CN106921595B

CN106921595B - 利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器

Info

Publication number: CN106921595B
Application number: CN201610037041.7A
Authority: CN
Inventors: 李中旺; 葛其永
Original assignee: Alpha Networks Inc
Current assignee: Alpha Networks Inc
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: CN106921595A; US20170188480A1; TW201723725A; TWI601000B; US10271113B2

Abstract

一种利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器，包括一背板，安装在一机架上，其上设有至少一连接介面；至少一接线卡，插接到对应的连接介面上，该接线卡上设有一网络交换芯片，该网络交换芯片用于执行本地网络信号的交换；至少一交换卡，插接到对应的连接介面上，以通过背板，与接线卡相连接，该交换卡上设有一互连交换芯片，该互连交换芯片用于执行接线卡间信号的交换，且其数量等于接线卡的数量；及一回路，通过该背板上插设有该接线卡的连接介面，令该网络交换芯片及互连交换芯片上原本未直接相连的对应端口相互连接。

Description

利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器

技术领域

本发明涉及一种机架式交换器(chassis switch)，尤其涉及一种利用分散式背板(distributed backplane)，令其上插接的接线卡(line cards)端口能相互连接(interconnect)的机架式交换器，以期在该机架式交换器内未插满接线卡的状态下，能以最低的建构成本，令该机架式交换器上插接的每张接线卡的端口均能有效执行本地网络交换(local network access switch)及卡间交换(card interconnection switch)的功能，进而使该机架式交换器上的网络交通保持无堵塞的全速运作状态。

背景技术

请参阅图1所示，机架式交换器10是一种外观依照统一标准设计的伺服器，以配合一机架11统一使用，其设计宗旨主要是为了尽可能减少伺服器空间的占用，而减少空间的直接好处就是在机房托管时的价格会便宜很多，此外，由于机架式交换器10在外型和设计上有统一的标准，其协同性和管理性亦较强。一般而言，机架式交换器10的宽度为19英寸，高度以U为单位(1U＝1.75英寸＝44.45毫米)，通常有1U、2U、3U、4U、5U、7U几种标准的伺服器，机架11的尺寸也是采用通用的工业标准，通常从22U到42U不等；机架11内按U的高度设有可拆卸的滑动拖架，用户可根据自己伺服器的标高，灵活调节高度，以存放伺服器、集线器、磁盘阵列柜等网络设备，伺服器摆放好后，它的所有I/O线全部从机架11的后方引出(机架式交换器10的所有介面也在后方)，统一安置在机架11的线槽中，一般均贴有标号，以便于管理。机架式交换器10适用的族群主要是对伺服器数量需求较多者，如：需要集中管理的互联网企业……等。

请再参阅图1所示，传统的机架式交换器10(chassis switch)通常至少包括多张(甚至，十几张)接线卡(line cards)12、一背板(backplane)13及至少一交换卡(switchcards)14等基本构件，其中，该背板(backplane)13安装在机架11的背侧，其上设有多个连接介面(connectors)131，以供插接设计数量的该等接线卡12及交换卡14，该等接线卡12及交换卡14由机架11的前侧分别插接到各该连接介面131上，以通过该背板13，将该等接线卡12及交换卡14连接起来，进行网络信号的交换，因此，为令插设在该传统机架式交换器10上的所有接线卡12均能同时全速运作而无堵塞(Non-blocking)的现象，该背板13自然必需具备足够的频宽及非常高速的传输能力。

一般而言，再请参阅图1所示，用户在建置机架式网络交换系统之初，为节省费用的不必要支出且避免资源的闲置浪费，通常只会购买机架11与少量的接线卡12，以后，随着网络需求的增加，再逐步增加接线卡12的数量。然而，随着网络规格的逐步提升，接线卡12的信号传输速度也愈来愈快，使得累积到背板13的交通需求也愈来愈大，单一组背板13的信号传输速度已无法搭配该等接线卡12的传输速度，进而导致无法胜任令所有接线卡12间同时进行无堵塞(Non-blocking)或低延迟(Low Latency)的全速运作任务。据此，新的机架式交换器乃因应而生，其设计方式是将前述的集中式背板13的信号打散，请参阅图2所示，分布在多组的背板信号线132上，于是，便有ANSI/TIA-942-A-1标准建议的两级胖树(2-stage fat tree)的网状(mesh)连接方式，此种交换器即所谓的“具分散式背板设计的机架式交换器”，其具备下列两大特性：

1、请再参阅图1及图2所示，其上所需的电路芯片(以下简称“芯片”)，至少包括“网络交换(access switch)芯片”121与“互连交换(interconnection switch)芯片”141两种，其中，该网络交换芯片121装设在每一张接线卡12上，该互连交换芯片141则装设在该交换卡14上；以及

2、该等接线卡12通过其上的网络交换芯片121，将其输出入端口(port)送收的网络信号，通过该互连交换芯片141，进行该接线卡12的对内端口间的信号交换，以形成无堵塞的信号交换架构。

现以采用胖树结构的32端口的机架式交换器为例说明，请参阅图1及图3A所示，该机架式交换器由四张接线卡12(编号分别为#0、#1、#2、#3)组成，其中，每张接线卡12上的网络交换芯片121分别包括一传送电路及一接收电路，各该传送电路及接收电路上分别设有八个对内端口(其上亦设有八个相对应的对外端口，以下统称为端口)，分别负责八个端口的传送及接收，因此，每张接线卡12上总计有八个端口，四张接线卡12总计形成32个端口，每张接线卡12用于提供本地网络信号交换的机制，负责输出入端口的交换功能，该交换卡14上的互连交换芯片141负责该接线卡12上该对内端口间信号交换的机制，请参阅图3B所示，背板13上的该背板信号线132(总计32条)则分别负责该接线卡12的对内端口间的连接机制。如此，该接线卡12的对内端口不仅能提供各自的本地网络信号交换功能，彼此间亦具备如图3C所示的卡间信号交换功能。

然而，诚如前述，若用户基于实际需求，仅须在该机架式交换器10上插设部份接线卡12，而未完全插满设计数量的接线卡12，现在仍以前述胖树结构的32端口的机架式交换器为例，说明如下：

1、请参阅图4A及图4B所示，若用户仅须在该机架式交换器上插设一张接线卡#0，此时，因该机架式交换器上并未插设其它接线卡#1、#2、#3，该机架式交换器上的四个互连交换芯片141实际上仅负责该单一接线卡#0上单一网络交换芯片121的对内端口间的信号交换功能，造成该互连交换芯片141在配置上不必要的成本支出及资源浪费；

2、请参阅图5A及图5B所示，若用户仅须在该机架式交换器上插设两张接线卡#0、#1，此时，因该机架式交换器上并未插设其它接线卡#2、#3，该机架式交换器上的四个互连交换芯片141实际上仅负责该接线卡#0、#1上两个网络交换芯片121的对内端口间的信号交换功能，亦造成该等互连交换芯片141在配置上不必要的成本支出及资源浪费；

3、请参阅图6A及图6B所示，若用户仅须在该机架式交换器上插设三张接线卡#0、#1、#2，此时，因该机架式交换器上并未插设接线卡#3，该机架式交换器上的四个互连交换芯片141实际上仅负责该等接线卡#0、#1、#2上三个网络交换芯片121的对内端口间的信号交换功能，仍造成该互连交换芯片141在配置上不必要的成本支出及资源浪费。

据上所述，请再参阅图1所示，依此类推，若该机架式交换器10上接线卡12的设计数量愈多，则在用户基于实际需求，仅须在该机架式交换器10上插设部份接线卡12，而未完全插满原设计的数量时，单就其上原配置的该等互连交换芯片141而言，不必要支出的成本及所浪费的资源自然也就愈大。

有鉴于此，如何设计出一种机架式交换器，使其能通过分散式背板的线路回接机制，令其内插接的接线卡，仅需借助相等数量的连接介面及互连交换芯片，即能完全实现令每张接线卡的对内端口均能有效执行本地网络交换及卡间交换的功能，进而在最低建构成本下，使该机架式交换器上的网络交通保持无堵塞的全速运作状态，即成为本发明在此亟欲解决的重要问题。

发明内容

本发明的一个目的，是提供一种利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器，以在该机架式交换器上无需插满设计数量的接线卡的状态下，该机架式交换器能通过分散式背板的线路回接机制，根据用户的实际需求，令插接在该机架式交换器上的接线卡的对内端口间能彼此相互连接，以实现每张接线卡的对内端口均能有效执行本地网络交换及卡间交换的功能。

本发明的另一目的，是该机架式交换器仅需在其交换卡上配置相等于接线卡插设数量的连接介面及互连交换芯片，即能使该机架式交换器通过分散式背板的线路回接机制，令该机架式交换器上插接的接线卡的对内端口间能彼此相互连接，完全实现有效执行本地网络交换及卡间交换的功能，进而在最低的建构成本下，设计出能符合用户实际需求的机架式交换器。

本发明的又一目的，是将原配置在交换卡上的该互连交换芯片，分别改设在各该接线卡上，使该机架式交换器通过分散式背板的线路回接机制，令其上插接的接线卡的对内端口间能彼此相互连接，完全实现有效执行本地网络交换及卡间交换的功能，进而在最低的建构成本下，设计出能符合用户实际需求的机架式交换器。

为方便对本发明的技术、结构特征及其目的有更进一步的认识与理解，现举实施例配合附图，详细说明如下：

附图说明

图1为传统机架式交换器的立体示意图；

图2为传统机架式交换器的电路示意图；

图3A为传统机架式交换器在插满四连接卡时的芯片连接示意图；

图3B为传统机架式交换器在插满四连接卡时的另一芯片连接示意图；

图3C为传统机架式交换器在插满四连接卡时的连线示意图；

图4A为传统机架式交换器在仅插一连接卡时的芯片连接示意图；

图4B为传统机架式交换器在仅插一连接卡时的连线示意图；

图5A为传统机架式交换器在插入二连接卡时的芯片连接示意图；

图5B为传统机架式交换器在插入二连接卡时的连线示意图；

图6A为传统机架式交换器在插入三连接卡时的芯片连接示意图；

图6B为传统机架式交换器在插入三连接卡时的连线示意图；

图7为本发明的一较佳实施例的立体示意图；

图8A为在前述实施例中仅插一连接卡时的回路连接示意图；

图8B为在前述实施例中仅插一连接卡时的芯片连接等效示意图；

图9A为在前述实施例中插入二连接卡时的回路连接示意图；

图9B为在前述实施例中插入二连接卡时的芯片连接等效示意图；

图10A为在前述实施例中插入三连接卡时的回路连接示意图；

图10B为在前述实施例中插入三连接卡时的芯片连接等效示意图；及

图11为本发明的另一实施例的立体示意图。

【主要元件符号说明】

[现有]

机架式交换器 …………10

容置空间 …………210、410

机架 …………11

接线卡 …………12、#0、#1、#2、#3

网络交换芯片 …………121

背板 …………13

连接介面 …………131

背板信号线 …………132

交换卡 …………14

互连交换芯片 …………141

[本发明]

机架式交换器 ………………20、40

容置空间 ………………210、410

机架 ………………21、41

接线卡 ………………22、42、#0、#1、#2、#3

网络交换芯片 ………………221、421

背板 ………………23、43

连接介面 ………………231、431

背板信号线 ………………232

交换卡 ………………24

互连交换芯片 ………………241、422

回路 ………………30、31、32

具体实施方式

本发明公开了一种利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器，在本发明的一较佳实施例中，请参阅图7所示，该机架式交换器20至少包括一机架21、至少一接线卡22、一背板23及至少一交换卡24，其中，该机架21内设有一容置空间210，该容置空间210内能供容纳一设计数量的接线卡22及交换卡24；该背板23安装在该机架21的背侧，其上设有至少一连接介面231；该接线卡22由该机架21的前侧插接到对应的该连接介面231上，该接线卡22上设有一网络交换芯片221，该网络交换芯片221用于执行本地网络信号的交换；该交换卡24由该机架21的前侧插接到对应的该连接介面231上，以通过该背板23，与该接线卡22相连接，该交换卡24上设有一互连交换芯片241，该互连交换芯片241用于执行该等接线卡22的对内端口间的信号交换，且该连接介面231及互连交换芯片241的数量等于该接线卡22的数量。在该实施例中，请再参阅图7所示，该背板23上插设有该接线卡22的该连接介面231通过一回路(图中未示，但标示在后续图面中)，令该网络交换芯片221及该互连交换芯片241上原本未直接相连的对应端口相互连接，以使插设在该机架式交换器20上的每张接线卡22的对内端口均能有效执行本地网络交换及卡间交换的功能。

现以前述胖树结构的32端口的机架式交换器为例，请参阅图7及图8A所示，该机架式交换器20内的容置空间210内能容纳四张接线卡22(编号分别为#0、#1、#2、#3)及一张交换卡24，其中，每张接线卡22上的网络交换芯片221包括一传送电路及一接收电路，各该传送电路及接收电路上分别设有八个端口，分别负责八个端口的传送及接收，因此，每张接线卡22上总计有八个端口，四张接线卡22总计形成32个端口，每张接线卡22用于提供本地网络信号交换的机制，负责输出入端口的交换功能，该交换卡24上的互连交换芯片241负责该接线卡22的对内端口间信号交换的机制。如此，当用户基于实际需求，仅须在该机架式交换器20上插设部份接线卡22，而未完全插满设计数量(如：四张)的接线卡22时，其运作状况分别如下：

1、请参阅图8A所示，若用户仅须在该机架式交换器20上插设一张接线卡#0，此时，因该网络交换芯片221上原本与该互连交换芯片241直接相连(如图8A所示的两条直线)的对内端口仅两个，因此，该网络交换芯片221上与该互连交换芯片241未直接相连(如图8A所示的迂回线)的其余六个对内端口，即能借助该回路30，令该背板23上插设有该接线卡#0的该连接介面231上的对应背板信号线232能彼此相连。如此，请参阅图8B所示，当该机架式交换器20上仅插设一张接线卡#0时，该交换卡24上仅需安装一个互连交换芯片241，即能使该网络交换芯片221的所有对内端口均能与该互连交换芯片241相连接，分别有效执行本地网络交换及对内端口间的信号交换功能，且能有效避免多余配置的互连交换芯片241在成本及资源上所造成的不必要浪费；

2、请参阅图9A所示，若用户仅须在该机架式交换器20上插设两张接线卡#0、#1，此时，因各该网络交换芯片221上原本与各该互连交换芯片241直接相连(如图9A所示的两条直线)的对内端口仅两个，因此，各该网络交换芯片221上与各该互连交换芯片241未直接相连(如图9A所示的迂回线)的其余六个对内端口，即能借助该回路31，令该背板23上插设有该等接线卡#0、#1的连接介面231上的对应背板信号线232能彼此相连。如此，请参阅图9B所示，在该机架式交换器20上仅插设两张接线卡#0、#1时，该交换卡24上仅需安装二个互连交换芯片241，即能使该等网络交换芯片221的所有对内端口均能与该等互连交换芯片241相连接，分别有效执行本地网络交换及卡间交换的功能，以有效避免多余配置的互连交换芯片241在成本及资源上所造成的不必要浪费；或

3、请参阅图10A所示，若用户仅须在该机架式交换器20上插设三张接线卡#0、#1、#2，此时，因各该网络交换芯片221上原本与各该互连交换芯片241直接相连(如图10A所示的两条直线)的对内端口仅两个，因此，各该网络交换芯片221上与各该互连交换芯片241未直接相连(如图10A所示的迂回线)的其余六个对内端口，即能藉该回路32，令该背板23上插设有该等接线卡#0、#1、#2的连接介面231上的对应背板信号线232能彼此相连。如此，请参阅图10B所示，在该机架式交换器20上仅插设三张接线卡#0、#1、#2时，该交换卡24上仅需安装三个互连交换芯片241，即能使该等网络交换芯片221的所有对内端口均能与该等互连交换芯片241相连接，分别有效执行本地网络交换及卡间交换的功能，有效避免多余配置的互连交换芯片241在成本及资源上所造成的不必要浪费。

在前述实施例中，该回路30、31、32可为一电路板，该电路板设在该背板23上，且其上设有至少一线路，该线路的两端分别连接至该网络交换芯片221及该互连交换芯片241上原本未直接相连的对应端口，如此，当在该机架式交换器20上插设不同张数的接线卡22时，仅需变更该交换卡24上互连交换芯片241的数量，及更换该背板23的规格，即能令该等网络交换芯片221的所有对内端口均能与该等互连交换芯片241相连接，分别有效执行本地网络交换及卡间交换的功能。在本发明的其它实施例中，该回路30、31、32亦可为一电缆线，该电缆线的两端能通过该背板23的连接介面231(即，其上对应的背板信号线232)，令该网络交换芯片221及该互连交换芯片241上原本未直接相连的对应端口，分别相互连接，如此，当在该机架式交换器20上插设不同张数的接线卡22时，仅需变更该交换卡24上的互连交换芯片241数量及该背板23上连接介面231的数量，及变更电缆线的数量及连接位置，但完全无需更换该背板23的规格，即同样能令该等网络交换芯片221的所有对内端口均与该等互连交换芯片241相连接，分别有效执行本地网络交换及卡间交换的功能。

在本发明的另一较佳实施例中，请参阅图11所示，该机架式交换器40至少包括一机架41、至少一接线卡42及一背板43，其中，该机架41内设有一容置空间410，该容置空间410内能供容纳一设计数量的接线卡42；该背板43安装在该机架41的背侧，其上设有至少一连接介面431；该接线卡42由该机架41的前侧插接到对应的该连接介面431上，该接线卡42上设有一网络交换芯片421及一互连交换芯片422，该网络交换芯片421用于执行本地网络信号的交换，该互连交换芯片422则用于执行接线卡42的端口间信号的交换；在该实施例中，该背板43上插设有该接线卡42的该连接介面431通过一回路(图中未示出，请参阅前述图8A、8B、9A、9B、10A、10B中的回路30、31、32)，令该网络交换芯片421及该互连交换芯片422上原本未直接相连的对应端口相互连接，以使插设在该机架式交换器40上的每张接线卡42的对内端口均能有效执行本地网络交换及卡间交换的功能。如此，即能使该机架式交换器40通过背板43上回路30、31、32的线路回接机制，令其上插接的接线卡42的对内端口间能彼此相互连接，完全实现有效执行本地网络交换及卡间交换的功能，进而在最低的建构成本下，设计出能符合用户实际需求的机架式交换器。

请再参阅图7及图11所示，在本发明的其它实施例中，该机架式交换器20、40的背板23、43上亦能预设该设计数量的多个连接介面231、431，然后，再根据该背板23、43上实际插接的接线卡22、42数量，分别在对应的连接介面231、431上增设该回路30、31、32，如此，即能在完全无需更换该背板23、43的情形下，令该等网络交换芯片221的所有对内端口均与该等互连交换芯片241相连接，分别有效执行本地网络交换及卡间交换的功能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器，包括：

一机架，其内设有一容置空间，该容置空间能容纳一设计数量的接线卡及交换卡；

一背板，安装在该机架的背侧，其上设有多个连接介面；

至少一接线卡，其会经由该机架的前侧伸入至该机架内，并插接到对应的该连接介面上，该接线卡上设有一网络交换芯片，该网络交换芯片用于执行本地网络信号的交换；

至少一交换卡，其会经由该机架的前侧伸入至该机架内，并插接在对应的该连接介面上，以通过该背板，与该接线卡相连接，该交换卡上设有一互连交换芯片，该互连交换芯片用于执行接线卡的端口间信号的交换，且该互连交换芯片的数量等于该接线卡；以及

一回路，其为一电路板，该电路板是设在该背板上，且其上设有至少一线路，该线路的两端分别连接至该网络交换芯片及该互连交换芯片上原本未直接相连的对应端口，令该网络交换芯片及该互连交换芯片上原本未直接相连的对应端口相互连接，以使插设在该机架式交换器上的每张接线卡均能有效执行本地网络交换及卡间交换的功能。

2.一种利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器，至少包括：

一机架，其内设有一容置空间，该容置空间能容纳一设计数量的接线卡；

一背板，安装在该机架的背侧，其上设有多个连接介面；

至少一接线卡，其会经由该机架的前侧伸入至该机架内，并插接到对应的该连接介面上，该接线卡上设有一网络交换芯片及一互连交换芯片，该网络交换芯片用于执行本地网络信号的交换，该互连交换芯片则用于执行接线卡的端口间信号的交换；以及

3.一种利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器，包括：

一背板，安装在该机架的背侧，其上设有该设计数量的连接介面；

至少一接线卡，其会经由该机架的前侧伸入至该机架内，并插接到对应的该连接介面上，该接线卡上设有一网络交换芯片，该网络交换芯片系用以执行本地网络信号的交换；

至少一交换卡，其会经由该机架的前侧伸入至该机架内，并插接到对应的该连接介面上，以通过该背板，与该接线卡相连接，该交换卡上设有一互连交换芯片，该互连交换芯片用于执行接线卡的端口间信号的交换，且该互连交换芯片的数量等于该接线卡；以及

4.一种利用分散式背板令接线卡互接的机架式交换器，至少包括：

一回路，其为一电路板，该电路板是设在该背板上，且其上设有至少一线路，该线路的两端分别连接至该网络交换芯片及该互连交换芯片上原本未直接相连的对应端口，通过该背板上插设有该接线卡的连接介面，令该网络交换芯片及该互连交换芯片上原本未直接相连的对应端口相互连接，以使插设在该机架式交换器上的每张接线卡均能有效执行本地网络交换及卡间交换的功能。