CN106603443A - 一种在集群服务器系统中进行数据交换的方法 - Google Patents

一种在集群服务器系统中进行数据交换的方法 Download PDF

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Abstract

在目前服务器集群系统中，普遍采用安装交换机的方式，各个服务器节点与该多端口交换机直接互联。当交换机出现故障需要更换时，整个集群系统需要停止运行才可更换故障设备。针对当前集群服务器系统的维护效率低及系统成本优势不足的问题，本申请发明一种在集群服务器系统中进行数据交换方法，其主要技术方案为：在每个集群服务器系统的服务器节点上，建立双网络端口的数据交换控制单元，通过该单元将集群系统中相邻的服务器节点实现级联，通过内嵌服务器节点地址的封包数据，数据在各个不同节点之间传递，在实现邻近节点的数据交换的同时，通过数据交换控制单元的转发，实现非邻近节点的数据转发，保证系统的灵活性。

Description

一种在集群服务器系统中进行数据交换的方法
技术领域
本发明涉及计算机通信领域，具体涉及一种在集群服务器系统中进行数据交换的方法，其目的是用来解决当前集群系统的服务器节点数据交换设计中的维护效率低及系统成本优势不足的问题，为了保证集群服务器系统的高效运行，在实际集群服务器系统交换中，实现高效、低成本化数据网络交换。
背景技术
在目前的服务器集群系统中，为充分发挥服务器集群的运算及资源优势，需要在集群服务器中的各个服务器节点间进行数据传输，为实现数据在各个服务器节点间的交换传输，当前均普遍采用在集群服务器中安装交换机的方式，即将多端口的交换机安装在集群服务器中，各个服务器节点与该多端口交换机直接互联，随着服务器节点的应用增多，对交换机的需求与依赖越来越多，集群服务器系统的服务器节点数据交换方式成为影响系统稳定、高效运行的关键因素之一。其中的核心关键为集群系统中的交换机设备，当交换机出现故障需要更换时，整个集群系统需要停止运行，才可更换故障设备，无法实现集群系统的不间断运行维护。
当前集群服务器系统的数据交换方法存在明显的弊端：一是无法保证集群服务器系统的在线无缝维护，交换设备出现故障，需要集群服务器系统停止业务运行，严重影响集群服务器系统的运行效率；二是交换机设备的位置固定，所有节点接入交换机时，需要一对一的接入，由于网络布线空间密度高，导致整体网络成本投入高，对于轻量化的系统交换应用而言，集群服务器系统的成本不具备明显优势。
针对当前集群服务器系统的服务器节点数据交换设计中的维护效率低及系统成本优势不足的问题，为了保证集群系统的高效运行，在实际集群服务器系统中采用高效、低成本化数据网络交换的方法是决定集群系统优势的关键要素之一。
本发明结合数据网络链路信号工作特征等关键电气因素，发明一种在集群服务器系统中进行数据交换方法，其主要技术方案为：在每个集群服务器系统的服务器节点上，建立双网络端口的数据交换控制单元，通过该单元，将集群系统中相邻的服务器节点顺序的实现级联，通过内嵌服务器节点地址的封包数据，数据在各个不同节点之间传递，在实现邻近节点的数据交换的同时，同时通过数据交换控制单元的转发，实现非邻近节点的数据转发，保证系统的灵活性。
发明内容
本发明是以数据交换设计理论为支撑点，具体是利用集群服务器的数据交换设计方法，来解决当前集群服务器系统的服务器节点数据交换设计中的维护效率低及系统成本优势不足的问题。发明采用如下技术方案：
一种在集群服务器系统中进行数据交换的方法，集群服务器系统通过内嵌服务器节点地址的封包数据在各个不同节点之间传递，实现邻近节点的数据交换，同时通过数据交换控制单元的转发，实现非邻近节点的数据转发，其特征在于，该进行数据交换的方法具体包括如下步骤：在集群服务器系统的服务器节点上建立双网络端口的数据交换控制单元，在集群服务器系统的服务器节点上建立节点数据的发送控制机制，在集群服务器系统的服务器节点上建立节点数据的转发控制机制，在集群服务器系统的服务器节点上建立环形链接环，在集群服务器系统的服务器节点上建立节点负载自动均衡。
如上所述集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的双网络端口的数据交换控制单元是采用FPGA芯片MachXO建立，同时对外提供两个MDI电气标准的网络接口，两个网络端口对应不同的MAC地址，两个网络端口实现独立的数据转发传输。
如上所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的发送控制机制，用于控制双网络端口的数据交换控制单元，将CPU传输的数据通过网络接口传递给其他节点，该传递数据中包含目标接收节点上的数据交换控制单元MAC地址，保证准确数据链路的建立。
如上所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的转发控制机制，用于控制双网络端口的数据交换控制单元接收邻近服务器节点传输的数据，进行数据发送目标MAC地址判断，直到找到目标接收节点。
如上所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的环形链接环使集群中各服务器节点对应网络端口A/B可以实现相互通讯，将节点间的物理传输通道通过邻近节点的逐次对应连接起来。
如上所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的节点负载自动均衡采用的均衡方法为：当前服务器节点需要发送数据时，会向集群中所有MAC地址发送任务请求数据包，确认集群系统中每个节点的负载利用率，选取集群系统负载利用率最小的节点MAC作为目标接收MAC，建立源端和目标端的传输链路。
如上所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述双网络端口的数据交换控制单元的具体连接方式为，将主板端PCIE信号连接到该单元，实现与主板上CPU的PCIE链路通讯。
如上所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，在集群系统初始化过程中，将集群系统中所有服务器节点的数据交换控制单元所对应的MAC地址汇总成表格，并且存储在集群中的所有服务器节点的数据交换控制单元的EEPROM芯片中。
如上所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的转发控制机制，用于接收邻近服务器节点传输的数据，识别数据中所包含的目标节点的MAC地址，判断是否与本节点的MAC地址一致，如果一致则本节点接收，如果不一致则将数据通过另一个数据口继续传出，即将数据传输至下一个服务器节点，下一个节点同样依次进行数据目标地址判断，直到找到目标接收节点。
如上所述的的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的环形链接环，使集群中各服务器节点对应网络端口A/B可以实现相互通讯，即将第一个服务器节点上数据交换控制单元所对应网络端口B，通过千兆网线，链接到下一个相邻节点的数据交换控制单元所对应网络端口A，同时下一个相邻节点的数据交换控制单元所对应网络端口B，再链接在下一个节点对应双网络端口A，依次进行，将最后一个服务器节点的所对应网络端口B链接到第一个服务器节点上数据交换控制单元所对应网络端口A，至此集群服务器节点的环形链接环建立。
附图说明
图1、集群服务器节点的环形链接环
图2、集群服务器系统实施流程图
具体实施方式
下面对本发明的内容进行更加详细的阐述：
本发明申请的一种在集群服务器系统中进行数据交换的方法，集群服务器系统通过内嵌服务器节点地址的封包数据在各个不同节点之间传递，实现邻近节点的数据交换，同时通过数据交换控制单元的转发，实现非邻近节点的数据转发。
首先，采用FPGA芯片MachXO，在服务器节点上建立双网络端口的数据交换控制单元，将主板端PCIE信号连接到该单元，采用PCIE协议模拟与网络协议的模拟，实现与CPU的通讯，同时对外提供两个MDI电气标准的网络接口，两个网络端口对应不同的MAC地址，内置在FPGA的EEPROM中。
其次，建立服务器节点数据的发送控制机制，用于控制服务器节点上双网络端口的数据交换控制单元，将CPU传输的数据通过网络接口传递给其他节点。在系统初始化过程中，将集群中的所有服务器节点的数据交换控制单元所对应的MAC地址汇总成表格，并且存储在集群中的所有服务器节点的数据交换控制单元的EEPROM芯片中。
再次，建立服务器节点数据的转发控制机制，用于控制服务器节点上双网络端口的数据交换控制单元，接收邻近服务器节点传输的数据，识别数据中所包含的目标节点的MAC地址，判断是否与本节点的MAC地址一致，如果不一致则将数据通过另一个数据口继续传出，下一个节点同样依次进行数据目标地址判断，直到找到目标接收节点。
然后，如图1所示，建立集群服务器节点的环形链接环，使集群中各服务器节点对应网络端口A/B可以实现相互通讯，即将集群中的服务器节点逐次连接，将节点间的物理传输通道通过邻近节点的逐次对应连接起来。
最后，建立集群服务器节点负载自动均衡，保证目标任务能够得到高效执行，实现整个集群的最优化性能配置。即当前服务器节点需要发送数据时，会向集群中所有MAC地址发送任务请求数据包，确认集群系统中每个节点的负载利用率，选取集群系统负载利用率最小的节点MAC作为目标接收MAC，建立源端和目标端的传输链路，实现集群的自动均衡。
经过上面详细的实施，我们可以很方便的实现集群服务器节点的数据交换设计，不仅达到了可靠性要求，而且实现低成本要求，实现集群服务器系统的高可靠性、轻量化应用。

Claims (10)

1.一种在集群服务器系统中进行数据交换的方法，集群服务器系统通过内嵌服务器节点地址的封包数据在各个不同节点之间传递，实现邻近节点的数据交换，同时通过数据交换控制单元的转发，实现非邻近节点的数据转发，其特征在于，该进行数据交换的方法具体包括如下步骤：
在集群服务器系统的服务器节点上建立双网络端口的数据交换控制单元，
在集群服务器系统的服务器节点上建立节点数据的发送控制机制，
在集群服务器系统的服务器节点上建立节点数据的转发控制机制，
在集群服务器系统的服务器节点上建立环形链接环，
在集群服务器系统的服务器节点上建立节点负载自动均衡。
2.如权利要求1所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的双网络端口的数据交换控制单元是采用FPGA芯片MachXO建立，同时对外提供两个MDI电气标准的网络接口，两个网络端口对应不同的MAC地址，两个网络端口实现独立的数据转发传输。
3.如权利要求2所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的发送控制机制，用于控制双网络端口的数据交换控制单元，将CPU传输的数据通过网络接口传递给其他节点，该传递数据中包含目标接收节点上的数据交换控制单元MAC地址，保证准确数据链路的建立。
4.如权利要求3所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的转发控制机制，用于控制双网络端口的数据交换控制单元接收邻近服务器节点传输的数据，进行数据发送目标MAC地址判断，直到找到目标接收节点。
5.如权利要求4所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的环形链接环使集群中各服务器节点对应网络端口A/B可以实现相互通讯，将节点间的物理传输通道通过邻近节点的逐次对应连接起来。
6.如权利要求5所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的节点负载自动均衡采用的均衡方法为：当前服务器节点需要发送数据时，会向集群中所有MAC地址发送任务请求数据包，确认集群系统中每个节点的负载利用率，选取集群系统负载利用率最小的节点MAC作为目标接收MAC，建立源端和目标端的传输链路。
7.如权利要求4所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述双网络端口的数据交换控制单元的具体连接方式为，将主板端PCIE信号连接到该单元，实现与主板上CPU的PCIE链路通讯。
8.如权利要求1所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，在集群系统初始化过程中，将集群系统中所有服务器节点的数据交换控制单元所对应的MAC地址汇总成表格，并且存储在集群中的所有服务器节点的数据交换控制单元的EEPROM芯片中。
9.如权利要求1所述的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的转发控制机制，用于接收邻近服务器节点传输的数据，识别数据中所包含的目标节点的MAC地址，判断是否与本节点的MAC地址一致，如果一致则本节点接收，如果不一致则将数据通过另一个数据口继续传出，即将数据传输至下一个服务器节点，下一个节点同样依次进行数据目标地址判断，直到找到目标接收节点。
10.根据权利要求1所述的的集群服务器系统中进行数据交换的方法，其特征还在于，所述的环形链接环，使集群中各服务器节点对应网络端口A/B可以实现相互通讯，即将第一个服务器节点上数据交换控制单元所对应网络端口B，通过千兆网线，链接到下一个相邻节点的数据交换控制单元所对应网络端口A，同时下一个相邻节点的数据交换控制单元所对应网络端口B，再链接在下一个节点对应双网络端口A，依次进行，将最后一个服务器节点的所对应网络端口B链接到第一个服务器节点上数据交换控制单元所对应网络端口A，至此集群服务器节点的环形链接环建立。
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