使用用于数据中心网络交换的多光纤配置的光学架构和信道计划制造技术

公开了能够降低数据中心网络的成本和复杂性的数据中心网络架构、系统和方法。这样的数据中心网络架构、系统和方法使用物理光学环网络和多维度网络拓扑以及光学节点以便有效地分配数据中心网络内的带宽，同时降低数据中心网络的物理互连需求。各自的光学节点可以配置为提供各种交换拓扑，包括但不局限于弦环交换拓扑和多维度弦环交换拓扑。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用用于数据中心网络交换的多光纤配置的光学架构和信道计划相关申请的交叉引用本申请要求享有2011年6月20日递交的专利技术名称为“DATACENTERNETWORKSWITCHING”的美国临时专利申请No.61/498,931和2011年11月1日递交的专利技术名称为“DATACENTERNETWORKSWITCHING”的美国临时专利申请NO.61/554,107的优先权的利益。
本申请通常涉及数据通信系统，并且更具体地涉及光学数据中心网络，包括使用降低成本的粗波分复用（CWDM）收发机来互连数据中心服务器、架顶式交换机和聚集交换机，从而使用较容易的光纤布线来实现高的交换互连性。
技术介绍
近年来，大学、政府、企业和金融服务实体等等越来越多地依赖于数据中心网络，该数据中心网络结合服务器计算机（“服务器”）的机架以便实现用于支持它们的具体操作需求的应用程序（“应用”），包括但不局限于数据库管理应用、文档和文件共享应用、搜索应用、游戏应用和金融贸易应用。这样，数据中心网络通常在结合在其中的服务器以及互连所述服务器需要的联网设备的数量方面进行扩展，用于适应所述服务器被要求实现的应用的数据传输需求。常规数据中心网络典型地具有等级架构，其中共同位于特定机架中的每一个服务器经由到架顶式以太网交换机（“架顶式交换机”）的一个或多个以太网连接来进行连接。多个这样的架顶式交换机形成通常被称为“接入层”的部件，接入层是等级网络架构的最低级别。该等级的下一个较高级别通常被称为“聚集层”，其可以包括多个以太网交换机（“聚集交换机”）和/或互联网协议（IP）路由器。可以将接入层中的每一个架顶式交换机连接到聚集层中的一个或多个聚集交换机和/或IP路由器。该等级的最高级别通常被称为“核心层”，其包括可以配置为提供数据中心网络的入口/出口点的多个IP路由器（“核心交换机”）。可以将聚集层中的每一个聚集交换机和/或IP路由器连接到核心层中的一个或多个核心交换机，该一个或多个核心交换机又可以顺次彼此互连。在这样的常规数据中心网络中，在服务器的机架、接入层中的架顶式交换机、聚集层中的聚集交换机/IP路由器以及核心层中的核心交换机之间的互连一般使用点对点以太网链路来实现。尽管使用上述的常规数据中心网络来满足许多大学、政府、企业和金融服务实体的操作需求，但是这样的常规数据中心网络具有几个缺点。例如，没有共同位于相同的机架内的服务器之间的数据通信会在数据中心网络内经历过度的延迟（在本文中也被称为“时延”），这大部分是由于，当数据向上、向下和/或横跨网络的等级架构传播时，会要求该数据遍历许多交换机和/或路由器。由于过度的节点和/或链路利用，在这样的服务器之间的数据通信也会在数据中心网络的各自交换机和/或路由器内经历时延。此外，因为会采用多个路径来将广播和/或多播数据传送到数据中心网络内的不同目的地，这样的广播和/或多播数据会经历过度的时延漂移。随着数据中心网络和/或其负载的尺寸增加，这样的时延和/或时延漂移会加重。由于增加交换机、路由器、层和它们的互连的数量以便处理数据中心网络的扩展，数据中心网络的等级架构还通常遭受日益复杂的但基本上固定的光纤布线需求。因此，期望具有避免上述的常规数据中心网络的至少一些缺点的数据中心网络架构、系统和方法。
技术实现思路
根据本申请，公开了可以降低数据中心网络的成本和复杂性的数据中心网络架构、系统和方法。这样的数据中心网络架构、系统和方法采用利用在成对的光学端口上的混合空分复用（SDM）/波分复用（WDM）移动信道计划的光学节点，所述光学节点按照各种物理电缆网络拓扑进行连接，包括但不局限于物理环和物理2维度以及和更高维度的环。选择的物理拓扑和选择的混合SDM/WDM移动信道计划的组合产生具有增加的互连密度和减小的直径和链路利用的交换拓扑，导致减小的时延和时延漂移。光学节点可以包括具有多播/广播能力的电路交换机，例如电子交叉点或电子交叉交换机，以便增加光学节点和其中部署有光学节点的网络的功能，允许以网络流量、应用需求和/或部署需求为基础来降低被移动的能力和交换跳跃计数。该网络可以被用作对于接入层中的许多架顶式交换机的代替，从而降低聚集层和核心层的网络需求。可选地，该网络可以用作对许多聚集交换机和/或核心交换机的代替，从而降低对聚集层、核心层和接入层的网络需求。在一个方面中，每一个光学节点包括分组交换机，例如以太网交换机或IP路由器。分组交换机具有多个下行链路端口和多个上行链路端口。分组交换机可以经过光学节点上的用户连接端口由一个或多个下行链路端口经过一个或多个下行链路可通信地耦接到一个或多个外部连接的设备，例如服务器、外部交换机、外部路由器或任何其它适当的计算或计算机相关的设备。每一个光学节点可以包括支持各种速度、协议和/或物理格式的几种类型的用户连接端口，包括但不局限于10Gb/s以太网端口和支持40Gb/s以太网的QSFP端口。一个这样的光学节点的分组交换机可以由一个或多个下行链路端口经过一个或多个上行链路可通信地耦接到另一个这样的光学节点的分组交换机。光学节点的分组交换机和它们经过上行链路的互连形成在本文被称为“交换拓扑”的拓扑。注意到，在这样的交换拓扑中，分组交换机可以由多个上行链路互连。在另一方面中，每一个光学节点进一步包括连接到其上行链路端口的多个光学发射机和多个光学接收机（被共同地称为“收发机”）。每一个光学节点还可以包括至少一个电路交换机，例如交叉点交换机、交叉交换机或具有将其输入上的信号的时隙切换到其输出上的信号的时隙的能力的更多功能的交换机。收发机操作为向电路交换机提供电子信号，电路交换机顺次操作为提供到分组交换机的多个连接，从而允许交换拓扑被重新配置。在示例性方面中，电路交换机操作为将信号从其输入多播和/或广播到其输出中的一个、一些或全部。注意到，当（1）不存在电路交换机或（2）电路交换机被设置为将光学节点的每一个收发机连接到光学节点的分组交换机上行链路端口时，产生的交换拓扑在本文被称为“基本交换拓扑”。基本交换拓扑可以与通过重新配置电路交换机产生的合成的交换拓扑区分开。在进一步的方面中，每一个光学节点的一些或全部用户连接端口连接到光学节点的电路交换机，并且选择上行链路传输的格式以便匹配下行链路传输的格式，从而使用户连接端口能够从在内部连接到光学节点的分组交换机的端口重新配置到在内部连接到光学节点的收发机之一的端口（在本文被称为“直接附接”）。直接附接用于提供在不同的光学节点上的两个外部连接的设备之间或在光学节点的一个外部连接的设备和另一个光学节点的分组交换机之间的直接附接链路。例如，QSFP用户连接端口可以通过分离出其四（4）个10GbE分量信号并且通过电路交换机将信号单独地连接到四（4）个收发机来提供被转换为到其它光学节点的一（1）到四（4）个分组交换机的四（4）个10GbE连接的信号，这可以建立到多达四（4）个其它光学节点处的四（4）个其它收发机的连接，该其它光学节点的信号可能经过它们的电路交换机使用这样的直接附接连接到一个或多个其它内部分组交换机或外部设备。进而，通过将10GbE分量信号分别适当地连接到收发机或分组交换机，可以为直接附接链路提供四（4）个10GbE分量信号的子集并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.20 US 61/498,931;2011.11.01 US 61/554,1071.一种用于数据中心网络交换的系统，包括：至少一个光学节点，其中，所述光学节点包括：包括第一光学端口和第二光学端口的至少一对光学端口，所述第一光学端口包括按照预定序列1到N布置的多个分离的光学输入，所述第二光学端口包括按照所述预定序列1到N布置的多个分离的光学输出；位于所述第一光学端口和所述第二光学端口的每一个上的多个光学连接，所述多个光学连接包括连接到所述第一光学端口的第一个输入的第一光学连接、连接到所述第二光学端口的第N个输出的第二光学连接以及分别连接在所述第一光学端口的第二个输入到第N个输入和所述第二光学端口的第1个输出到第N-1个输出之间的多个光学连接路径；电子交换机；至少一个光学发射机，其操作为从所述电子交换机接收至少一个第一电子信号，并且在与所述至少一个第一电子信号相对应的指定波长w上提供至少一个第一光学信号；第一光学复用器，其操作为从所述至少一个光学发射机接收位于所述指定波长w上的所述至少一个第一光学信号，并且将所述至少一个第一光学信号添加到连接到所述第二光学端口的指定输出k的所述多个光学连接中的第一选择的一个光学连接，其中1≤k≤N；第一光学解复用器，其操作为从连接到所述第一光学端口的指定输入j的所述多个光学连接中的第二选择的一个光学连接去掉位于所述指定波长w上的所述至少一个第二光学信号，其中1≤j≤k；以及至少一个光学接收机，其操作为向所述电子交换机提供与所述至少一个第二光学信号相对应的至少一个第二电子信号。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学节点进一步包括：被实现为所述电子交换机的电子分组交换机；至少第二光学发射机，其操作为从所述电子分组交换机接收至少一个第三电子信号，并且在与所述至少一个第三电子信号相对应的指定波长w上提供至少一个第三光学信号；第二光学复用器，其操作为从所述至少第二光学发射机接收位于所述指定波长w上的所述至少一个第三光学信号，并且将位于所述指定波长w上的所述至少一个第三光学信号添加到连接到所述第二光学端口的指定输出k＇的所述多个光学连接中的第三选择的一个光学连接，其中1≤k’≤N；第二光学解复用器，其操作为从连接到所述第一光学端口的指定输入j＇的所述多个光学连接中的第四选择的一个光学连接去掉位于所述指定波长w上的至少一个第四光学信号，其中1≤j’≤k’；以及至少第二光学接收机，其操作为向所述电子分组交换机提供与所述至少一个第四光学信号相对应的至少一个第四电子信号，其中，k’≤j-1或者j’≥k+1。3.如权利要求2所述的系统，其中，k’＝j-1；其中，所述第三选择的光学连接与所述第二选择的光学连接相对应；并且其中，所述第二光学复用器设置在所述第一光学解复用器和所述第二选择的光学连接上的所述第二光学端口之间。4.如权利要求3所述的系统，其中，所述第一光学解复用器和所述第二光学复用器被实现在单个设备中。5.如权利要求2所述的系统，其中，j’＝k+1；其中，所述第四选择的光学连接与所述第一选择的光学连接相对应；并且其中，所述第一光学复用器设置在所述第二光学解复用器和所述第一选择的光学连接上的所述第二光学端口之间。6.如权利要求5所述的系统，其中，所述第一光学复用器和所述第二光学解复用器被实现在单个设备中。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个光学节点包括多个光学节点，所述多个光学节点在预定的光学节点布置中互连，所述预定的光学节点布置包括物理拓扑和基本交换拓扑。8.如权利要求7所述的系统，其中，所述物理拓扑是多光纤环网络，其中，所述基本交换拓扑是弦环网络，其中，所述多个光学节点包括至少一个第一光学节点和至少一个第二光学节点，其中，所述第一光学节点和第二光学节点包括在所述物体拓扑上没有物理地连接到彼此的端口，并且其中，所述基本交换拓扑包括设置在至少所述第一光学节点和第二光学节点之间的至少一个弦。9.如权利要求8所述的系统，其中，所述基本交换拓扑是全网格网络。10.如权利要求8所述的系统，其中，所述多个光学节点包括M个光学节点，其中，每一个光学节点被指定为光学节点m，其中“m”的范围是从0到M-1，其中，所述弦环网络包括多个弦，所述弦包括可变的弦长度，其中，每一个弦长度被指定为rh，其中“h”的范围是从1到C，并且其中，“M”和“C”是正整数；并且其中，包括在所述光学节点m中的所述电子交换机被连接到包括在具有多个sc弦的光学节点m+rc(modM)和光学节点m-rc(modM)中的每一个中的所述电子交换机，其中，sc≥1，并且其中，“c”的范围是从1到C。11.如权利要求8所述的系统，其中，所述电子交换机是电子分组交换机，并且所述多个光学节点中的至少一些光学节点包括可操作地耦接在所述电子分组交换机以及多个光学接收机和光学发射机之间的电子电路交换机。12.如权利要求11所述的系统，其中，所述电子电路交换机直接可通信地耦接到至少一个外部连接的设备。13.如权利要求11所述的系统，其中，包括在所述多个光学节点中的至少一个光学节点中的所述电子电路交换机配置为修改所述至少一个弦以便产生与所述基本交换拓扑不同的合成的交换拓扑。14.如权利要求13所述的系统，其中，所述至少一个弦包括多个弦，其中，包括在所述多个光学节点中的至少一个光学节点中的所述电子电路交换机配置为有效地组合所述多个弦中的至少两个弦，以便在所述合成的交换拓扑中产生包括增加的弦长度的至少一个额外的弦。15.如权利要求7所述的系统，其中，所述物理拓扑是q维度的环形网络，其中，所述基本交换拓扑是q维度的弦环网络，其中，所述多个光学节点包括在所述q维度的环形网络的维度中对齐的包括在所述q维度的环形网络上不物理地连接到彼此的端口的至少一个第一光学节点和至少一个第二光学节点，其中，所述q维度的弦环网络包括设置在所述第一光学节点和第二光学节点之间的至少一个弦，并且其中，“q”是大于或等于2的正整数。16.如权利要求15所述的系统，其中，所述电子交换机是电子分组交换机，并且所述多个光学节点中的至少一些光学节点包括可操作地耦接在所述电子分组交换机以及多个光学接收机和光学发射机之间的电子电路交换机。17.如权利要求16所述的系统，其中，所述电子电路交换机直接可通信地耦接到至少一个外部连接的设备。18.如权利要求16所述的系统，其中，包括在所述多个光学节点中的至少一个光学节点中的所述电子电路交换机配置为修改所述至少一个弦以便产生与所述基本交换拓扑不同的合成的交换拓扑。19.如权利要求18所述的系统，其中，所述至少一个弦包括多个弦，其中，包括在所述多个光学节点中的至少一个光学节点中的所述电子电路交换机配置为有效地组合所述多个弦中的至少两个弦，以便在所述合成的交换拓扑中产生包括增加的弦长度的至少一个额外的弦。20.如权利要求19所述的系统，其中，所述多个光学节点进一步包括第三光学节点和第四光学节点，其中，所述第三光学节点和所述第四光学节点包括在所述q维度的环形网络上不物理地连接到彼此的端口，其中，所述第三光学节点和所述第四光学节点在所述q维度的环形网络的任意维度上不对齐，并且其中，包括增加的弦长度的所述至少一个额外的弦操作为连接包括在所述第三光学节点和第四光学节点中的各自的分组交换机。21.如权利要求15所述的系统，其中，所述q维度的弦环网络是在至少一个维度中的全网格网络。22.如权利要求7所述的系统，其中，所述物理拓扑是q维度的曼哈顿街道网络，其中，所述基本交换拓扑是q维度的弦路径网络，并且其中，“q”是大于或等于1的正整数。23.如权利要求22所述的系统，其中，所述q维度的弦路径网络包括q个维度，并且其中，所述q维度的弦路径网络是在所述q个维度中的至少一个维度中的全网格网络。24.如权利要求1所述的系统，进一步包括：被实现为所述电子交换机的电子分组交换机。25.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·巴里，D·J·胡萨克，D·E·斯波克，M·W·摩根，P·B·埃弗德尔，R·李，
申请(专利权)人：普莱克希公司，
类型：
国别省市：