CN201504244U

CN201504244U - 交换机及其主控板

Info

Publication number: CN201504244U
Application number: CN2009202183497U
Authority: CN
Inventors: 陈武
Original assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Current assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2019-10-13

Abstract

本实用新型公开了一种交换机及其主控板，该主控板包括：主中央处理单元，用于通过主管理接口单元在网络层面集中管理各交换业务模块，实现对各交换业务模块的网络协议管理和维护；主管理接口单元，用于提供所述主中央处理单元与所述各交换业务模块进行网络层面信息交互的接口；数据链路单元，包括若干条物理连接线，其中每条物理连接线的两端连接两个不同的交换业务模块，用于该两交换业务模块进行数据层面的数据交换。本新型能够适应超低成本的应用和高级功能扩展，大大提高了模块化交换机应用架构的灵活性和可靠性。

Description

交换机及其主控板

技术领域

本实用新型涉及数据通信设备领域，尤其涉及一种用于进行数据交换的交换机及其主控板。

背景技术

交换机主要用于用户数据的转发处理，目前交换机的结构主要包括集中式转发架构(见申请号为200810186462.1和200710120862.8的中国专利申请)和分布式转发架构(见申请号为03146050.X、03275752.2和200710120863.2的中国专利申请)。分布式转发架构的交换机包括主控板和至少一个交换业务模块，交换机的每个交换业务模块上都有自己的交换单元。如图1所示，以包括三个交换业务模块为例，典型的分布式转发架构的交换机还可以包括用于布线设置的交换机背板，其中主控板包含主交换单元Switch0、主中央处理单元CPU0和主管理接口单元MGMT0(Management)，各个交换业务模块也都包含各自的交换单元(Switch1～Switch3)、中央处理单元(CPU1～CPU3)和管理接口单元(MGMT1～MGMT3)。各个交换业务模块均有各自的与交换机外设备通讯的端口(Port1～Port3)。三个交换业务模块的交换单元分别通过接口S1和S2、S3和S4、S5和S6连接到主控板的Switch0上，Switch0提供高效的数据转发用以实现三个交换业务模块之间的数据转发。

分布式转发架构的交换机的工作原理如下：主控板的主交换单元Switch0和各交换业务模块的交换单元Switch1～Switch3用于实现数据层面的业务数据交换，数据交换方式为：当交换业务模块内发生数据交换时，其端口数据通过交换业务模块上的交换单元直接完成数据交换，不需要传输到Switch0上。而当发生跨交换业务模块的数据交换时，比如交换业务模块1向交换业务模块2发报文，则报文数据从交换业务模块1的端口Port1进来，经过交换业务模块1上的Switch1转发到Switch0(通过接口S1或S2)，然后由Switch0通过接口S3或S4转发到交换业务无模块2的Switch2，之后Switch2将数据转发到自己的端口Port2上。

主中央处理单元CPU0除控制Switch0的数据交换外，还通过MGMT0在网络层面集中管理各交换业务模块，实现对各交换业务模块的网络协议管理和维护。各交换业务模块的管理接口单元MGMT1～MGMT3接受来自主控板的MGMT0的网络层面信息，CPU1～CPU3分别根据MGMT1～MGMT3接收的网络层面信息协助处理各种网络协议和维护，因此主控板的CPU0可以通过MGMT0管理各交换业务模块的CPU1～CPU3并可提供较强的运算能力，协助各交换业务模块进行复杂业务的处理。

上述分布式转发架构的交换机的优点是由于各交换业务模块分担主控板的Switch0的数据流量，并各自带有中央处理单元，可以协助处理各种网络协议和维护，因此减轻了主控板的Switch0和CPU0的负担，提高了设备的实时响应性能和降低整机出现交换阻塞的几率。

但是主控板上通过接口S1～S6(在此称为HG口)与各交换业务模块进行数据通信的链路是交换机上用得很多的高速链路，其传输速度通常达到10Gbps或更高，这就要求主交换单元Switch0具有6个以上的HG口，而这种具备众多高速HG口的Switch0所采用的交换芯片通常价格昂贵，其自身的成本价占去了主控板大约70％的成本。同时为了支持更多的交换业务模块，要求HG口数量不断增加。所以上述分布式转发架构的交换机存在一个显著问题是主交换单元Switch0的成本太高，对于低端需求的时候没有价格优势。同时因为具有多个HG接口的Switch0采用的交换芯片具有较大的发热量，作为交换网络中的核心节点器件，一旦出现故障，则其下挂的各个交换业务模块将无法实现数据相互转发。

鉴于上述结构存在的问题还提出了一种将多台交换机设备通过高速端口互联起来作为一台使用和管理的交换机堆叠方式，每台交换机包括中央处理单元和交换单元。交换堆叠通常使用菊花链堆叠方案，该方案与常规堆叠方案相比提高了可靠性和带宽(见申请号为200320113753.0的中国专利申请)。如图2所示，典型的菊花链堆叠链路结构为：交换机1的链路接口S2与交换机2的链接接口S1’连接，交换机2的链路接口S2’与交换机3的链路接口S1^*连接，而交换机3的链路接口S2^*与交换机1的链路接口S 1连接(S 1、S2、S1’、S2’、S1^*、S2^*同样也表示高速链路接口，简称HG口)。对于图2所示的3台交换机的菊花链堆叠方式而言，任何两台交换机之间具有至少一个HG的绝对带宽。同时，任何一个HG链路损坏都不会影响三台设备其它链路的互通交换，但是会影响互通交换的整体性能，因此总体上讲菊花链堆叠架构的交换结构彼此没有必然依靠性，所以可靠性是很高的。

但是，由于三台交换机之间需要协作协调，因此三台交换机的CPU1～CPU3之间还需要在网络层面进行交互。这时，必须通过HG链路实现中央处理单元之间的网络层面的数据交互(所交互的数据包括设备管理报文、堆叠链路协议、还有高层网络路由协议等)，这些网络层面信息的交互，需要占用HG链路的带宽，因此HG口的有效数据带宽会降低，更为恶劣的情况是当HG口出在高占用状态的时候，网络层面信息如堆叠链路协议的数据报得不到及时传递后，如果被过多丢弃则可能引起堆叠逻辑混乱，引起交换机自身或者网络震荡，后果严重。

实用新型内容

本实用新型提供一种交换机及其主控板，用以解决现有技术中存在的交换芯片成本高、可靠性低及有效数据带宽低还易造成网络震荡的问题。

本实用新型提供一种主控板，包括：

主中央处理单元，用于通过主管理接口单元在网络层面集中管理各交换业务模块，实现对各交换业务模块的网络协议管理和维护；

主管理接口单元，用于提供所述主中央处理单元与所述各交换业务模块进行网络层面信息交互的接口；

数据链路单元，包括若干条物理连接线，其中每条物理连接线的两端分别连接两个不同的交换业务模块，用于该两个交换业务模块进行数据层面的数据交换。

本实用新型还提供了一种交换机，该交换机包括：

上述主控板；

至少一个交换业务模块，其中每个交换业务模块包括：

中央处理单元，用于通过管理接口单元与所述主管理接口单元进行网络层面信息交互，在所述主中央控制单元的控制下进行网络协议管理和维护，并控制交换单元进行数据交换；

所述管理接口单元，用于提供所述中央处理单元与所述主管理接口单元进行网络层面信息交互的接口；

所述交换单元，与所述主控板中数据链路单元的物理连接线连接，通过该物理连接线与其它交换业务模块之间进行数据层面的数据交换。

本实用新型有益效果如下：

1)对数据层面交换，数据链路使用菊花链堆叠方式互联各交换业务模块进行数据交换，与原分布式转发架构的星形拓扑数据链路相比，可靠性更高；

2)对网络层面交互，保留分布式交换架构中各中央处理单元和管理接口单元成熟管理方式不变，具有原分布式交换架构的集中式管理优势，管理软件实现简单。

附图说明

图1为现有技术中模块化交换机的结构图；

图2为现有技术中菊花链堆叠架构的交换机的结构图；

图3为本实用新型所提供的交换机的结构图；

图4为本实用新型实施例中主控板的数据链路单元的内部连接图。

具体实施方式

为了解决现有技术中主控板中的主交换单元采用交换芯片的高成本问题和前面提到的单纯菊花链堆叠方式的弱点，本新型提供了一种廉价可靠的模块化交换机及其主控板，同时对于部分用户有特定的高级功能扩展需求的时候，能够向上兼容提供使用功能强大的交换芯片。

依照本新型的实施例一，提供的主控板包括：主中央处理单元，用于通过主管理接口单元在网络层面集中管理各交换业务模块，如向各交换业务模块分发其所需的网络协议，实现对各交换业务模块的网络协议管理和维护；主管理接口单元，用于提供所述主中央处理单元与所述各交换业务模块进行网络层面信息交互的接口；数据链路单元，包括若干条物理连接线，其中每条物理连接线的两端分别连接两个不同的交换业务模块，用于该两个交换业务模块进行数据层面的数据交换。因此，数据链路单元用于提供各交换业务模块中两两之间进行数据层面通信的数据链路，而该数据链路采用硬件连接方式实现。可见，本新型取消了原分布式转发架构的交换机中的主交换单元，因此，不再需要采用昂贵的交换芯片；采用菊花链堆叠架构的连接方式构建数据层面的数据链路，同时还保持原分布式转发架构中网络层面的管理方式，因此，减轻了纯菊花链堆叠架构中通信链路的流量，克服了网络层面信息如堆叠链路协议的数据报文得不到及时传递所造成的严重后果。采用本新型一方面避免了网络层面信息的丢失，加速了交换机系统的启动速度，同时大幅度的降低了成本，对于成本敏感的核心层网络设备非常具有竞争力；另外由于使用硬件连接代替原主控板中的交换芯片，极大提到了数据链路的可靠性，在其中任何一个交换业务模块发生故障时也不会引起其他交换业务模块失效。

优选地，本实施例中的数据链路单元为设置有C² _n条物理连接线的印制电路板(Printed circuit board，PCB)，其中n为交换业务模块的个数，每一条物理连接线的两个端点用于连接两个不同的交换业务模块。每一条物理连接线作为数据链路与其它数据链路是独立的，不会受到其它数据链路故障的影响。当然，本新型不限于采用印制电路板来布置上述物理连接线，还可以采用其他形式的单板。本新型主控板使用成本低廉PCB板替代原昂贵的交换芯片，降低了主控板约70％的成本，同时最大限度的保障了分布式交换的各种优势性能。使用纯粹的PCB板走线替代原交换芯片，极大地提高了链路的可靠性，消除了原来由于交换芯片导致网络瘫痪的引入的不稳定因素。

本新型为了实现在部分用户有特定的高级功能扩展需求的时候，能够向上兼容提供使用功能强大的交换芯片，所采用的PCB板使用球栅阵列封装(BallGrid Array Package，BGA)底盘，以下称该PCB板为PCB-BGA。上述底盘采用与实现数据交换的芯片(如Switch0)的形状保持一致的形状，且实现数据链路的物理连接线的端点位置与将PCB板代替为交换芯片时，该交换芯片上的链路接口(如S1～S6)焊接点所处位置一致。采用上述结构的主控板的一个显著优点是因此具备向上兼容使用原交换芯片实现分布式转发模式的能力，对于交换业务模块之间带宽要求高的场合或者需要有交换芯片提供辅助功能的场合，在需要的时候仍然可以使用交换芯片(Switch0)替代PCB-BGA，很容易更改到原分布式转发架构，以便实现更多的高级功能，主控板设计不需做任何变更。

依照本新型的实施例二，提供一种利用上述主控板的交换机，该交换机包括上述主控板和至少一个交换业务模块，本实施例以交换机包括三个交换业务模块为例，如图3、图4所示，本新型所提供的交换机包括：主中央处理单元CPU0，用于通过主管理接口单元MGMT0在网络层面集中管理各交换业务模块，如向各交换业务模块分发其所需的网络协议，实现对各交换业务模块的网络协议管理和维护；主管理接口单元MGMT0，用于提供所述主中央处理单元CPU0与所述各交换业务模块进行网络层面信息交互的接口；数据链路单元，包括若干条物理连接线，其中每条物理连接线的两端分别连接两个不同的交换业务模块，用于该两个交换业务模块进行数据层面的数据交换；三个交换业务模块，其中每个交换业务模块包括：中央处理单元(CPU1～CPU3)，用于通过管理接口单元(MGMT1～MGMT3)与主管理接口单元MGMT0进行网络层面信息交互，在所述主中央控制单元的控制下进行网络协议管理和维护，并控制交换单元(Switch1～Switch3)进行数据交换；所述管理接口单元(MGMT1～MGMT3)，用于提供所述中央处理单元(CPU1～CPU3)与所述主管理接口单元MGMT0进行网络层面信息交互的接口；所述交换单元(Switch1～Switch3)，用于通过所述数据链路单元所提供的数据链路与其它交换业务模块之间进行数据层面的数据交换。该交换机还优选包括设置在主控板与各交换业务模块之间的用于进行布线设置的交换机背板。各个交换业务模块还可以包括与交换机外设备进行通讯的端口(Port1～Port3)。

如图3所示，对于网络层面的交互，由于本新型中的CPU0和MGMT0以及各交换业务模块的CPU1～CPU3和MGMT1～MGMT3都保留原有结构不变，所以CPU0可以通过MGMT0实现在网络层面对各交换业务模块的集中式管理，这解决了单纯菊花链堆叠架构中网络层面信息如协议报文需要占用HG链路的问题，极大提高网络层面管理的可靠性。另外，由于使用CPU0集中式管理，因此省去了很多原菊花链结构所需要的多CPU协作运算的复杂软件，既可降低软件开发难度，同时也提高了软件系统的可靠性。

本实施例中数据链路单元为设置有

C_{3}^{2} = 3

条物理连接线的印制电路板，由于PCB-BGA内部使用如图4所示的连接线路，其中一条物理连接线的两个端点S2和S3用于分别连接交换业务模块1和交换业务模块2，实现交换业务模块1和交换业务模块2之间数据层面的数据交换。另一条物理连接线的两个端点S1和S6用于分别连接交换业务模块1和交换业务模块3，实现交换业务模块1和交换业务模块3之间数据层面的数据交换。最后一条物理连接线的两个端点S4和S5用于分别连接交换业务模块2和交换业务模块3，实现交换业务模块2和交换业务模块3之间数据层面的数据交换。可见，PCB-BGA实际上是将交换业务模块1/2/3按照菊花链的方式连接起来了，菊花链方式具有较高的可靠性，并且不会因为某一台成员设备(这里指交换业务模块1/2/3)的损坏而引起系统瘫痪。由于PCB-BGA内部没有使用任何电子器件，所以其成本非常低，而且全部是单纯的信号走线，因此可靠性非常高，其内部三条数据链路(即图4中的S2～S3、S4～S5、S6～S1链路)出现连接问题的可能性远远低于原使用交换芯片Switch0的方式。

与实施一相同，所述印制电路板使用球栅阵列封装底盘，所述底盘采用与实现数据交换的交换芯片的形状保持一致的形状，且物理连接线的端点位置与将印制电路板代替为交换芯片时，该交换芯片上的链路接口所处位置一致。

本实施例提供的主控板尤其适用于具有2～4个交换业务模块的分布式模块化交换机(通常用于中小型园区作为骨干或汇聚设备)，如所述交换业务模块的个数为三个，所述印制电路板设置的物理连接线为三条；或所述交换业务模块的个数为四个，所述印制电路板设置的物理连接线为六条。使用此结构将达到最佳性价比。当然，所适用的交换机的交换业务模块的数量不限于此。

本实用新型消除了中小规模的分布式交换机架构中对主控板上昂贵交换芯片的需求，采取廉价的PCB-BGA替代交换芯片，同时不过多的降低交换机的整机性能。本新型的方案虽然降低了交换业务模块之间的数据带宽，但对于分布式交换机架构而言，其80％的转发业务都是在交换业务模块上实现，只有很少的数据需要送到上链口(即图中的S1～S6口)做跨业务模块的转发，所以这种交换业务模块之间数据带宽性能降低的影响基本可以忽略不计。凡是对数据层面的数据链路使用菊花链方式和在网络层面使用集中式CPU管理的方法实现的多个交换业务模块互联的方案，其原理与本新型相同，均应在本新型保护范围之类。

显然，本领域的技术人员可以对本新型进行各种改动和变型而不脱离本新型的精神和范围。这样，倘若本新型的这些修改和变型属于本新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种主控板，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的主控板，其特征在于，

所述数据链路单元为设置有C² _n条物理连接线的印制电路板，其中n为交换业务模块的个数。

3.如权利要求2所述的主控板，其特征在于，

所述印制电路板使用球栅阵列封装底盘，所述底盘采用与实现数据交换的交换芯片的形状保持一致的形状，且所述物理连接线的端点位置与将印制电路板代替为交换芯片时，该交换芯片上的链路接口所处位置一致。

4.如权利要求2所述的主控板，其特征在于，

所述印制电路板设置的物理连接线为一条、三条或六条。

5.一种交换机，其特征在于，该交换机包括：

权利要求1所述的主控板；

至少一个交换业务模块，其中每个交换业务模块包括：

6.如权利要求5所述的交换机，其特征在于，

所述主控板的数据链路单元为设置有C² _n条物理连接线的印制电路板，其中n为交换业务模块的个数。

7.如权利要求6所述的交换机，其特征在于，

8.如权利要求6所述的交换机，其特征在于，

所述交换业务模块的个数为两个，所述印制电路板所设置的物理连接线为一条；

或所述交换业务模块的个数为三个，所述印制电路板所设置的物理连接线为三条；

或所述交换业务模块的个数为四个，所述印制电路板所设置的物理连接线为六条。

9.如权利要求5所述的交换机，其特征在于，该交换机还包括：

设置在主控板与各交换业务模块之间的用于进行布线设置的交换机背板。