CN104917700A - 一种管理单元和交换单元双冗余的交换机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种管理单元和交换单元双冗余的交换机，该交换机包括管理交换板、背板和接口板；其中，管理交换板与背板连接，用于实现网络数据的交换和交换机的管理；接口板与背板连接，用于将网络差分信号从背板引出，并通过变压器连接至网口连接器；背板用于信号互联，完成PCIE信号、网络差分信号和多路选择器控制信号与管理交换板、接口板的连接通信。本申请实现了交换机管理单元、交换单元的双冗余，提升了交换机的可靠性；且冗余单元自动切换，避免了断网现象的发生；此外，该交换机硬件升级换代操作简单，板卡式连接，无需替换整个交换机，从而为用户节约了成本。

Description

一种管理单元和交换单元双冗余的交换机

技术领域

本发明涉及一种管理单元和交换单元双冗余的交换机，特别涉及一种基于PCIE接口的管理单元和交换单元双冗余的交换机。

背景技术

工业以太网交换机以其开放的网络标准，稳定的性能以及优异的电磁兼容性能，逐渐被工业控制自动化、轨道交通控制自动化、楼宇控制网络等用户认可与应用。随着这些应用逐渐增多，人们对网络的可靠性、稳定性要求越来越高。而普通的网管型工业交换机往往只有一个管理单元与交换单元，在设备运行过程中，如遇到某条链路异常、管理单元宕机或重启失效、交换单元停止工作等情况时，往往会给整个网络造成损害，影响人们的生产生活，甚至会造成生命财产危害。

普通的网管型工业以太网交换机可在线升级软件，但如果设备硬件需要升级、换代时，往往需要断电进行，这样往往造成大面积断网，给用户的实际使用造成困扰。交换机出现断网现象大致有如下几种情况：

1、交换机软、硬件故障，造成一定时间的断网，使用户无法正常访问各种网络设备，给生产、生活造成干扰；例如：

（1）     交换机长期运行时，会出现***错误、假死机等情况。虽然连接正常，但网络链路已经断开，造成无法进行数据交换和控制管理。虽然重启交换机能够恢复网络链接，但仍会造成一定时间的断网。

（2）     器件老化、焊接不良、批次不良等硬件问题，会让交换机的管理单元与交换单元出现永久性的失效，即使重启交换机仍无法恢复链路，造成网络大面积、长时间的瘫痪。

（3）     当网络病毒攻击时，造成交换机内部被大量数据淹没，导致无法进行数据交换。而查杀病毒仍需要一定时间，没有一个配置方案一致的交换机及时的弥补因查杀病毒而耽误的时间。

2、交换机软件升级出现升级失败，硬件升级需切断电源，均会造成一定时间的断网；

（1）     在交换机进行软件升级时，如发生升级失败的情况，虽然有办法可以将交换机内部***重新恢复，但恢复***、重新配置均需一定时间，就会造成一定时间的断网。

（2）     交换机硬件如果发生老化、焊接不良问题，只能采取断电的方法更换；另外为了解决已知的硬件设计问题、提升硬件性能，也需要断电来解决。这些操作都会给网络造成中断，给客户带来使用上的不便。

而目前采用的通过多台交换机做双链路的方式，虽然实现了冗余的效果，但其增加了交换机数量以及网卡数量，让整个***比较复杂，稳定性下降，成本也会提升。

因此，如何克服上述问题成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种管理单元和交换单元双冗余的交换机，该交换机实现了交换机管理单元、交换单元的双冗余，提升了交换机的可靠性；且冗余单元自动切换，避免了断网现象的发生；此外，该交换机硬件升级换代操作简单，板卡式连接，无需替换整个交换机，从而为用户节约了成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种管理单元和交换单元双冗余的交换机，所述交换机包括管理交换板、背板和接口板；其中，

所述管理交换板与所述背板连接，用于实现网络数据的交换和交换机的管理；

所述接口板与所述背板连接，用于将网络差分信号从背板引出，并通过变压器连接至网口连接器；

所述背板用于信号互联，完成PCIE信号、网络差分信号和多路选择器控制信号与管理交换板、接口板的连接通信。

进一步，所述管理交换板包括主交换板和从交换板，所述主交换板和从交换板都设置有CPU和SWITCH芯片，主交换板和从交换板之间电连接；主交换板的CPU实时监控主交换板的SWITCH芯片状态，当发现SWITCH芯片工作异常时，立即将数据交换功能转移到从卡的SWITCH芯片，并通知从交换板的CPU已经将数据交换功能转移到了从交换板的SWITCH芯片，此时主交换板的CPU将控制从卡的SWITCH芯片接管主交换板的SWITCH芯片的工作，从而实现了交换单元的冗余；主交换板的CPU定时的将心跳信号发送给从交换板的CPU，从交换板的CPU实时监控此信号；当发现主交换板心跳信号异常时，从交换板的CPU将接管主交换板的CPU控制管理功能，从而实现了管理单元的冗余。

进一步，所述背板中设置有主交换板高速连接器和从交换板高速连接器，背板可同时***同样的管理交换板，通过背板上的槽位区分电路来区分主、从交换板。

进一步，所述主交换板和从交换板均设置有CPLD模块，主交换板和从交换板可通过所述CPLD模块进行GPIO扩展。

进一步，所述接口板由高速连接器、变压器和网口连接器组成；所述高速连接器、变压器和网口连接器依次连接构成所述接口板。

本发明具有以下积极的技术效果：

本申请设置有两组交换、管理单元，通过高速PCIE接口将各单元按照冗余管理的方式相连。交换机正常运行时，主交换、管理单元负责数据交换和***管理；主管理单元负责实时监控主交换单元的工作状态，如发现主交换单元工作异常，立即切换到从交换单元负责数据交换；从管理单元负责实时监控主管理单元工作状态，如果主管理单元工作异常，立即切换到从管理单元负责***管理。这样在交换机运行期间，总有一套设备的交换、管理单元作为冗余，而且实现了运行的状态自动检测和管理单元的自动切换。本申请提升了交换机的可靠性；且冗余单元自动切换，避免了断网现象的发生；此外，该交换机硬件升级换代操作简单，板卡式连接，无需替换整个交换机，从而为用户节约了成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的管理交换板的结构示意图；

图3是本发明的背板的结构示意图；

图4是本发明的接口板的结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1所示，本申请的一种管理单元和交换单元双冗余的交换机，该交换机包括管理交换板、背板和接口板；其中，管理交换板与背板连接，用于实现网络数据的交换和交换机的管理；接口板与背板连接，用于将网络差分信号从背板引出，并通过变压器连接至网口连接器；背板用于信号互联，完成PCIE信号、网络差分信号和多路选择器控制信号与管理交换板、接口板的连接通信。

管理交换板包括主交换板和从交换板，主交换板和从交换板都设置有CPU和SWITCH芯片，可实现网络数据的交换和对交换机的管理。其中主交换板的CPU通过PCIE1与其SWITCH芯片的PCIE1进行连接；并通过PCIE3与从交换板的CPU中的PCIE3连接，实现配置信息同步、***运行状况监控等功能。

管理单元与交换单元双冗余的连线方法为，主交换板的CPU通过图1中的线1完成交换机的管理；主交换板的SWITCH芯片输出的网络信号由图1中的线6输出到背板上；从交换板的SWITCH芯片输出的网络信号由图1中的线7输出到背板上；主交换板的CPU的PCIE2通过线2连接到从交换板的SWITCH芯片PCIE2；主交换板的SWITCH芯片的PCIE2通过线3连接到从交换板的CPU芯片的PCIE2; 主交换板CPU中的PCIE3通过线5连接到从交换板CPU的PCIE3。

交换机在正常运行时由主交换板实现数据的交换和交换机的管理；并通过线1和线2将主交换板和从交换板的SWITCH芯片进行连接；同时将交换机配置信息通过线5发送给从交换板的CPU，实现数据的同步；主交换板的CPU通过线1实时监控主交换板的SWITCH芯片状态，如果发现SWITCH芯片工作异常，立即将数据交换功能转移到从交换板的SWITCH芯片，并通过线5通知从交换板的CPU已经将数据交换功能转移到了从交换板的SWITCH芯片，此时从交换板CPU通过线13将多路选择器的输入接到从交换板的SWITCH芯片，从而实现了交换单元的冗余；主交换板的CPU定时的通过线5将其心跳信号发送给从交换板的CPU，从交换板的CPU实时监控此信号；如果发现主交换板心跳信号异常，则将主交换板的CPU控制管理功能转移到从交换板的CPU芯片，从而实现了管理单元的冗余。概况的讲，正常情况下由主交换板的CPU进行交换机的数据管理，由主交换板的SWITCH进行数据交换，一旦主交换板的SWITCH芯片工作异常，立即由从交换板的SWITCH芯片来进行数据交换的功能；一旦主交换板的CPU工作异常，立即由从交换板的CPU来进行交换机的数据管理。是否将主交换板的SWITCH芯片切换到从交换板的SWITCH芯片进行数据交换，是由主交换板的SWITCH芯片状态决定的；是否将主交换板的CPU切换到从交换板的CPU来进行管理功能，是由主交换板CPU心跳是否正常来决定的，并由从交换板CPU监测此心跳信号。

如图2所示，管理交换板由CPU、SWITCH、FLASH、DDR SDRAM、PHY、电源DCDC、复位、CPLD等芯片组成。其中CPU主要完成交换机管理与冗余管理，通过线1与SWITCH芯片进行连接，并完成对数据的管理；通过线3实现与从交换板的SWITCH芯片的连接，通过线4实现与从交换板CPU芯片的通信；SWITCH芯片实现数据交换功能，并通过线2与从交换板的CPU进行连接，实现交换功能的冗余；FLASH芯片实现操作***、配置参数、标记信息等的存储；DDR SDRAM芯片负责***的创建、临时数据的存储等；PHY芯片负责将SWITCH芯片的部分MII信号转为网络差分信号；电源DCDC芯片负责生成管理交换板所需的各种电压源；复位模块负责产生***复位，保证各个芯片工作正常；CPLD模块负责***GPIO扩展。

如图3所示，背板中设置有主交换板高速连接器和从交换板高速连接器，可同时***同样的管理交换板，通过背板的槽位区分电路来区分主从卡。图3中线1实现主交换板CPU芯片的PCIE2连接到从交换板的SWITCH芯片的PCIE2；线2实现主交换板的SWITCH芯片的PCIE2连接到从交换板的CPU芯片的PCIE2；线3实现主交换板的CPU芯片的PCIE3连接到从交换板的CPU芯片的PCIE3。线5实现从交换板高速连接器将从交换板的多路选择器控制信号连接到多路选择器芯片，多路选择器芯片实现主交换板网络差分信号和从交换板网络差分信号的二选一输出；线4和线6为主交换板和从交换板输出的网络差分信号；线7、8、n为经过多路选择器的网络差分信号。

如图4所示，接口板由高速连接器、变压器、网口连接器组成。其主要实现将来自背板的网络差分信号经过变压器后，连接到网口连接器。可使用户通过网口连接器将交换机外部设备的网口连接到交换机。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种管理单元和交换单元双冗余的交换机，其特征在于，所述交换机包括管理交换板、背板和接口板；其中，

所述管理交换板与所述背板连接，用于实现网络数据的交换和交换机的管理；

所述接口板与所述背板连接，用于将网络差分信号从背板引出，并通过变压器连接至网口连接器；

所述背板用于信号互联，完成PCIE信号、网络差分信号和多路选择器控制信号与管理交换板、接口板的连接通信。

2. 根据权利要求1所述的交换机，其特征在于，所述管理交换板包括主交换板和从交换板，所述主交换板和从交换板都设置有CPU和SWITCH芯片，主交换板和从交换板之间电连接；主交换板的CPU实时监控主交换板的SWITCH芯片状态，当发现SWITCH芯片工作异常时，立即将数据交换功能转移到从卡的SWITCH芯片，并通知从交换板的CPU已经将数据交换功能转移到了从交换板的SWITCH芯片，此时主交换板的CPU将控制从卡的SWITCH芯片接管主交换板的SWITCH芯片的工作，从而实现了交换单元的冗余；主交换板的CPU定时的将心跳信号发送给从交换板的CPU，从交换板的CPU实时监控此信号；当发现主交换板心跳信号异常时，从交换板的CPU将接管主交换板的CPU控制管理功能，从而实现了管理单元的冗余。

3. 根据权利要求2所述的交换机，其特征在于，所述背板中设置有主交换板高速连接器和从交换板高速连接器，背板可同时***同样的管理交换板，通过背板上的槽位区分电路来区分主、从交换板。

4. 根据权利要求2所述的交换机，其特征在于，所述主交换板和从交换板均设置有CPLD模块，主交换板和从交换板可通过所述CPLD模块进行GPIO扩展。

5. 根据权利要求1所述的交换机，其特征在于，所述接口板由高速连接器、变压器和网口连接器组成；所述高速连接器、变压器和网口连接器依次连接构成所述接口板。