CN104486256A - 面向融合架构服务器的多平面交换网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，提出了一种支持多网络平面交换的融合交换模块，所述融合交换模块包括信息处理模块、信号转换模块、网络交换模块和背板连接单元，信息处理模块与网络交换模块交互，网络交换模块中集成千兆、万兆网络交换适配模块，千兆网络交换适配模块经背板连接单元与计算节点的集成适配器连接，万兆网络交换适配模块通过背板连接单元与计算节点的扩展适配器连接；实现在同一交换模块上同时、单独对低速和高速网络的支持，并将低速网与高速网络进行分离，提高了计算节点与网络交换模块间的数据通路带宽，有效提高网络设备的利用率，简化客户的应用和管理成本。

Description

面向融合架构服务器的多平面交换网络设备

技术领域

本发明涉及计算机、服务器集群调试中的岗位操作领域，具体地说是面向融合架构服务器的多平面交换网络设备。

背景技术

目前传统的刀片服务器在支持网络交换模块普遍存在着两方面的限制：

(1)在现存刀片服务器架构中的网络互联部分中，刀片端的网络适配器与交换模块间均采用一条单一的数据通路，此通路根据传输信号速率的不同分成两种信号连接的模式，一种是SGMII模式支持低速1Gb/s的以太网，另一种是KR模式支持高速的10/40Gb/s的以太网。由于刀片服务器往往采用高密度的设计，与同规格、同平台的机架服务器相比，扩展能力是常规机架服务器的1/2，这种单一的数据通道设计不但影响了刀片服务器网络的扩展能力，同时无法提高网络数据的传输带宽，造成网络应用的单一与不畅。

(2)目前在刀片服务器内部，均采用网络适配器与交换模块一一对应的设计模式，即一个交换模块只对应一种网络适配器，造成资源的限制、浪费。现有业界最新的刀片系统中，在计算节点端通常会有设计能同时支持3个网络适配器，1个本地集成网络适配器，2个本地扩展网络适配器，而往往考虑数据应用的冗余性，架构均采用每个网络适配器出两个链路去分别连接两个交换模块的设计，故若3个适配器都要同时使用的话，系统需要有6个交换模块，且交换模块只能支持单一的应用，造成整个系统的交换成本增加。

随着网络数据量的爆炸式增长，对网络交换设备的功能和集成度都提出了很多的需求，在目前刀片服务器系统中，通常面向不同应用来选择不同的网络交换设备，这种设计会带来交换设备资源的浪费，造成整个系统交换成本增加。随着多功能网络芯片以及高密度集成电路技术的发展，如何打破原有系统架构的限制，开发面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，可以有效提高网络设备的利用率，简化客户的应用和管理成本。

发明内容

本方明针对现有技术存在的不足之处，提供一种面向融合架构服务器的多平面交换网络设备。

本发明所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其解决所述技术问题采用的技术方案是：该面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，提出了一种支持多网络平面交换的融合交换模块，所述融合交换模块包括信息处理模块、信号转换模块、网络交换模块和背板连接单元，所述网络交换模块是整个融合交换模块的核心部分主要承担业务数据的接收、传递与转发，所述信息处理模块是整个融合交换模块中的核心运算单元，负责整个模块上数据交换的分析、处理以管理数据的运算及指令的发送，并且信息处理模块与网络交换模块交互，实现对网络交换模块中数据信息的分析及处理；

所述网络交换模块同时集成千兆网络交换适配模块和万兆网络交换适配模块，所述千兆网络交换适配模块经信号交换模块与背板连接单元连接，最终与刀片系统中计算节点上的集成适配器连接，所述万兆网络交换适配模块通过背板连接单元与刀片系统中计算节点上的扩展适配器连接；所述信息处理模块与背板连接单元相连，同时信息处理单元分别与万兆交换适配模块和千兆交换适配模块交互，对其数据信息进行分析及处理；所述网络交换模块还包括对外数据通讯模块，所述千兆网络交换适配模块和万兆交换适配模块对外通过对外数据通讯模块与客户的应用层进行交互。

优选的，所述融合交换模块设置有管理系统，所述管理系统包括系统管理模块、管理控制模块、系统中背板、信号转换模块1、电压转换模块和电压控制模块，所述融合交换模块经背板连接单元连接系统中背板与管理系统交互，接收管理系统的控制和管理；所述管理控制模块是整个系统上的核心单元，负责对整个模块进行管理，所述系统管理模块经系统中背板与管理控制模块相连，所述电压转换模块主要负责整个融合交换模块上硬件器件电压的供给，所述电压管理模块负责管理融合交换模块上电压，当管理控制模块检测到融合交换模块上的散热风扇在位且状态正常后，会通知电压转换模块开启给各器件提供电压的输入；若检测到异常则会通知电压转换模块关闭；

当系统管理模块要访问融合交换模块时，系统管理模块通过SMC_SEL通知管理控制模块，由管理控制模块分配访问的权限；若管理控制模块选择由SMC0来访问，则管理控制模块会通过SMC_SEL信号通知信号交换模块1，当信号交换模块1接收到管理控制模块的选通信号后启动SMC0_I2C的通路，则系统管理模块即可通过I2C的通路来获取融合交换模块的基本信息。

本发明的面向融合架构服务器的多平面交换网络设备和现有技术相比具有的有益效果是：所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，突破以往刀片服务器交换模块与前端计算节点间单一数据通讯链路的局限，首次提出一种支持多网络平面交换的融合交换模块，在同一交换模块上实现了同时、单独对低速1Gb和高速10Gb网络的支持，同时将低速网与高速网络进行分离，一方面客户可以根据自己的业务选择合适的硬件平台，另一方面将故障进行有效的分离提高整个融合交换模块的冗余性，而且通过此融合交换模块在业界首次将计算节点与网络模块间的数据通路带宽提高了2倍，进一步扩展了刀片服务器的网络扩展能力，可以有效提高网络设备的利用率，简化客户的应用和管理成本。

附图说明

      附图1为传统的刀片服务器节点端适配器与网络交换模块互联架构；

      附图2 为所述融合交换模块与计算节点端适配器互联架构图；

附图3为所述融合交换模块的架构框图；

附图4为所述融合交换模块的管理系统的架构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参考附图，对本发明所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备进一步详细说明。

本发明所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，基于数据互联的通道数量，首次提出一种面向高密度刀片服务器支持多网络平面交换的融合交换模块，所述融合交换模块的架构主要由信息处理模块、信号转换模块、背板连接单元和网络交换模块等构成，其中，所述网络交换模块是整个模块架构的核心部分主要承担业务数据的接收、传递与转发，所述网络交换模块对内通过背板连接单元与刀片系统中计算节点上的适配器进行连接；所述信息处理模块作为整个系统中的核心运算单元，负责整个模块上数据交换的分析、处理以管理数据的运算及指令的发送，并且信息处理模块与网络交换模块交互，实现对网络交换模块中数据信息的分析及处理。

实施例1：

本实施例所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，所述网络交换模块中同时集成千兆网络交换适配模块和万兆网络交换适配模块。刀片系统中计算节点上的适配器根据承载数据类型的不同，通常分为面向大数据、高吞吐量的扩展适配器和面向低并发量、低带宽的集成适配器。

本实施例所述融合交换模块，能实现同时对刀片系统的扩展和集成适配器应用的支持。所述千兆网络交换适配模块经信号交换模块与背板连接单元连接，最终与刀片系统中计算节点上的集成适配器连接，所述万兆网络交换适配模块通过背板连接单元与刀片系统中计算节点上的扩展适配器连接；所述信息处理模块与背板连接单元相连，同时信息处理单元分别与万兆交换适配模块和千兆交换适配模块交互，对其数据信息进行分析及处理；所述网络交换模块还包括对外数据通讯模块，所述千兆网络交换适配模块和万兆交换适配模块对外通过对外数据通讯模块与客户的应用层进行交互。

从实施例1的技术方案可知，所提出的融合交换模块用一款网络交换模块能替代以往两款网络交换模块的应用，将原有系统交换模块的应用成本降低了50%；这种新架构首次将刀片计算节点与网络模块间的数据通路带宽增加了1倍。

附图1为传统的刀片服务器节点端适配器与网络交换模块互联架构，在现有的架构中计算节点端通常同时支持3个网络适配器，1个本地网络集成适配器和2个本地网络扩展适配器，目前系统中针对不同的适配器会采用不同的网络交换模块来与之对应，比如图1中传统互联架构设置了网络交换模块A和网络交换模块B，其中网络交换模块A中包括万兆交换适配模块，网络交换模块B中包括千兆交换适配模块。针对计算节点中扩展适配器1，由于扩展适配器面向的是高带宽、大数据量的传输应用需求，因此会采用支持10Gb的万兆交换适配模块来与之配合；同样，由于集成适配器主要承载的是简单的数据管理类的应用，都是基于IPMI的简单网络数据包，因此传输通道不需要具备很高的传输带宽，同时管理数据不是时时的都会发生，因此整个网络传输通道负载相对低，根据此特性通常会采用支持1Gb的千兆交换适配模块来与之配合。

附图2 为融合交换模块与计算节点端适配器互联架构图；在本发明融合交换模块的架构图中，在一个网络交换模块中首次创新设计了万兆交换适配模块和千兆交换适配模块，其中万兆交换适配模块用于连接计算节点中的扩展适配器，用来满足高带宽、大数据量的传输应用需求；千兆交换适配模块用于连接计算节点中的集成适配器，用来满足对简单IPMI管理数据包的应用需求。相对附图1的传统互联架构来说，本实施例所述融合交换模块可以节省掉一个网络交换模块，使系统中交换设备的成本节省50%。

实施例2：

本实施例所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，所述网络交换模块的对外数据通讯模块包括千兆传输模块、万兆传输模块和高速传输模块，其中，所述千兆网络交换适配模块通过信号转换模块与千兆传输模块连接，所述万兆网络交换适配模块与万兆传输模块和高速传输模块交互通信。这样网络交换模块即可实现对外通过千兆传输模块、万兆传输模块和高速传输模块与客户的应用层进行连接；实现在系统中只需搭配一个融合交换模块的基础上，能够满足客户对不同种网络通讯的需求。同时本实施例这种从硬件底层设计上对不同网络进行针对性设计，一方面客户可以根据自己的业务选择合适的硬件平台，另一方面可以将不同应用从最底部的物理传输层进行隔离，使故障进行有效的分离，提高了整个架构数据安全性。

本实施例所述融合交换模块中还可以设置子卡插接件，所述万兆网络交换适配模块通过子卡插接件连接到高速传输模块。

在实施例1的基础上，所述信息处理模块还分别与高速数据存储模块、扩展存储模块和非易失性存储模块连接，不同的存储模块会用来存放不同应用的数据，信息处理模块对其存储数据进行运算和存储；此外所述融合交换模块还包括管理接入模块，所述信息处理模块通过信号转换模块，将自身的UART信号转换成SGMII信号连接到管理接入模块，客户通过管理接入模块可以实现远程对融合交换模块的状态进行查询和管理。

从实施例2所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备的技术方案可知，所述融合交换模块基于双链路设计，将低速网与高速网络进行分离，一方面客户可以根据自己的业务选择合适的硬件平台，另一方面可以将不同应用从最底部的物理传输层进行隔离，使故障进行有效的分离，使得整个架构的数据安全性提高100% ；同时可以通过所述融合交换模块实现对融合系统中强浮点计算型、高密度低功耗、四路强计算扩展型等多种类型计算模块的支持。

实施例3：

本实施例所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备， 如附图3所示，所述融合交换模块中主要包括信息处理模块、万兆网络交换适配模块、千兆网络交换适配模块、信号转换模块1、信号转换模块2、信号转换模块3、背板连接单元等；其中千兆网络交换适配模块通过信号转换模块1与背板连接单元相连，同时通过信号转换模块2与千兆传输模块相连，万兆网络交换适配模块与背板连接单元交互通信，同时万兆网络交换适配模块分别与万兆传输模块、高速传输模块连接通信。

所述信息处理模块与背板连接单元相连，且信息处理模块通过PCIe x1的信号连接到千兆交换适配模块上，通过PCIe x2的信号连接到万兆交换适配模块上，实现对两交换适配模块中数据信息的分析及处理；信息处理模块还分别与高速数据存储模块、扩展存储模块和非易失性存储模块连接，对其存储数据进行运算和存储；此外所述融合交换模块还包括管理接入模块，所述信息处理模块通过信号转换模块3，将自身的UART信号转换成SGMII信号连接到管理接入模块，客户通过管理接入模块可以远程查询和管理融合交换模块的状态。

在实施例2的基础上，所述融合交换模块还包括风扇管理单元，所述风扇管理单元与所述背板连接单元交互通信，同时风扇管理单元连接散热风扇来管理散热风扇的工作状态。

本实施例中，所述万兆交换适配模块采用的是BCM56842的芯片，对内有32个数据传输通道，通过KR的信号经背板连接单元连接到计算刀片上的扩展适配器；对外共有24个数据通道，其中有8组通道通过SFI信号引出连接万兆传输模块，支持标准的10Gb以太网数据传输，另外的8组通道通过RXLOSS信号引出连接到万兆传输模块，同时支持标准的10Gb以太网和FCoE数据传输；剩余的8组通道通过40GBASE-KR4和MIIM信号传递到高速传输模块，支持40Gb的以太网数据传输。

所述千兆交换适配模块采用的是BCM56142的芯片，对内由16个数据传输通道，通过信号转换模块1将BCM56142的QSGMII的信号转换成SGMII的信号经背板连接单元连接到计算刀片上的集成适配器；对外共有8个数据通道，通过信号转换模块2将QSGMII的信号转换成SGMII信号引出连接千兆传输模块，支持低速的1Gb以太网数据传输。

实施4：

实施例1至实施例3所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，所述提出的融合交换模块设置有管理系统，如附图4所示，所述管理架构包括系统管理模块（附图4中无显示）、管理控制模块、系统中背板、信号转换模块1、电压转换模块、电压控制模块等，所述融合交换模块经背板连接单元连接所述系统中背板与管理系统交互，接收管理系统的控制和管理。

所述管理系统架构中，管理控制模块是整个系统上的核心单元，负责整个模块上管理功能的实现，系统管理模块通过两组SMC_SEL信号连接到系统中背板，当系统管理模块要访问融合交换模块时，系统管理模块会通过SMC_SEL通知管理控制模块，由管理控制模块分配访问的权限。若管理控制模块选择由SMC0来访问，则管理控制模块会通过SMC_SEL信号通知信号交换模块1，信号交换模块1主要负责I2C链路的选通，当信号交换模块1接收到管理控制模块的选通信号后会启动SMC0_I2C的通路，则系统管理模块就可以通过I2C的通路来获取融合交换模块的基本信息，例如融合交换模块的在位状态、核心温度、电压度数、MAC地址、序列号等基本的信息。

所述电压转换模块主要负责整个融合交换模块上个硬件器件电压的供给，由于系统中背板提供给融合交换模块的是12V电，而融合交换模块的各种硬件器件通常只需3.3V和1.5V电压，则通过电压转换模块即可将12V电转换成各器件需要的电压，保证融合交换模块上各种硬件器件稳定运行。所述电压管理模块负责管理融合交换模块上电压，当管理控制模块检测到融合交换模块上的散热风扇在位且状态正常后，会通知电压转换模块开启给个器件提供电压的输入；若检测到异常则会通知电压转换模块关闭，保证各个硬件器件不会损毁。

所述管理系统架构中还设置了平台信息存储模块，所述平台信息存储模块包括序列号、生产厂商的信息、出货日期及MAC地址。所述融合交换模块的信息处理模块主要用来负责融合交换模块上交换数据的处理，由于系统管理模块和融合交换模块都会去访问平台信息存储模块，所述平台信息存储模块的访问权限同样由管理控制模块来分配，这样可对资源访问有序管理避免资源访问的冲突；所述管理系统架构还包括信号转换模块2，信号转换模块2用于融合交换模块访问平台信息存储模块。

正常情况下，首先由系统管理模块对平台信息存储模块进行访问，当融合交换模块要访问平台信息存储模块时，融合交换模块向管理控制模块发送请求，管理控制模块当确认系统管理模块不访问平台信息存储模块时，会通过CPU_EN信号发给信号交换模块2，则信号交换模块2开启，信息处理模块可通过I2C总线来访为平台信息存储模块。同时，所述系统管理模块可以通过SGMII_SMC信号来直接访问融合交换模块上的信息处理模块，可以给信息处理模块发送指令，即可直接获取整个融合交换模块上的信息。

所述系统管理模块可以通过SPI BUS来直接访问融合交换模块上的非易失性存储模块，非易失性存储模块上存储着基本的配置信息，用来做融合交换模块的启动配置。此外，所述管理系统架构还包括温度监控模块和风扇控制模块，所述系统管理模块可通过I2C_BUS链路访问温度监控模块，来获取整个融合交换模块上的温度信息，根据获取的温度信息，管理控制模块通过FAN_ALERT_N信号通知风扇控制模块来调节融合交换模块上的散热风扇，进而确保整个模块的散热效果。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的权利要求书的且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，提出了一种支持多网络平面交换的融合交换模块，所述融合交换模块包括信息处理模块、信号转换模块、网络交换模块和背板连接单元，所述网络交换模块是整个融合交换模块的核心部分主要承担业务数据的接收、传递与转发，所述信息处理模块是整个融合交换模块中的核心运算单元，负责整个模块上数据交换的分析、处理以管理数据的运算及指令的发送，并且信息处理模块与网络交换模块交互；其特征在于，所述网络交换模块同时集成千兆网络交换适配模块和万兆网络交换适配模块，所述千兆网络交换适配模块经信号交换模块与背板连接单元连接，最终与刀片系统中计算节点上的集成适配器连接，所述万兆网络交换适配模块通过背板连接单元与刀片系统中计算节点上的扩展适配器连接；所述信息处理模块与背板连接单元相连，同时信息处理单元分别与万兆交换适配模块和千兆交换适配模块交互，对其数据信息进行分析及处理；所述网络交换模块还包括对外数据通讯模块，所述千兆网络交换适配模块和万兆交换适配模块对外通过对外数据通讯模块与客户的应用层进行交互。

2.根据权利要求1所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述网络交换模块的对外数据通讯模块包括千兆传输模块、万兆传输模块和高速传输模块，其中，所述千兆网络交换适配模块通过信号转换模块与千兆传输模块连接，所述万兆网络交换适配模块与万兆传输模块和高速传输模块交互通信。

3.根据权利要求1所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述信息处理模块还分别与高速数据存储模块、扩展存储模块和非易失性存储模块连接，信息处理模块对各个存储模块中存储数据进行运算和存储。

4.根据权利要求3所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述融合交换模块还包括管理接入模块，所述信息处理模块通过信号转换模块连接到管理接入模块，客户通过管理接入模块可能够远程对融合交换模块的状态进行查询和管理。

5.根据权利要求1所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述融合交换模块还包括风扇管理单元，所述风扇管理单元与所述背板连接单元交互通信，同时风扇管理单元连接散热风扇来管理散热风扇的工作状态。

6.根据权利要求1所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述万兆交换适配模块采用的是BCM56842的芯片，所述千兆交换适配模块采用的是BCM56142的芯片。

7.根据权利要求1至6任一所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述融合交换模块设置有管理系统，所述管理系统包括系统管理模块、管理控制模块、系统中背板、信号转换模块1、电压转换模块和电压控制模块，所述融合交换模块经背板连接单元连接系统中背板与管理系统交互，接收管理系统的控制和管理；所述管理控制模块是整个系统上的核心单元，负责对整个模块进行管理，所述系统管理模块经系统中背板与管理控制模块相连，所述电压转换模块主要负责整个融合交换模块上硬件器件电压的供给，所述电压管理模块负责管理融合交换模块上电压，当管理控制模块检测到融合交换模块上的散热风扇在位且状态正常后，会通知电压转换模块开启给各器件提供电压的输入；若检测到异常则会通知电压转换模块关闭；

当系统管理模块要访问融合交换模块时，系统管理模块通过SMC_SEL通知管理控制模块，由管理控制模块分配访问的权限；若管理控制模块选择由SMC0来访问，则管理控制模块会通过SMC_SEL信号通知信号交换模块1，当信号交换模块1接收到管理控制模块的选通信号后启动SMC0_I2C的通路，则系统管理模块即可通过I2C的通路来获取融合交换模块的基本信息。

8.根据权利要求7所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述管理系统架构中还设置了平台信息存储模块，所述系统管理模块和融合交换模块都会访问平台信息存储模块，所述平台信息存储模块的访问权限由管理控制模块来分配；所述管理系统架构还包括信号转换模块2，信号转换模块2用于融合交换模块访问平台信息存储模块；首先由系统管理模块对平台信息存储模块进行访问，当融合交换模块要访问平台信息存储模块时，融合交换模块向管理控制模块发送请求，管理控制模块当确认系统管理模块不访问平台信息存储模块时，会通过CPU_EN信号发给信号交换模块2，则信号交换模块2开启，融合交换模块的信息处理模块可通过I2C总线来访为平台信息存储模块；且所述系统管理模块可以通过SGMII_SMC信号来直接访问信息处理模块，给信息处理模块发送指令，直接获取整个融合交换模块上的信息。

9.根据权利要求7所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述系统管理模块通过SPI BUS直接访问融合交换模块上的非易失性存储模块。

10.根据权利要求7所述面向融合架构服务器的多平面交换网络设备，其特征在于，所述管理系统架构还包括温度监控模块和风扇控制模块，所述系统管理模块通过I2C_BUS链路访问温度监控模块，来获取整个融合交换模块上的温度信息，根据获取的温度信息，管理控制模块通过FAN_ALERT_N信号通知风扇控制模块来调节融合交换模块上的散热风扇。