专利名称：基于服务器的网络设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及数字通信系统，具体地涉及在这样的系统中使用的基于计算机的网络设备。
背景技术：
从各种供应商处可普遍地买到标准计算机母板。由于它们的广泛使用，这样的母板通常高度可靠且廉价。一个典型的标准母板包括由总线连接的中央处理单元(CPU)、存储器以及外围器件，所述总线遵循外围部件互连(PCI)总线标准中的一种。诸如网络适配器卡之类的带有附加外围部件的电路板，可通过总线上的总线槽插入母板中。总线槽通常位于母板的后部，从而允许在计算机的后面板处访问插入式电路板上的连接器。美国专利5，592，366描述了一种前端装载机(front-loading computer) /总线扩展器，该专利以全文引用的方式纳入本文。一种仪器包括壳，在第一装载面中具有前部开口 ；以及，仪器接收槽，位于该壳中。机箱可被用作独立式计算机，或者，它可作为现有计算机的总线扩展器运行。它被设计为允许顶部装载的PC仪器卡从前端装载。美国专利6，507，882描述了计算机存储器件舱(bay)的一种替代使用，该专利以全文引用的方式纳入本文。提供了一个用于安装在计算机的驱动器舱中的模块，以及该模块适于容纳扩展电路系统而非传统地安装在驱动器舱中的电机器件。提供了一个系统接口板，用于插入计算机母板上的扩展插座，以及该系统接口板被连接至所述模块，从而使扩展电路系统与计算机接口。
发明内容
不同于标准计算机，网络设备通常在它们的前面板处设计有网络端口，从而便于连接和配置，以及在一些情况下，能够在不打开整个壳体的情况下更换模块。下文描述的本发明的实施方案提供了新颖的计算机配置，这些配置在使用标准计算机部件时提供此种便利。因而根据本发明的一个实施方案，提供了一种通信装置，其包括一个壳体，该壳体包括前面板并且具有与所述前面板相对的后侧。计算机母板，包括处理器以及具有总线槽的总线，该计算机母板被安装在所述壳体中，以使得所述总线槽邻近于所述壳体的后侧。一个或多个通信适配器卡，每一所述通信适配器卡都包括一个与所述总线兼容的总线连接器以及一个或多个用于接收通信电缆的端口，所述一个或多个通信适配器卡被安装在所述壳体中，以使得所述端口在所述前面板处是可访问的。总线扩展电路系统，在所述壳体内部被连接在所述母板上的总线槽和所述一个或多个通信适配器卡之间，该总线扩展电路系统包括背板，该背板具有至少一个背板槽(backplane slot)，以用于接收所述一个或多个通信适配器卡的总线连接器。在一个公开的实施方案中，所述总线扩展电路系统通常包括连接在所述背板上的总线中继电路。通常，所述壳体被配置为安装在机架中，以及当所述通信装置被安装在机架中时， 所述一个或多个通信适配器卡经由前面板是可插入和可移除的。所述壳体可具有等于IU 或2U的形状因数。在一些实施方案中，母板和至少一个通信适配器卡被水平地安装在所述壳体中。替代地或附加地，至少一个所述通信适配器卡可被竖直地安装在所述壳体中。在所公开的实施方案中，所述一个或多个通信适配器卡包括用于经由所述通信电缆发送信号和接收信号的通信器件。所述总线可以是高速串行总线。通常，所述总线扩展电路系统包括至少一个插入式卡，其插入所述母板上的至少一个总线槽；以及，总线电缆， 连接在所述至少一个插入式卡和所述背板之间。根据本发明的一个实施方案，还提供了一种用于通信的方法，该方法包括提供一壳体，所述壳体包括前面板和具有与所述前面板相对的后侧。将一个包括处理器和具有总线槽的总线的计算机母板安装在所述壳体中，使得所述总线槽邻近于所述壳体的后侧。将一个或多个通信适配器卡安装在所述壳体中，每一所述通信适配器卡包括一个与所述总线兼容的总线连接器以及一个或多个用于接收通信电缆的端口，由此使得所述端口在所述前面板处是可访问的。将总线扩展电路系统连接在所述母板上的总线槽和所述一个或多个通信适配器卡之间，用于接收所述一个或多个通信适配器卡的总线连接器，其中所述总线扩展电路系统包括背板，所述背板包括至少一个背板槽。根据下文结合附图对本发明的实施方案的详细描述，将更完整地理解本发明。
图1是根据本发明的一个实施方案的网络设备的示意性图示图解；图2是图1的网络设备的分解视图；图3是图1的网络设备的示意性前视图；图4A和图4B是示意性示出根据本发明的实施方案的网络适配器卡的方块图；图5是示意性示出根据本发明的一个实施方案的背板的方块图；图6是根据本发明的另一实施方案的网络设备的示意性图示图解；图7是图6的网络设备的示意性内部视图。
具体实施例方式概览“网络设备”是被设计用在通信应用中的专用计算机，所述通信应用例如是数字通信量(digital communication traffic)的交换、路由、安全性、WAN加速和过滤。这样的设备通常包括一个或多个中央处理单元(CPU)和带有用于接收标准网络插头的端口的多个通信接口电路。网络设备通常被设计安装在标准机架中。为便于配置和连接机架中的网络设备，用于连接至网络插头的端口通常位于该设备的前面板中。另一方面，标准服务器通常在后面板处配置有用于通信电缆和其他外围部件的连接器。该计算机母板——具有用于通信适配器和其他外围连接的总线槽，被设计成安装在服务器的壳体中，使得所述总线槽位于邻近所述壳体的后侧。安装通信适配器通常需要打开壳体并且将适配器插入一个槽中，由此端口在后面板处是可用的。
标准服务器母板和外围部件，从主要供应商处是普遍可买到的。由于它们的普遍使用，所以这样的板和部件通常高度可靠、稳定和廉价，并且运行现有操作系统软件和应用。另一方面，由于后部连接以及后部连接所引起的安装和更换网络适配器的困难，所以这些标准元件的机械设计用于网络设备时是不合适的。由于此原因，许多当前的网络设备使用专用母板和其他部件。下文描述的本发明的实施方案提供了通信装置，在提供便于连接的机械配置以及可安装在机架中的网络设备的配置中，该通信装置可被建造在标准母板、总线和外围部件周围。以一种标准方式将计算机母板安装在壳体中，使得母板上的总线槽位于邻近所述壳体的后侧。一个或多个网络适配器卡被安装在所述壳体中。然而，这些卡未在后侧直接安装在总线槽中。而是，它们在前部被安装，使得所述卡上的端口在所述壳体的前面板处是可访问的。通过将网络适配器卡包括在背板的壳体中，使得该配置是可能的。每一网络适配器卡包括总线连接器，该总线连接器与母板总线兼容并且插入所述背板的背板槽中。所述背板被连接(通常通过总线扩展器电缆)至所述母板上的一个或多个总线槽，并且通常包括连接在所述母板上的总线槽和所述背板槽之间的一个或多个总线中继电路。所述总线中继电路使得保持所述母板和网络适配器之间的标准总线连接是可能的，甚至使用高速串行总线，例如PCI Express0因而，它允许在整个装置中使用标准服务器部件和操作系统软件， 即使该装置是非标准物理配置。系统描述图1、图2和图3示意性示出了根据本发明的一个实施方案的网络设备20。图1 是图示图解，而图2示出了分解视图。图3是该设备的前侧的细节视图。网络设备20包括壳体22，壳体22具有前面板32和后侧30。该壳体可被配置为安装在标准通信机架中，因而具有标准形状因数(宽度和高度)。所图示的实施方案具有 2U形状因数，但是依赖于应用需求，它包括的壳体和部件可替代地配置为较低的IU形状因数，或者配置为其他合适的形状因数。壳体22包括母板M，所述母板M具有CPU 25、总线控制器四和其他标准部件 (未示出)，以及电源26。包括总线链路27的诸如PCI Express高速串行总线之类的总线， 互连母板M上的部件。该总线通常在超过mb/s的速度下运行，并且可在大于10(ib/S的速度下运行，尽管可替代地支持较低的总线速度。带有标准边缘连接器的卡38，插入母板上的总线槽观中。这些卡用作总线扩展电路系统的一部分，从而将位于前面板32处的网络适配器卡34连接至母板后部处的(一个或多个)总线27。(下文将更加详细地描述总线扩展电路系统。)卡38位于壳体22的后侧30处，但是通常它们自身不具有在所述壳体的后侧处可访问的任何连接器。网络适配器卡34在前面板32处具有端口 36，用于接收高速通信电缆。例如，端口 36可包括标准RJ-45插座，用于连接至以太网电缆。替代地，所述端口可包括用于电连接器或光连接器和/或其他类型的收发器的插孔。此外，替代地或附加地，卡34可被设计用于其他输入/输出(I/O)功能，并且不限于网络通信。因而，在本专利申请的上下文中和权利要求中，术语“通信适配器卡”，指的是任何以及所有网络适配器卡和I/O适配器卡，术语“端口 ”可指适于用在这些卡上的任何种类的电缆连接器。
通常，卡34上的端口 36和相关联的电路系统(如下面所描述的)，能够在至少 IMb/s的网络速度或I/O速度下运行，并且可支持大于10(ib/S的速度。尽管图1中图示的实施方案，在每一卡34上具有四个端口，以及具有总共三个卡，但是该网络设备可替代地包括更小或更大数目的通信适配器卡，在每一卡上具有更小或更大数目的端口。所述卡和端口可以是同一种类型，如图中所示，或者它们可替代地混合不同的类型。网络适配器卡34插入背板48中，所述背板48被安装在壳体22的中间。为此，卡 34包括总线连接器52，该总线连接器52插入所述背板48上的背板槽(图5中所示)中。 这些总线连接器和背板槽与母板M上的总线链路27是兼容的(在它们接收信号和发送信号方面)。例如，总线连接器52可包括PCI Express Module连接器，或者它们可包括与PCI Express总线电气兼容但是具有不同机械配置的其他的连接器类型。设备20中的这样的连接器的配置，便于经由壳体22的前面板32来插入和移除卡34。下面的图4A、图4B和图5 中，示出了卡34和背板48的合适的电气设计的实施例。背板槽通常经由总线中继电路(图5中所示)被连接至背板48上的插孔40。这些插孔经由电缆42(诸如，高速双股电缆)连接至卡38。每一电缆42，具有用于连接至各自卡38的内侧的连接器40，以及用于插入背板上的各自插孔40的连接器44。网络适配器卡34被安装在机箱50中，所述机箱50允许卡经由前面板32而被插入和移除。所述布置使得可以在不将设备20从其机架移除或打开壳体22的情况下来更换网络适配器卡。在该实施方案中，卡34被水平安装，S卩当设备20被安装在标准竖直机架中时，所述卡平行于所述母板且水平取向。可选地，设备20可包括一个或多个存储驱动器51，诸如硬盘驱动器或闪盘驱动器。这些驱动器通常经由合适的串行连接SCSI (SAQ接口或者串行高级技术附件(SATA) 接口和母板M通信。如图3中所示，驱动器51可同样经由前面板32被插入和移除。该驱动器可插入背板48上合适的插座(未示出)，或者它可替代地通过其他方式被连接至母板。 此外，替代地或者附加地，设备20可被配置为经由前面板32来接收其他类型的外围器件。示例性电路图4A是示意性示出根据本发明的一个实施方案的网络适配器卡34的功能性和电气细节的方块图。以上仅是这样的卡的可能设计的一个实施例，这里通过示例性而非限制性地示出，用作辅助理解本发明的一些实施方案的操作和益处。在该实施方案中，卡34包括六个端口 36，诸如RJ-45以太网连接器，与前述图中示出的每一卡上四个端口相对。所述六个端口成对布置在卡34上的三个处理通道61中。然而，在其他方面，卡34的功能与上文描述的卡相同。卡；34上的总线连接器52发送PCI Express信号至背板48以及从背板48接收 PCI Express信号。PCI Express交换机M具有，经由PCI Express链路被连接至连接器 52的一个端口 56 (标为PORT 0)，以及经由PCI Express链路被分别连接至通道61的三个附加的端口(PORT 1、2和3)。根据速度需求，所述PCI Express链路中的每一个可包括多个支路(lane)。每一处理通道61建造在通信控制器62周围，该通信控制器为一对端口 36提供双以太网接口。通常，每一接口包括一物理层接口(PHY)和一媒体访问控制(MAC)接口。控制器62可包括市售的集成电路器件，例如Intel 82576千兆以太网控制器。每一控制器62具有本地存储器64和时钟66，并且经由磁性接口(变压器)68被链接至端口 36。图4B是示意性示出根据本发明的另一实施方案的网络适配器卡67的细节的方块图。作为另一实施例，所述卡可被用在设备20中，代替图4A中所示类型的卡34，或与图4A 中所示类型的卡34—起使用。如上面所提到的，其他类型的网络适配器卡以及其他类型的 I/O适配器卡，可被用在相同的构造中。卡67包括双端口 lOGb/s的以太网控制器69，例如htel 82599器件，该以太网控制器与总线连接器52通信，并且由时钟66定时。控制器69执行以太网的PHY和MAC功能。控制器69经由标准XFI接口被连接至两个SFP+10(ib/S光学收发器71，该光学收发器用作连接至光纤电缆(未示出)的活动端口。图5是示意性示出根据本发明的一个实施方案的背板48的功能细节和电气细节的方块图。对于每一个网络适配器卡34，电缆连接器40经由电缆42连接至插入母板M (图 1、图2)的各自的卡38。背板48中与PCI Express兼容的卡槽53，接收网络适配器卡34 的连接器52。(如上面所提到的，槽53与PCI Express电气兼容，但是具有不同的机械形状因数。)替代地，多个卡槽53可共享相同的电缆连接器和卡38。背板48可包括连接在电缆连接器40和卡槽53之间的总线中继电路55。所述与 PCI Express要求兼容的电路，用于在母板对和网络适配器卡34之间的相对大的距离上以保持良好的总线信号质量。对于每一链接方向，电路阳包括平衡器57，用于通过升高已接收的总线信号中的高频信号分量的增益来减少由长信号跟踪和电缆所引起的信号间干扰； 以及，去加重器(deemphasizer)和输出控制器59，用来提供优化的输出功率和信号质量。 背板可包括逻辑块61，用于转换某些PCI Express控制信号，以满足卡34的要求。替代实施方案图6和图7示意性示出了根据本发明的另一实施方案的网络设备70。图6是该设备前侧的图示图解，而图7是图示后视图。在该实施方案中，与前述实施方案的元件相似的元件用相同的标识数字标记。类似于设备20，设备70可安装在机架中，但是具有更大的形状因数，例如3U或 4U。该形状因数使得在壳体22中能够竖直地安装网络适配器卡72，S卩，垂直于母板M安装。如同前述实施方案，卡72经由前面板32是可访问以及可更换的。此外，设备70容纳其他类型的模块74，这些模块74可竖直地或者水平地安装在壳体22中，并且可具有不同的形状因数，如图6中所示。这些模块可包括存储驱动器76或其他的外围器件。应理解，上面描述的实施方案通过实施例的方式来描述，并且应理解本发明不限于上文所具体示出和描述的。而是，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域普通技术人员在阅读前面的描述而可想到未在现有技术中公开的本发明的变体和改型。
权利要求
1.一种通信装置，包括一个壳体，包括前面板并具有与所述前面板相对的后侧；一个计算机母板，包括处理器和具有总线槽的总线，所述计算机母板被安装在所述壳体中，以使得所述总线槽邻近于所述壳体的后侧；一个或多个通信适配器卡，每一所述通信适配器卡包括一个与所述总线兼容的总线连接器以及一个或多个用于接收通信电缆的端口，所述一个或多个通信适配器卡被安装在所述壳体中，以使得所述端口在所述前面板处是可访问的；以及一个总线扩展电路系统，其在所述壳体内部被连接在所述母板上的总线槽和所述一个或多个通信适配器卡之间，该总线扩展电路系统包括背板，所述背板包括至少一个背板槽， 以用于接收所述一个或多个通信适配器卡的总线连接器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述总线扩展电路系统包括总线中继电路，所述总线中继电路被连接在所述母板上的总线槽和所述至少一个背板槽之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述壳体被配置为安装在机架中，以及其中当所述装置被安装在所述机架中时，所述一个或多个通信适配器卡经由所述前面板是可插入和可移除的。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述壳体具有等于IU或2U的形状因数。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述母板和至少一个所述通信适配器卡被水平安装在所述壳体中。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述母板被水平安装在所述壳体中，而至少一个所述通信适配器卡被竖直安装在所述壳体中。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个通信适配器卡包括经由所述通信电缆用于发送和接收信号的通信器件，以及其中所述总线和所述通信器件能够在至少1( / s的速度下运行。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述总线和所述通信器件能够在至少10(ib/S的速度下运行。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述总线是高速串行总线。
10.根据权利要求1-9中任一所述的装置，其中所述总线扩展电路系统包括至少一个插入式卡，该至少一个插入式卡插入所述母板上的至少一个所述总线槽；以及，总线电缆， 被连接在所述至少一个插入式卡和所述背板之间。
11.一种用于通信的方法，包括提供一壳体，所述壳体包括前面板并具有与所述前面板相对的后侧；将一个包括处理器和具有总线槽的总线的计算机母板安装在所述壳体中，使得所述总线槽邻近于所述壳体的后侧；将一个或多个通信适配器卡安装在所述壳体中，每一所述通信适配器卡包括一个与所述总线兼容的总线连接器以及一个或多个用于接收通信电缆的端口，由此使得所述端口在所述前面板处是可访问的；以及将总线扩展电路系统连接在所述母板上的总线槽和所述一个或多个通信适配器卡之间，用于接收所述一个或多个通信适配器卡的总线连接器，其中所述总线扩展电路系统包括背板，所述背板包括至少一个背板槽。
12.根据权利要求11所述的方法，其中连接所述总线扩展电路系统包括，将一总线中继电路连接在所述母板上的总线槽和所述至少一个背板槽之间。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述壳体被配置为安装在一个机架中。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括当所述壳体安装在所述机架中时，经由所述前面板插入或移除所述一个或多个通信适配器卡。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述壳体具有等于IU或2U的形状因数。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述母板和至少一个所述通信适配器卡被水平安装在所述壳体中。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述母板被水平安装在所述壳体中，而至少一个所述通信适配器卡被竖直安装在所述壳体中。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括经由所述通信电缆发送来自所述通信适配器卡的信号或者接收通向所述通信适配器卡的信号，以及经由所述总线扩展电路系统以至少 lGb/s的速度发送和接收数据。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述总线是高速串行总线。
20.根据权利要求11-19中任一所述的方法，其中连接所述总线扩展电路系统包括，将至少一个插入式卡插入所述母板上的至少一个所述总线槽，并且将一个总线电缆连接在所述至少一个插入式卡和所述背板之间。
全文摘要
通信装置，包括一壳体，所述壳体包括前面板和具有与所述前面板相对的后侧。计算机母板包括处理器和具有总线槽的总线，并且被安装在所述壳体中，使得所述总线槽邻近于所述壳体的后侧。一个或多个通信适配器卡被安装在所述壳体中，使得所述端口在前面板处是可访问的，每一所述通信适配器卡包括一个与所述总线兼容的总线连接器以及一个或多个用于接收通信电缆的端口。总线扩展电路系统在所述壳体内部被连接在所述母板上的总线槽和所述一个或多个通信适配器卡之间，并且包括一背板，所述背板用于接收所述一个或多个通信适配器卡的总线连接器。
文档编号G06F1/16GK102362234SQ201080012696
公开日2012年2月22日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年6月10日
发明者D·卡斯蒂尔 申请人:思利康有限公司