了槽位，提高了系统的鲁棒性。

Description

一种ATCA万兆交换板及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种ATCA（Advanced TelecomComputing Architecture，先进电信计算平台架构）万兆交换板及系统。

背景技术

在多槽位ATCA架构机箱系统中，插入的刀片按功能划分为三种：处理板、控制板和交换板。处理板主要是完成信号或包处理，根据系统的不同需求，系统中的多块处理板功能相同或者不同。控制板和交换板对包处理板集中管理。多个处理板之间存在数据交互，控制板与各个处理板也有数据交互。由于信号速度极高，在背板上通过直连方式形成各个刀片之间的信号通道不太可行。因此在多槽位ATCA硬件系统中，交换板是必不可少的部分。

通信系统要求高可靠性和快速故障恢复，因此要求系统具备热备份冗余。在ATCA硬件系统中，要做到热备份冗余功能，就要求控制板和交换板至少为双备份，因此至少会占用四个槽位。若系统中各个处理板功能相同并相互独立，则单机箱插入的处理板数目越多，流量的并行处理能力也就更强。对于一个14槽位的ATCA机箱，在通常的热备份冗余条件下，只能插入10个处理刀片，限制了ATCA硬件系统的处理能力。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种ATCA万兆交换板，其特征在于，包括：

控制处理模块，用于确定并下发网络包处理规则；

千兆网络交换模块，用于接收来自控制处理模块的网络包处理规则并将其转发出去；以及

万兆网络交换模块，用于根据控制处理模块的控制指令进行网络包数据传输；

所述的控制处理模块还用于对千兆网络交换模块、万兆网络交换模块进行配置管理，并且还用于接收万兆网络交换模块传输的网络包数据，并对所述的网络包数据进行处理，将处理后的网络包数据传输至万兆网络交换模块，由万兆网络交换模块将所述的网络包数据转发出去，以使ATCA万兆交换板可以完成网络包数据的接收、处理和转发。

优选地，所述的ATCA万兆交换板还包括存储装置，其通过桥接器与所述控制处理模块连接，用于实时存储控制处理模块的操作日志。

优选地，所述的ATCA万兆交换板还包括光模块，用于与所述的万兆网络交换模块相连接，以模拟实际网络流量，测试万兆网络交换模块的转发性能。

优选地，所述的千兆网络交换模块还用于进行网络包数据传输和ATCA万兆交换板的状态信息传输。

优选地，所述的ATCA万兆交换板还包括协助控制模块，用于控制电源的上电时序，存储所述ATCA万兆交换板的状态信息。

优选地，所述的ATCA万兆交换板所述的千兆网络交换模块还用于与其他的ATCA万兆交换板相连接以互相检测对方的心跳状态，并用于输出ATCA万兆交换板的状态信息或接收外部的管理指令。

优选地，所述的万兆网络交换模块分别与千兆网络交换模块和用于传输网络包数据、网络包处理规则、ATCA万兆交换板状态信息、ATCA万兆交换板心跳状态的第二接口相连，以作为所述的ATCA万兆交换板和其他ATCA万兆交换板间相互检测心跳状态的备份通路。

优选地，所述的ATCA万兆交换板还包括基板管理控制器BMC，用于将读取辅助控制器中存储的ATCA万兆交换板状态信息发送出去，并接收基于上述状态信息而确定的管理指令。

本发明还提供了一种ATCA万兆交换系统，其包括多个如前所述的ATCA万兆交换板、多个网络包处理板、机箱管理模块，其中，

ATCA万兆交换板用于向网络包处理板转发网络包数据及网络包数据的处理规则；

网络包处理板按所述ATCA万兆交换板发送的网络包处理规则进行网络包处理；

机箱管理模块用于监测或管理所述ATCA万兆交换板和网络包处理板，在ATCA万兆交换板出现故障时，启动备份的ATCA万兆交换板。

本发明将控制板和交换板集成到一块板子上，与现有的控制板和交换板分别独立在一块板子上的设计相比，节省了槽位，从而可以增加网络包处理板的数量，增强网络包处理的能力；同时控制板还具有网络包处理功能，可以接收万兆网络交换模块转发的网络包，处理后发送给万兆网络交换模块，从而使集成控制处理功能的ATCA万兆交换板可以连接网络包数据接入RTM板（RearTransition Module，后端转换模块），完成交换板流量的接收和转发功能。此外，通过万兆网络交换模块为ATCA万兆交换板间相互检测心跳状态提供了备份通路，在ATCA万兆交换板间通过千兆网络交换模块的心跳状态信道出现故障时，有效保证各ATCA万兆交换板间的心跳探测，提高了系统的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明提供的ATCA万兆交换板的基本构成图；

图2为本发明提供的ATCA万兆交换板的示意图；

图3为本发明提供的一种ATCA万兆交换系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种ATCA万兆交换板，下面简称为交换板，其包括控制处理模块10、万兆网络交换模块20和千兆网络交换模块30。控制处理模块10确定网络包处理规则后，经由千兆网络交换模块30将网络包处理规则传输至ATCA万兆交换板外部的n个网络包处理板（n≥1），网络包处理板依据收到的网络包处理规则进行网络包数据处理。每个网络包处理板的网络包数据处理规则可以相同也可以不同，且同一个网络包处理板在不同时间的网络包处理处理规则也可以不同，这由ATCA万兆交换板的控制处理模块来控制。此外，控制处理模块10还对千兆网络交换模块30和万兆网络交换模块20进行配置管理，以保证万兆网络交换模块20和千兆网络交换模块30在工作前，已正确配置为所需的端口模式。

万兆网络交换模块20依据控制处理模块10的指示信息（包括网络包数据具体应该转发至哪个网络包处理板等信息）进行网络包的分发至ATCA万兆交换板外部的各网络包处理板。

千兆网络交换模块30还用于与其他的ATCA万兆交换板相连接，以相互监测对方的心跳状态并与机箱管理模块相连接，以保证处于工作状态的ATCA万兆交换板出现故障时，迅速启动备份的ATCA万兆交换板接替，避免因ATCA万兆交换板的故障导致整个网络包数据处理的瘫痪。

ATCA万兆交换板的具体构成如图2中所示，ATCA万兆交换板包括控制处理模块（Main Processor）、万兆网络交换模块（Fabric Switch）、以及千兆网络交换模块（Base Switch）。当交换板通过Base通道与网络包处理板间互联时需要网络变压器进行电平桥接，网络变压器可以采用PHY&Maconics，比如采用2个8口的千兆PHY芯片和7个双口的网络变压器，把需要互联的板子的电平进行桥接。交换板具有三个接口，分别为，Zone1接口主要用于电源和系统管理的接口，Zone2接口，即第二接口包括Fabric通道（40G数据信号通道）和Base通道（1G数据信号通道），作为数据传输通道的接口，Zone3接口，即第三接口为可自行定义数据通道接口，这里Zone3接口与Fabric Switch通过8*10G BASE-KR连接。

控制处理模块可以选用多核网络处理器，不仅具备通用处理器的管理功能，还可以具有很强大的网络处理功能，例如控制处理模块可以具有40G流量网络包处理能力，控制处理模块与万兆网络交换模块（Fabric Switch）之间通过数据通道连接，例如以2*10G XAUI（万兆以太网连接单元接口）进行连接，万兆网络交换模块将从Zone3接口收到的待处理网络包数据经XAUI通道传输至控制处理模块，控制处理模块对所述的网络包数据进行处理，并将处理完的网络包数据传输至万兆网络交换模块。万兆网络交换模块通过数据通道连接到Zone3接口，例如万兆网络交换模块可以通过8路10GBASE-KR到Zone3接口，Zone3接口连接到RTM，RTM至少有8个SFP+光模块(SFP+光模块是10G速率光模块)接口，通过光模块和光纤可以连接其他网络包处理设备。Zone3区的8*10GBASE-KR可以配置为两组4*10GBASE-KR通道，如图2所示。一组通道作为40G流量输入，另一组通道作为40G流量输出。40G流量从Zone3接口接入后，进入万兆网络交换模块转发到Zone2接口上的12个40*10GBASE-KR通道中的任意一个或多个，或者转发到控制处理模块进行网络包处理。经过机箱内其他网络包处理板完成包处理后，网络包处理板通过自身与Zone2接口的Fabric连接的通道将流量送回交换板的万兆网络交换模块，经转发从Zone3接口的另一组40G通道输出，以使本发明中的交换板可以完成ATCA机箱中各处理刀片之间的Base通道交换和Fabric通道交换，控制功能可以完成对每个处理板下发流量处理规则，部分流量的协处理，本地存储操作日志。

控制处理模块与千兆网络交换模块之间通过数据通道相连，例如可以采用2路SGMII通道连接，用于低速控制信息传递，即控制信息通过千兆交换芯片传输到每一路处理板上。

万兆网络交换模块和千兆网络交换模块在上电后，需要先进行配置成所需的端口模式，才能正常工作。这一配置任务是由控制处理模块完成的。万兆网络交换模块的配置接口PCIe x2接口，千兆网络交换模块的配置接口为的PCIex1接口，分别连接到控制处理模块的相应的PCIe接口。

千兆网络交换模块还用于与其他的ATCA万兆交换板相连接，以相互监测对方的心跳状态，即二者间周期性地向对方发送心跳状态信息，以监测对方是否出现故障。若在某一周期时刻，作为备份交换板的其他ATCA万兆交换板没有收到处于工作状态的ATCA万兆交换板的心跳状态，则认为处于工作状态的ATCA万兆交换板出现故障，则迅速启动备份的ATCA万兆交换板接替其继续工作，避免因ATCA万兆交换板的故障导致整个网络包数据处理的瘫痪；若在某一周期时刻，备份交换板收到了对方的心跳状态，则说明处于工作状态的ATCA万兆交换板没有出现故障。同样的，处于工作状态的ATCA万兆交换板发现作为备份交换板的ATCA万兆交换板出现故障，则需要上报给机箱管理模块，以提示相关工作人员进行维护。千兆网络交换模块与机箱管理模块相连接，输出相应的ATCA万兆交换板的状态信息，机箱管理模块基于收到的ATCA万兆交换板的状态信息确定管理指令，并将管理指令发送给ATCA万兆交换板；或在监测到作为备份交换板的ATCA万兆交换板出现故障时，由处于工作状态的ATCA万兆交换板的千兆网络交换模块将备份交换板的故障信息发送给机箱管理模块，机箱管理模块基于收到的备份交换板的故障信息，进行相应处理，如进行故障信息提示或告警，提醒工作人员对备份交换板进行维护。

Fabric通道也定义在Zone2接口上，万兆网络交换模块通过12个Fabric通道走4*10GBASE-KR或40GBASE-KR4协议网络包数据。12个Fabric通道分别连接了12个网络包处理板，且万兆网络交换模块通过1G Fabric通道和1GSGMII通道将千兆网络交换模块和Zone2相连，作为和其他ATCA万兆交换板间相互检测心跳状态的备份通路，当千兆网络交换模块与Zone2间的ATCA万兆交换板心跳状态传输信道出现故障时，继续进行所述的交换板和其他交换板间的心跳状态监测。

万兆网络交换模块还与前面板的光模块相连接，光模块引出在面板上，光模块可以直接连接发包机，用于交换板各个端口转发性能测试，对于调试交换板十分有用。

千兆网络交换模块通过通道连接至PHY的MAC侧，例如可以通过15个SGMII（两个芯片之间的MAC层Gbit速率接口）连接到PHY的MAC侧，PHY的物理层线路侧可以配置成10/100/1000M Base-T。本发明中PHY的物理层线路侧配置成出13个千兆电口，2个百兆电口。13个千兆电口用于连接机箱内12个网络包处理板和另1个交换板（千兆网络交换模块通过Zone2与另外一个交换板连接，以使所述交换板之外的其他交换板进行心跳状态的传输），2个百兆电口分别连接了机箱中的两个管理模块。

如图2所示，控制处理模块外接一个PHY（PHY是一个千兆网络PHY芯片，PHY：是指网络协议里面的物理层，此处为PHY0），连接到网口Eth0（Eth0为面板上引出的网口），用于连接外部网络，进行网络远程调试。控制处理模块还外接了存储装置，如图2所示，控制处理模块接了4条DDR3DIMM（即内存条），用于存包处理过程的中间数据，以及操作系统和各种应用程序的数据缓存。由于控制处理模块没有SATA接口，因此不能直接外接硬盘，所以需要使用PCIe转SATA接口的桥接器Bridge（桥接器，本发明中的应用场景中是将PCIe接口转SATA接口控制器），再外接存储装置，如硬盘。硬盘中主要存储控制处理模块的在控制过程中的操作日志。

图2中的辅助控制模块，主要用于控制交换板的上电时序，以及其他简单的控制功能，可以采用小容量FPGA芯片或其他满足此功能的芯片。Zone1接口输出的-48V电源输入到了板上的一个热插拔控制模块，满足ATCA刀片的热插拔要求。热插拔模块出来的48V进入48V转12V隔离电源模块。交换板上的芯片所需其他电源均是从此处的12V转换得到。Zone1接口还有两条IPMI总线（IPMI为ATCA标准中定义的一种机箱管理总线接口），这两条总线对外分别连接了机箱的两个管理模块，对内连接了交换板上的BMC芯片。机箱管理模块是通过BMC管理单板的。BMC主要是控制单板上电，检测单板上各个电源电压、温度，通过IPMI总线与机箱管理模块交换信息。在遇到工作中的交换板严重故障时，BMC会将交换板断电，由备份的另一个交换板来代替其工作。

如图3所示，本发明还提供了一种ATCA万兆交换系统，其包括机箱管理模块301（可以根据需要配置一个或多个机箱管理模块）、一个或多个ATCA万兆交换板302、以及多个网络包处理板303，其中，网络包处理板303用于按ATCA万兆交换板的控制处理模块发送的网络包处理规则进行网络包处理。所述的ATCA万兆交换板302的控制处理模块还具有网络包处理能力，用于接收万兆网络交换模块通过网络接口传输的网络包数据进行处理，并将处理后的网络包数据发送给万兆网络交换模块。

机箱管理模块301监控ATCA万兆交换板302和网络包处理板303的状态信息，并依据收到的状态信息确定相应的管理指令，发送至相应的ATCA万兆交换板302或网络包处理板303。

具体的如图3所示，ATCA万兆交换系统中可以包括一个（也可以是多个）机箱管理模块301，与各个ATCA万兆交换板302连接实时监测ATCA万兆交换板的302状态，当某一ATCA万兆交换板302工作出现故障时，及时启动备份ATCA万兆交换板302；两个ATCA万兆交换板302（也可以多于两个，视具体网络包处理需求而定），其中一个处于工作状态，另一个作为备用ATCA万兆交换板302；多个网络包处理板303，与所有的ATCA万兆交换板302Zone2接口的Fabric通道相连，当某一交换板出现故障时，可以迅速热迁移到备份的ATCA万兆交换板302继续工作，每个网络包处理板303接收ATCA万兆网络交换板302的网络包处理规则，通常每个网络包处理板303的网络包处理规则不同，也可以相同，由ATCA万兆交换板302的控制处理模块控制，每个网络包处理板303将处理完的网络包数据发送至ATCA万兆网络交换板302，由ATCA万兆网络交换板302的控制处理模块分析处理后转发至相应的网络包处理板303进行处理。

上述总线、设备数量的选择仅作为一个实施例中的具体举例，不代表对本发明方案的具体限定。

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本发明保护范围的限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应该理解，可以对本发明的具体实施例方式进行修改或等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种先进电信计算平台架构ATCA万兆交换板，其特征在于，包括：

控制处理模块，用于确定并下发网络包处理规则；

千兆网络交换模块，用于接收来自控制处理模块的网络包处理规则并将其转发出去；以及

万兆网络交换模块，用于根据控制处理模块的控制指令进行网络包数据传输；

所述的控制处理模块还用于对千兆网络交换模块、万兆网络交换模块进行配置管理，并且还用于接收万兆网络交换模块传输的网络包数据，并对所述的网络包数据进行处理，将处理后的网络包数据传输至万兆网络交换模块，由万兆网络交换模块将所述的网络包数据转发出去，以使ATCA万兆交换板可以完成网络包数据的接收、处理和转发。

2.如权利要求1所述的ATCA万兆交换板，其特征在于，还包括存储装置，其通过桥接器与所述控制处理模块连接，用于实时存储控制处理模块的操作日志。

3.如权利要求1所述的ATCA万兆交换板，其特征在于，还包括光模块，用于与所述的万兆网络交换模块相连接，以模拟实际网络流量，测试万兆网络交换模块的转发性能。

4.如权利要求1所述的ATCA万兆交换板，其特征在于，所述的千兆网络交换模块还用于进行网络包数据传输和ATCA万兆交换板的状态信息传输。

5.如权利要求1所述的ATCA万兆交换板，其特征在于，还包括协助控制模块，用于控制电源的上电时序，存储所述ATCA万兆交换板的状态信息。

6.如权利要求1所述的ATCA万兆交换板，其特征在于，所述的千兆网络交换模块还用于与其他的ATCA万兆交换板相连接以互相检测对方的心跳状态，并用于输出ATCA万兆交换板的状态信息或接收外部的管理指令。

7.如权利要求1或6所述的ATCA万兆交换板，其特征在于，所述的万兆网络交换模块分别与千兆网络交换模块和用于传输网络包数据、网络包处理规则、ATCA万兆交换板状态信息、ATCA万兆交换板心跳状态的第二接口相连，以作为所述的ATCA万兆交换板和其他ATCA万兆交换板间相互检测心跳状态的备份通路。

8.如权利要求1、6或7所述的ATCA万兆交换板，其特征在于，还包括基板管理控制器BMC，用于将读取辅助控制器中存储的ATCA万兆交换板状态信息发送出去，并接收基于上述状态信息而确定的管理指令。

9.一种ATCA万兆交换系统，其包括多个如权利要求1至8任一所述的ATCA万兆交换板、多个网络包处理板、机箱管理模块，其中，

ATCA万兆交换板用于向网络包处理板转发网络包数据及网络包数据的处理规则；

网络包处理板按所述ATCA万兆交换板发送的网络包处理规则进行网络包处理；

机箱管理模块用于监测或管理所述ATCA万兆交换板和网络包处理板，在ATCA万兆交换板出现故障时，启动备份的ATCA万兆交换板。

Images