交換機及其主控板的製作方法
2023-09-11 14:23:25
專利名稱：交換機及其主控板的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及數據通信設備領域，尤其涉及一種用於進行數據交換的交換機及
其主控板。
背景技術：
交換機主要用於用戶數據的轉發處理，目前交換機的結構主要包括集中式轉發架 構(見申請號為200810186462. l和200710120862. 8的中國專利申請)和分布式轉發架構 (見申請號為03146050. X、03275752. 2和200710120863. 2的中國專利申請)。分布式轉 發架構的交換機包括主控板和至少一個交換業務模塊，交換機的每個交換業務模塊上都有 自己的交換單元。如圖l所示，以包括三個交換業務模塊為例，典型的分布式轉發架構的交 換機還可以包括用於布線設置的交換機背板，其中主控板包含主交換單元SwitchO、主中央 處理單元CPUO和主管理接口單元MGMTO (Management)，各個交換業務模塊也都包含各自的 交換單元(Switchl Switch3)、中央處理單元(CPU1 CPU3)和管理接口單元(MGMT1 MGMT3)。各個交換業務模塊均有各自的與交換機外設備通訊的埠 (Portl Port3)。三個 交換業務模塊的交換單元分別通過接口 Sl和S2、S3和S4、S5和S6連接到主控板的SwitchO 上，SwitchO提供高效的數據轉發用以實現三個交換業務模塊之間的數據轉發。 分布式轉發架構的交換機的工作原理如下主控板的主交換單元SwitchO和各交 換業務模塊的交換單元Switchl Switch3用於實現數據層面的業務數據交換，數據交換 方式為當交換業務模塊內發生數據交換時，其埠數據通過交換業務模塊上的交換單元 直接完成數據交換，不需要傳輸到SwitchO上。而當發生跨交換業務模塊的數據交換時，比 如交換業務模塊1向交換業務模塊2發報文，則報文數據從交換業務模塊1的埠 Portl進 來，經過交換業務模塊1上的Switch 1轉發到SwitchO (通過接口 Sl或S2)，然後由SwitchO 通過接口 S3或S4轉發到交換業務無模塊2的Switch2，之後Switch2將數據轉發到自己的 埠 Port2上。 主中央處理單元CPUO除控制SwitchO的數據交換夕卜，還通過MGMTO在網絡層面集 中管理各交換業務模塊，實現對各交換業務模塊的網絡協議管理和維護。各交換業務模塊 的管理接口單元MGMT1 MGMT3接受來自主控板的MGMTO的網絡層面信息，CPU1 CPU3分 別根據MGMT1 MGMT3接收的網絡層面信息協助處理各種網絡協議和維護，因此主控板的 CPUO可以通過MGMTO管理各交換業務模塊的CPU1 CPU3並可提供較強的運算能力，協助 各交換業務模塊進行複雜業務的處理。 上述分布式轉發架構的交換機的優點是由於各交換業務模塊分擔主控板的 SwitchO的數據流量，並各自帶有中央處理單元，可以協助處理各種網絡協議和維護，因此 減輕了主控板的SwitchO和CPUO的負擔，提高了設備的實時響應性能和降低整機出現交換 阻塞的機率。 但是主控板上通過接口 Sl S6 (在此稱為HG 口 )與各交換業務模塊進行數據通 信的鏈路是交換機上用得很多的高速鏈路，其傳輸速度通常達到10Gbps或更高，這就要求主交換單元SwitchO具有6個以上的HG 口，而這種具備眾多高速HG 口的Switch0所採用的交換晶片通常價格昂貴，其自身的成本價佔去了主控板大約70%的成本。同時為了支持更多的交換業務模塊，要求HG 口數量不斷增加。所以上述分布式轉發架構的交換機存在一個顯著問題是主交換單元SwitchO的成本太高，對於低端需求的時候沒有價格優勢。同時因為具有多個HG接口的SwitchO採用的交換晶片具有較大的發熱量，作為交換網絡中的核心節點器件， 一旦出現故障，則其下掛的各個交換業務模塊將無法實現數據相互轉發。[0007] 鑑於上述結構存在的問題還提出了一種將多臺交換機設備通過高速埠互聯起來作為一臺使用和管理的交換機堆疊方式，每臺交換機包括中央處理單元和交換單元。交換堆疊通常使用菊花鏈堆疊方案，該方案與常規堆疊方案相比提高了可靠性和帶寬(見申請號為200320113753. 0的中國專利申請)。如圖2所示，典型的菊花鏈堆疊鏈路結構為交換機1的鏈路接口 S2與交換機2的連結接口 Sl'連接，交換機2的鏈路接口 S2'與交換機3的鏈路接口 Sr連接，而交換機3的鏈路接口 S2*與交換機1的鏈路接口 S 1連接(S 1、S2、S1'、S2'、S1*、S2*同樣也表示高速鏈路接口，簡稱HG 口 )。對於圖2所示的3臺交換機的菊花鏈堆疊方式而言，任何兩臺交換機之間具有至少一個HG的絕對帶寬。同時，任何一個HG鏈路損壞都不會影響三臺設備其它鏈路的互通交換，但是會影響互通交換的整體性能，因此總體上講菊花鏈堆疊架構的交換結構彼此沒有必然依靠性，所以可靠性是很高的。[0008] 但是，由於三臺交換機之間需要協作協調，因此三臺交換機的CPU1 CPU3之間還需要在網絡層面進行交互。這時，必須通過HG鏈路實現中央處理單元之間的網絡層面的數據交互(所交互的數據包括設備管理報文、堆疊鏈路協議、還有高層網絡路由協議等)，這些網絡層面信息的交互，需要佔用HG鏈路的帶寬，因此HG 口的有效數據帶寬會降低，更為惡劣的情況是當HG 口出在高佔用狀態的時候，網絡層面信息如堆疊鏈路協議的數據報得不到及時傳遞後，如果被過多丟棄則可能引起堆疊邏輯混亂，引起交換機自身或者網絡震蕩，後果嚴重。
實用新型內容本實用新型提供一種交換機及其主控板，用以解決現有技術中存在的交換晶片成
本高、可靠性低及有效數據帶寬低還易造成網絡震蕩的問題。 本實用新型提供一種主控板，包括 主中央處理單元，用於通過主管理接口單元在網絡層面集中管理各交換業務模塊，實現對各交換業務模塊的網絡協議管理和維護； 主管理接口單元，用於提供所述主中央處理單元與所述各交換業務模塊進行網絡層面信息交互的接口； 數據鏈路單元，包括若干條物理連接線，其中每條物理連接線的兩端分別連接兩個不同的交換業務模塊，用於該兩個交換業務模塊進行數據層面的數據交換。[0014] 本實用新型還提供了一種交換機，該交換機包括[0015] 上述主控板； 至少一個交換業務模塊，其中每個交換業務模塊包括 中央處理單元，用於通過管理接口單元與所述主管理接口單元進行網絡層面信息交互，在所述主中央控制單元的控制下進行網絡協議管理和維護，並控制交換單元進行數據交換； 所述管理接口單元，用於提供所述中央處理單元與所述主管理接口單元進行網絡層面信息交互的接口； 所述交換單元，與所述主控板中數據鏈路單元的物理連接線連接，通過該物理連
接線與其它交換業務模塊之間進行數據層面的數據交換。 本實用新型有益效果如下 1)對數據層面交換，數據鏈路使用菊花鏈堆疊方式互聯各交換業務模塊進行數據交換，與原分布式轉發架構的星形拓撲數據鏈路相比，可靠性更高； 2)對網絡層面交互，保留分布式交換架構中各中央處理單元和管理接口單元成熟管理方式不變，具有原分布式交換架構的集中式管理優勢，管理軟體實現簡單。
圖1為現有技術中模塊化交換機的結構圖； 圖2為現有技術中菊花鏈堆疊架構的交換機的結構圖； 圖3為本實用新型所提供的交換機的結構圖； 圖4為本實用新型實施例中主控板的數據鏈路單元的內部連接圖。
具體實施方式
為了解決現有技術中主控板中的主交換單元採用交換晶片的高成本問題和前面提到的單純菊花鏈堆疊方式的弱點，本新型提供了 一種廉價可靠的模塊化交換機及其主控板，同時對於部分用戶有特定的高級功能擴展需求的時候，能夠向上兼容提供使用功能強大的交換晶片。 依照本新型的實施例一，提供的主控板包括主中央處理單元，用於通過主管理接口單元在網絡層面集中管理各交換業務模塊，如向各交換業務模塊分發其所需的網絡協議，實現對各交換業務模塊的網絡協議管理和維護；主管理接口單元，用於提供所述主中央處理單元與所述各交換業務模塊進行網絡層面信息交互的接口 ；數據鏈路單元，包括若干條物理連接線，其中每條物理連接線的兩端分別連接兩個不同的交換業務模塊，用於該兩個交換業務模塊進行數據層面的數據交換。因此，數據鏈路單元用於提供各交換業務模塊中兩兩之間進行數據層面通信的數據鏈路，而該數據鏈路採用硬體連接方式實現。可見，本新型取消了原分布式轉發架構的交換機中的主交換單元，因此，不再需要採用昂貴的交換晶片；採用菊花鏈堆疊架構的連接方式構建數據層面的數據鏈路，同時還保持原分布式轉發架構中網絡層面的管理方式，因此，減輕了純菊花鏈堆疊架構中通信鏈路的流量，克服了網絡層面信息如堆疊鏈路協議的數據報文得不到及時傳遞所造成的嚴重後果。採用本新型一方面避免了網絡層面信息的丟失，加速了交換機系統的啟動速度，同時大幅度的降低了成本，對於成本敏感的核心層網絡設備非常具有競爭力；另外由於使用硬體連接代替原主控板中的交換晶片，極大提到了數據鏈路的可靠性，在其中任何一個交換業務模塊發生故障時也不會引起其他交換業務模塊失效。 優選地，本實施例中的數據鏈路單元為設置有C 條物理連接線的印製電路板(Printed circuit board, PCB)，其中n為交換業務模塊的個數，每一條物理連接線的兩個端點用於連接兩個不同的交換業務模塊。每一條物理連接線作為數據鏈路與其它數據鏈路是獨立的，不會受到其它數據鏈路故障的影響。當然，本新型不限於採用印製電路板來布置上述物理連接線，還可以採用其他形式的單板。本新型主控板使用成本低廉PCB板替代原昂貴的交換晶片，降低了主控板約70%的成本，同時最大限度的保障了分布式交換的各種優勢性能。使用純粹的PCB板走線替代原交換晶片，極大地提高了鏈路的可靠性，消除了原來由於交換晶片導致網絡癱瘓的引入的不穩定因素。 本新型為了實現在部分用戶有特定的高級功能擴展需求的時候，能夠向上兼容提供使用功能強大的交換晶片，所採用的PCB板使用球柵陣列封裝(BallGrid ArrayPackage，BGA)底盤，以下稱該PCB板為PCB-BGA。上述底盤採用與實現數據交換的晶片(如Switch0)的形狀保持一致的形狀，且實現數據鏈路的物理連接線的端點位置與將PCB板代替為交換晶片時，該交換晶片上的鏈路接口 (如S1 S6)焊接點所處位置一致。採用上述結構的主控板的一個顯著優點是因此具備向上兼容使用原交換晶片實現分布式轉發模式的能力，對於交換業務模塊之間帶寬要求高的場合或者需要有交換晶片提供輔助功能的場合，在需要的時候仍然可以使用交換晶片(SwitchO)替代PCB-BGA，很容易更改到原分布式轉發架構，以便實現更多的高級功能，主控板設計不需做任何變更。 依照本新型的實施例二，提供一種利用上述主控板的交換機，該交換機包括上述主控板和至少一個交換業務模塊，本實施例以交換機包括三個交換業務模塊為例，如圖3、圖4所示，本新型所提供的交換機包括主中央處理單元CPUO，用於通過主管理接口單元MGMTO在網絡層面集中管理各交換業務模塊，如向各交換業務模塊分發其所需的網絡協議，實現對各交換業務模塊的網絡協議管理和維護；主管理接口單元MGMTO，用於提供所述主中央處理單元CPUO與所述各交換業務模塊進行網絡層面信息交互的接口 ；數據鏈路單元，包括若干條物理連接線，其中每條物理連接線的兩端分別連接兩個不同的交換業務模塊，用於該兩個交換業務模塊進行數據層面的數據交換；三個交換業務模塊，其中每個交換業務模塊包括中央處理單元(CPU1 CPU3)，用於通過管理接口單元(MGMT1 MGMT3)與主管理接口單元MGMTO進行網絡層面信息交互，在所述主中央控制單元的控制下進行網絡協議管理和維護，並控制交換單元(Switchl Switch3)進行數據交換；所述管理接口單元(MGMT1 MGMT3)，用於提供所述中央處理單元(CPU1 CPU3)與所述主管理接口單元MGMTO進行網絡層面信息交互的接口 ；所述交換單元(Switchl Switch3)，用於通過所述數據鏈路單元所提供的數據鏈路與其它交換業務模塊之間進行數據層面的數據交換。該交換機還優選包括設置在主控板與各交換業務模塊之間的用於進行布線設置的交換機背板。各個交換業務模塊還可以包括與交換機外設備進行通訊的埠 (Portl Port3)。[0032] 如圖3所示，對於網絡層面的交互，由於本新型中的CPUO和MGMTO以及各交換業務模塊的CPU1 CPU3和MGMT1 MGMT3都保留原有結構不變，所以CPUO可以通過MGMTO實現在網絡層面對各交換業務模塊的集中式管理，這解決了單純菊花鏈堆疊架構中網絡層面信息如協議報文需要佔用HG鏈路的問題，極大提高網絡層面管理的可靠性。另外，由於使用CPUO集中式管理，因此省去了很多原菊花鏈結構所需要的多CPU協作運算的複雜軟體，既可降低軟體開發難度，同時也提高了軟體系統的可靠性。 本實施例中數據鏈路單元為設置有《=3條物理連接線的印製電路板，由於PCB-BGA內部使用如圖4所示的連接線路，其中一條物理連接線的兩個端點S2和S3用於分別連接交換業務模塊1和交換業務模塊2，實現交換業務模塊1和交換業務模塊2之間 數據層面的數據交換。另一條物理連接線的兩個端點Sl和S6用於分別連接交換業務模塊 1和交換業務模塊3，實現交換業務模塊1和交換業務模塊3之間數據層面的數據交換。最 後一條物理連接線的兩個端點S4和S5用於分別連接交換業務模塊2和交換業務模塊3， 實現交換業務模塊2和交換業務模塊3之間數據層面的數據交換。可見，PCB-BGA實際上 是將交換業務模塊1/2/3按照菊花鏈的方式連接起來了，菊花鏈方式具有較高的可靠性， 並且不會因為某一臺成員設備(這裡指交換業務模塊1/2/3)的損壞而引起系統癱瘓。由 於PCB-BGA內部沒有使用任何電子器件，所以其成本非常低，而且全部是單純的信號走線， 因此可靠性非常高，其內部三條數據鏈路(即圖4中的S2 S3、 S4 S5、 S6 Sl鏈路) 出現連接問題的可能性遠遠低於原使用交換晶片Switch0的方式。 與實施一相同，所述印製電路板使用球柵陣列封裝底盤，所述底盤採用與實現數 據交換的交換晶片的形狀保持一致的形狀，且物理連接線的端點位置與將印製電路板代替 為交換晶片時，該交換晶片上的鏈路接口所處位置一致。 本實施例提供的主控板尤其適用於具有2 4個交換業務模塊的分布式模塊化交 換機(通常用於中小型園區作為骨幹或匯聚設備)，如所述交換業務模塊的個數為三個，所 述印製電路板設置的物理連接線為三條；或所述交換業務模塊的個數為四個，所述印製電 路板設置的物理連接線為六條。使用此結構將達到最佳性價比。當然，所適用的交換機的 交換業務模塊的數量不限於此。 本實用新型消除了中小規模的分布式交換機架構中對主控板上昂貴交換晶片的 需求，採取廉價的PCB-BGA替代交換晶片，同時不過多的降低交換機的整機性能。本新型的 方案雖然降低了交換業務模塊之間的數據帶寬，但對於分布式交換機架構而言，其80%的 轉發業務都是在交換業務模塊上實現，只有很少的數據需要送到上鏈口 (即圖中的Sl S6 口 )做跨業務模塊的轉發，所以這種交換業務模塊之間數據帶寬性能降低的影響基本可以 忽略不計。凡是對數據層面的數據鏈路使用菊花鏈方式和在網絡層面使用集中式CPU管理 的方法實現的多個交換業務模塊互聯的方案，其原理與本新型相同，均應在本新型保護範 圍之類。 顯然，本領域的技術人員可以對本新型進行各種改動和變型而不脫離本新型的精 神和範圍。這樣，倘若本新型的這些修改和變型屬於本新型權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求一種主控板，其特徵在於，包括主中央處理單元，用於通過主管理接口單元在網絡層面集中管理各交換業務模塊，實現對各交換業務模塊的網絡協議管理和維護；主管理接口單元，用於提供所述主中央處理單元與所述各交換業務模塊進行網絡層面信息交互的接口；數據鏈路單元，包括若干條物理連接線，其中每條物理連接線的兩端分別連接兩個不同的交換業務模塊，用於該兩個交換業務模塊進行數據層面的數據交換。
2. 如權利要求l所述的主控板，其特徵在於，所述數據鏈路單元為設置有(^條物理連接線的印製電路板，其中n為交換業務模塊的 個數。
3. 如權利要求2所述的主控板，其特徵在於，所述印製電路板使用球柵陣列封裝底盤，所述底盤採用與實現數據交換的交換晶片的 形狀保持一致的形狀，且所述物理連接線的端點位置與將印製電路板代替為交換晶片時， 該交換晶片上的鏈路接口所處位置一致。
4. 如權利要求2所述的主控板，其特徵在於， 所述印製電路板設置的物理連接線為一條、三條或六條。
5. —種交換機，其特徵在於，該交換機包括 權利要求1所述的主控板；至少一個交換業務模塊，其中每個交換業務模塊包括中央處理單元，用於通過管理接口單元與所述主管理接口單元進行網絡層面信息交 互，在所述主中央控制單元的控制下進行網絡協議管理和維護，並控制交換單元進行數據 交換；所述管理接口單元，用於提供所述中央處理單元與所述主管理接口單元進行網絡層面 信息交互的接口；所述交換單元，與所述主控板中數據鏈路單元的物理連接線連接，通過該物理連接線 與其它交換業務模塊之間進行數據層面的數據交換。
6. 如權利要求5所述的交換機，其特徵在於，所述主控板的數據鏈路單元為設置有(^條物理連接線的印製電路板，其中n為交換業 務模塊的個數。
7. 如權利要求6所述的交換機，其特徵在於，所述印製電路板使用球柵陣列封裝底盤，所述底盤採用與實現數據交換的交換晶片的 形狀保持一致的形狀，且所述物理連接線的端點位置與將印製電路板代替為交換晶片時， 該交換晶片上的鏈路接口所處位置一致。
8. 如權利要求6所述的交換機，其特徵在於，所述交換業務模塊的個數為兩個，所述印製電路板所設置的物理連接線為一條；或所述交換業務模塊的個數為三個，所述印製電路板所設置的物理連接線為三條；或所述交換業務模塊的個數為四個，所述印製電路板所設置的物理連接線為六條。
9. 如權利要求5所述的交換機，其特徵在於，該交換機還包括 設置在主控板與各交換業務模塊之間的用於進行布線設置的交換機背板。
專利摘要本實用新型公開了一種交換機及其主控板，該主控板包括主中央處理單元，用於通過主管理接口單元在網絡層面集中管理各交換業務模塊，實現對各交換業務模塊的網絡協議管理和維護；主管理接口單元，用於提供所述主中央處理單元與所述各交換業務模塊進行網絡層面信息交互的接口；數據鏈路單元，包括若干條物理連接線，其中每條物理連接線的兩端連接兩個不同的交換業務模塊，用於該兩交換業務模塊進行數據層面的數據交換。本新型能夠適應超低成本的應用和高級功能擴展，大大提高了模塊化交換機應用架構的靈活性和可靠性。
文檔編號H04L12/56GK201504244SQ200920218349
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者陳武 申請人:福建星網銳捷網絡有限公司