一种线卡框、多框集群路由器、及报文处理方法与流程

本申请涉及网络交换设备技术领域，尤其涉及一种线卡框、多框集群路由器、及报文处理方法。

背景技术：

路由器是工作在开放系统互连协议模型的第三层的网络基础设备，即网络层的分组交换设备，具有连接不同网络类型的能力，并能够选择报文传输路径。随着互联网的飞速发展，对作为网络基础设备的路由器提出进一步的要求；很多情况下，核心节点路由器的交换容量、槽位数量和接口容量不能满足需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种线卡框、多框集群路由器、及报文处理方法。

本申请实施例提供了一种线卡框，所述线卡框内包括线卡单元、光电转换单元以及光纤接口单元；

光电转换单元中具有板载光组件模块，用于实现光信号和电信号的相互转换；板载光组件模块的电信号接口通过电连接器连接到线卡单元，板载光组件模块的光信号接口通过光连接器连接到光纤接口单元；

光纤接口单元通过光纤将光信号连接到路由器面板上的集群接口，所述集群接口用于实现路由器的不同框之间的级联。

可选地，

所述线卡单元包括报文处理模块；

每个集群接口与本线卡框内的所有报文处理模块具有信号传输通道；和/或，

本线卡框内的每个报文处理模块，与本线卡框的所有集群接口具有信号传输通道。

可选地，每个集群接口与本线卡框内的所有光电转换单元具有信号传输通道；和/或，

本线卡框内的每个报文处理模块，与本线卡框内的所有光电转换单元具有信 号传输通道。

可选地，线卡框内还包括风扇单元；所述线卡框采用3级槽位结构，每一个线卡单元或光纤接口单元占据一个第1级槽位，每一个光电转换单元占据一个第2级槽位，风扇单元占据第3级槽位；线卡单元与光电转换单元之间采用无背板正交电连接，光纤接口单元与光电转换单元之间采用光连接。

可选地，在板载光组件模块到线卡单元的电信号传输通路上，还包括信号驱动电路。

可选地，所述光电转换单元进一步包括光交叉互连模块；

通过光交叉互连模块实现光连接器与板载光组件模块之间的光信号连接。

可选地，光交叉互连模块为多芯分支光纤或光背板。

本申请实施例还提供了一种多框集群路由器，包括中央交换框以及线卡框，中央交换框与线卡框之间通过光纤互连，所述线卡框为前述线卡框；

所述中央交换框实现同一线卡框内不同线卡单元之间的选路，以及不同线卡框之间的选路。

可选地，中央交换框包括第一类选路单元和第二类选路单元；其中，第二类选路单元连接集群接口和第一类选路单元，实现从同一线卡框内集群接口到第一类选路单元或者从第一类选路单元到集群接口的选路；第一类选路单元连接第二类选路单元，实现不同线卡框之间的第二类选路单元的选路。

本申请实施例还提供了一种报文处理方法，方法采用前述多框集群路由器，包括如下步骤：

入口线卡框的线卡单元进行报文入方向处理，将报文发送到入口线卡框的光电转换单元；

所述光电转换单元将电信号转换为光信号，将光信号传输至中央交换框；

中央交换框进行报文交换，入接口将光信号转化为电信号，根据报文头查找目的线卡框，出接口将电信号转换为光信号，将光信号传输至目的线卡框；

目的线卡框的光电转换单元将光信号转换为电信号，将电信号传输至目的线卡单元；

目的线卡单元执行报文出方向处理，发送所述报文。

由此可见，在线卡框内引入光纤接口单元，将线卡框内的交换单元替换为光电转换单元，交换选路功能由中央线卡框实现；光纤接口单元提供实现路由器级联的集群接口，光电转换单元中的板载光组件模块实现光纤接口单元的光信号和线卡单元的电信号的相互转换，从而在线卡框的交换单元无法在面板上提供级联的光纤接口的情况下，实现线卡框与中央交换框的级联，从而使集群路由器线卡框能够采用更为灵活的 布局方式。在较佳实施例中，线卡框采用3级槽位结构，线卡单元与交换单元采用无背板正交电连接，在不改变机箱高度情况下提高了单框的交换容量、槽位密度和接口密度，而且支持前后风道。

附图说明

图1为一种典型的多框集群路由器功能模块框图；

图2为本申请一个实施例提供的多框集群路由器的线卡框的侧视图与前视图；

图3为本申请另一实施例提供的多框集群路由器功能框图；

图4为本申请又一实施例提供的线卡框的连接关系结构示意图；

图5为本申请又一实施例提供的线卡单元与光电转换单元的连接关系示意图；

图6为本申请又一实施例提供的光接口单元连接关系示意图；

图7为本申请又一实施例提供的光连接器内部结构示意图；

图8为本申请又一实施例提供的光连接器和集群接口的内部结构示意图；

图9为本申请又一实施例提供的线卡单元与光电转换单元连接关系示意图；

图10为本申请又一实施例提供的板载光组件模块与光连接器之间的4×4多芯光纤交叉互连示意图；

图11为本申请又一实施例提供的中央交换框的网板单元功能框图；

图12为本申请又一实施例提供的多框集群系统报文转发处理流程图。

具体实施方式

为使本申请技术方案的技术原理、特点以及技术效果更加清楚，以下结合具体实施例对本申请技术方案进行详细阐述。

核心节点路由器的交换容量、槽位数量和接口容量不能满足需求，尤其是在刚刚部署完成即不满足需求，运营商希望核心节点的路由器能够弹性可扩充，在一台路由器设备不能满足的情况下，可以通过多台路由器设备扩充交换容量和接口容量，多框集群路由器应运而生。

多框集群是指利用级联技术将原有的单机框路由器互连，组成一个新的多框集群系统，在交换容量、槽位数量和接口容量上进行扩展。多框集群系统通常由中央交换框、线卡框和互连光纤组成。在多框集群路由器中，线卡框与线卡框之间的报文交换通过中央交换框实现。

多框集群通常采用多级交换架构，报文穿过整个多框集群经历3级选路，如图1所示，该多框集群由线卡框x100、中央交换框x300和线卡框x200组成，线卡框x100与中央交换框x300之间通过光纤x400连接，中央交换框x300与线卡框x200之间通 过光纤x500连接。线卡框x100内包括多个线卡单元x101和多个交换单元x103，这些线卡单元x101和交换单元分别连接在背板单元x102上；类似地，线卡框x200内包括多个线卡单元x201和多个交换单元x203，这些线卡单元x201和交换单元x203分别连接在背板单元x202上。在入方向上，报文在线卡框x100的交换单元x103进行第1级选路，报文在中央交换框x300的交换单元x301进行第2级选路；在出方向上，报文在线卡框x200的交换单元x203进行第3级选路。即多框集群路由器的报文转发路径为：入接口－>线卡框x100的线卡单元x101－>线卡框x100的背板单元x102－>线卡框x100的交换单元x103－>光纤x400－>中央交换框x300的交换单元x301－>光纤x500－>线卡框x200的交换单元x203－>线卡框x200的背板单元x202－>线卡框x200的线卡单元x201－>出接口。如果以线卡框x200为如方向，线卡框x100为出方向，则与上述路径完全相反。

线卡框x100和线卡框x200的结构和功能完全相同。线卡框x100的线卡单元x101完成报文解析、流分类、查表转发、缓存、监测与统计、流量管理、队列调度、报文分片与重组等；线卡框x100的交换单元x103完成本框内不同线卡单元之间的报文交换(基于包交换或信元交换)，线卡框x100的交换单元x103还将本框报文通过中央交换框x300发送到目的线卡框，反之还接收来自中央交换框x300的报文；中央交换框x300的交换单元x301负责将不同线卡框之间的报文交换。

请参见图2，本申请实施例提供的集群路由器线卡框采用“主控单元104/线卡单元101槽位+交换单元103槽位+风扇单元105槽位”的三级结构，其中，相同功能的多个单元彼此平行，它们所占据的空间位于同一级。如图2所示，每一个线卡单元101或主控单元104占据一个第1级槽位，每一个交换单元占据一个第2级槽位，风扇单元占据第3级槽位。

线卡单元101槽位与交换单元103槽位之间采用无背板正交电连接，这样做的一个明显的优势就是在不改变机箱高度情况下提高了单框的交换容量、槽位密度和接口密度，而且支持前后风道。所述无背板正交电连接，是指单板与单板之间通过连接器直接连接，而无需印制电路板实现的背板，且单板与单板之间的角度为90度或270度；区别于传统的背板连接、背板正交连接。

若采用如图2所示的硬件结构，需要解决如下技术问题：首先，线卡框100的交换单元103无法在面板上提供级联的光纤接口，即线卡框100将无法通过交换单元103级联到中央交换框300；其次，随着交换容量和转发性能的提升，在交换单元103槽位上同时实现大容量的交换和光电转换功能，工程实践难度加大。

针对上述技术问题，本申请实施例提供了相应的解决方案。请参见图3，与图1所示的传统集群路由器线卡框相比，线卡框100内移除了背板单元102，并将交换单元103替换为光电转换单元107，光电转换单元107占据原先交换单元103所在的槽位。同理，线卡框200内移除了背板单元202，并将交换单元103替换为光 电转换单元207。线卡框100采用3级槽位结构，每一个线卡单元101占据一个第1级槽位，每一个光电转换单元107占据一个第2级槽位，风扇单元105占据第3级槽位；线卡单元101与光电转换单元107之间采用无背板正交电连接。

在本申请实施例提供的集群路由器线卡框结构中，由于路由器的交换容量非常巨大，多框集群还是采用多级交换架构，但第1、2、3级选路都是由中央交换框300的交换单元301实现。线卡框100和200不实现第1、3级选路，线卡框100和200内不同线卡单元之间的选路也由中央交换框300实现。

如图4所示，为了适应图2的机电结构，本申请实施例对于线卡框连接关系做出如下改进：

将一部分线卡单元槽位更改为光纤接口单元槽位，即通过牺牲部分线卡单元槽位实现路由器的集群；光纤接口单元106通过光连接器1062连接光电转换单元107。通常情况下，光连接器1062的体积小于电连接器1013，因此能够实现更高密度，光纤接口单元106仅占用较少的槽位空间；此外，无背板连接使得机框不变更的情况下很容易更换电连接器1013和光连接器1062。

光电转换单元107中具有板载光组件模块1071，用于实现光信号和电信号的相互转换，板载光组件模块1071具有电信号接口与光信号接口，板载光组件模块1071的电信号接口通过电连接器1013连接到线卡单元101，板载光组件模块1071的光信号接口通过光连接器1062连接到光纤接口单元106，光纤接口单元106通过光纤再将光连接器1062上的光信号连接到路由器面板上的集群接口1061，通过上述一系列连接，来自报文处理模块1012的信号最终到达集群接口1061。

集群接口1061的信号可以是来自本线卡框内的全部或部分报文处理单元1012。

线卡单元101包括报文处理模块1012；为了使线卡单元的报文处理模块的信号能够到达集群接口，进一步的，每个集群接口1061与本线卡框内的所有报文处理模块1012具有信号传输通道；和/或，本线卡框内的每个报文处理模块1012，与本线卡框的所有集群接口1061具有信号传输通道。所述具有信号传输通道，指的是信号可以在介质中传输，从起始端达到目的端，所述介质包括不限于报文处理模块、印制板电路、电连接器、交换芯片模块、光电转换模块、光纤、光连接器等。

集群接口1061的信号可以是来自本线卡框内的全部或部分交换芯片模块1031。较佳的，每个集群接口1061与本线卡框内的所有交换芯片模块1031具有信号传输通道；和/或，本线卡框内的每个报文处理模块，与本线卡框内的所有交换芯片模块1031具有信号传输通道。在每个集群接口1061与本线卡框内的所有交换芯片模块1031具有信号传输通道，同时，本线卡框内的每个报文处理模块 1012，与本线卡框内的所有交换芯片模块1031均具有信号传输通道时，

较佳地，每个集群接口1061的信号平均来自线卡框100的所有线卡单元101的所有报文处理模块1012。集群接口用于实现路由器的各框之间的级联，即通过牺牲部分线卡单元槽位实现路由器的集群；在有中央交换框的情况下，实现线卡框与中央交换框之间的级联。

可选地，光连接器1062支持光纤接口单元106的插拔，也支持光电转换单元107的插拔。

可选地，电连接器1013支持线卡单元101的插拔，也支持光电转换单元107的插拔。

可选地，在传输距离较远的情况下，在板载光组件模块1071到线卡单元101的电信号传输通路上，增加信号驱动电路。

可选地，光连接器1062可以包括多个子接口，每个子接口提供多芯光纤互连；

可选地，集群接口1061可以包括多个子接口，每个子接口提供多芯光纤互连。

请参考图5，每个报文处理模块1012与该报文处理模块1012所在的线卡框内的所有光电转换单元107具备链路连接，从而实现每个报文处理模块1012的连接信号平均分配到该报文处理模块1012所在的线卡框内的所有光电转换单元107。这样实现的优势，报文处理模块1012的连接负载分担到所有的光电转换单元107，这是系统冗余所必须的，当一个光电转换单元107故障时，仍然能够保证无阻塞线速转发。

为了便于进一步理解本申请实施例提供的线卡单元101与光电转换单元107连接关系，以下通过具体示例进行说明。假设在一个线卡框中共有12个线卡单元1012、6个光电转换单元107、3个光纤接口单元106，每个线卡单元101提供3个报文处理模块1012，每个报文处理模块1012共有36Lanes(36个接收和36个发送)信号到光电转换单元107，每个光电转换单元107提供3个光连接器1062，每个光连接器1062提供6个子接口，每个光电转换单元107共有18个板载光组件模块1071，每个板载光组件模块1071将12Lanes(12个发送和12个接收)信号转换为24芯光信号，每个光纤接口单元106提供12个集群接口1061，每个集群接口1061提供3个子接口。

如图5所示，报文处理模块1012与6个光电转换单元107具备链路连接，从而实现报文处理模块1012的36Lanes信号平均分配到6个光电转换单元107，每个光电转换单元107得到6Lanes；将18个板载光组件模块1071分成6个板载光模块虚拟单元1072，每个板载光模块虚拟单元1072得到每个报文处理模块1012的1Lanes，即每个板载光模块虚拟单元1072的36Lanes来自36个报文处理模块1012，即每个报文处理模块1012分别提供1Lane信号给一个板载光模块虚拟单元1072。

每个板载光模块虚拟单元1072包括3个板载光组件模块1071，因此每个板载光模块虚拟单元1072将36Lanes的电信号转换为72芯光信号后连接到光连接器1062，每个光连接器1062提供6个子接口1063，每个子接口1063提供24芯多模光纤。3个子接口1063的72芯多模光纤信号来自一个板载光模块虚拟单元1072，所以这些信号平均来自12个线卡单元的36个报文处理模块各1Lane信号。

请参考图6，每个集群接口1061提供72芯多模光接口(即3个24芯子接口)连接到光连接器1062的3个子接口，综上所述，集群接口1061的72芯光纤信号(即36Lanes信号)平均来自12个线卡单元101的36个报文处理模块1012。

请参考图7，光连接器1062包括多个子接口1063，每个子接口1063提供多芯光纤连接，多个子接口的优势是一方面可以提高光信号的连接密度，另一方面又可以降低光连接器的工程实践难度。插拔光纤接口单元106和光电转换单元107时，光连接器1062必须能够保护光纤头部，即在插拔过程中保护子接口光连接器和光纤不受损坏。

集群接口1061采用多个子接口也可以提高光信号的连接密度，降低子接口光连接的工程实践难度；另外一方面还可以简化线卡框与中央交换框光纤的数量，工程布线更容易实现。

可选的，采用更高密度的光纤连接器和多芯分支光纤(Breakout Cable)。如图8所示，假设光连接器1062的子接口1063为72芯的光接口，集群接口1061a的子接口为24芯，集群接口1061b的子接口为72芯。

对于光连接器1062与板载光组件模块1071之间的光连接的具体实现方式，本申请的另一实施例提供了一种解决方案，通过光纤交叉连接实现光连接器1062与板载光组件模块1071之间的光信号连接，进一步优选的，在光电转换单元107的印制电路板上，将板载光组件模块1071就近布置到相应的电连接器1013附近，从而解决了印制电路板布局复杂、层数较多、传输距离远、电气信号质量差的技术问题。

请参考图9，光交叉互连模块1073实现板载光组件模块1071到光连接器1062的光信号互连，最终目的实现集群接口的72芯光信号(36Lanes信号)还是平均来自36个报文处理模块。

光交叉互连模块1073可以通过多芯分支光纤或光背板(Shuffle)实现，其基本原理都是相同的，都是光纤的连接，只是承载的物理介质不同。请参考图10，来自不同的板载光组件模块的光信号通过光纤跳线的模式连接到不同的光连接器或光连接器的子接口。

本申请的各个实施例中，多框集群路由器还是采用多级交换架构。

本申请实施例提供一种多框集群路由器，包括中央交换框以及线卡框，中央交换框与线卡框之间通过光纤互连，采用上述所述的线卡框；

所述中央交换框实现同一线卡框内不同线卡单元之间的选路，以及不同线卡框之间的选路。

进一步的，本申请实施例提供的多框集群路由器，中央交换框包括第一类选路单元和第二类选路单元；其中，第二类选路单元连接集群接口和第一类选路单元，实现从同一线卡框内集群接口到第一类选路单元或者从第一类选路单元到集群接口的选路；第一类选路单元连接第二类选路单元，实现不同线卡框之间的第二类选路单元的选路。

请参考图11，左侧的现有的中央交换框x301，其中仅包括多个第二级选路单元x3011，每个第二级选路单元连接多个集群接口，实现集群接口之间的选路。右侧为本申请一个实施例中提供的中央交换框301，其中包括了第二级选路单元3011、第一级选路单元3012和第三级选路单元3012。其中，第一级选路单元3012和第三级选路单元3012在连接关系和功能上完全一致，只是在入口方向上的是第一级选路单元，在出口方向上的是第三级选路单元，故以下不作区分，统称为第二类选路单元，相对应地，第二级选路单元3011成为第一类选路单元。每个第一、三级选路单元3012连接线卡框100中的每一个集群接口1061和多个第二级选路单元3011，实现从集群接口1061到第二级选路单元3011或者从第二级选路单元3011到集群接口1061的选路。第二级选路单元3011连接多个第一、三级选路单元3012，实现不同的第一、三级选路单元3012之间的选路。

本发明实施例还提供了一种报文处理方法，该方法采用上述所述的多框集群路由器，包括如下步骤：

入口线卡框的线卡单元进行报文入方向处理，将报文发送到入口线卡框的光电转换单元；

所述光电转换单元将电信号转换为光信号，将光信号传输至中央交换框；

中央交换框进行报文交换，入接口将光信号转化为电信号，根据报文头查找目的线卡框，出接口将电信号转换为光信号，将光信号传输至目的线卡框；

目的线卡框的光电转换单元将光信号转换为电信号，将电信号传输至目的线卡单元；

目的线卡单元执行报文出方向处理，发送所述报文。

请参考图12，基于以上所述的多框集群路由器，本申请的另一实施例提供的报文处理流程包括：

步骤S1201：入口线卡框的线卡单元进行报文入方向处理，包括报文解析、流分类、缓存、流量管理、查表转发、报文切片和贴头，然后将报文发送到光电转换单元。

步骤S1202：光电转换单元执行电信号转换为光信号的过程：依次通过板载光组件、光纤、光连接器、光纤，集群接口、光纤，然后将光信号发送到中央交换框。

步骤S1203：中央交换框进行报文交换：入接口将光信号转化为电信号，根据报文头查找目的线卡框，出接口将电信号转换为光信号，发送到目的线卡框。

步骤S1204：目的线卡框的光电转换单元将光信号转换为电信号：依次通过光纤、集群接口、光纤、光连接器、板载光组件，发送到目的线卡单元，目的网络对应的线卡单元为目的线卡单元。

步骤S1205：接收到所述电信号的线卡单元即所述目的线卡单元执行报文出方向处理：报文重组、服务质量保证(流量管理、队列调度等)、链路层信息添加，发送报文。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请的保护范围，凡在本申请技术方案的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。