CN103609037A - 使用软互连来扩展单机箱网络或计算平台的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用软互连来扩展机箱网络的系统和方法，包括混合机箱500，该混合机箱包括：第一交换卡560，该第一交换卡包括第一交换结构565；第二交换卡570，该第二交换卡包括第二交换结构575；第一组线卡510-520，该第一组线卡通过第一组硬连接（实线箭头）耦合至所述第一交换结构560，并且通过软连接580耦合至与所述第二交换结构575相关联的接口576；以及第二组线卡530-540，该第二组线卡耦合至所述第二交换卡570。

Description

使用软互连来扩展单机箱网络或计算平台的方法

相关申请案的交叉参考

本专利发明要求2011年4月6日递交的发明名称为“使用软互连来扩展单机箱网络或计算平台的方法”的第61/472,550号美国临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。

技术领域

本发明涉及通信系统和方法，在特定实施例中涉及一种使用软互连来扩展单机箱网络或计算平台的方法。

背景技术

为实现高数据传输率，现代网络使用频率为数千兆赫兹级（数-GHz）的信号来传送数据包。这种高频信号的使用可能强调网络汇聚处（例如，交换中心）的核心网络部件（例如，线卡、交换结构等）之间的互连，其中包可在数十万的互连端口之间进行交换。具体而言，硬连接可为印刷电路板（PCB）（或它的其他变体）的传导通路，并且在传输高频信号时可经受高电平的插入损耗。因此，硬连接在不显著损害高频信号的信号完整度情况下，可能不能够跨越长距离。因此，仅依靠硬连接的高频交换中心可限制在端口之间相对较短的互连，这可严重限制交换中心的容量（即，由交换中心支持的互连端口或接入点的数目）。换句话说，两个距离最远的端口之间的距离会随着之后交换中心添加了端口/接入点而增加，因此，交换中心能够支持的接入点的数目可能会因为硬连接无法在长距离上传输高频信号而受到限制。

现代交换中心以模块化机箱为基础，该机箱设置有多个线卡（LC），这些线卡通过一个或多个交换卡（FC）彼此互连。LC可设有计算引擎，该引擎位于一系列的网络侧端口（例如，对应于网络的接入点）与交换侧端口（例如，通过这些端口可将包转发至FC）之间。FC可设有一个或多个交换引擎，这些引擎通过硬连接的网络而连接至一系列输入/输出（I/O）端口。LC和FC通常可接合有连接平面（例如，背板、中平面等），该平面可向机箱部件（例如，LC和FC）以及多个接口提供结构上的完整性，其中自该接口处将LC的交换侧端口与FC的I/O端口互连。一般而言，各LC必须与各FC互连以有效地在所有网络接入点之间交换数据。

由机箱所支持的LC的数目可与由交换中心所提供的网络接口的数目成比例，因此，要增加机箱的容量可能需要添加额外的LC。然而，LC的添加可能需要FC内更多和/或更长的互联，从而使最长互连的长度增加。由于FC通常制造于PCB上，所以它们的互连通常包括硬连接，因此，FC最长互连的长度可能会限制机箱的容量。因此，高频网络中的机箱通常可限制在八个或更少的LC。为满足对远程通信服务不断增长的需求，需要用一些技术和架构来扩展这种机箱的容量。

发明内容

本发明的优选实施例描述了使用软互连来扩展单机箱网络的方法和技术，从而大体实现了技术上的优势。

根据一项实施例，一种线卡，该线卡包括：第一组端口，该端口通过硬连接以通信方式耦合至第一交换结构，其中第一交换结构能够将数据转发至多个近程线卡中的任何一者，而不通过任何的中间的交换结构来转发该数据；以及第二组端口，该端口通过软连接以通信方式耦合至第二交换结构，其中第二交换结构能够将数据转发至多个远程线卡中的任何一者，而不通过任何中间交换结构来转发该数据。

根据另一项实施例，一种用于操作第一线卡的方法，该方法包括：通过第一线卡的入口接口来接收多个包；对所述多个包分类以将该多个包的第一组与该多个包的第二组区分开，第一组包指定给近程线卡，第二组包指定给远程线卡；通过第一硬连接将第一组包转发至第一交换结构，该第一交换结构和该第一硬连接为近程交换卡的部件；以及通过软连接将第二组包转发至与第二交换结构相关联的接口，该第二交换结构为远程交换卡的部件。

根据又另一个实施例，一种混合机箱，该混合机箱包括：第一交换卡，该第一交换卡包括第一交换结构；第二交换卡，该第二交换卡包括第二交换结构；第一组线卡，该第一组线卡通过第一组硬连接耦合至第一交换结构，并且通过软连接耦合至与第二交换结构相关联的接口；以及第二组线卡，该第二组线卡耦合至第二交换卡。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：

图1所示为常规机箱架构的电路图；

图2所示为使用硬连接的扩展机箱架构的电路图；

图3所示为使用软连接的扩展机箱架构的电路图；

图4所示为使用混合互连的扩展机箱架构的一项实施例的电路图；

图5所示为使用混合互连的扩展机箱架构的另一项实施例的电路图；

图6所示为使用混合互连的扩展机箱架构的另一项实施例的电路图；

图7所示为混合互连的一项实施例的图；

图8所示为一种在使用混合互连的扩展机箱架构上转发包的方法的方框图；

图9所示为使用混合互连的扩展机箱架构的另一项实施例的图；

图10所示为使用混合互连的扩展机箱架构的另一项实施例的图；

图11所示为使用混合互连的扩展机箱架构的另一项实施例的图；

图12所示为计算引擎的一项实施例的方框图；以及

图13所示为x-电缆线束的一项实施例的图。

除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明优选实施例的相关方面，而未必是按比例绘制。

具体实施方式

下文详细论述当前优选实施例的制作和使用。然而，应了解，本发明提供可在多种具体环境中体现的许多适用发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以制作和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。

图1所示为常规机箱架构100的电路图，该机箱架构使用FC160和中平面150来互连8个LC110-120。LC110-120可设有计算引擎，并且可提供接口使用户从此处可访问网络。具体而言，LC110-120中的每一者均可提供固定数目的接口（例如，1000个端口），因此，LC110-120的数目与网络接口的数目是成比例的。中平面150可安装到机箱，并且可提供多个接口151-158用以将LC110-120与FC160互连。FC160大体上可设有交换引擎165（通常称为交换结构），该交换引擎可提供一种机制用于以确定的方式在多个LC110-120之间交换包。

如图1所示，实线箭头对应于自LC110-120延伸至FC165的硬连接，而虚线箭头对应于自FC165延伸至LC110-120的硬连接。尽管图1仅图示出单个FC160，但是LC102-114可由多个并联FC（即，与FC160并联的FC）提供服务，从而增加用户吞吐容量。然而，并联FC可能不会有效地增加机箱所支持的接入点的数目，该数目可能与LC的数目成比例。因此，增加额外的LC（或较高容量LC）对于增加机箱架构100的接入点容量而言可能是必要的。

用于扩展机箱容量的一种解决方案是使用较大的、较高容量的FC。图2所示为扩展机箱架构200的电路图，该扩展机箱架构使用单个FC260和中平面250来互连多个（例如，16个）LC210-240。FC260可包括交换结构265，该交换结构可用于确定性地在LC210-240之间交换包。具体而言，使用第一组硬连接（实线箭头）将通信量从LC210-240处路由至交换结构265，并且使用第二组硬连接（虚线箭头）将通信量从交换结构265处路由至LC210-240。这些硬连接可为PCB连接或它的一些变体。如上所述，硬连接对于在长距离上传输高频信号是无效的，因此最长硬连接的长度（例如，自LC210至LC240的硬连接）可能限制机箱架构200的容量。例如，LC210与LC240之间的硬连接的长度会随着更多LC220-230的添加而增加（例如，随着更多LC置于LC210与LC240之间，这两者之间的距离增加）。这种硬连接长度的增加会导致LC210与LC240之间传输的高频信号衰减更大。在向机箱架构200添加阈值数目的LC后，LC210与LC240之间的硬连接的长度超过阈值/最大值的长度，此时，高频信号发生衰减使得接收变得困难或不可靠（例如，较高的误码率（BER））。这样，机箱架构200的容量可受限于最长硬连接的长度。

用于扩展机箱容量的另一种解决方案是使用软连接（例如，高速电缆）将若干较小FC与LC互连。具体而言，软连接可能以远高于硬连接的效率来传输高频信号，由此使得在传输高频信号时（尤其在长距离上），软连接远胜于硬连接。通过使用低损耗导电材料来形成相应的互连而使软连接获得此优势，这可能并不满足由硬连接所要求的一个或多个材料限制。例如，PCB的制造可能要求为互连（例如，硬连接）所选择的导电材料需满足特定的刚度标准（例如，在给定温度下不会过度漂浮），由此限制了低损耗材料的类型（例如，聚四氟乙烯或聚烯烃介电材料、低损耗包层、渡银铜线），从而可设计软连接使得它们的带宽及阻抗特性在数-GHz级频率下比基于PCB的硬互连更好。可用于硬互连的低损耗材料。相比之下，高速电缆和其他软连接可使用更多的低损耗材料（例如，聚四氟乙烯电介质（PTFE）、银、铜、低损耗包层）来制造，由此可设计软连接使得它们的带宽及阻抗特性严密地经调整以适应所期望的信号频率（例如，1GHz、2GHZ等）。

图3所示为扩展机箱架构300，该扩展机箱架构使用软连接将多个LC310-240与一对FC360、370互连。如图所示，LC310-340中的每一者都使用软连接（条纹箭头）将它们的信号发送至FC360和FC370，并且通过硬连接（虚线箭头）接收来自FC360、FC370的包。如上所述，软连接（例如，高速电缆）在传输高频信号时更有效，这是因为它们可由更多种低损耗材料构成。然而，软连接通常比硬连接体积更大（例如，消耗更多空间）并且价格更昂贵。因此，机箱架构300可能比机箱架构200更大并且更昂贵。这样，需要更便宜和/或更紧凑的机箱架构用以支持高频信号。

尽管在高频应用中硬连接没有软连接执行得好，但是它们可足够用于跨越短距离（例如，用于形成近程机箱部件的互连）。图4所示为混合机箱架构400的一项实施例的图，该混合机箱架构使用一对FC460和470以及中平面450来互连多个LC410-440。LC410、LC420彼此位置接近，而也与FC470位置接近。类似地，LC430、LC440彼此位置接近，而也与FC460位置接近。应注意，LC410与LC420之间的总距离可能很短但足够由硬连接跨越，而不会显著地衰减高频信号。这样，可通过FC470的硬连接将LC410和LC420互连，而不会对它们交换高频数据包的能力造成阻碍。同样的原理适用于LC430与LC440之间的互连。

另一方面，LC410、LC420的位置与LC430、LC440距离相当远，并且因此硬连接可能不适用于将LC410、LC420与LC430、LC440中的任一者进行互连。相反地，软连接可用于跨越LC410、LC420与交换结构465之间的距离，以及LC430、LC440与FC475之间的距离。因此，高频信号在从LC410、LC420转发至交换结构465时或者在从LC430、LC440转发至交换结构475时，可通过软连接传输。在一些实施例中，软连接可耦合至FC460、FC470的接口466-467及接口476-477，而非直接耦合至交换引擎465、交换引擎475。接口466-467和接口476-477可通过短的硬连接（由虚线箭头表示）耦合至交换引擎465和交换引擎475，这样可在不发生大量衰减的情况下（例如，由于它们的长度相对较短）传输高频信号。

图5所示为混合机箱架构500的另一项实施例，该混合机箱架构使用一对FC560、FC570以及一对中平面550、555来互连多个LC510-540。机箱架构500可与机箱架构400相似，除了以下区别：机箱架构500可使用双中平面550、555，而不是如图4所示的单个中平面450。这在机箱的设计和/或定向中可允许更大的灵活性。

参看图6可更好地理解用于转发包的技术，该图所示为混合机箱架构600，用于转发指定给近程LC的包（P1）以及指定给远程LC的包（P2）。具体而言，机箱架构600可包括多个LC620-640以及多个FC660-670，它们可通过中平面650互连。如图所示，LC630可接收来自源（S）的包P1和P2，并且使用计算引擎635来对包进行分类。计算引擎635可确定包P1指定给近程LC640，而包P2指定给远程LC620。因此，LC630可通过端口636转发包P1，并且通过端口637转发包P2。接口653可将端口637耦合至引脚657（该引脚在软连接680处端接），并且将端口636耦合至引脚656（该引脚在FC660处端接）。接口653和端口636-637/引脚656-657为中平面650的一部分。

这样，通过硬连接可将包P1转发至交换引擎665，并且通过软连接680可将包P2转发至接口647。接口647可位于FC670上，并且可直接耦合至交换引擎675。因此，包P2在接口667处被接收后可很快由交换引擎675接收。一旦接收，交换结构665和675可通过图6所绘的路径将包P1和P2（分别地）转发至LC620和640。

如图6所示，指定给近程LC640的包P1可使用硬连接传输至交换结构665，而指定给远程LC620的包P2可使用软连接680（以及从接口667延伸至交换引擎675的相对较短的硬连接）传输至交换结构675。因此，跨越相对较短距离的包（例如，包P1）通过硬连接传输，而跨越相对较长距离的包通过软连接传输。对于昂贵/巨大体积的软连接，仅当它们在相对较长距离（例如，超过硬连接的最大运输长度的距离）上传输高频信号必需和/或有帮助时才使用它们，由此可实现对它们更有效的利用。

图7所示为混合互连700的图，该混合互连为中平面750的一部分。混合互连包括接口753，引脚736-737和引脚756-757从此处突出。具体而言，引脚736-737可接合源LC，引脚756可接合近程FC，以及引脚757可接合耦合至远程FC的软连接（例如，高速电缆）。引脚736可连接至引脚756，以及引脚737可连接至引脚757。因此，源LC可通过引脚736转发指定给近程FC（或由其服务的近程LC）的包，并且可通过引脚737转发指定给远程FC（或由其服务的远程LC）的包。

图8所示为用以通过混合机箱互连来传输/转发包的可由源LC执行的方法800。方法800可在步骤810处开始，在此处LC可通过一个或多个入口端口（用作针对一个或多个用户的接入点的网络端口）接收多个包。接着，方法可进入步骤820，在此处LC可对包进行分类从而将指定给近程LC的那些包（例如，上述的包P1）与指定给远程LC的那些包（例如，上述的包P2）区分开。方法800随后行进至步骤830，在此处，源LC可通过第一多个端口转发指定给近程LC的那些包，其中第一多个端口通过硬连接耦合至近程交换结构。方法800随后行进至步骤840，在此处，源LC可通过第二多个端口转发指定给远程LC的那些包，其中第二多个端口通过软连接耦合至接口。接口为远程交换结构或FC的一部分或可与其耦合，该远程交换结构或FC服务于包P2所指定给的远程LC。

图9所示为机箱配置900的实施例，该机箱配置包括垂直配置的LC以及水平配置的FC，它们与一对中平面950和955相接合。如图所示，高速电缆（例如，高速电缆980）将中平面950的出口接口与远程FC的入口接口连接起来，并且将中平面955的出口接口与远程FC的入口接口连接起来。

图10所示为机箱配置1000的另一项实施例，该机箱配置包括垂直配置的LC以及水平配置的FC，它们与一对中平面1050和1055相接合。机箱配置1000与图9所示的机箱配置区别于以下几个方面。第一，这对中平面1050和1055处于垂直配置状态（例如，一个在另一个上面），而中平面950和955处于水平配置状态（例如，一个在另一个旁边）。第二，高速电缆（例如，高速电缆1080）将中平面1050的背面出口端口连接至中平面1055的正面入口端口。这使得从较高LC处发送的包可通过中平面1055由较低LC接收，而非由FC的单独接口接收。尽管未图示，但还可存在有高速电缆，该电缆将中平面1055的背面出口端口连接至中平面1050的正面入口端口，因此包可从较低LC处传输至较高FC处。

图11所示为机箱配置1100的另一项实施例，该机箱配置包括水平配置的LC和垂直配置的FC，它们与中平面1150相接合。如图所示，第一组高速电缆（例如，高速电缆1180）将中平面1150的背面出口端口与FC-2的端口互连，由此使得包可从较高LC（例如，LC-1）处发送至较低FC-2。类似地，第二组高速电缆（例如，高速电缆1190）将中平面1155的背面出口端口与FC-1的端口互连，由此使得包可从较低LC（例如，LC-2）处发送至较高FC-1。图9至图11所示的实施例仅为多种可能配置的一些实例，并且可进行结合和/或变更以满足多种设计和/或实践目标。

图12所示为可在LC中发现的计算引擎1200的实施例的方框图。计算引擎1200可包括处理器1204、存储器1206、网络接口1210、第一中平面接口1212和第二中平面接口1214，这些可如图12所示或其他方式来布置。处理器1204可为能够对包和/或其他有关处理的任务进行分类的任一部件，并且存储器1206可为能够为处理器1204存储程序和/或指令的任一部件。网络接口1210可为以下任一部件或各部件的任一集合（例如，端口），该部件或部件的集合允许计算引擎1200接收来自网络的包/将包转发至网络，并且可用作针对一个或多个用户的接入点。第一中平面接口1212和第二中平面接口1214可为允许计算引擎1200与中平面通信的任一部件或各部件的任一集合。例如，第一中平面接口1212可为以下端口集合，通过该端口集合，计算引擎1200转发送往至近程LC和/或FC的包；而第二中平面接口1214可为以下端口集合，通过该端口集合，计算引擎1200转发送往至远程LC和/或FC的包。

上述实施例的优势可使得8槽网络交换中心扩展至12或16槽，由此网络交换中心的容量增加了50%至100%。

第2011/0038371号美国专利申请公开以及第2011/0032934号美国专利申请公开与本发明可为相关的，并且以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。

在一些实施例中，软连接中x-电缆线束可用来代替混合连接。图13所示为示例性x-电缆线束1300，该x-电缆线束用于将一对LC1310、1320与一对FC1360、1370互连。x-电缆线束可减少设计限制和/或制造复杂性。在一些实施例中，软电缆可为带状电缆。

虽然已详细描述了本发明及其优点，但应理解，可在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下，作出各种改变、替代和更改。此外，本申请案的范围不希望限于本说明书中所描述的过程、机器、制造、物质成分、构件、方法和步骤的特定实施例。如所属领域的技术人员将从本发明的揭示内容容易了解，可根据本发明来利用执行与本文中所描述的对应实施例大致相同的功能或实现与本文中所描述的对应实施例大致相同的结果的目前存在或稍后将开发的过程、机器、制造、物质成分、构件、方法或步骤。因此，所附权利要求书既定在其范围内包括此类过程、机器、制造、物质成分、构件、方法或步骤。

Claims (20)

1.一种线卡，所述线卡包括：

第一组端口，所述第一组端口通过硬连接以通信方式耦合至第一交换结构，其中所述第一交换结构能够将数据转发至多个近程线卡中的任何一者，而不通过任何中间交换结构来转发所述数据；以及

第二组端口，所述第二组端口通过软连接以通信方式耦合至第二交换结构，其中所述第二交换结构能够将数据转发至多个远程线卡中的任何一者，而不通过任何中间交换结构来转发所述数据。

2.根据权利要求1所述的线卡，其中所述第一组端口在不使用任何软连接的情况下以通信方式耦合至所述第一交换结构。

3.根据权利要求1所述的线卡，其中所述软连接包括不满足印刷电路板（PCB）连接的刚度要求的至少一些低损耗导电材料，并且其中所述硬连接为PCB连接。

4.根据权利要求1所述的线卡，其中在不通过一个或多个中间交换结构来转发所述数据的情况下，所述第一交换结构不能直接将数据转发至远程线卡，并且其中所述第二交换结构不能直接将数据转发至近程线卡。

5.根据权利要求1所述的线卡，进一步包括：

第三组端口，所述第三组端口用于接收多个包；

处理器；以及

计算机可读存储媒体，所述计算机可读存储媒体存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括可进行如下操作的指令：

通过所述第三组端口接收所述多个包；

对所述多个包分类以将所述多个包的第一组与所述多个包的第二组区分开，所述第一组包指定给一个或多个所述近程线卡，所述第二组包指定给一个或多个所述远程线卡；

通过所述第一组端口转发所述第一组包；以及

通过所述第二组端口转发所述第二组包。

6.根据权利要求5所述的线卡，其中使用高频信号来传送所述近程的多个包。

7.根据权利要求1所述的线卡，其中所述第一交换结构为第一交换卡的一部分，所述第一交换卡包括所述硬连接，并且其中所述第二交换结构为第二交换卡的一部分，所述第二交换卡包括耦合至所述软连接的接口。

8.根据权利要求1所述的线卡，其中所述硬连接包括印刷电路板（PCB）连接，并且软连接包括高速电缆。

9.根据权利要求1所述的线卡，其中所述线卡与所述多个近程线卡中的每一者耦合至相同的中平面，但是与所述多个远程线卡中的每一者耦合至不同的中平面。

10.一种用于操作第一线卡的方法，所述方法包括：

通过所述第一线卡的入口接口接收多个包；

对所述多个包分类以将所述多个包的第一组与所述多个包的第二组区分开，所述第一组包指定给近程线卡，而所述第二组包指定给远程线卡；

通过第一硬连接将所述第一组包转发至第一交换结构，所述第一交换结构和所述第一硬连接为近程交换卡的部件；以及

通过软连接将所述第二组包转发至与第二交换结构相关联的接口，所述第二交换结构为远程交换卡的部件。

11.根据权利要求10所述的方法，其中与所述第二交换结构相关联的所述接口为所述远程交换卡的一部分。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一线卡、所述近程线卡和所述近程交换卡粘固至第一中平面，并且

其中所述远程线卡和所述远程交换卡粘固在第二中平面上，所述第二中平面与所述第一中平面是分离的且不相同。

13.根据权利要求12所述的方法，其中与所述第二交换结构相关联的所述接口为所述第二中平面的一部分，并且

其中在所述接口上接收的包通过第二硬连接而转发至所述第二交换结构，所述远程交换卡包括有所述第二硬连接。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一硬连接为印刷电路板（PCB）连接。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述软连接为高速电缆。

16.一种混合机箱，所述混合机箱包括：

第一交换卡，所述第一交换卡包括第一交换结构；

第二交换卡，所述第二交换卡包括第二交换结构；

第一组线卡，所述第一组线卡通过第一组硬连接耦合至所述第一交换结构，并且通过软连接耦合至与所述第二交换结构相关联的接口；以及

第二组线卡，所述第二组线卡耦合至所述第二交换卡。

17.根据权利要求16所述的混合机箱，其中所述第一组硬连接为所述第一交换卡的印刷电路板（PCB）连接，并且

其中所述软连接为高速电缆。

18.根据权利要求16所述的混合机箱，其中与所述第二交换结构相关联的所述接口粘固至所述第二线卡。

19.根据权利要求16所述的混合机箱，进一步包括：

第一连接平面，所述第一连接平面耦合至所述第一组线卡以及所述第一交换卡；以及

第二连接平面，所述第二连接平面耦合至所述第二组线卡以及所述第二交换卡，所述第二连接平面与所述第一连接平面是分离的且不相同。

20.根据权利要求19所述的混合机箱，其中与所述第二交换结构相关联的所述接口粘固至所述第二连接平面，并且其中在所述接口处接收的包通过第二多个硬连接而转发至所述第二交换结构，所述第二多个硬连接为所述第二交换结构的一部分。

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