CN108008657B - 一种控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换*** - Google Patents

一种控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其中，包括：第一接口为第一交换板的PCIe外部接口，第二接口为第一交换板的PCIe内部接口；第三接口为第二交换板的PCIe外部接口，第四接口为第二交换板的PCIe内部接口；第一控制模块以及第二控制模块分别用于将输入的PCIe数据进行负载均衡后输出；第一控制模块与第二控制模块互为冗余，使得第一交换板以及第二交换板形成冗余结构；第一分组交换器以及第二分组交换器分别用于PCIe数据和以太网数据的转换，以与外部以太网进行通讯。本发明的控制板和交换板PCIe总线直连的负载均衡冗余交换***，避免数据信号的多次转换，降低了网络延迟，增加了网络带宽。

Description

一种控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种双信道融合的应急视频加密无线传输设备。
背景技术
随着集群和云计算等互联网技术的蓬勃发展，应用交付负载均衡器已成为数据中心应用中的一种常见的四层/七层网络负载均衡设备。这种负载均衡设备有两种常见的实现方式：
第一种是在控制板电路板上集成专用网卡或高速以太网卡的方式，通过特定的软件和驱动完成数据流负载均衡的目的。该方案存在两个缺陷：网络通信的带宽受限于网卡，当负载均衡器作为主路部署时往往会成为网络瓶颈；存在单节点故障，部署时需要采购冗余设备，增加了成本。
第二种是是将交换电路板和主控电路板集成在一起，并通过一些算法控制网络数据的流入和流出，达到负载分发的目的。这种方式需要实现主控电路与交换电路的数据交互，最常见的方案是将两电路间用以太网互连。该方案存在两个缺陷：两电路板间数据的通信经过多次信号转换，增加了功耗和延迟；设备存在单节点故障，部署时需要采购冗余设备，增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，用于解决上述现有技术的问题。
本发明的一种控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其中，包括：第一控制模块、第二控制模块、第一交换板以及第二交换板；第一交换板包括：第一接口、第二接口以及第一分组交换器；第二交换板包括：第三接口、第四接口以及第二分组交换器；该第一控制模块用于对第一交换板进行通信控制，第二控制模块用于对第二交换板进行通信控制；第一接口为第一交换板的PCIe外部接口，用于将第一分组交换器输入的PCIe数据传输给该第一控制模块，该第二接口为第一交换板的PCIe内部接口，用于将该第一控制模块输出的PCIe数据传输给第一分组交换器；第三接口为第二交换板的PCIe外部接口，用于将第二分组交换器输入的PCIe数据传输给该第二控制模块，该第四接口为第二交换板的PCIe内部接口，用于将该第二控制模块输出的PCIe数据传输给第分组交换器；该第一控制模块以及该第二控制模块分别用于将输入的PCIe数据进行负载均衡后输出；该第一控制模块与该第二控制模块互为冗余，使得第一交换板以及第二交换板形成冗余结构；该第一分组交换器以及该第二分组交换器分别用于PCIe数据和以太网数据的转换，以与外部以太网进行通讯。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，该第一控制模块包括：第一内存、第一处理器和第一网卡；该第二控制模块包括：第二内存、第二处理器和第二网卡；该第一网卡与第二网卡通过心跳线连接；该第一控制模块用于对该第一交换板的通信进行控制；该第二控制模块用于对该二交换板的通信进行控制。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，还包括：第一串行EEPROM，用于保存该第一交换板的配置信息；第二串行EEPROM，用于保存该第二交换板的配置信息。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，还包括：第一时钟芯片，用于向该第一交换板提供时钟频率；第二时钟芯片，用于向该第二交换板提供时钟频率。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，还包括：多个第一以太网端口逻辑，用于将输入的以太网数据输入给第一分组交换器，以及对第一分组交换器输出的以太网数据分别输出；多个第二以太网端口逻辑，用于将输入的以太网数据输入给第二分组交换器，以及对第二分组交换器输出的以太网数据分别输出。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，该第一接口、该第二接口、该第三接口以及该第四接口均为PCIe网卡。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，该第一分组交换器以及第二分组交换器，用于将输入的多个端口输入的以太网数据进行统一端口输出为PCIe数据。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，该第一控制板通过心跳线以组播方式与第二控制板进行状态信息通信。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，该第一控制板通每隔1秒与第二控制板进行状态信息通信。
根据本发明的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的一实施例，其中，该第一接口与该第一控制模块通过外部PCIe x8总线相连，该第二接口与该第一控制模块通过内部PCIe x8总线相连，该第三接口与该第二控制模块通过外部PCIe x8总线相连，该第四接口与该第二控制模块通过内部PCIe x8总线相连。
综上，本发明的控制板和交换板PCIe总线直连的负载均衡冗余交换***，避免数据信号的多次转换，降低了网络延迟，增加了网络带宽。同时，通过背板心跳的方式增加一台冗余交换设备，提高了***的稳定性。
附图说明
图1所示为本发明控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的模块图；
图2是本发明控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的***硬件结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1所示为本发明控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的模块图，如图1所示，本发明控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***主要包括：两个负载均衡器控制/交换电路。具体包括：控制模块1、控制模块2、网络交换芯片3、网络交换芯片4。网络交换芯片3包括接口31、接口32以及分组交换器33。网络交换芯片4包括：接口41、接口42以及分组交换器43。
如图1所示，控制模块1用于对网络交换芯片3进行通信控制，控制模块2用于对网络交换芯片4进行通信控制。接口41以及为PCIe外部接口，接口42为PCIe内部接口，接口31以及为PCIe外部接口，接口32为PCIe内部接口。控制模块1与控制模块2互为冗余，使得网络交换芯片3以及网络交换芯片4形成冗余结构。分组交换器33用于与外部以太网通讯，并进行PCIe数据和以太网数据的转换。分组交换器43用于与外部以太网通讯，并进行PCIe数据和以太网数据的转换。
图2是本发明控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的***硬件结构图，如图2所示，本发明控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***包括负载均衡器控制/交换电路A以及负载均衡器控制/交换电路B。在负载均衡器控制/交换电路A中，内存A2与处理器A1直连，网卡A3与处理器A1连接，PEP-A8与处理器A1通过外部PCIe x8总线相连，PEP-A9与处理器A1通过内部PCIe x8总线相连，PEP-A8与PEP-A9中的管理Bus与处理器A1通过管理PCIe x1总线双向连接，串行EEPROM A5通过SMBus与PCIe网络交换芯片A4双向连接，时钟芯片A6的输出端与PCIe网络交换芯片A4的输入端连接。负载均衡器控制/交换电路B中的内存B2与处理器B1直连，网卡B3与处理器B1连接，PCIe网络交换芯片B4中的PEP-B8与处理器B1通过外部PCIe x8总线相连，PCIe网络交换芯片B4中的PEP-B9与处理器B1通过内部PCIex8总线相连，PEP-B8与PEP-B9中的管理Bus与处理器B1通过管理PCIex1总线双向连接，串行EEPROM B5通过SMBus与PCIe网络交换芯片B4双向连接，时钟芯片B6的输出端与PCIe网络交换芯片B4的输入端连接；控制板A7的网卡A3与控制板B7的网卡B3双向连接，构成一条心跳线。
如图2所示，以负载均衡器控制/交换电路A为例，负载均衡器控制/交换电路A主要包括PCIe网络交换芯片A4、控制板A7、时钟芯片A6和串行EEPROMA5。其中PCIe网络交换芯片A4包括PEP A8、PEP A9、多个EPL和Packet Switch模块A10三个核心部分。PEP即PCIe EndPoint，也就是交换板上PCIe控制器的位置，对外部PCIe总线上的数据接收或发送，并与Packet Switch模块A10以指针形式转发；EPL即Ethernet Port Logic，用于与外部以太网连接，完成以太网与Packet Switch模块A10间的数据转发；Packet Switch模块A10是核心的网络处理模块，将所有的PCIe数据和网络数据以指定格式进行处理。控制板A7用于对交换芯片进行初始化、配置、监控和管理。时钟芯片A6用于PCIe网络交换芯片A4时钟频率的初始化；串行EEPROM A5用于保存PCIe网络交换芯片A4的配置信息。
参考图1，控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***的初始化过程如下：(以负载均衡器控制/交换电路A为例)
步骤一：PCIe网络交换芯片A4复位，其中包括：时钟芯片A6复位、PCIe端口PEP-A8和PEP-A9复位、以太网端口EPL复位、读取串行EEPROM A5的配置信息和Packet Switch模块A10功能复位。
步骤二：控制板A7启动，初始化内存A2和网卡A3，并扫描各PCIe总线(外部PCIe总线、管理PCIe总线和内部PCIe总线)上的设备。
步骤三：控制板A7通过管理Bus控制PCIe网络交换芯片A4，完成PCIe网络交换芯片A4的配置文件导入和端口的初始化。
步骤四：控制板A7加载PEP A8和A9驱动，完成内部PCIe网卡A8和外部PCIe网卡A9的初始化，并配置相应网卡的IP。
参考图1，***内外数据交换过程如下：(以负载均衡器控制/交换电路A为例)
步骤一：当有外部数据传递入内部时，PCIe网络交换芯片A4的PEP-A8通过DMA从Packet Switch模块A10接收一个数据包。
步骤二：PCIe网络交换芯片A4的PEP-A8对数据包进行校验，其中包括IPV4头部、TCP/UDP头部和NVGRE/VXLAN头部等。
步骤三：PCIe网络交换芯片A4的PEP-A8对数据包进行头部解析，并设置DMA地址的起始地址和长度，在MAIL_BOX中设置中断。
步骤四：控制板A7中处理器A1获取MAIL_BOX中的中断信号，开始DMA数据映射和传输，并清除MAIL_BOX中断，完成数据接收。
步骤五：控制板A7完成数据的分析后，将处理后的数据写入内部PCIe总线上，传输到PEP-A9的缓冲队列中，并在相应的MAIL_BOX设置传输中断。
步骤六：PCIe网络交换芯片A4将PEP-A9的缓冲队列中的数据指针推送到指定队列中，并清除MAIL_BOX中断。
步骤七：PCIe网络交换芯片A4的PEP-A9中的功能管理模块解析数据包头部，根据情况对TCP包进行分片、对NVGRE/VXLAN包进行封装，并将数据包指针通过DMA传递给PacketSwitch模块A10。
内部数据传递到外部，流向相反，即先经PEP-A9到控制板A7再到PEP-A8。
参考图1，***冗余切换过程如下：
步骤一：设置PCIe网络交换芯片A4中的PEP-A8为外部VLAN端口，设置对端控制板A7的外部网卡的固定IP为IP-a；设置PCIe网络交换芯片B4中的PEP-B8为外部VLAN端口，其对端控制板B7的外部网卡IP为IP-b。IP-a和IP-b应属同一子网。
步骤二：控制板A7中进行冗余切换，冗余切切换每隔1秒检测控制板A7和PEP-A8的健康状态，设置控制板A7中外部网卡的浮动IP为IP-c，并通过心跳线以组播方式发送状态信息。控制板B7中进行冗余切换，冗余切切换每隔1秒检测控制板B7和PEP-B8的健康状态，通过心跳线接收组播信息。
步骤三：当控制板A7检测异常，则清除控制板A7中外部网卡的浮动IP，并停止通过心跳线发送状态信息。当控制板B7未接收到组播信息，则设置控制板B7中外部网卡的浮动IP为IP-c。
步骤四：当控制板A7中的冗余切换软件检测正常，则设置控制板A7中外部网卡的浮动IP为IP-c，并再次通过心跳线发送状态信息。当控制板B7再次接收到组播信息，则清除控制板B7中外部网卡的浮动IP。
本发明控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，将控制板和交换板通过PCIe总线直连，避免数据信号的多次转换，降低了网络延迟，增加了网络带宽。同时，通过背板心跳的方式增加一台冗余交换设备，提高了***的稳定性。降低了网络延迟，增加了网络带宽；将冗余交换的集成在一体机内部，降低了网络的部署复杂性和设备成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其特征在于，包括：第一控制模块、第二控制模块、第一交换板以及第二交换板；第一交换板包括：第一接口、第二接口以及第一分组交换器；第二交换板包括：第三接口、第四接口以及第二分组交换器；
该第一控制模块用于对第一交换板进行通信控制，第二控制模块用于对第二交换板进行通信控制；第一接口为第一交换板的PCIe外部接口，用于将第一分组交换器输入的PCIe数据传输给该第一控制模块，该第二接口为第一交换板的PCIe内部接口，用于将该第一控制模块输出的PCIe数据传输给第一分组交换器；第三接口为第二交换板的PCIe外部接口，用于将第二分组交换器输入的PCIe数据传输给该第二控制模块，该第四接口为第二交换板的PCIe内部接口，用于将该第二控制模块输出的PCIe数据传输给第二分组交换器；
该第一控制模块以及该第二控制模块分别用于将输入的PCIe数据进行负载均衡后输出；该第一控制模块与该第二控制模块互为冗余，使得第一交换板以及第二交换板形成冗余结构；该第一分组交换器以及该第二分组交换器分别用于PCIe数据和以太网数据的转换，以与外部以太网进行通讯。
2.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其特征在于，
该第一控制模块包括：第一内存、第一处理器和第一网卡；
该第二控制模块包括：第二内存、第二处理器和第二网卡；
该第一网卡与第二网卡通过心跳线连接；
该第一控制模块用于对该第一交换板的通信进行控制；
该第二控制模块用于对该二交换板的通信进行控制。
3.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其特征在于，还包括：第一串行EEPROM，用于保存该第一交换板的配置信息；第二串行EEPROM，用于保存该第二交换板的配置信息。
4.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其特征在于，还包括：
第一时钟芯片，用于向该第一交换板提供时钟频率；
第二时钟芯片，用于向该第二交换板提供时钟频率。
5.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其特征在于，还包括：
多个第一以太网端口逻辑，用于将输入的以太网数据输入给第一分组交换器，以及对第一分组交换器输出的以太网数据分别输出；
多个第二以太网端口逻辑，用于将输入的以太网数据输入给第二分组交换器，以及对第二分组交换器输出的以太网数据分别输出。
6.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其特征在于，该第一接口、该第二接口、该第三接口以及该第四接口均为PCIe网卡。
7.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其特征在于，该第一分组交换器以及第二分组交换器，用于将输入的多个端口输入的以太网数据进行统一端口输出为PCIe数据。
8.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，其特征在于，该第一控制模块通过心跳线以组播方式与第二控制模块进行状态信息通信。
9.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，该第一控制模块通每隔1秒与第二控制模块进行状态信息通信。
10.如权利要求1所述的控制板和交换板总线直连的负载均衡冗余交换***，该第一接口与该第一控制模块通过外部PCIe x8总线相连，该第二接口与该第一控制模块通过内部PCIe x8总线相连，该第三接口与该第二控制模块通过外部PCIe x8总线相连，该第四接口与该第二控制模块通过内部PCIe x8总线相连。
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