可扩展的光电混合光纤网络背板系统 技术领域
本发明属于信息领域，特别涉及可扩展的光电混合光纤网络背板系统。
背景技术
由于Internet网上数据流的急剧增长，要求通讯网中的核心路由器的容量急剧增加，核心路由器容量增加的关键技术，提高输入和输出线卡的处理速率，提高核心路由器中互连交换网络的容量。容量为80Gbps、160Gbps等路由交换设备已相继供应市场。在以上路由交换设备容量的基础上，若要将容量近一步扩大，一种有效的方法是将许多台容量为80Gbps或160Gbps的路由交换设备，采用宽带、高密度的光纤网络背板系统技术，将数台同类的低容量的路由器互连起来，形成更大容量的路由交换设备。如将4、8.......台160Gbps的路由交换系统互连在一起形成容量为640Gbps、1.28Gbps.......路由交换设备。
发明内容
本发明为了有效地提高路由器的处理容量，提出一种基于单向容量为80Gbps，双向容量为160Gbps的路由交换设备，灵活地可扩展到数倍容量路由交换系统的光电混合光纤网络背板系统。
本发明提出的可扩展光电混合光纤网络背板系统，基于容量为80(×2)Gbps双向路由器，通过光电混合光纤网络背板系统进行扩容，有以下规率：基于容量为80(×2)Gbps双向路由器，输入和输出线卡的速率为10Gbps，用N＝2m(m＝1，2，3，…n，n为自然数)台组成容量可扩展的路由交换系统，其容量可扩展到2m×80(×2)Gbps双向路由交换系统，有2m×8对10Gbps输入、2m×8对输出线卡。每一台80×(2)Gbps可扩展地路由交换系统包括如下信息处理过程：8对输入、8对输出10Gbps线卡，每一对线卡的分组信息串并转换到2.5Gbps四个处理层面，在四个层面上分组信息用2.5Gbps的速率进行转发，每一层面上速率为2.5Gbps的8对输入端口的分组信息，通过速率为2.5Gbps的16×16开关芯片，构成可扩展的电子互连网络，进行路由寻径，交换到输出端口，再将四个层面上2.5Gbps速率的8对输出通道中分组信息，串并转换到8对输出10Gbps线卡进行输出。所以，一种可扩展的光电混合光纤网络背板系统，在2.5Gbps层面进行互连，包括四套光电混合光纤网络互连交换背板子系统，每套光电混合光纤网络互连交换背板子系统由两套光纤网络背板和N/2块16×16、N/4块32×32或N/864×64交换芯片组成，其中N为80(×2)Gbps双向路由器的台数，每台80(×2)Gbps双向路由器具有8对可扩展的输入、输出端口，该光电混合光纤网络背板系统按照Clos网络拓朴结构，将2、4、8.....台独立的的80(×2)Gbps双向路由器的扩展口，用光纤网络互连起来形成宽带、高速网络通道，提供若干台路由器之间的信息交换。
当80(×2)Gbps双向路由器的台数为8，或为N＝2m(m＝1，2，...n，n为自然数)时，独立80(×2)Gbps双向路由器具有8对输入、输出可扩展口，可扩展口可由16×16芯片中的8对输入和输出端口组成，或由其他形式的8对输出、输出端口组成。该光电混合光纤网络背板系统采用16×16交换芯片为路由交换芯片时，独立80(×2)Gbps双向路由器中的8对扩展口分别分为4组，或为N/2组，每组中的两条光纤或n(n＝16/N)条，分别与光电混合光纤网络互连交换背板子系统中的四块或N/2块16×16交换芯片互连。其网络拓朴结构如图3a和图3b所示，其光电混合光纤网络互连交换背板子系统如图6所示。
当光电混合光纤网络背板系统采用交换芯片为32×32时，独立80(×2)Gbps双向路由器中的8对扩展口分别分为2组，或为N/4组，每组中的4条光纤或n(n＝32/N)条，分别与光电混合光纤网络互连背板中的2块或N/4块32×32交换芯片互连，其网络拓朴结构见图7a和图7b。80(×2)Gbps双向路由器的台数为8时，整个光电混合光纤网络互连交换背板子系统见图8a和图8b所示。当所用交换芯片为64×64时，80(×2)Gbps双向路由器的台数为8时，80(×2)Gbps双向路由器中的可扩展的8对输出、8对输出端口，分别分为1组，每组中的八条光纤直接与光电混合光纤网络互连交换背板中的64×64交换芯片互连。八台80(×2)Gbps双向路由器扩容到640(×2)Gbps双向路由交换系统，其网络拓朴结构见图9a和图9b，整个光电混合光纤网络互连交换背板子系统见图10所示。
本发明可将数台容量为80Gbps路由器灵活地互连在一起，将容量扩展构成2倍、4倍、8倍、16......倍的路由交换系统设备，有效地提高核心路由器的容量。本发明同样可应用于网络服务器和光纤通道交换机等系统设备的提速扩容。
附图说明
图1为基于80×(2)Gbps路由交换系统扩展到640Gbps路由系统总体原理图。
图2a和图2b为具有可扩展电子背板的80(×2)Gbps路由器可展到640比特系统的光电混合光纤网络背板拓扑结构图。
图3a和图3b为具有可扩展电子背板的80(×2)Gbps路由器可扩展到1.28T比特路由交换系统的光电混合光纤网络背板拓扑结构图。
图4为可扩展电子互连背板的80(×2)Gbps路由寻径系统图。
图5为八台80(×2)Gbps扩展到640(×2)Gbps的T比特路由系统总图。
图6为用于80(×2)Gbps路由交换系统可扩展到1.28T比特路由交换系统的光电混合光纤网络互连交换背板子系统图。
图7a和图7b为基于80(×2)Gbps扩容到640(×2)Gbps系统的另一网络拓朴图。
图8a和图8b为基于80(×2)Gbps扩容到640(×2)Gbps系统的光电混合光纤网络互连交换背板子系统图。
图9a和图9b为基于80(×2)Gbps扩容到640(×2)Gbps系统的又一网络拓朴图。
图10为基于80(×2)Gbps采用64×64芯片扩容到640(×2)Gbps系统的光电混合光纤网络互连交换背板子系统图。
具体实施方式
双向容量为80×(2)Gbps路由交换设备扩展到容量为640Gbps或T比特路由系统总体原理图。如图1所示。它可由4、8.......台80×(2)Gbps的双向可扩展的路由设备和光电混合光纤网络背板系统组成。每一台80×(2)Gbps可扩展的路由交换系统包括如下信息处理过程：8对输入、8对输出10Gbps线卡，每一对线卡的分组信息串并到2.5Gbps四个处理层面，在四个层面上分组信息用2.5Gbps的速率进行转发，每一层面上速率为2.5Gbps的8对输入端口的分组信息，通过开关速率为2.5Gbps的16×16开关芯片，构成可扩展的电子互连网络，进行路由寻径，交换到输出端口，再将四个层面上2.5Gbps速率的8对输出通道中分组信息，串并转换到8对输出10Gbps线卡进行输出。每一台独立双向80(×2)Gbps的路由交换网络系统包括了8对10Gbps输入和输出线卡，分组信息并串到2.5Gbps四个处理层面上进行内部标志提取、转发，每一层面上速率为2.5Gbps的8对输入、8对输出端口的分组信息通过一个可扩展的电子互连背板进行寻径交换。每一层面上可扩展电子互连背板的可扩展性，主要决定于该系统中的电子互连背板所用的交换芯片。80(×2)Gbps路由交换系统中可扩展的电子互连网络应采用16×16交换芯片，每一层面的16×16交换芯片的8对输入和8对输出口是用于本系统中8对输入和8对输出端口的分组信息路由交换，而另外8对输出口是用于交换到其他80(×2)Gbps的路由交换系统的分组信息提供路由寻径的通道。而另外8对输入口为来自其他80(×2)Gbps的路由交换系统中的分组信息要到本台路由器的8对输出端口，提供路由寻径的通道，如图4所示。每一层面上电子互连背板的可扩展性，也可采用(8×8)×2其他方法实现。
基于独立80(×2)Gbps路由交换系统可扩展到320(×2)Gbps的路由交换系统，由4台独立的80(×2)Gbps的可扩展的路由交换系统和一套双向核心互连交换网络系统组成。若二台80(×2)Gbps的可扩展的路由交换系统安装在一个独立的机柜之中，四台独立的机柜有八台独立的80(×2)Gbps路由器，四台独立的机柜之间的互连交换网络系统，由于距离较长、速度高，都是采用宽带、高密度的光纤互连网络背板系统技术，由四台独立的机柜容量为80(×2)Gbps双向路由器设备扩展到640(×2)Gbps的路由交换系统总图，见图5。
本发明基于80×(2)Gbps路由交换系统可扩展到320×(2)Gbps比特路由交换系统的互连交换网络系统的拓扑结构如图2a和图2b所示。图中下面一排表示该系统包括四个80×(2)Gbps路由交换系统，每一台分别有8对10Gbps的输入、8对10Gbps输出端口，分成四个2.5Gbps层面对分组信息进行处理和路由交换。图2a表示每一台80×(2)Gbps路由交换系统采用(16×16)交换芯片，其中8对输入和8对输出端口提供本台内部的路由交换，而另外8对输入和8对输出提供四台路由器设备之间的路由交换。图2b表示每一台80×(2)Gbps路由交换系统采用(8×8)交换芯片，提供本台内部的路由交换。而(8×8)×2的意思，每一台80×(2)Gbps路由交换系统都具有其他8对输入和8对输出的扩展端口，可以通过各种方法来实现，如在(8×8)每一对输入和输出端口加一对(1×2)芯片等方法来实现，提供四台路由器设备之间的路由交换。四台设备每一个2.5Gbps层面之间的四组8对输入、8对输出的分组信息交换，通过一个核心互连交换网络系统提供寻径交换通道。四个2.5Gbps层面有四套光电混合光纤网络互连交换背板子系统。由四套光电混合光纤网络互连交换背板子系统组成的核心的光电混合光纤网络背板系统，将四个独立的80(×2)Gbps路由交换系统互连在一起，构成为一个容量320×(2)Gbps路由交换系统。
基于80(×2)Gbps路由交换系统可扩展到640(×2)Tbps路由交换系统的互连交换网络系统的拓扑结构如图3a和图3b所示，系统包括八台80(×2)Gbps路由交换系统。图2a表示每一台80×(2)Gbps路由交换系统采用(16×16)交换芯片，其中8对输入和8对输出端口提供本台内部的路由交换，而另外8对输入和8对输出提供四台路由器设备之间的路由交换。图2b表示每一台80×(2)Gbps路由交换系统采用(8×8)交换芯片，提供本台内部的路由交换。而(8×8)×2的意思，每一台80×(2)Gbps路由交换系统都具有其他8对输入和8对输出的扩展端口，可以通过各种方法来实现，如在(8×8)每一对输入和输出端口加一对(1×2)芯片等方法，提供四台路由器设备之间的路由交换。八台设备每一个2.5Gbps层面之间的八组16对输入、16对输出的分组信息交换，通过如图3a和图3b所示拓扑结构的一个核心光电混合光纤网络互连交换背板子系统提供寻径交换通道。当所用交换芯片为16×16时，80(×2)Gbps双向路由器中扩展的8对输出、8对输出端口，分别分为4组，每组中的两条光纤分别与光电混合光纤网络互连交换背板子系统中的四块16×16交换芯片互连。其网络拓朴结构如图3a和图3b所示，其光电混合光纤网络互连交换背板子系统如图6所示。当所用交换芯片为32×32时，80(×2)Gbps双向路由器中扩展的8对输出、8对输出端口，分别分为2组，每组中的四条光纤分别与光电混合光纤网络互连交换背板子系统中的四块16×16交换芯片互连。八台80(×2)Gbps双向路由器扩容到640(×2)Gbps双向路由交换系统，光纤网络背板子系统采用两块32×32交换芯片，其网络拓朴结构见图7a和图7b，整个光电混合光纤网络互连交换背板子系统见图8a和图8b所示，即每一套光纤网络背板中，每一块模板上由16×16芯片扩展的8对输出、8对输出端口，分2组4条光纤分别和光纤背板系统中2块32×32芯片互连。当所用交换芯片为64×64时，80(×2)Gbps双向路由器中扩展的8对输出、8对输出端口，分别分为1组，每组中的八条光纤分别与光电混合光纤网络互连交换背板中的四块16×16交换芯片互连。八台80(×2)Gbps双向路由器扩容到640(×2)Gbps双向路由交换系统，光纤网络背板系统采用一块64×64交换芯片，其网络拓朴结构见图9a和图9b，整个光电混合光纤网络互连交换背板子系统见图10所示。由四套光电混合光纤互连交换背板系统组成的核心互连交换网络系统，将八台80(×2)Gbps路由交换系统互连在一起，构成为一个容量宽带1.286Tbps路由交换系统。
基于四台或八台容量为80×(2)Gbps路由交换设备扩展到容量为640Gbps或1.28Tbps的路由交换系统设备，也即是说，要想让每一台的速率为10Gbps8对输入端口的分组信息，可以无阻塞地交换到其他三台或七台设备的速率为10Gbps输出端口中，任意一对输出端口。从路由交换网络层面上进行分析，首先在速率为2.5Gbps的每一个层面上，对不同的四组或八组8对输入、8对输出端口之间的路由交换，提供一台“光电混合光纤网络背板系统”进行路由寻径。即是对每一台设备来说，首先各自独立的进行如下过程的处理：8对输入10Gbps线卡，每一对线卡的分组信息并串到2.5Gbps四个处理层面，在四层面上分别进行将分组信息用2.5Gbps的速率进行转发，每一层面上速率为2.5Gbps的8对输入端口的分组信息，通过开关速率为2.5Gbps的16×16开关芯片构成可扩展的电子互连网络进行路由寻径，如果输出端口仍然是本设备的输出端口，则交换到本设备的输出端口输出；如果分组信息是需要从其他三台或七台的输出端口输出，则该分组信息通过16×16开关芯片中，其他8对备用的输出端口输出，经过光电混合光纤网络背板系统提供高速通道，路由寻径到其他三台或七台的2.5Gbps层面上的输出端口，最后，将四个层面上2.5Gbps速率的8对输出通道中分组信息串并转换到8对输出10Gbps线卡进行输出。