CN105119849A - 一种交换机架构及应用于交换机架构的数据管理方法 - Google Patents

一种交换机架构及应用于交换机架构的数据管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种交换机架构及应用于交换机架构的数据管理方法，交换机架构包括：供电模块、PCIE扩展模块、多个交换芯片、中央处理单元CPU、背板模块、基板模块、EXTENSION扩展模块；所述交换芯片分别位于背板模块、EXTENSION扩展模块；中央处理单元CPU位于所述基板模块；位于背板模块、EXTENSION扩展模块的交换芯片之间相互连接，并且位于背板模块的交换芯片还与所述PCIE扩展模块、基板模块相连；中央处理单元CPU通过总线对位于背板模块、EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间的数据传输进行控制；实现了交换机数据链路带宽的最大利用率，大大提高了交换机的数据交换效率。

Description

一种交换机架构及应用于交换机架构的数据管理方法
技术领域
本发明属于交换机领域，尤其涉及一种交换机架构及应用于交换机架构的数据管理方法。
背景技术
随着信息技术的快速发展，各类电子产品的爆炸式增长，使得巨量的数据在不断产生，巨量数据的处理和存储，使原有的数据中心遇到了巨大的挑战。
而数据中心中的传统存储交换机面临带宽不足、数据链路带宽利用率低、可扩展性差、系统冗余性不好等问题。
发明内容
本发明提供一种交换机架构及应用于交换机架构的数据管理方法，以解决上述问题。
本发明提供一种交换机架构。上述交换机架构包括：供电模块、PCIE扩展模块、多个交换芯片、中央处理单元CPU、背板模块、基板模块、EXTENSION扩展模块；所述交换芯片分别位于背板模块、EXTENSION扩展模块；所述中央处理单元CPU位于所述基板模块；
位于背板模块、EXTENSION扩展模块的交换芯片之间相互连接，并且位于所述背板模块的交换芯片还与所述PCIE扩展模块、所述基板模块相连；
所述中央处理单元CPU通过总线对位于所述背板模块、所述EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间的数据传输进行控制。
本发明还提供一种应用于交换机架构的数据管理方法。上述方法包括以下步骤：
通过与背板模块相连的PCIE扩展模块，获取交换数据；其中，所述背板模块中的交换芯片与所述PCIE扩展模块相连；
中央处理单元通过总线，对所述背板模块中的交换芯片、EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间的数据传输进行控制；其中，所述背板模块中的交换芯片、EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间相互相连并且位于所述背板模块的交换芯片还与PCIE扩展模块、基板模块相连。
通过以下方案：交换机架构包括：供电模块、PCIE扩展模块、多个交换芯片、中央处理单元CPU、背板模块、基板模块、EXTENSION扩展模块；所述交换芯片分别位于背板模块、EXTENSION扩展模块；所述中央处理单元CPU位于所述基板模块；位于背板模块、EXTENSION扩展模块的交换芯片之间相互连接，并且位于所述背板模块的交换芯片还与所述PCIE扩展模块、所述基板模块相连；所述中央处理单元CPU通过总线对位于所述背板模块、所述EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间的数据传输进行控制；使得所有QSFP+接口连接的存储服务器同时共享PCIE_BOX中接入的PCIE设备(该设备支持SR-IOV功能)，实现了交换机数据链路带宽的最大利用率，大大提高了交换机的数据交换效率。
通过以下方案：所述PCIE扩展模块内有一标准X16PCIE插槽，用于插入PCIE卡设备；其中，所述PCIE扩展模块支持PCIE卡设备热插拔，同时，所述PCIE扩展模块自身也支持热插拔；使系统可靠性得以大大提升，避免了当PCIE卡设备损坏时必须整机断电维修对数据中心造成的巨大损失。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1所示为本发明实施例1的交换机硬件架构图；
图2所示为本发明实施例2的应用于交换机架构的数据管理方法处理流程图；
下面对本文中出现的专业名词进行说明：
PSU：PowerSuplyUnit；供电模块；
PCIE：PeripheralComponentInterfaceExpress；总线和接口标准。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1所示为本发明实施例1的交换机硬件架构图，包括两个供电模块(PSU_L；PSU_R)；PCIE扩展模块，包括两个PCIE_BOX，分别为PCIE_BOX_L；PCIE_BOX_R；三个交换芯片(PEX9797交换芯片、PEX9797_0交换芯片、PEX9797_1交换芯片)；背板模块即BACKPLANE；基板模块即BASE；中央处理单元CPU；EXTENSION扩展模块；
两个供电模块，提供了1+1冗余功能。
进一步地，所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片两两相互连接。
进一步地，所述PEX9797交换芯片通过连接器分别与所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片相连；所述PEX9797_0交换芯片与所述PEX9797_1交换芯片直接相连。
进一步地，所述中央处理单元CPU通过3路X1PCIEGEN2总线对所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片进行控制。
进一步地，所述中央处理单元CPU通过1路SMBus总线对所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片进行控制。
其中，所述中央处理单元CPU为IntelAtomCPU。
进一步地，所述供电模块PSU，用于输入220V交流电压，输出12V、5V直流电压。
进一步地，所述PCIE扩展模块内有一标准X16PCIE插槽，用于插入PCIE卡设备；其中，所述PCIE扩展模块支持PCIE卡设备热插拔，同时，所述PCIE扩展模块自身也可热插拔。
两种热插拔均通过同一个按钮和LED来完成。
进一步地，所述背板模块，用于提供其他板卡的数据交换功能、同源时钟、待机电源，同时可检测其他板卡状态。
进一步地，所述基板模块，用于提供背板PCIE信号对外的QSFP+接口，内包含一连接CPU板卡的插槽。
进一步地，所述CPU，用于监控、控制整机；还用于对外提供网口、串口等控制端口。
进一步地，所述EXTENSION扩展模块，用于进行QSPF+端口扩展，使整机对外端口增加。
如图1所示，带箭头黑线均为PCIEGEN3数据链路，每个QSFP+模块包含4个QSFP+接口，对应4路X4PCIE信号；其他链路均为X16PCIE信号。
进一步地，所述QSFP+接口均配置成Host模式；所述PCIE扩展模块配置成DownStream模式；其中，所述Host模式为上行端口，DownStream模式为下行端口。
所有QSFP+接口连接的Host均同时共享所述PCIE扩展模块(PCIE_BOX_L；PCIE_BOX_R)中插入的PCIE卡设备；其中，所述PCIE卡设备支持SR-IOV功能。
所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片为交换机整机对外提供32个QSFP+、2个X16PCIE插槽提供完整数据通路；所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片分别提供96LanePCIE数据传输线。
交换机整机对外端口总共包括160LanePCIE数据传输线。
每个交换芯片(所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片)的96LanePCIE信号总共分为6个Station，每个Station包含16个Lane，这16个Lane可配置成X4、X8、X16的组合，每组PCIELane对应一个Port，每个Station包含4个Port。
Port是划分PEX9797芯片上PCIE总线的单位，每个Port均可配置成Host、Fabric、DownStream三种模式中的一种。Host端口为上行端口，DownStream端口为下行端口，Fabric端口为连接到其他SWITCH的端口。
所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片之间连接方式和端口配置模式为:
a)背板模块即BACKPLANE中的PEX9797交换芯片的Port0连接到PCIE_BOX_L模块，配置为X16PCIE，端口模式为DownStream。
b)背板模块即BACKPLANE中的PEX9797交换芯片的Port4连接到PCIE_BOX_R模块，配置为X16PCIE，端口模式为DownStream。
c)背板模块即BACKPLANE中的PEX9797交换芯片的Port12连接到EXTENSION扩展模块中PEX9797_1的Port4，配置为X16PCIE，端口模式为Fabric。
d)背板模块即BACKPLANE中的PEX9797交换芯片的Port20连接到EXTENSION扩展模块中PEX9797_0交换芯片的Port0，配置为X16PCIE，端口模式为Fabric。
e)背板模块即BACKPLANE中的PEX9797交换芯片的Port8、Port9、Port10、Port11连接到基板模块即BASE中的QSFP+0，配置为X4PCIE，端口模式为Host。
f)背板模块即BACKPLANE中的PEX9797交换芯片的Port16、Port17、Port18、Port19连接到基板模块即BASE中的QSFP+1，配置为X4PCIE，端口模式为Host。
g)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_0交换芯片的Port0连接到背板模块即BACKPLANE中的PEX9797的Port20，配置为X16PCIE，端口模式为Fabric。
h)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_0交换芯片的Port4连接到PEX9797_1的Port0，配置为X16PCIE，端口模式为Fabric。
i)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_0交换芯片的Port12连接到PEX9797_1的Port8，配置为X16PCIE，端口模式为Fabric。
j)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_0交换芯片的Port8、Port9、Port10、Port11连接到QSFP+2，配置为X4PCIE，端口模式为Host。
k)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_0交换芯片的Port16、Port17、Port18、Port19连接到QSFP+3，配置为X4PCIE，端口模式为Host。
l)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_0交换芯片的Port20、Port21、Port22、Port23连接到QSFP+4，配置为X4PCIE，端口模式为Host。
m)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_1交换芯片的Port4连接到背板模块即BACKPLANE中的PEX9797的Port12，配置为X16PCIE，端口模式为Fabric。
n)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_1交换芯片的Port0连接到PEX9797_0的Port4，配置为X16PCIE，端口模式为Fabric。
o)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_1交换芯片的Port8连接到PEX9797_0的Port12，配置为X16PCIE，端口模式为Fabric。
p)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_1交换芯片的Port16、Port17、Port18、Port19连接到QSFP+5，配置为X4PCIE，端口模式为Host。
q)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_1交换芯片的Port20、Port21、Port22、Port23连接到QSFP+6，配置为X4PCIE，端口模式为Host。
r)EXTENSION扩展模块中的PEX9797_1交换芯片的Port12、Port13、Port14、Port15连接到QSFP+7，配置为X4PCIE，端口模式为Host。
图2所示为本发明实施例2的应用于交换机架构的数据管理方法处理流程图，包括以下步骤：
步骤201：通过与背板模块相连的PCIE扩展模块，获取交换数据；
其中，所述背板模块中的交换芯片与所述PCIE扩展模块相连；
步骤202：中央处理单元通过总线，对所述背板模块中的交换芯片、EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间的数据传输进行控制。
其中，所述背板模块中的交换芯片、EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间相互相连并且位于所述背板模块的交换芯片还与PCIE扩展模块、基板模块相连。
通过以下方案：交换机架构包括：供电模块、PCIE扩展模块、多个交换芯片、中央处理单元CPU、背板模块、基板模块、EXTENSION扩展模块；所述交换芯片分别位于背板模块、EXTENSION扩展模块；所述中央处理单元CPU位于所述基板模块；位于背板模块、EXTENSION扩展模块的交换芯片之间相互连接，并且位于所述背板模块的交换芯片还与所述PCIE扩展模块、所述基板模块相连；所述中央处理单元CPU通过总线对位于所述背板模块、所述EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间的数据传输进行控制；使得所有QSFP+接口连接的存储服务器同时共享PCIE_BOX中接入的PCIE设备(该设备支持SR-IOV功能)，实现了交换机数据链路带宽的最大利用率，大大提高了交换机的数据交换效率。
通过以下方案：所述PCIE扩展模块内有一标准X16PCIE插槽，用于插入PCIE卡设备；其中，所述PCIE扩展模块支持PCIE卡设备热插拔，同时，所述PCIE扩展模块自身也支持热插拔；使系统可靠性得以大大提升，避免了当PCIE卡设备损坏时必须整机断电维修对数据中心造成的巨大损失。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交换机架构，其特征在于，包括供电模块、PCIE扩展模块、多个交换芯片、中央处理单元CPU、背板模块、基板模块、EXTENSION扩展模块；所述交换芯片分别位于背板模块、EXTENSION扩展模块；所述中央处理单元CPU位于所述基板模块；
位于背板模块、EXTENSION扩展模块的交换芯片之间相互连接，并且位于所述背板模块的交换芯片还与所述PCIE扩展模块、所述基板模块相连；
所述中央处理单元CPU通过总线对位于所述背板模块、所述EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间的数据传输进行控制。
2.根据权利要求1所述的交换机架构，其特征在于，供电模块为两个，分别为PSU_L、PSU_R；PCIE扩展模块为两个PCIE_BOX，分别为PCIE_BOX_L、PCIE_BOX_R；交换芯片为三个，分别为PEX9797交换芯片、PEX9797_0交换芯片、PEX9797_1交换芯片；背板模块为BACKPLANE；基板模块为BASE；其中，所述PEX9797交换芯片位于所述背板模块；所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片位于所述EXTENSION扩展模块。
3.根据权利要求2所述的交换机架构，其特征在于，所述PEX9797交换芯片通过连接器分别与所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片相连；所述PEX9797_0交换芯片与所述PEX9797_1交换芯片直接相连；所述PEX9797交换芯片通过连接器分别与所述PCIE_BOX_L、PCIE_BOX_R相连。
4.根据权利要求3所述的交换机架构，其特征在于，对所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片之间的连接端口、对所述PEX9797交换芯片与所述PCIE_BOX_L、PCIE_BOX_R、所述基板模块之间的连接端口进行参数配置。
5.根据权利要求2所述的交换机架构，其特征在于，所述中央处理单元CPU通过3路X1PCIEGEN2总线对所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片之间的数据传输进行控制；或者；
所述中央处理单元CPU通过1路SMBus总线对所述PEX9797交换芯片、所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片之间的数据传输进行控制。
6.根据权利要求2所述的交换机架构，其特征在于，所述PCIE扩展模块内有一标准X16PCIE插槽，用于插入PCIE卡设备；其中，所述PCIE扩展模块支持PCIE卡设备热插拔，同时，所述PCIE扩展模块自身也支持热插拔。
7.根据权利要求1所述的交换机架构，其特征在于，所述背板模块，用于提供板卡的数据交换、同源时钟、待机电源，同时检测板卡状态；
所述基板模块，用于提供背板PCIE信号对外的QSFP+接口，内包含一连接CPU板卡的插槽；
所述CPU，用于监控、控制交换机；还用于对外提供网口、串口；
所述EXTENSION扩展模块，用于进行QSPF+端口扩展，使交换机对外端口增加。
8.根据权利要求2所述的交换机架构，其特征在于，还包括多个QSFP+模块；其中，所述多个QSFP+模块分别位于所述基板模块、所述EXTENSION扩展模块并且位于所述EXTENSION扩展模块中的QSFP+模块分别与所述PEX9797_0交换芯片、所述PEX9797_1交换芯片相连。
9.根据权利要求8所述的交换机架构，其特征在于，每个QSFP+模块包含4个QSFP+接口，对应4路X4PCIE信号；其中，所述QSFP+接口均配置成Host模式；所述PCIE扩展模块配置成DownStream模式；
所有QSFP+接口连接的Host均共享所述PCIE_BOX_L；所述PCIE_BOX_R中插入的PCIE卡设备。
10.一种应用于权利要求1-9中任一项权利要求的交换机架构的数据管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过与背板模块相连的PCIE扩展模块，获取交换数据；其中，所述背板模块中的交换芯片与所述PCIE扩展模块相连；
中央处理单元通过总线，对所述背板模块中的交换芯片、EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间的数据传输进行控制；其中，所述背板模块中的交换芯片、EXTENSION扩展模块中的交换芯片之间相互相连并且位于所述背板模块的交换芯片还与PCIE扩展模块、基板模块相连。
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