管理计算机网络的直接互连交换机布线与增长的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于管理基于将网络接口卡(NIC)替换为交换机中容纳的PCIe交换卡的架构在环面或更高基数的互连结构上实现的直接互连网络的布线和增长的方法。还提供了在互连的实现中使用的无源配线架，包括：容纳用于互连的节点到节点的连接的无源背板；和至少一个连接器板，其插入无源背板，包括多个连接器。多个连接器能够接收互连插件以在不能完全启用时保持环面或更高基数的拓扑的连续性。用于互连的实现的PCIe卡包括：用于互连的至少4个电气或光学端口；本地交换机；具有RAM和ROM存储器的处理器；和PCI接口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及计算机网络拓扑和架构。具体地，本专利技术涉及一种用于管理在其上实现直接互连交换机的布线和增长的方法和装置，例如，环面或更高基数的布线结构。
技术介绍
术语数据中心(DC)一般是指用于容纳大型计算机系统的设施(通常包含在容纳设备的机架上)及其相关的组件，全部由大量的结构化接线(structuredcabling)连接。云数据中心(CDC)是用来指大的、一般为外部部署的设施的术语，其同样存储实体的数据。网络交换机是计算机网络装置，其链接用于通信/处理目的网络设备。换句话说，交换机是能够从连接到它的任何设备接收消息并将该消息发送到特定的设备的电信设备，对于该特定的设备，该消息被中继。网络交换机通常也被称为多端口网桥，其处理和路由数据。在这里，对于端口，我们指的是交换机和与其连接的计算机/服务器/CPU之间的接口(用于电缆或插头的出口)。如今，DC和CDC一般使用一组第二层交换机(layertwoswitch)实现数据中心网络。第二层交换机在第二层(数据链路层)处理和路由数据，这是在相同的局域网的节点(例如，服务器)之间或者广域网的相邻节点之间传送数据的协议层。然而，要解决的关键问题是如何建立一个大容量的计算机网络，它能够携带非常大的总带宽(aggregatebandwidth)(数百TB),其含有非常大量的端口(上千)，这需要最低限度的结构和空间(即减少了对容纳很多具有机架卡的机柜的大空间的需求)，其易于扩展，并且可以帮助降低功耗。传统的网络拓扑的实现基于在分级树结构中组织的完全独立的交换机，如图1所示。核心交换机2是具有非常大的交换容量的非常高速的低计数端口。第二层是用汇聚交换机4(Aggregationswitch)(具有大量端口的中等容量交换机)实现的，而第三层是使用较低速度、大端口计数(40/48)、低容量的边缘交换机(Edgeswitch)6实现的。典型地，边缘交换机是第二层，而汇聚端口是第二层和/或第三层，并且核心交换机一般是第三层。该实现方式在以下示例中以最大六跳链路提供任何服务器8向服务器的连接(该示例规定向上三跳到核心交换机2和向下三跳到目标服务器8)。这种分级结构通常也被复制用于冗余可靠性的目的。例如，参考图1，在没有复制的情况下，如果最右边的边缘交换机6发生故障，则没有连接到最右边的服务器8的连接。至少，由于核心交换机2的失败会产生总的数据中心连接失败，因此核心交换机2被复制。由于显而易见的原因，该方法在解决未来的DC或CDC的挑战中具有显著局限性。例如，由于每个交换机是完全独立的，这增加了复杂性、显著的地面空间使用、复杂的接线和手动交换机配置/供应，这容易出现人为错误并增加了能源成本。然而，已经做出许多尝试来提高在数据中心的交换的可扩展性、可靠性、容量和延迟。例如，已经作出努力来通过使用统一的控制平面(例如，来自Juniper网络的QFabric系统交换机；例如参见http://www.juniper.net/us/en/products-services/switching/qfabric-system/)来实现更复杂的交换方案，但是这样的系统仍然采用并保持了传统的分级结构。此外，鉴于系统用户的数量和要存储、访问和处理的数据的数量呈指数增加，在确定计算机网络系统的性能要求时处理能力已经成为最重要的因素。虽然服务器的性能不断提高，但是服务器没有强大到足以满足需要。这就是并行处理的使用已成为至关重要的原因。其结果是主导的南北业务流(north-southtrafficflow)现在已经主要变成东西业务流(east-westtrafficflow)，在许多情况下高达80％。尽管业务流具有这种变化，但是网络体系结构还没有发展为用于这种模式的最佳状态。因此，这仍然为通信网络的拓扑(其互连计算节点(服务器))，其在并行处理的通信中确定CPU之间的相互作用的速度。增加东西业务流的需求导致了新的、扁平化网络架构，例如环形/环面网络(toroidal/torusnetwork)的产生。环面互连系统是用于并行计算机系统中以网格状的方式连接网络节点(服务器)的网络拓扑。环面拓扑可以具有设置在2、3或多(N)维度中的节点，其可以被可视化为阵列，其中处理器/服务器连接到它们最近的相邻处理器/服务器，以及其中在该阵列的相对边缘的处理器/服务器相连接。以这种方式，每个节点具有在N维环面配置中的2N个连接(图2提供3-D环面互连的示例)。因为在环面拓扑中的每个节点通过短接线连接到相邻的节点，所以在并行处理过程中存在较低的网络延迟。事实上，环面拓扑提供以最小跳数访问任何节点(服务器)。例如，实现3×3×3×4结构(108个节点)的四维环面平均需要2.5跳以提供任意互连。不幸的是，大环面网络实现对DC或CDC中的商业部署还并不实用，因为大的实现可能需要几年来构建，接线可能是复杂的(对于每个节点2N个连接)，并且如果需要扩展，它们可能修改成本很高并且很难修改。然而，当对处理能力的需要比商业化的弊端重要时，环面拓扑在超级计算机中的实施已经非常成功。在这方面，IBM的蓝色基因(BlueGene)超级计算机提供了3-D环面互连网络的示例，其中64个机柜容纳65536个节点(131072个CPU)来提供petaFLOP级别的处理能力(见图3所示)，而Fujitsu的PRIMEHPCFX10超级计算机系统是容纳在包括98304个节点的1024个机架中的使用6-D环面互连的示例。虽然以上示例采用环面拓扑处理，但是它们同样适用于其他平面网络拓扑。本专利技术寻求通过提供系统和架构来克服这种现有技术网络拓扑中的不足，其对于DC和CDC的商业部署是有益且实用的。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供了用于管理在环面或更高基数的互连结构上实现的直接互连网络的布线和增长的方法，包括：对于包括具有多个连接器的至少一个连接器板的无源配线架，在每个所述连接器填入互连的插件；从连接器中除去互连的插件和将所述插件替换为附接到服务器中容纳的PCIe卡的连接电缆来将所述服务器添加到所述互连结构；发现服务器到互连结构的连接；及基于添加到互连结构的服务器发现互连结构的拓扑。在另一个方面，本专利技术提供了一种无源配线架，用于在环面或更高基数互连的实现中使用，包括：无源背板，其容纳用于环面或更高基数互连的节点到节点的连接；和至少一个连接器板，其插入无源背板，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于管理在环面或更高基数的互连结构上实现的直接互连网络的布线和增长的方法，包括：对于包括具有多个连接器的至少一个连接器板的无源配线架，在每个所述连接器填入互连的插件；从连接器中除去互连的插件和将所述插件替换为附接到服务器中容纳的PCIe卡的连接电缆来将所述服务器添加到所述互连结构；发现所述服务器到所述互连结构的连接；以及基于添加到所述互连结构的所述服务器发现互连结构的拓扑。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.29 US 61/871,7211.一种用于管理在环面或更高基数的互连结构上实现的直接互连网络
的布线和增长的方法，包括：
对于包括具有多个连接器的至少一个连接器板的无源配线架，在每个所
述连接器填入互连的插件；
从连接器中除去互连的插件和将所述插件替换为附接到服务器中容纳
的PCIe卡的连接电缆来将所述服务器添加到所述互连结构；
发现所述服务器到所述互连结构的连接；以及
基于添加到所述互连结构的所述服务器发现互连结构的拓扑。
2.一种无源配线架，用于在环面或更高基数互连的实现中使用，包括：
无源背板，其容纳用于环面或更高基数互连的节点到节点的连接；和
至少一个连接器板，其插入所述无源背板，包括多个连接器。
3.如权利要求2所述的无源配线架，其中无源配线架是电气的、光学
的或电气和光学的混合。
4.如权利要求3所述的无源配线架，其中所述无源配线架是光学的。

【专利技术属性】
技术研发人员：丹奥普雷，
申请(专利权)人：丹奥普雷，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA