TWI601000B - 利用分散式背板令接線卡互接之機架式交換器 - Google Patents

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Description

利用分散式背板令接線卡互接之機架式交換器
本發明係一種機架式交換器(chassis switch)，尤指一種利用分散式背板(distributed backplane)，令其上插接之接線卡(line cards)端口能相互連接(interconnect)之機架式交換器，以期在該機架式交換器內未插滿接線卡之狀態下，能以最低之建構成本，令該機架式交換器上插接之每張接線卡之端口均能有效執行本地網路交換(local network access switch)及卡間交換(card interconnection switch)之功能，進而使該機架式交換器上之網路交通保持無堵塞之全速運作狀態。
按，請參閱第1圖所示，機架式交換器10是一種外觀依照統一標準設計之伺服器，以配合一機架11統一使用，其設計宗旨主要是為了盡可能減少伺服器空間的佔用，而減少空間的直接好處就是在機房託管時的價格會便宜很多，此外，由於機架式交換器10在外型和設計上有統一的標準，其協同性和管理性亦較強。一般言，機架式交換器10的寬度為19英寸，高度以U為單位(1U=1.75英寸=44.45毫米)，通常有1U，2U，3U，4U，5U，7U幾種標準的伺服器，機架11的尺寸也是採用通用的工業標準， 通常從22U到42U不等；機架11內按U的高度設有可拆卸的滑動拖架，用戶可根據自己伺服器的標高，靈活調節高度，以存放伺服器、集線器、磁碟陣列櫃等網路設備，伺服器擺放好後，它的所有I/O線全部從機架11的後方引出(機架式交換器10的所有介面也在後方)，統一安置在機架11的線槽中，一般均貼有標號，以便於管理。機架式交換器10適用之族群主要是對伺服器數量需求較多者，如：需要集中管理的互聯網企業…等。
復請參閱第1圖所示，傳統之機架式交換器10(chassis switch)通常至少包括複數張(甚至，十幾張)接線卡(line cards)12、一背板(backplane)13及至少一交換卡(switch cards)14等基本構件，其中，該背板(backplane)13係安裝在機架11之背側，其上設有複數個連接介面(connectors)131，以供插接設計數量之該等接線卡12及交換卡14，該等接線卡12及交換卡14係由機架11之前側分別插接至各該連接介面131，以透過該背板13，將該等接線卡12及交換卡14連接起來，進行網路信號的交換，因此，為令插設在該傳統機架式交換器10上之所有接線卡12均能同時全速運作而無堵塞(Non-blocking)的現象，該背板13自然必需具備足夠的頻寬及非常高速的傳輸能力。
一般言，復請參閱第1圖所示，用戶在建置機架式網路交換系統之初，為節省費用之不必要支出且避免資源之閒置浪費，通常只會購買機架11與少量的接線卡12，嗣，隨著網路需求的增加，再逐步增加接線卡12的數量。然而，隨著網路規格的逐步提升，接線卡12的信號傳輸速度也愈來愈快，使得累積到背板13的交通需求也愈來愈大，單一組背板13的信號傳輸速度已無法搭配該等接線卡12的傳輸速度，進而導致無法勝任 令所有接線卡12間同時進行無堵塞(Non-blocking)或低延遲(Low Latency)之全速運作任務。據此，新的機架式交換器乃因應而生，其設計方式係將前述之集中式背板13的信號打散，請參閱第2圖所示，分佈在多組的背板信號線132上，於是，便有ANSI/TIA-942-A-1標準建議的兩級胖樹(2-stage fat tree)之網狀(mesh)連接方式，此種交換器即所謂之「具分散式背板設計的機架式交換器」，其具備下列二大特性：1、復請參閱第1及2圖所示，其上所需之電路晶片(以下簡稱「晶片」)，至少包括「網路交換(access switch)晶片」121與「互連交換(interconnection switch)晶片」141兩種，其中，該網路交換晶片121係裝設在每一張接線卡12上，該互連交換晶片141則係裝設在該交換卡14上；及2、該等接線卡12係透過其上之網路交換晶片121，將其輸出入端口(port)送收之網路信號，通過該等互連交換晶片141，進行該等接線卡12之對內端口間之信號交換，以形成無堵塞的信號交換架構。
茲以採用胖樹結構的32個端口之機架式交換器為例說明，請參閱第1及3A圖所示，該機架式交換器係由四張接線卡12(編號分別為#0、#1、#2、#3)組成，其中，每張接線卡12上之網路交換晶片121分別包括一傳送電路及一接收電路，各該傳送電路及接收電路上分別設有八個對內端口(其上亦設有八個相對應之對外端口，以下統稱為端口)，分別負責八個端口的傳送及接收，因此，每張接線卡12上總計有八個端口，四張接線卡12總計形成32個端口，每張接線卡12係用以提供本地網路信號交換之機制，負責輸出入端口的交換功能，該交換卡14上之互連交換晶片141係 負責該等接線卡12上該等對內端口間信號交換之機制，請參閱第3B圖所示，背板13上之該等背板信號線132(總計32條)則係分別負責該等接線卡12之對內端口間之連接機制。如此，該等接線卡12之對內端口不僅能提供各自之本地網路信號交換功能，彼此間亦具備如第3C圖所示之卡間信號交換功能。
然而，誠如前述，若用戶基於實際需求，僅須在該機架式交換器10上插設部份接線卡12，而未完全插滿設計數量之接線卡12，茲仍以前述胖樹結構的32個端口之機架式交換器為例，說明如下：1、請參閱第4A及4B圖所示，若用戶僅須在該機架式交換器上插設一張接線卡#0，此時，因該機架式交換器上並未插設其它接線卡#1、#2、#3，該機架式交換器上之四個互連交換晶片141實際上僅負責該單一接線卡#0上單一網路交換晶片121之對內端口間的信號交換功能，造成該等互連交換晶片141在配置上不必要之成本支出及資源浪費；2、請參閱第5A及5B圖所示，若用戶僅須在該機架式交換器上插設兩張接線卡#0、#1，此時，因該機架式交換器上並未插設其它接線卡#2、#3，該機架式交換器上之四個互連交換晶片141實際上僅負責該等接線卡#0、#1上兩個網路交換晶片121之對內端口間的信號交換功能，亦造成該等互連交換晶片141在配置上不必要之成本支出及資源浪費；3、請參閱第6A及6B圖所示，若用戶僅須在該機架式交換器上插設三張接線卡#0、#1、#2，此時，因該機架式交換器上並未插設接線卡#3，該機架式交換器上之四個互連交換晶片141實際上僅負責該等接線卡#0、#1、#2上三個網路交換晶片121之對內端口間的信號交換功能，仍造成該等 互連交換晶片141在配置上不必要之成本支出及資源浪費。
據上所述，復請參閱第1圖所示，依此類推，若該機架式交換器10上接線卡12之設計數量愈多，則在用戶基於實際需求，僅須在該機架式交換器10上插設部份接線卡12，而未完全插滿原設計之數量時，單就其上原配置之該等互連交換晶片141而言，不必要支出之成本及所浪費之資源自然也就愈大。
有鑒於此，如何設計出一種機架式交換器，使其能透過分散式背板之線路迴接機制，令其內插接之接線卡，僅需藉相等數量之連接介面及互連交換晶片，即能完全實現令每張接線卡之對內端口均能有效執行本地網路交換及卡間交換之功能，進而在最低建構成本下，使該機架式交換器上之網路交通保持無堵塞之全速運作狀態，即成為本發明在此亟欲解決的重要問題。
本發明之一目的，係提供一種利用分散式背板令接線卡互接之機架式交換器，以在該機架式交換器上無需插滿設計數量之接線卡的狀態下，該機架式交換器能透過分散式背板之線路迴接機制，根據用戶之實際需求，令插接在該機架式交換器上之接線卡之對內端口間能彼此相互連接，以實現每張接線卡之對內端口均能有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。
本發明之另一目的，係該機架式交換器僅需在其交換卡上配置相等於接線卡插設數量之連接介面及互連交換晶片，即能使該機架式交換器透過分散式背板之線路迴接機制，令該機架式交換器上插接之接線卡 之對內端口間能彼此相互連接，完全實現有效執行本地網路交換及卡間交換之功能，進而在最低之建構成本下，設計出能符合用戶實際需求之機架式交換器。
本發明之又一目的，係將原配置在交換卡上之該等互連交換晶片，分別改設在各該接線卡上，使該機架式交換器透過分散式背板之線路迴接機制，令其上插接之接線卡之對內端口間能彼此相互連接，完全實現有效執行本地網路交換及卡間交換之功能，進而在最低之建構成本下，設計出能符合用戶實際需求之機架式交換器。
為便 貴審查委員能對本發明之技術、結構特徵及其目的有更進一步的認識與理解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：
〔習知〕
10‧‧‧機架式交換器
210、410‧‧‧容置空間
11‧‧‧機架
12、#0、#1、#2、#3‧‧‧接線卡
121‧‧‧網路交換晶片
13‧‧‧背板
131‧‧‧連接介面
132‧‧‧背板信號線
14‧‧‧交換卡
141‧‧‧互連交換晶片
〔本發明〕
20、40‧‧‧機架式交換器
210、410‧‧‧容置空間
21、41‧‧‧機架
22、42、#0、#1、#2、#3‧‧‧接線卡
221、421‧‧‧網路交換晶片
23、43‧‧‧背板
231、431‧‧‧連接介面
232‧‧‧背板信號線
24‧‧‧交換卡
241、422‧‧‧互連交換晶片
30、31、32‧‧‧迴路
第1圖為傳統機架式交換器之立體示意圖；第2圖為傳統機架式交換器之電路示意圖；第3A圖為傳統機架式交換器在插滿四連接卡時之晶片連接示意圖；第3B圖為傳統機架式交換器在插滿四連接卡時之另一晶片連接示意圖；第3C圖為傳統機架式交換器在插滿四連接卡時之連線示意圖；第4A圖為傳統機架式交換器在僅插一連接卡時之晶片連接示意圖；第4B圖為傳統機架式交換器在僅插一連接卡時之連線示意圖；第5A圖為傳統機架式交換器在插入二連接卡時之晶片連接示意圖；第5B圖為傳統機架式交換器在插入二連接卡時之連線示意圖； 第6A圖為傳統機架式交換器在插入三連接卡時之晶片連接示意圖；第6B圖為傳統機架式交換器在插入三連接卡時之連線示意圖；第7圖係本發明之一較佳實施例之立體示意圖；第8A圖為在前述實施例中僅插一連接卡時之迴路連接示意圖；第8B圖為在前述實施例中僅插一連接卡時之晶片連接等效示意圖；第9A圖為在前述實施例中插入二連接卡時之迴路連接示意圖；第9B圖為在前述實施例中插入二連接卡時之晶片連接等效示意圖；第10A圖為在前述實施例中插入三連接卡時之迴路連接示意圖；第10B圖為在前述實施例中插入三連接卡時之晶片連接等效示意圖；及第11圖係本發明之另一實施例之立體示意圖。
本發明係一種利用分散式背板令接線卡互接之機架式交換器，在本發明之一較佳實施例中，請參閱第7圖所示，該機架式交換器20至少包括一機架21、至少一接線卡22、一背板23及至少一交換卡24，其中，該機架21內設有一容置空間210，該容置空間210內能供容納一設計數量之接線卡22及交換卡24；該背板23係安裝在該機架21之背側，其上設有至少一連接介面231；該接線卡22係由該機架21之前側插接至對應之該連接介面231，該接線卡22上設有一網路交換晶片221，該網路交換晶片221係用以執行本地網路信號之交換；該交換卡24係由該機架21之前側插接至對應之該連接介面231。以透過該背板23，與該接線卡22相連接，該交換卡24上設有一互連交換晶片241，該互連交換晶片241係用以執行 該等接線卡22之對內端口間之信號交換，且該連接介面231及互連交換晶片241之數量等於該接線卡22之數量。在該實施例中，復請參閱第7圖所示，該背板23上插設有該接線卡22之該連接介面231係透過一迴路(圖中未示，但標示在後續圖面中)，令該網路交換晶片221及該互連交換晶片241上原本未直接相連之對應端口相互連接，以使插設在該機架式交換器20上之每張接線卡22之對內端口均能有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。
茲以前述胖樹結構的32端口之機架式交換器為例，請參閱第7及8A圖所示，該機架式交換器20內之容置空間210內能容納四張接線卡22(編號分別為#0、#1、#2、#3)及一張交換卡24，其中，每張接線卡22上之網路交換晶片221包括一傳送電路及一接收電路，各該傳送電路及接收電路上分別設有八個端口，分別負責八個端口的傳送及接收，因此，每張接線卡22上總計有八個端口，四張接線卡22總計形成32個端口，每張接線卡22係用以提供本地網路信號交換之機制，負責輸出入端口的交換功能，該交換卡24上之互連交換晶片241係負責該等接線卡22之對內端口間信號交換之機制。如此，當用戶基於實際需求，僅須在該機架式交換器20上插設部份接線卡22，而未完全插滿設計數量(如：四張)之接線卡22時，其運作狀況分別如下：1、請參閱第8A圖所示，若用戶僅須在該機架式交換器20上插設一張接線卡#0，此時，因該網路交換晶片221上原本與該互連交換晶片241直接相連(如第8A圖所示之兩條直線)之對內端口僅兩個，故，該網路交換晶片221上與該互連交換晶片241未直接相連(如第8A圖所示之 迂迴線)之其餘六個對內端口，即能藉該迴路30，令該背板23上插設有該接線卡#0之該連接介面231上之對應背板信號線232能彼此相連。如此，請參閱第8B圖所示，當該機架式交換器20上僅插設一張接線卡#0時，該交換卡24上僅需安裝一個互連交換晶片241，即能使該網路交換晶片221之所有對內端口均能與該互連交換晶片241相連接，分別有效執行本地網路交換及對內端口間之信號交換功能，且能有效避免多餘配置之互連交換晶片241在成本及資源上所造成之不必要浪費；2、請參閱第9A圖所示，若用戶僅須在該機架式交換器20上插設兩張接線卡#0、#1，此時，因各該網路交換晶片221上原本與各該互連交換晶片241直接相連(如第9A圖所示之兩條直線)之對內端口僅兩個，故，各該網路交換晶片221上與各該互連交換晶片241未直接相連(如第9A圖所示之迂迴線)之其餘六個對內端口，即能藉該迴路31，令該背板23上插設有該等接線卡#0、#1之連接介面231上之對應背板信號線232能彼此相連。如此，請參閱第9B圖所示，在該機架式交換器20上僅插設兩張接線卡#0、#1時，該交換卡24上僅需安裝二個互連交換晶片241，即能使該等網路交換晶片221之所有對內端口均能與該等互連交換晶片241相連接，分別有效執行本地網路交換及卡間交換之功能，以有效避免多餘配置之互連交換晶片241在成本及資源上所造成之不必要浪費；或3、請參閱第10A圖所示，若用戶僅須在該機架式交換器20上插設三張接線卡#0、#1、#2，此時，因各該網路交換晶片221上原本與各該互連交換晶片241直接相連(如第10A圖所示之兩條直線)之對內端口僅兩個，故，各該網路交換晶片221上與各該互連交換晶片241未直接相連(如 第10A圖所示之迂迴線)之其餘六個對內端口，即能藉該迴路32，令該背板23上插設有該等接線卡#0、#1、#2之連接介面231上之對應背板信號線232能彼此相連。如此，請參閱第10B圖所示，在該機架式交換器20上僅插設三張接線卡#0、#1、#2時，該交換卡24上僅需安裝三個互連交換晶片241，即能使該等網路交換晶片221之所有對內端口均能與該等互連交換晶片241相連接，分別有效執行本地網路交換及卡間交換之功能，有效避免多餘配置之互連交換晶片241在成本及資源上所造成之不必要浪費。
在前述實施例中，該迴路30、31、32可為一電路板，該電路板係設在該背板23上，且其上設有至少一線路，該線路之兩端分別連接至該網路交換晶片221及該互連交換晶片241上原本未直接相連之對應端口，如此，當在該機架式交換器20上插設不同張數之接線卡22時，僅需變更該交換卡24上互連交換晶片241之數量，及更換該背板23之規格，即能令該等網路交換晶片221之所有對內端口均能與該等互連交換晶片241相連接，分別有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。在本發明之其它實施例中，該迴路30、31、32亦可為一電纜線，該電纜線之兩端能透過該背板23之連接介面231(即，其上對應之背板信號線232)，令該網路交換晶片221及該互連交換晶片241上原本未直接相連之對應端口，分別相互連接，如此，當在該機架式交換器20上插設不同張數之接線卡22時，僅需變更該交換卡24上之互連交換晶片241數量及該背板23上連接介面231之數量，及變更電纜線之數量及連接位置，但完全無需更換該背板23之規格，即同樣能令該等網路交換晶片221之所有對內端口均與該等互連交換晶片241相連接，分別有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。
在本發明之另一較佳實施例中，請參閱第11圖所示，該機架式交換器40至少包括一機架41、至少一接線卡42及一背板43，其中，該機架41內設有一容置空間410，該容置空間410內能供容納一設計數量之接線卡42；該背板43係安裝在該機架41之背側，其上設有至少一連接介面431；該接線卡42係由該機架41之前側插接至對應之該連接介面431，該接線卡42上設有一網路交換晶片421及一互連交換晶片422，該網路交換晶片421係用以執行本地網路信號之交換，該互連交換晶片422則係用以執行接線卡42之端口間信號之交換；在該實施例中，該背板43上插設有該接線卡42之該連接介面431係透過一迴路(圖中未示，請參閱前揭8A、8B、9A、9B、10A、10B圖面中之迴路30、31、32)，令該網路交換晶片421及該互連交換晶片422上原本未直接相連之對應端口相互連接，以使插設在該機架式交換器40上之每張接線卡42之對內端口均能有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。如此，即能使該機架式交換器40透過背板43上迴路30、31、32之線路迴接機制，令其上插接之接線卡42之對內端口間能彼此相互連接，完全實現有效執行本地網路交換及卡間交換之功能，進而在最低之建構成本下，設計出能符合用戶實際需求之機架式交換器。
復請參閱第7及11圖所示，在本發明之其它實施例中，該機架式交換器20、40之背板23、43上亦能預設該設計數量之複數個連接介面231、431，嗣，再根據該背板23、43上實際插接之接線卡22、42數量，分別在對應之連接介面231、431上增設該迴路30、31、32，如此，即能在完全無需更換該背板23、43之情形下，令該等網路交換晶片221之所有對內端口均與該等互連交換晶片241相連接，分別有效執行本地網路交 換及卡間交換之功能。
以上所述，僅為本發明之若干實施例，本發明之技術特徵並不侷限於此，凡相關技術領域之人士，在參酌本發明之技術內容後，所能輕易思及的等效變化，均應不脫離本發明之保護範疇。
221‧‧‧網路交換晶片
232‧‧‧背板信號線
241‧‧‧互連交換晶片
30‧‧‧迴路
#0、#1、#2、#3‧‧‧接線卡

Claims (12)

  1. 一種利用分散式背板令接線卡互接之機架式交換器，包括：一機架，其內設有一容置空間，該容置空間能容納一設計數量之接線卡及交換卡；一背板，係安裝在該機架之背側，其上設有複數個連接介面；至少一接線卡，係由該機架之前側插接至對應之該連接介面，該接線卡上設有一網路交換晶片，該網路交換晶片係用以執行本地網路信號之交換；至少一交換卡，係由該機架之前側插接至對應之該連接介面，以透過該背板，與該接線卡相連接，該交換卡上設有一互連交換晶片，該互連交換晶片係用以執行接線卡之端口間信號之交換，且該互連交換晶片之數量等於該接線卡；及一迴路，係透過該背板上插設有該接線卡之連接介面，令該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口相互連接，以使插設在該機架式交換器上之每張接線卡均能有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。
  2. 如請求項1所述之機架式交換器，其中，該迴路係一電路板，該電路板上設有至少一線路，該線路之兩端分別連接至該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口。
  3. 如請求項1所述之機架式交換器，其中，該迴路係至少一電纜線，該電纜線之兩端分別連接至該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口。
  4. 一種利用分散式背板令接線卡互接之機架式交換器，至少包括：一機架，其內設有一容置空間，該容置空間能容納一設計數量之接線卡；一背板，係安裝在該機架之背側，其上設有複數個連接介面；至少一接線卡，係由該機架之前側插接至對應之該連接介面，該接線卡上設有一網路交換晶片及一互連交換晶片，該網路交換晶片係用以執行本地網路信號之交換，該互連交換晶片則係用以執行接線卡之端口間信號之交換；及一迴路，係透過該背板上插設有該接線卡之連接介面，令該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口相互連接，以使插設在該機架式交換器上之每張接線卡均能有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。
  5. 如請求項4所述之機架式交換器，其中，該迴路係一電路板，該電路板上設有至少一線路，該線路之兩端分別連接至該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口。
  6. 如請求項4所述之機架式交換器，其中，該迴路係至少一電纜線，該電纜線之兩端分別連接至該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口。
  7. 一種利用分散式背板令接線卡互接之機架式交換器，包括：一機架，其內設有一容置空間，該容置空間能容納一設計數量之接線卡及交換卡；一背板，係安裝在該機架之背側，其上設有該設計數量之連接介面；至少一接線卡，係由該機架之前側插接至對應之該連接介面，該接線卡上設有一網路交換晶片，該網路交換晶片係用以執行本地網路信號之交換；至少一交換卡，係由該機架之前側插接至對應之該連接介面，以透過該背板，與該接線卡相連接，該交換卡上設有一互連交換晶片，該互連交換晶片係用以執行接線卡之端口間信號之交換，且該互連交換晶片之數量等於該接線卡；及一迴路，係透過該背板上插設有該接線卡之連接介面，令該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口相互連接，以使插設在該機架式交換器上之每張接線卡均能有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。
  8. 如請求項7所述之機架式交換器，其中，該迴路係一電路板，該電路板上設有至少一線路，該線路之兩端分別連接 至該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口。
  9. 如請求項7所述之機架式交換器，其中，該迴路係至少一電纜線，該電纜線之兩端分別連接至該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口。
  10. 一種利用分散式背板令接線卡互接之機架式交換器，至少包括：一機架，其內設有一容置空間，該容置空間能容納一設計數量之接線卡；一背板，係安裝在該機架之背側，其上設有該設計數量之連接介面；至少一接線卡，係由該機架之前側插接至對應之該連接介面，該接線卡上設有一網路交換晶片及一互連交換晶片，該網路交換晶片係用以執行本地網路信號之交換，該互連交換晶片則係用以執行接線卡之端口間信號之交換；及一迴路，係透過該背板上插設有該接線卡之連接介面，令該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口相互連接，以使插設在該機架式交換器上之每張接線卡均能有效執行本地網路交換及卡間交換之功能。
  11. 如請求項10所述之機架式交換器，其中，該迴路係一電路板，該電路板上設有至少一線路，該線路之兩端分別連接至該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口。
  12. 如請求項10所述之機架式交換器，其中，該迴路係至少一電纜線，該電纜線之兩端分別連接至該網路交換晶片及該互連交換晶片上原本未直接相連之對應端口。
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