專利名稱：模塊化交換機及其運行方法
技術領域：
本發(fā)明涉及模塊化交換機技術，尤其涉及一種模塊化交換機及其運行方法。
背景技術：
交換機是進行大量報文數(shù)據(jù)交換的設備，為了滿足用戶不同的應用需求，現(xiàn)有技術將以太網(wǎng)接口模塊化形成業(yè)務卡模塊，用戶通過選用不同的業(yè)務卡模塊來滿足不同的應用環(huán)境，增加用戶的使用端口 ，這種交換機稱為模塊化交換機。
圖1為現(xiàn)有技術中一種模塊化交換機的結構示意圖。如圖1所示，模塊
化交換機至少包括交換背板l、管理板模塊2和業(yè)務卡模塊3。交換背板l上用于設置各種線路和插接口 ，管理板模塊2和業(yè)務卡模塊3均插接在交換背板1上實現(xiàn)連接。其中，管理板模塊2上設置有交換矩陣4和中央處理器(Central Processing Unit;以下簡稱CPU) 5,交換矩陣4負責將報文在各個業(yè)務卡模塊3之間轉(zhuǎn)發(fā)，CPU5負責配置管理交換矩陣4以及向整個模塊化交換機中的各業(yè)務卡模塊3發(fā)送管理信息，保證各業(yè)務卡模塊3的正常運行。業(yè)務卡模塊3中包括交換芯片6、 CPU7和端口模組8,交換芯片6具體為以太網(wǎng)交換芯片，用于在各端口模組8收發(fā)報文，并通過交換矩陣4與其他業(yè)務卡模塊3交互報文；業(yè)務卡模塊3上的CPU7用于從管理板模塊2上的CPU5中接收管理信息，從而對業(yè)務卡模塊3上的交換芯片6進行配置和管理。上述方式是現(xiàn)有技術中典型的分布式管理和分布式交換的模塊化交換機，即各業(yè)務卡模塊3上既設置有交換芯片6還設置有CPU7。交換矩陣4和交換
4芯片6分別通過數(shù)據(jù)通道19連接在交換背板1上，管理板模塊2的CPU5和業(yè)務卡模塊3的CPU7分別通過管理通道20連接在交換背板1上，各業(yè)務卡模塊3的CPU7和管理板模塊2中的CPU5分別通過外設互連標準(PeripheralComponent Interconnect;以下簡稱PCI )或夕卜設互連標準擴展(PeripheralComponent Interconnect express;以下簡稱PCIe )通道21對交換矩陣4或交換芯片6進行配置管理和數(shù)據(jù)報文交換。
但是，上述技術存在著一定的缺陷l)每個業(yè)務卡模塊都需要配置CPU，增加了交換機的成本；2 )使用管理通道實現(xiàn)管理板模塊對各個業(yè)務卡模塊的配置管理和通信，管理通道多使用百兆以太網(wǎng)線"100Base-T",帶寬有限，且布線復雜；3)使用"100Base-T"等管理通道時，需要為管理通道單獨增加物理層轉(zhuǎn)換芯片進行信號轉(zhuǎn)換，因此增加了交換機的成本，同時器件數(shù)量的增加也降低了交換機整機系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種模塊化交換機及其運行方法，以簡化模塊化交換機的結構，降低成本，從而改善模塊化交換機性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種模塊化交換機，包括交換背板、以及布設在所述交換背板上的用于插接管理板模塊的管理板接口集和用于插接業(yè)務卡模塊的業(yè)務卡接口集，其特征在于
所述管理板接口集包括第一數(shù)據(jù)通道接口和第一 PCIe接口 ；所述第一數(shù)椐通道接口用于連接管理板模塊中的交換矩陣以交互報文；所述第一 PCIe接口用于連接所述管理4反模塊中的中央處理器以接收管理信息；
所述業(yè)務卡接口集包括第二數(shù)據(jù)通道接口和第二 PCIe接口 ；所述第二數(shù)據(jù)通道接口用于連接業(yè)務卡模塊中的交換芯片以交互報文；所述第二 PCIe接口與所述第一 PCIe接口相連以接收所述管理板模塊中的中央處理器發(fā)送的管理信息，且所述第二 PCIe接口用于連接所述業(yè)務卡模塊中的所述交換芯片，發(fā)送所述管理信息以控制所述交換芯片；
所述第 一數(shù)據(jù)通道接口和第二數(shù)據(jù)通道接口之間的數(shù)據(jù)通道線路布設在所述交換背板上，所述第一 PCIe接口和第二 PCIe接口之間的PCIe線路布設在所述交換背板上。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種模塊化交換機運行方法，包括
管理板模塊中的中央處理器通過PCIe通道將管理信息分別發(fā)送給業(yè)務卡模塊中的交換芯片以進行控制；
各所述交換芯片分別通過數(shù)據(jù)通道與管理板i^莫塊中的交換矩陣進行報文交互。
在本發(fā)明上述技術方案中，采用PCIe接口和PCIe通道直接連接管理板模塊上的中央處理器和業(yè)務卡模塊上的交換芯片的技術手段，使管理板模塊能夠直接控制業(yè)務卡模塊的交換芯片，而業(yè)務卡模塊上無須設置CPU,因此能夠減少業(yè)務卡模塊上的器件，且能夠簡化交換背板上的布線。另一方面，本發(fā)明以數(shù)據(jù)通道連接管理板模塊的交換矩陣和業(yè)務卡模塊的交換芯片，即采用了集中式管理和分布式交換的技術方案，既可以降低模塊化交換機的成本，簡化器件而改善模塊化交換機工作的可靠性，同時還可以均衡管理板模塊和業(yè)務卡模塊的工作負荷，保證交換機的報文交換速度。


圖1為現(xiàn)有技術中一種模塊化交換機的結構示意圖；圖2為本發(fā)明模塊化交換機第一實施例的結構示意圖；圖3為本發(fā)明模塊化交換機第二實施例的結構示意圖；圖4為本發(fā)明模塊化交換機第三實施例的結構示意圖；圖5為本發(fā)明模塊化交換機運行方法實施例的流程圖。圖中
l-交換背板 2-管理板模塊 3-業(yè)務卡沖莫塊4 -交換矩陣
7 - CPU
10-第二PCIe接口13-第一數(shù)據(jù)通道接口16-第四數(shù)據(jù)通道接口19-數(shù)據(jù)通道22-管理板接口集
5 - CPU
8 -端口模組
11 -第三PCIe接口
14-第二數(shù)據(jù)通道接口
17-PCIe橋接單元
20-管理通道
23-業(yè)務卡接口集
6-交換芯片
9 -第一PCIe接口
12 -第四PCIe接口
15-第三數(shù)據(jù)通道接口
18 -插入觸發(fā)單元
21 -PCIe通道
24 -觸發(fā)線路
具體實施例方式
下面通過具體實施例并結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。模塊化交換機第 一 實施例
圖2為本發(fā)明模塊化交換機第一實施例的結構示意圖。如圖2所示，本實施例的模塊化交換機包括交換背板1、以及布設在交換背板1上的用于插接管理板模塊2的管理板接口集22和用于插接業(yè)務卡模塊3的業(yè)務卡接口集23。 一般情況下，管理板接口集22的數(shù)量為一個，用于連接一個管理板模塊2,業(yè)務卡接口集23的數(shù)量通常是多個，以連接多個業(yè)務卡模塊3。具體的，管理板*接口集22包括第一數(shù)據(jù)通道接口 13和第一PCIe接口 9;第一數(shù)據(jù)通道接口 13用于連接管理板模塊2中的交換矩陣4以交互報文；第一PCIe接口 9用于連接管理板模塊2中的CPU5以接收管理信息。業(yè)務卡接口集23包括第二數(shù)據(jù)通道接口 14和第二PCIe接口 10;第二數(shù)據(jù)通道接口 14用于連接業(yè)務卡模塊3中的交換芯片6以交互報文；第二PCIe接口 IO與第一 PCIe接口 9相連以接收管理板模塊2中的CPU5發(fā)送的管理信息，且第二PCIe接口 10用于連接業(yè)務卡模塊3中的交換芯片6，發(fā)送管理信息以控制交換芯片6。第一數(shù)據(jù)通道接口 13和第二數(shù)據(jù)通道接口 14均設置在交換背板1上，兩者之間連接有數(shù)據(jù)通道19線路，數(shù)據(jù)通道19線路布設在交換背板1上，第一PCIe接口 9和第二PCIe接口 10也設置在交換背板1上，兩者之間連接有PCIe線路，PCIe線路布設在交換背板1上。通常，第一 PCIe接口 9 和第二PCIe接口 1Q的數(shù)量相同，各個第二PCIe接口 IO分別設置在各個業(yè) 務卡接口集23中，各個第一PCIe接口 9均設置在一個管理板接口集22中。
本實施例模塊化交換機的交換背板上包括第一 PCIe接口和第二 PCIe接 口，分別連接管理板模塊的CPU和業(yè)務卡模塊上的交換芯片，使管理板模塊 的CPU可以直接與業(yè)務卡模塊上的交換芯片進行通信，完成管理信息的發(fā)送， 從而使管理板模塊能直接管理和配置業(yè)務卡模塊的交換芯片， 一方面減少了 發(fā)送管理信息所需物理信號的數(shù)量，另一方面使業(yè)務卡模塊上無須設置CPU, 還省略了管理通道及其物理層芯片，能夠簡化模塊化交換機的結構，降低布 線復雜性，同時能夠降^^產(chǎn)品成本。
在本實施例中，如圖2所示，交換背板1上可以插接管理板模塊2和至 少一個業(yè)務卡模塊3,其中，管理板模塊2的結構可以包括交換矩陣4和CPU5; 交換矩陣4上設有第三數(shù)據(jù)通道接口 15,且通過數(shù)據(jù)通道19連接到第一數(shù) 據(jù)通道接口 13上，實現(xiàn)在各業(yè)務卡模塊3之間轉(zhuǎn)發(fā)報文；CPU5上設有第三 PCIe接口 11,且通過PCIe通道21連接到第一PCIe接口 9上。管理板模塊 2上的CPU5運行并維護各種網(wǎng)絡協(xié)議或上層軟件功能，接收用戶的配置管理 命令并完成管理板模塊2和業(yè)務卡模塊3的配置和管理。業(yè)務卡模塊3的結 構可以包括交換芯片6和端口模組8，端口模組8具體可以為物理層芯片和 以太網(wǎng)端口 ；交換芯片6可以為包含介質(zhì)訪問控制器(Media Access Controller;以下簡稱MAC )的以太網(wǎng)交換芯片，與各端口才莫組8相連以收 發(fā)報文，并且交換芯片6上設有第四數(shù)據(jù)通道接口 16，通過數(shù)據(jù)通道19連 接到第二數(shù)據(jù)通道接口 14上；交換芯片6上設有第四PCIe接口 12,通過PCIe 通道21連接到第二PCIe接口 10上。
本實施例的技術方案中，省略了各業(yè)務卡模塊上的CPU,并且以PCIe通 道連接管理板模塊上的CPU和業(yè)務卡模塊上的交換芯片，還可以省略管理通 道所需的布線以及省略管理通道所需要配置的物理層轉(zhuǎn)換芯片。PCIe總線是 PCI總線的下一代總線技術，可以實現(xiàn)兩個設備之間點對點的串行互連，能夠為每一個連接的設備分配獨享通道帶寬，充分保障了各設備的寬帶資源，
能夠提高數(shù)據(jù)傳輸速率。PCIe總線采用串行線傳輸，可以節(jié)約空間，減少并 行總線中出現(xiàn)的信號線之間相互干擾的串攏問題，PCIe總線技術最少只需要 一對發(fā)送線和一對接收線實現(xiàn)一條PCIe通路。PCIe總線采用雙通道傳輸才莫 式，為全雙工模式，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，足以滿足管理板模塊上一個 CPU對多個業(yè)務卡^^莫塊上交換芯片進行管理控制的需求。在本實施例中，各 業(yè)務卡模塊上均設有交換芯片，并通過數(shù)據(jù)通道與管理板模塊的交換矩陣交 互報文，僅需要在交換芯片內(nèi)交互的報文可以不必發(fā)往交換背板，而可以直 接在該業(yè)務卡模塊內(nèi)的端口模組間轉(zhuǎn)發(fā)。本實施例的技術方案實現(xiàn)了管理板 模塊對業(yè)務卡模塊的集中管理，而數(shù)據(jù)報文分布交換的技術，均衡了管理板 模塊和業(yè)務卡模塊上的負荷，提高了模塊化交換機工作的可靠性。 模塊化交換機第二實施例
圖3為本發(fā)明模塊化交換機第二實施例的結構示意圖，本實施例以上述 第一實施例為基礎，管理板模塊2還包括至少一個PCIe橋接單元17,每 個PCIe橋接單元17連接在一個第三PCIe接口 11和多個第一PCIe接口 9之 間，以擴充管理板;漠塊2的CPU5可以連接的第一PCIe接口 9數(shù)量，相當于 擴充CPU5可以控制的業(yè)務卡模塊3的數(shù)量。
該PC I e橋接單元可以為任一 PC I e橋接設備，也可稱為PC I e交換器(PCIe Switch)，用來實現(xiàn)多路PCIe通道的擴展。本實施例利用了 PCIe通道點到 點互聯(lián)的擴展靈活性，使模塊卡交換機的擴展性能增強，且擴展方案簡單、 成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)豐富的拓樸擴展結構。
模塊化交換機第三實施例
圖4為本發(fā)明模塊化交換機第三實施例的結構示意圖，本實施例以上述 第一實施例為基礎，在業(yè)務卡模塊3中還包括插入觸發(fā)單元18,該插入觸 發(fā)單元18通過觸發(fā)線路24與管理板模塊2的CPU 5相連，用于在業(yè)務卡模 塊3插入拔出交換背板1時產(chǎn)生"存在(Present)信號"，并通過觸發(fā)線路 24將"存在信號，，發(fā)送至管理板模塊2中的CPU5,以通知管理板模塊2該業(yè)
9務卡接口集23上是否插接有業(yè)務卡模塊3。
本實施例的技術方案可以使業(yè)務卡模塊及時通知管理板模塊其插接到交
換背板上的狀態(tài)，從而在管理板模塊CPU的控制下進行^^文的轉(zhuǎn)發(fā)工作。
由于PCIe總線支持設備熱拔插和熱交換，所以可以像USB、 IEEE 1394
總線那樣進行熱撥插和熱交換。本實施例的技術方案對現(xiàn)有模塊化交換機的
工作方法不用進行變更。
模塊化交換才幾運4于方法實施例
圖5為本發(fā)明模塊化交換機運行方法實施例的流程圖，該方法可以由本 發(fā)明任一 實施例的模塊化交換機來執(zhí)行，具體包括如下步驟
步驟100、管理板模塊中的CPU通過PCIe通道將管理信息分別發(fā)送給業(yè)
務卡模塊中的交換芯片以進行控制；
步驟200、各交換芯片分別通過數(shù)據(jù)通道與管理板模塊中的交換矩陣進 行報文交互。
在具體應用中的工作流程可以為當業(yè)務卡模塊插入模塊化交換的業(yè)務 卡接口集上時，業(yè)務卡模塊的插入觸發(fā)單元產(chǎn)生"存在信號，，，并通過交換 背板通知管理板模塊上的CPU,該接口集，或者說該槽道有業(yè)務卡模塊插入； 同時，業(yè)務卡模塊上的PCIe通道通過交換背板與管理板^t塊的PCIe橋接單 元聯(lián)通；管理板模塊的CPU通過PCIe通道直接對業(yè)務卡模塊上的交換芯片進 行初始化配置，并在系統(tǒng)的正常運行過程中， 一直保持對業(yè)務卡模塊的信息 交互以及管理配置。當業(yè)務卡模塊拔出時，"存在信號"消失，管理板模塊 上的CPU將相對應的有關管理信息等刪除。
本實施例的技術方案，采用PCIe通道實現(xiàn)了管理寺反模塊中的CPU對業(yè)務 卡模塊中交換芯片的直接管理，在業(yè)務卡模塊中省略了 CPU等控制元件的設 置，而且PCIe通道的采用也能夠簡化交換背板上的布線，因此本實施例的技 術方案能夠簡化模塊化交換機的結構，降低成本。另外，本實施例的技術方 案釆用數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)交換芯片和管理板模塊中交換矩陣的報文交互，且交換 芯片設置在各個業(yè)務卡模塊上，業(yè)務卡模塊內(nèi)端口模組間的報文轉(zhuǎn)文可以不200910077485.3
必經(jīng)管理板模塊中的交換矩陣轉(zhuǎn)發(fā)，因此能夠均衡業(yè)務卡模塊和管理板模塊 的工作負荷，且數(shù)據(jù)通道的傳輸速率高，所以采用上述集中式管理的模式， 還能夠保證數(shù)據(jù)交換的速度，使模塊化交換機的整體性能得到改進。
本發(fā)明模塊化交換機及其運行方法并不限于以太網(wǎng)芯片的交換方式，還
可以采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(Ethernet Passive Optical Network;以下簡 稱EP0N)、寬帶無源光綜合接入(Gigabit-Capable PON;以下簡稱GPON)、 異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode;以下簡稱ATM)和"El"等 端口的交換設備中。
本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟 可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀 取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述 的存儲介質(zhì)包括R0M、 RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其 限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術 人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或 者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技 術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
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權利要求
1、一種模塊化交換機，包括交換背板、以及布設在所述交換背板上的用于插接管理板模塊的管理板接口集和用于插接業(yè)務卡模塊的業(yè)務卡接口集，其特征在于所述管理板接口集包括第一數(shù)據(jù)通道接口和第一PCIe接口；所述第一數(shù)據(jù)通道接口用于連接管理板模塊中的交換矩陣以交互報文；所述第一PCIe接口用于連接所述管理板模塊中的中央處理器以接收管理信息；所述業(yè)務卡接口集包括第二數(shù)據(jù)通道接口和第二PCIe接口；所述第二數(shù)據(jù)通道接口用于連接業(yè)務卡模塊中的交換芯片以交互報文；所述第二PCIe接口與所述第一PCIe接口相連以接收所述管理板模塊中的中央處理器發(fā)送的管理信息，且所述第二PCIe接口用于連接所述業(yè)務卡模塊中的所述交換芯片，發(fā)送所述管理信息以控制所述交換芯片；所述第一數(shù)據(jù)通道接口和第二數(shù)據(jù)通道接口之間的數(shù)據(jù)通道線路布設在所述交換背板上，所述第一PCIe接口和第二PCIe接口之間的PCIe線路布設在所述交換背板上。
2、 根據(jù)權利要求1所述的模塊化交換機，其特征在于 所述管理板接口集上插接有管理板模塊，至少一個所述業(yè)務卡接口集上插接有業(yè)務卡模塊；所述管理板模塊包括交換矩陣和中央處理器；所述交換矩陣上設有第三 數(shù)據(jù)通道接口，且通過數(shù)據(jù)通道連接到所述第一數(shù)據(jù)通道接口上；所述中央 處理器上設有第三PC I e接口 ，且通過PC I e通道連接到所述第一 PC I e接口上；所述業(yè)務卡模塊包括交換芯片和端口模組；所述交換芯片與各端口模組 相連以收發(fā)報文，并且所述交換芯片上設有第四數(shù)據(jù)通道接口，通過數(shù)據(jù)通 道連接到所述第二數(shù)據(jù)通道接口上；所述交換芯片上設有第四PCIe接口，通 過PC I e通道連接到所述第二 PC I e接口上。
3、 根據(jù)權利要求2所述的模塊化交換機，其特征在于，所述管理板模塊還包括至少一個PCIe橋接單元，每個PCIe橋接單元連接在一個所述第三 PCIe接口和多個第一 PCIe接口之間。
4、 根據(jù)權利要求2所述的模塊化交換機，其特征在于，所述業(yè)務卡模塊 還包括插入觸發(fā)單元，用于在所述業(yè)務卡模塊插入拔出所述交換背板時產(chǎn) 生存在信號，并通過觸發(fā)線路發(fā)送給所述管理板模塊中的中央處理器。
5、 一種模塊化交換機運行方法，其特征在于，包括 管理板模塊中的中央處理器通過PCIe通道將管理信息分別發(fā)送給業(yè)務卡模塊中的交換芯片以進^f亍控制；各所述交換芯片分別通過數(shù)據(jù)通道與管理板模塊中的交換矩陣進行報文 交互。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模塊化交換機及其運行方法。該交換機的管理板接口集包括第一數(shù)據(jù)通道接口和第一PCIe接口；第一數(shù)據(jù)通道接口用于連接管理板模塊中的交換矩陣；第一PCIe接口用于連接管理板模塊中的中央處理器以接收管理信息；業(yè)務卡接口集包括第二數(shù)據(jù)通道接口和第二PCIe接口；第二數(shù)據(jù)通道接口用于連接業(yè)務卡模塊中的交換芯片；第二PCIe接口與第一PCIe接口相連以接收管理板模塊中的中央處理器發(fā)送的管理信息，且第二PCIe接口用于連接業(yè)務卡模塊中的交換芯片，發(fā)送管理信息以控制交換芯片，第一PCIe接口和第二PCIe接口之間的PCIe線路布設在交換背板上。本發(fā)明的技術方案，能夠簡化結構，降低成本。
文檔編號H04L12/02GK101483529SQ20091007748
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權日2009年2月13日
發(fā)明者健 林 申請人:北京星網(wǎng)銳捷網(wǎng)絡技術有限公司