CN105763488B - 数据中心汇聚核心交换机及其背板 - Google Patents

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本发明涉及一种数据中心汇聚核心交换机的背板，包括：控制平面，控制平面包括主用主控和备用主控；每一主控通过GE通道与业务板卡相连；其中：每一主控配置有一个或多个CPU处理器。本发明提升了控制平面硬件性能，解决了数据中心汇聚核心交换机控制平面上硬件资源不足的问题，进一步满足用户对管理平面的资源需求，让用户能根据自身需求更好的定制管理平面；此外，主备主控的交换芯片可以无缝堆叠结合，扩展了通道数量并提高了通道传输速率，最多支持28个业务板，有利于业务板卡的扩展，进一步满足大数据云计算时代数据中心的需求。

Description

数据中心汇聚核心交换机及其背板
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种应用多处理器管理平面架构的数据中心汇聚核心交换机及其背板。
背景技术
目前，云计算在IT产业已得到广泛应用。在云计算的环境下，计算资源、网络资源和存储资源都可以作为业务发放给用户，从而使得资源共享变得更加灵活和广泛，减少了用户的硬件购置，升级维护等成本，终端用户可以使用各种类型的客户端，在任何地方接入建立在云计算上的各类应用。理论上来说，相对于应用装在用户本地终端的传统方法，云计算用户可以获得相同或甚至更好的用户体验。为了达到这样的效果，对于支撑云计算的数据中心就有了更多新的要求。
数据中心汇聚核心交换机是一种为满足云计算设计的一款交换机产品，能够实现数据中心异构网络的融合承载，使IP交换、存储和高性能运算统一通过全新的无损的以太网进行承载，简化网络结构和管理。同时数据中心汇聚核心交换机还能提供虚拟交换能力，满足云计算和网络虚拟化的需求。
常见的数据中心汇聚核心交换机，由控制平面、数据平面和监控平面构成。其中，控制平面负责路由交互协议及计算、***管理、控制消息收发及处理、与上位机通信等功能。现有的交换机，大部分的控制平面是单CPU构架，无论从运行速率还是从计算能力而言，都有硬件资源上的限制。另外，在控制平面和业务平面之间的带外管理通道方面，由于通道数量以及通道传输速率上的限制，影响了业务平面的交换容量和可扩展性。
因此，为了更好的满足用户需求，为用户提供更多的管理资源，需要一种多CPU的管理平面构架应用到数据中心汇聚核心交换机中。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种数据中心汇聚核心交换机及其背板，旨在解决数据中心汇聚核心交换机控制平面上硬件资源不足的问题，进一步满足用户对管理平面的资源需求。
为了达到上述目的，本发明提出一种数据中心汇聚核心交换机的背板，包括：控制平面，所述控制平面包括主用主控和备用主控；每一主控通过GE通道与业务板卡相连；其中：每一主控配置有一个或多个CPU处理器。
优选地，每一主控的CPU处理器数量配置为一个、两个和四个三种形态。
优选地，当CPU处理器数量配置为一个时，该CPU处理器为主CPU，与Patburg南桥芯片通过DMI总线进行通信；当CPU处理器数量配置为两个时，其中一个为主CPU，另一个为从CPU，主CPU与Patburg南桥芯片通过DMI总线进行通信，主从CPU之间通过QPI总线进行通信；当CPU处理器数量配置为四个时，其中一个为主CPU，另三个为从CPU，主CPU与Patburg南桥芯片通过DMI总线进行通信，主从CPU之间通过QPI总线进行通信。
优选地，每一主控还配置有一以太网控制器和一交换芯片；其中：
所述以太网控制器通过PCIE接口与所述主CPU通信连接，由所述主CPU对以太网控制器进行管理；所述以太网控制器提供两路以太网通道，其中一路以太网通道用于与本端主控的交换芯片通信，另一路以太网通道用于与对端主控的交换芯片通信；所述交换芯片通过GE通道与业务板卡相连。
优选地，所述交换芯片提供两路HIGIG链路，用于主用主控和备用主控之间的交换芯片通信。
优选地，所述交换芯片提供的GE通道数量达28路。
优选地，所述主用主控的交换芯片和备用主控的交换芯片通过所述两路HIGIG链路进行堆叠。
优选地，在进行堆叠之后，主用主控的交换芯片到业务板的第1路GE通道，与备用主控的交换芯片到业务板的第1路GE进行链路聚合，主用主控的交换芯片到业务板的第2路GE通道，与备用主控的交换芯片到业务板的第2路GE进行链路聚合，以此类推，主用主控的交换芯片到业务板的第28路GE通道，与备用主控的交换芯片到业务板的第28路GE进行链路聚合。
优选地，每路HIGIG链路的最高速率为42Gbps。
本发明实施例还提出一种数据中心汇聚核心交换机，包括背板和与所述背板通信连接的业务板卡，所述背板为如上所述的背板。
本发明实施例提出的一种数据中心汇聚核心交换机及其背板，通过将多处理器管理平面架构应用在数据中心汇聚核心交换机中，提升了控制平面硬件性能，解决了数据中心汇聚核心交换机控制平面上硬件资源不足的问题，进一步满足用户对管理平面的资源需求，让用户能根据自身需求更好的定制管理平面；此外，主备主控的交换芯片可以无缝堆叠结合，扩展了通道数量并提高了通道传输速率，进而提高了***性能。
附图说明
图1是本发明数据中心汇聚核心交换机较佳实施例的控制平面的架构示意图；
图2是本发明实施例数据中心汇聚核心交换机具有1个CPU的***示意图；
图3是本发明实施例数据中心汇聚核心交换机具有2个CPU的***示意图；
图4是本发明实施例数据中心汇聚核心交换机具有4个CPU的***示意图。
为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施方式
本发明实施例的解决方案主要是：通过将多处理器管理平面架构应用在数据中心汇聚核心交换机中，以提升控制平面硬件性能，解决数据中心汇聚核心交换机控制平面上硬件资源不足的问题，进一步满足用户对管理平面的资源需求，让用户能根据自身需求更好的定制管理平面；此外，主备主控的交换芯片可以无缝堆叠结合，从而可以扩展通道数量并提高通道传输速率，进而提高***性能。
随着云计算的兴起，对数据中心汇聚核心交换的性能要求越来越高。在数据中心交换机中，除了数据平面报文转发和业务处理需要有所提升以外，控制平面的数据处理能力，运算能力也需要有相应的提高。现有的数据中心交换机只是重视数据中心以汇聚核心换机的数据平面的交换容量扩大和业务处理能力的提升，而忽视了对控制平面硬件性能的增强，满足不了用户高要求的定制。
为了解决上述问题，本发明提供了一种多处理器架构在数据中心汇聚核心交换机中的应用。其中，本发明将数据中心汇聚核心交换机的控制管理平面作为考虑对象，从硬件处理器方面，提升整体硬件性能；同时也可以根据用户需求，对CPU的数量进行定制，即：同一设备中，可以选择单CPU的硬件配置，也可以选择使用多CPU的硬件配置。这样对于数据中心汇聚核心交换机的厂家来说，硬件上只需要研发一款控制平面***，却可以配置成高、中、低多种不同的产品，有利于降低研发成本。在控制平面和业务平面之间的带外管理通道方面，在硬件上扩展带外通道数量，使控制平面最大能同时管理28个业务板卡，这样的优势在于，有利于业务板卡的扩展，进一步满足大数据云计算时代数据中心的需求；在管理数据链路上，使用了10G以太网通道对管理通道提供备用链路；利用HIGIG的堆叠技术和IEEE802.3ad的规范协议，使控制平面A(主用控制平面)和控制平面B(备用控制平面)到同一业务板卡上的链路进行链路聚合，这样的优势在于，在提高管理通道带宽的同时，也增强***的可靠性。
具体地，参照图1，图1是本发明数据中心汇聚核心交换机较佳实施例的管理平面的架构示意图。
如图1所示，该数据中心汇聚核心交换机包括背板和与所述背板通信连接的业务板卡，其中：
本发明实施例提出的一种数据中心汇聚核心交换机的背板，包括：控制平面，该控制平面包括两个完全一样的主控，主控A和主控B。其中一个是主用主控(对应主用控制平面)，另外一个是备用主控(对应备用控制平面)，处于热备状态。
每一主控通过交换芯片(比如BCM56546芯片)提供的GE通道与业务板卡相连，最大可以支持28个业务板卡；其中：每一主控可以配置一个或多个CPU处理器，即主控采用多处理器可配置架构。
在本实施例中，***可以使用Intel公司的Intel Sandy Bridge-EN平台，其中包括Intel Sandy Bridge-EN系列CPU、Patburg南桥芯片。
数据中心汇聚核心交换机的控制平面中，每一主控的CPU处理器数量可以配置为1个、2个和4个共三种形态。
具体配置如下：
(1)、当CPU处理器数量配置为1个时，该CPU处理器为主CPU，与Patburg南桥芯片通过DMI(Direct Media Interface，直接媒体接口)总线进行通信；
(2)、当CPU处理器数量配置为2个时，其中一个为主CPU，另一个为从CPU，主CPU与Patburg南桥芯片通过DMI总线进行通信，主从CPU之间通过QPI(QuickPath Interconnect，快速通道互联)总线进行通信；
(3)、当CPU处理器数量配置为4个时，其中一个为主CPU，另3个为从CPU，主CPU与Patburg南桥芯片通过DMI总线进行通信，主从CPU之间通过QPI总线进行通信。
在CPU的配置中，每个CPU都有两个管脚SOCKET_ID[0]和SOCKET_ID[1]进行配置CPU的SOCKET_ID号，使每个CPU在启动时能区分自己在***中的职能。
SOCKET_ID[0]和SOCKET_ID[1]可以上拉到电源VTT配置成1；SOCKET_ID[0]和SOCKET_ID[1]可以悬空NC配置成0，一共2种状态。
CPU的SOCKET_ID[1:0]就可以配制成00、01、10、11四种ID。
在同一个数据中心汇聚核心交换机的控制平面中，电路设计时只需要设计成4个CPU的形态。在实际应用中，根据配置的需要，可以选择焊接1个CPU及CPU***电路，或者焊接2个CPU及CPU***电路，或者焊接4个CPU及CPU***电路。即只需要开发一种控制平面，却可以有3种形态的产品。实现灵活配置，降低研发成本，增加经济效益。
更为具体地，如图2所示，4个CPU在控制平面的应用如图2所示，其中：
数据中心汇聚核心交换机控制平面的CPU0、CPU1、CPU2和CPU3使用Intel SandyBridge平台处理器，其中CPU0作为主处理器，CPU1、CPU2、CPU3作为从处理器。
数据中心汇聚核心交换机控制平面的CPU0通过DMI接口与南桥芯片Patburg连接通信。
数据中心汇聚核心交换机控制平面的CPU0与CPU1之间通过QPI总线进行通信；CPU0与CPU3之间通过QPI总线进行通信；CPU1与CPU2之间通过QPI总线进行通信；CPU2与CPU3之间通过QPI总线进行通信。
数据中心汇聚核心交换机控制平面的CPU0通过将SOCKET_ID[0]管脚悬空做NC处理配置成0，将SOCKET_ID[1]管脚悬空做NC处理配置成0，使得CPU0的SOCKET_ID[1:0]配置成00。
数据中心汇聚核心交换机控制平面的CPU1通过将SOCKET_ID[0]管脚通过电阻R1接到VTT做上拉处理配置成1，将SOCKET_ID[1]管脚悬空做NC处理配置成0，使得CPU1的SOCKET_ID[1:0]配置成01。
数据中心汇聚核心交换机控制平面的CPU2通过将SOCKET_ID[0]管脚悬空做NC处理配置成0，将SOCKET_ID[1]管脚通过电阻R2接到VTT做上拉处理配置成1，使得CPU2的SOCKET_ID[1:0]配置成10。
数据中心汇聚核心交换机控制平面的CPU3通过将SOCKET_ID[1]管脚通过电阻R4接到VTT做上拉处理配置成1，将SOCKET_ID[1]管脚通过电阻R3接到VTT做上拉处理配置成1，使得CPU0的SOCKET_ID[1:0]配置成11。
根据用户的需求，数据中心汇聚核心交换机控制平面的4个CPU的构架可以通过选择焊接的方式，配置成1个CPU的模式，如图3所示。图3中实线表示需要焊接，虚线表示不焊接。图3中只焊接CPU0和Patburg南桥芯片；CPU1，CPU2，CPU3，R1，R2，R3，R4不焊接。这样就配置成1个CPU的模式。
此外，根据用户的需求，数据中心汇聚核心交换机控制平面的4个CPU的构架可以通过选择焊接的方式，配置成2个CPU的模式，如图4所示。图4中实线表示需要焊接，虚线表示不焊接。图4中只焊接CPU0、CPU1、R1和Patburg南桥芯片；CPU2，CPU3，R2，R3，R4不焊接。这样就配置成2个CPU的模式。
进一步地，本实施例的数据中心汇聚核心交换机的控制平面采用高可靠性、易扩展的高速带外管理通道。具体如下：
主控***使用10GbE双口以太网控制器，每一主控配置有一以太网控制器和一交换芯片；其中：
以太网控制器通过PCIE接口与主CPU通信连接，由主CPU对以太网控制器进行管理，交换芯片通过GE通道与业务板卡相连。
10GbE双口以太网控制器提供有2路10GbE以太网通道，其中1路10GbE以太网通道用于与本端主控的交换芯片通信，另外1路10GbE以太网通道与对端主控的交换芯片通信。这样的优势在于，在CPU与交换芯片之间提供了高达10Gbps速率的数据通道，提高整个设备的管理效率；在本端的CPU与对端主控的交换芯片之间提供了高达10Gbps速率的数据通道，使得主控到业务板卡之间管理链路通道多一种备用选择。
比如，当主控A的10GbE双口以太网控制器与主控A的交换芯片之间的10G以太网通道出现故障时，主控A的CPU无法在通过：主控A的CPU--->主控A的10GbE双口以太网控制器--->主控A的交换芯片--->28块业务板卡，这条链路去管理业务板卡；此时可以选择：主控A的CPU--->主控A的10GbE双口以太网控制器--->主控B的交换芯片--->28块业务板卡，这条链路去管理业务板卡。这样的优势在于无需进行主控之间的主备倒换，让业务不受任何影响，从而提高了整个***的可靠性。
本实施例中，主控***使用交换芯片作为带外管理交换芯片，该交换芯片提供28路GE通道，使得每个主控最大可以拥有28个GE通道去进行28块业务板的管理，其优势在于，最多支持28个业务板，有利于业务板卡的扩展，进一步满足大数据云计算时代数据中心的需求。
该交换芯片提供有2路10GbE以太网通道，其中1路10GbE以太网通道用于与本板的10GbE以太网通道通信，另外1路10GBASE-KR与对端主控的交换芯片通信；该芯片提供两路HIGIG(每路HIGIG速率最高可达42Gbps)用于主备主控之间的交换芯片通信。
进一步地，主控A和主控B之间的两路HIGIG链路，可以将主控A的交换芯片和主控B的交换芯片进行堆叠，两路HIGIG链路，每路最高速率42Gbps，总共84Gbps的速率使得两个交换芯片可以无缝堆叠结合。
在进行堆叠之后，主控A的交换芯片到业务板的28路GE通道中的第1路GE通道，与主控B的交换芯片到业务板的28路GE通道中的第1路GE通道使用IEEE 802.3ad的规范协议进行链路聚合，主控A的交换芯片到业务板的28路GE通道中的第2路GE通道，与主控B的交换芯片到业务板的28路GE通道中的第2路GE通道使用IEEE 802.3ad的规范协议进行链路聚合，以此类推，主控A的交换芯片到业务板的28路GE通道中的第28路GE通道，与主控B的交换芯片到业务板的28路GE通道中的第28路GE使用IEEE802.3ad的规范协议进行链路聚合。
这样的优势在于，链路聚合之后可以使主控到业务板卡之间的管理通道的带宽翻倍；链路聚合之后，在其中一个主控到业务板卡的管理通道出现故障的时候，也可以使用另外一个主控的管理通道对业务板进行管理，无需进行主控主备倒换，省去了主控主备倒换所需要的时间，使得整机业务依然可以无间断的进行，提高***的可靠性。
本发明实施例通过上述方案，通过将多处理器管理平面架构应用在数据中心汇聚核心交换机中，提升了控制平面硬件性能，解决了数据中心汇聚核心交换机控制平面上硬件资源不足的问题，进一步满足用户对管理平面的资源需求，让用户能根据自身需求更好的定制管理平面；此外，主备主控的交换芯片可以无缝堆叠结合，扩展了通道数量并提高了通道传输速率，最多支持28个业务板，有利于业务板卡的扩展，进一步满足大数据云计算时代数据中心的需求，提高了***性能。
此外，结合图1所示，本发明一实施例还提出一种数据中心汇聚核心交换机，包括背板和与所述背板通信连接的业务板卡，所述背板采用具有如上所述的控制平面的背板，其架构及实现原理，请参照上述实施例，在此不再赘述。
本发明实施例通过上述方案，通过将多处理器管理平面架构应用在数据中心汇聚核心交换机中，提升了控制平面硬件性能，解决了数据中心汇聚核心交换机控制平面上硬件资源不足的问题，进一步满足用户对管理平面的资源需求，让用户能根据自身需求更好的定制管理平面；此外，主备主控的交换芯片可以无缝堆叠结合，扩展了通道数量并提高了通道传输速率，最多支持28个业务板，有利于业务板卡的扩展，进一步满足大数据云计算时代数据中心的需求，提高了***性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种数据中心汇聚核心交换机的背板，其特征在于，包括：控制平面，所述控制平面包括主用主控和备用主控；每一主控通过GE通道与业务板卡相连；其中：每一主控配置有一个或多个CPU处理器，且每一主控的CPU处理器数量配置为一个、两个和四个三种形态；
当每一主控的CPU处理器数量配置为一个时，在共用的一种控制平面中选择焊接一个CPU及CPU***电路；当每一主控的CPU处理器数量配置为两个时，在共用的一种控制平面中选择焊接两个CPU及CPU***电路；当每一主控的CPU处理器数量配置为四个时，在共用的一种控制平面中选择焊接四个CPU及CPU***电路。
2.根据权利要求1所述的数据中心汇聚核心交换机的背板，其特征在于，
当CPU处理器数量配置为一个时，该CPU处理器为主CPU，与Patburg南桥芯片通过直接媒体接口DMI总线进行通信；当CPU处理器数量配置为两个时，其中一个为主CPU，另一个为从CPU，主CPU与Patburg南桥芯片通过DMI总线进行通信，主从CPU之间通过QPI总线进行通信；当CPU处理器数量配置为四个时，其中一个为主CPU，另三个为从CPU，主CPU与Patburg南桥芯片通过DMI总线进行通信，主从CPU之间通过QPI总线进行通信。
3.根据权利要求2所述的数据中心汇聚核心交换机的背板，其特征在于，每一主控还配置有一以太网控制器和一交换芯片；其中：
所述以太网控制器通过PCIE接口与所述主CPU通信连接，由所述主CPU对以太网控制器进行管理；所述以太网控制器提供两路以太网通道，其中一路以太网通道用于与本端主控的交换芯片通信，另一路以太网通道用于与对端主控的交换芯片通信；所述交换芯片通过GE通道与业务板卡相连。
4.根据权利要求3所述的数据中心汇聚核心交换机的背板，其特征在于，所述交换芯片提供两路HIGIG链路，用于主用主控和备用主控之间的交换芯片通信。
5.根据权利要求3或4所述的数据中心汇聚核心交换机的背板，其特征在于，所述交换芯片提供的GE通道数量达28路。
6.根据权利要求5所述的数据中心汇聚核心交换机的背板，其特征在于，所述主用主控的交换芯片和备用主控的交换芯片通过所述两路HIGIG链路进行堆叠。
7.根据权利要求6所述的数据中心汇聚核心交换机的背板，其特征在于，在进行堆叠之后，主用主控的交换芯片到业务板的第1路GE通道，与备用主控的交换芯片到业务板的第1路GE进行链路聚合，主用主控的交换芯片到业务板的第2路GE通道，与备用主控的交换芯片到业务板的第2路GE进行链路聚合，以此类推，主用主控的交换芯片到业务板的第28路GE通道，与备用主控的交换芯片到业务板的第28路GE进行链路聚合。
8.根据权利要求6所述的数据中心汇聚核心交换机的背板，其特征在于，
每路HIGIG链路的最高速率为42Gbps。
9.一种数据中心汇聚核心交换机，其特征在于，包括背板和与所述背板通信连接的业务板卡，所述背板为权利要求1-8中任一项所述的背板。
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