專利名稱：一種大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種新的大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適用于構(gòu)造分組互聯(lián)網(wǎng)T比特核心路由器。
背景技術(shù)：
以Internet為代表的信息網(wǎng)絡(luò)日益成為國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)和重要組成部分，它已經(jīng)滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，成為國(guó)家進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的基本需求，是未來(lái)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)載體和支撐環(huán)境。目前隨著全球Internet用戶數(shù)量和站點(diǎn)數(shù)量的急劇增長(zhǎng)，帶寬的需求也急劇增長(zhǎng)。光通信技術(shù)的發(fā)展使得傳輸帶寬資源成倍增加，且能夠滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)帶寬增長(zhǎng)的要求。而網(wǎng)絡(luò)交換能力的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于帶寬的增長(zhǎng)速度。T比特路由器(Terabit SwitchRouter，TSR)作為架構(gòu)高性能信息網(wǎng)絡(luò)的解決方案，日益成為學(xué)術(shù)和工程實(shí)現(xiàn)的研究熱點(diǎn)。但由于T比特路由器(TSR)的交換能力取決于交換網(wǎng)絡(luò)。因而可擴(kuò)展性問(wèn)題又是設(shè)計(jì)交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)所必須考慮的重要因素之一。例如，根據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量的增長(zhǎng)速度，要考慮在保護(hù)原有投資的基礎(chǔ)上快速地完成交換容量的升級(jí)。目前TSR的交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多采用直接連接網(wǎng)絡(luò)(Direct network)和間接連接網(wǎng)絡(luò)(Indirect network)。直接連接網(wǎng)絡(luò)以往廣泛應(yīng)用于超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)，與間接連接網(wǎng)絡(luò)相比，直接連接網(wǎng)絡(luò)具有更好的擴(kuò)展性。最常用的直接連接網(wǎng)絡(luò)有3D torus和超立方體網(wǎng)絡(luò)(Hypercube)。這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雖然已被網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商用來(lái)實(shí)現(xiàn)TSR路由器。但是由于這幾種直接連接網(wǎng)絡(luò)都是非平面結(jié)構(gòu)，用此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的大容量交換網(wǎng)絡(luò)均具有實(shí)現(xiàn)的成本高，可擴(kuò)展性差等自身無(wú)法克服的缺點(diǎn)，而使用具有平面結(jié)構(gòu)的2D torus網(wǎng)絡(luò)又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及3D torus或超立方體網(wǎng)絡(luò)的性能。所以，尋找新的具有良好性能和擴(kuò)展性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是目前T級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出了一種成本低、可擴(kuò)展性好的大容量可擴(kuò)展XD(Cross-Direct)平面三維網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅有利于硬件PCB和背板的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而且具有交換容量線性擴(kuò)展、良好的路徑多樣性、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡和容錯(cuò)能力。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是采用將多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)直接連接組網(wǎng)，每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)設(shè)有輸入、輸出和轉(zhuǎn)發(fā)端口，完成業(yè)務(wù)流的輸入、輸出及轉(zhuǎn)發(fā)功能。其技術(shù)關(guān)鍵是將多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)排列成一個(gè)平面矩陣；每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)采用多條鏈路與相鄰的節(jié)點(diǎn)相連，并通過(guò)三維環(huán)路與其它交換節(jié)點(diǎn)連接成平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
上述的大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，其三維環(huán)路由角度為0度或90度的一個(gè)直連環(huán)，和角度分別為45度、135度的兩個(gè)斜連環(huán)構(gòu)成。
上述的大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，如果用坐標(biāo)(x，y)來(lái)表示一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)在一個(gè)kx×kyXD網(wǎng)絡(luò)中的位置，那么與該節(jié)點(diǎn)相連的交換節(jié)點(diǎn)便是(x±1modkx，y±1modky)和(x，y±1modky)六個(gè)節(jié)點(diǎn)。即每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)通過(guò)6個(gè)端口與相鄰的節(jié)點(diǎn)相連，其中有2個(gè)端口通過(guò)上下端口與縱向的節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成一個(gè)縱向直連環(huán)路，另外4個(gè)端口通過(guò)45度和135度斜線與該方向的節(jié)點(diǎn)相連接構(gòu)成兩個(gè)斜連環(huán)路。
上述的大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，連接各個(gè)交換節(jié)點(diǎn)的短線采用電連接，長(zhǎng)線采用光或電連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有的3D Torus和Hypercube結(jié)構(gòu)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)XD交換網(wǎng)絡(luò)由三維環(huán)路直接連接的多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，具有更小的網(wǎng)絡(luò)直徑、平均距離，時(shí)延低，網(wǎng)絡(luò)吞吐率高，內(nèi)部鏈路不易擁塞，便于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行橫向和縱向擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。
(2)由于交換節(jié)點(diǎn)之間的連線短且規(guī)則，所以便于采用以電為主、光電混合的連接方式，降低了實(shí)現(xiàn)成本。
(3)由于采用平面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以便于背板及PCB的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和具體工程實(shí)現(xiàn)，使其具有良好的路徑多樣性、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡及容錯(cuò)能力。
分析表明，本發(fā)明具有良好的可擴(kuò)展性，橫向、縱向可分別或同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展；交換容量能夠從G比特級(jí)線性擴(kuò)展到T比特級(jí)，非常適合作為大容量交換機(jī)內(nèi)部的交換網(wǎng)絡(luò)。


圖1是本發(fā)明采用的基本交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明XD網(wǎng)絡(luò)規(guī)則示意3是本發(fā)明XD網(wǎng)絡(luò)不規(guī)則示意圖具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)獨(dú)立的8×8單節(jié)點(diǎn)交換結(jié)構(gòu)，具有業(yè)務(wù)流的輸入、輸出及轉(zhuǎn)發(fā)功能。每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)通過(guò)6條邊與相鄰的6個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相連，每條邊都是雙向的內(nèi)部通信鏈路。每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)都具有8個(gè)端口，其中1個(gè)或2個(gè)端口用于用戶業(yè)務(wù)流的輸入輸出，另外6個(gè)端口用于轉(zhuǎn)發(fā)相鄰節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流。
參照?qǐng)D2，該XD網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用一個(gè)直連環(huán)和兩個(gè)斜連環(huán)將多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)連接成5×5的規(guī)則平面三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖中的圓圈代表交換節(jié)，連線代表交換節(jié)點(diǎn)與相鄰節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系。圖中右邊的1、2～8標(biāo)號(hào)的連線與左邊的1、2～8標(biāo)號(hào)的連線一一對(duì)應(yīng)連接。圖中上方a、b、c、d、e、f、g、h、m、n的連線與下方的a、b、c、d、e、f、g、h、m、n的連線一一對(duì)應(yīng)連接。每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)通過(guò)6個(gè)端口與相鄰的節(jié)點(diǎn)相連，每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)通過(guò)3個(gè)連接環(huán)與相鄰的交換節(jié)點(diǎn)相連。該連接環(huán)為一個(gè)0度或90度的直連環(huán)和兩個(gè)45度與135度的斜連環(huán)。如交換節(jié)點(diǎn)(4，2)通過(guò)上下端口與縱向的節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成一個(gè)縱向(90度)直連環(huán)，剩下的4個(gè)端口，通過(guò)45度和135度斜線連接構(gòu)成兩個(gè)斜連環(huán)。例如，將右邊的斜線編號(hào)3與左邊的斜線編號(hào)3相連，同時(shí)上端的斜線編號(hào)d和下端的斜線編號(hào)d相連，就可構(gòu)成一個(gè)45度斜連環(huán)，如圖2中虛線所示；而將右邊的斜線編號(hào)6與左邊的斜線編號(hào)6相連，同時(shí)上端的斜線編號(hào)c和下端的斜線編號(hào)c相連，就構(gòu)成一個(gè)135度斜連環(huán)，如圖2中點(diǎn)劃線所示。該直連環(huán)和斜連環(huán)均由5個(gè)交換節(jié)點(diǎn)組成。
圖3為5×6不規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即縱向和橫向的交換節(jié)點(diǎn)數(shù)不等。該XD網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)關(guān)系與圖2相同，即上下、左右標(biāo)號(hào)連線一一對(duì)應(yīng)連接，每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)通過(guò)3個(gè)連接環(huán)與相鄰的交換節(jié)點(diǎn)相連。如交換節(jié)點(diǎn)(4，2)可通過(guò)上下端口與縱向的節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成一個(gè)縱向直連環(huán)，另外4個(gè)端口，通過(guò)45度和135度斜線連接構(gòu)成兩個(gè)斜連環(huán)。例如，將右邊的斜線編號(hào)5與左邊的斜線編號(hào)5相連，同時(shí)將上端的斜線編號(hào)g和下端的斜線編號(hào)g相連，就構(gòu)成了一個(gè)45度的斜連環(huán)，如圖3中虛線所示。再將右邊的斜線編號(hào)8與左邊的斜線編號(hào)8相連，同時(shí)將上端的斜線編號(hào)d和下端的斜線編號(hào)d相連，就構(gòu)成了一個(gè)135度的斜連環(huán)，如圖3中點(diǎn)劃線所示。該直連環(huán)和斜連環(huán)均由6個(gè)交換節(jié)點(diǎn)組成。由于該網(wǎng)絡(luò)是非規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，所以斜連環(huán)需要經(jīng)過(guò)直連環(huán)上的若干個(gè)交換節(jié)點(diǎn)(ky-kx)才能構(gòu)成一個(gè)完整的環(huán)路。
實(shí)施例本發(fā)明的XD網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)由交換子板、交換背板構(gòu)成的交換矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。即先在一個(gè)交換機(jī)框內(nèi)由交換背板和交換子板構(gòu)成一個(gè)可橫向擴(kuò)展的交換矩陣。機(jī)框內(nèi)可以插接多個(gè)交換子板，每個(gè)交換子板具有一個(gè)或多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)，單個(gè)機(jī)框的交換容量一般在幾十Gbps到幾百Gbps。機(jī)框內(nèi)交換節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)交換背板采用高速電方式連接。然后，通過(guò)將多個(gè)機(jī)框可放入一個(gè)機(jī)柜內(nèi)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的縱向擴(kuò)展。由于機(jī)框之間的連線比較短，所以交換機(jī)框之間仍可采用電連接或光纖連接。每個(gè)基本交換節(jié)點(diǎn)都具有I/O接口、交換開(kāi)關(guān)和控制器等功能。I/O接口的主要功能是完成IP分組的接收、發(fā)送及流量管理，并為數(shù)據(jù)分組進(jìn)入交換網(wǎng)絡(luò)做好相應(yīng)的預(yù)處理工作，如路由表的查找、內(nèi)部標(biāo)簽的分發(fā)、整形。交換開(kāi)關(guān)的功能是對(duì)各個(gè)端口到達(dá)的業(yè)務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)，控制器主要完成節(jié)點(diǎn)的初始化、參數(shù)的配置、路由表的形成與查找、分組轉(zhuǎn)發(fā)控制及差錯(cuò)控制等功能。同一機(jī)框內(nèi)各個(gè)交換節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)背板直接相連，背板上的連線對(duì)應(yīng)了圖2、圖3中的各交換節(jié)點(diǎn)之間的連線。該連線可采用以電為主、光電混合的連接方式，其中短線采用電連接，長(zhǎng)線采用光連接。
權(quán)利要求
1.一種大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)連接組網(wǎng)構(gòu)成，每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)設(shè)有輸入、輸出和轉(zhuǎn)發(fā)端口，完成業(yè)務(wù)流的輸入、輸出及轉(zhuǎn)發(fā)功能，其特征在于(1)多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)排列成一個(gè)平面矩陣；(2)每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)采用多條鏈路與相鄰的節(jié)點(diǎn)相連，并通過(guò)三維環(huán)路與其它交換節(jié)點(diǎn)連接成平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于三維環(huán)路由角度為0度或90度的一個(gè)直連環(huán)，和角度分別為45度、135度的兩個(gè)斜連環(huán)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)通過(guò)6個(gè)端口與相鄰的節(jié)點(diǎn)相連，其中2個(gè)端口通過(guò)上下端口與縱向的節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成一個(gè)縱向直連環(huán)路，另外4個(gè)端口通過(guò)45度和135度斜線與該方向的節(jié)點(diǎn)相連接構(gòu)成兩個(gè)斜連環(huán)路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于連接各個(gè)交換節(jié)點(diǎn)的連線設(shè)有長(zhǎng)線和短線，且短線采用電連接，長(zhǎng)線采用光或電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大容量可擴(kuò)展分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大容量交換網(wǎng)絡(luò)成本高、可擴(kuò)展性差的缺點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多個(gè)直接連接的交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)具有輸入、輸出和轉(zhuǎn)發(fā)端口，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流的輸入、輸出及轉(zhuǎn)發(fā)功能。每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)采用多條鏈路與相鄰的節(jié)點(diǎn)相連接，通過(guò)三維環(huán)路將交換節(jié)點(diǎn)連接成平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅有利于背板及PCB的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和具體工程實(shí)現(xiàn)，而且具有良好的網(wǎng)絡(luò)性能、容錯(cuò)能力和擴(kuò)展性，交換容量能夠從G比特級(jí)線性擴(kuò)展到T比特級(jí)，可用于大容量可擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)核心路由器采用的交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H04Q3/545GK1431808SQ0311446
公開(kāi)日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月27日
發(fā)明者邱智亮, 陳震, 楊君剛, 劉故箐, 楊帆, 王少勇, 胡致遠(yuǎn), 遲玲, 顧華璽, 錢(qián)霄紅 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué), 華為技術(shù)有限公司