一种堆叠式的七层网络数据交换系统技术方案

本发明专利技术涉及一种堆叠式的七层网络数据交换系统，属于集群和云计算交换技术领域。本发明专利技术通过将一个交换主板和多个计算主板相连，在交换主板上采用等价路由的方式构建集群式的2

【技术实现步骤摘要】
一种堆叠式的七层网络数据交换系统


[0001]本专利技术属于集群和云计算
，具体涉及一种堆叠式的七层网络数据交换系统。

技术介绍

[0002]随着集群和云计算等互联网技术的蓬勃发展，应用交付负载均衡器已成为数据中心应用中的一种常见的网络交换设备。这种设备需要实现2
‑
7层网络数据交换的功能，有两种常见的实现方式：
[0003]第一种是在计算主板上集成专用网卡或高速以太网卡，通过软件方式完成2
‑
7层的数据交换。该方案的缺陷是：缺少交换芯片，数据处理完全依赖于软件实现，性能受限，满足不了高吞吐量网络的负载需求。
[0004]第二种是将计算主板和交换主板通过网络相连，计算主板通过计算芯片实现4
‑
7层应用数据交换，交换主板通过交换芯片实现2
‑
3层的网络数据交换，从而提升整体的数据处理能力。但这种方案也存在一定的缺陷：4
‑
7层的数据交换性能受限于计算芯片的性能，提升空间有限。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种堆叠式的主板设计方案，同时提升2
‑
3层的网络数据交换性能和4
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7层应用数据交换性能。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种堆叠式的七层网络数据交换系统，包括多个计算主板和一个交换主板，每个计算主板由处理器、内存、硬盘和网络芯片组成；交换主板由交换芯片、处理器、内存、硬盘和若干EPL组成；
[0009]各计算主板上的处理器用于实现4
‑
7层的网络数据转发；各计算主板上的内存和硬盘用于辅助实现处理器上操作系统的运行；各计算主板上的网络芯片用于与交换芯片间进行以太网络通信；交换主板中的交换芯片用于实现2
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3层的网络数据的转发和处理；交换主板中的处理器用于对交换芯片进行初始化、配置、监控和管理；交换主板中的内存和硬盘用于辅助实现交换主板中处理器上操作系统的运行；EPL一方面用于与计算主板上的网络芯片连接，另一方面用于与外部以太网连接，完成网络数据的转发。
[0010]优选地，在各计算主板中，内存与处理器直连，硬盘与处理器直连，各网络芯片与处理器分别通过PCIe总线双向连接。
[0011]优选地，在交换主板中，处理器与交换芯片通过PCIe总线双向连接，内存与处理器直连，硬盘与处理器直连。
[0012]优选地，各计算主板上的网络芯片各连接交换芯片的一个EPL。
[0013]优选地，EPL通过外部以太网连接测试终端、测试服务器。
[0014]本专利技术还提供了一种所述系统的初始化方法，设各计算主板中均有两个网络芯片，包括以下步骤：
[0015]步骤一：对于各计算主板，分别执行以下动作：处理器启动，初始化内存并读取硬盘信息；
[0016]步骤二：对于各计算主板，分别执行以下动作：处理器进入操作系统，并驱动PCIe初始化网络芯片；
[0017]步骤三：对于交换主板，执行以下动作：处理器进入操作系统，并驱动PCIe控制交换芯片，完成交换芯片的配置文件导入和各EPL端口的初始化；
[0018]步骤四：各计算主板的网络芯片分别与交换芯片进行速率协商，完成握手，开始网络通信；
[0019]步骤五：对于各计算主板，分别执行以下动作：处理器通过其中一个网络芯片配置一个虚拟地址V
‑
IP和一个虚拟网段V
‑
NET，并通过对应网络将该虚拟网段通告给交换芯片；
[0020]步骤六：交换芯片从对应各网络分别得到关于虚拟网段V
‑
NET的路由表，构建网段V
‑
NET的等价路由表。
[0021]本专利技术还提供了一种所述系统的2
‑
3层交换方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0022]步骤一：测试终端通过对应网络发起一个请求数据包；
[0023]步骤二：交换芯片检测到所述对应网络接收的一个数据包；
[0024]步骤三：交换芯片对所述数据包进行校验，其中包括IPV4头部、TCP/UDP头部和VLAN头部；
[0025]步骤四：交换芯片对所述数据包进行2
‑
3层头部解析，获取目的MAC和目的IP地址；
[0026]步骤五：若交换芯片对数据包的目的MAC和IP地址的解析结果，与测试服务器的MAC或IP对应，则将数据转发给测试服务器，否则结束；
[0027]步骤六：测试服务器对请求的数据响应，并将回复的数据包经过交换芯片发送给测试客户端，完成2
‑
3层的数据响应。
[0028]本专利技术还提供了一种所述系统的4
‑
7层交换方法，设各计算主板中均有两个网络芯片，包括以下步骤：
[0029]步骤一：测试终端通过相应网络起一个请求数据包；
[0030]步骤二：交换芯片检测到从所述相应网络接收的一个数据包；
[0031]步骤三：交换芯片对所述数据包进行校验，其中包括IPV4头部、TCP/UDP头部和VLAN头部；
[0032]步骤四：交换芯片对数据包进行2
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3层头部解析，获取目的MAC和目的IP地址；
[0033]步骤五：若交换芯片对数据包目的IP地址的解析结果，与网段V
‑
NET匹配，则采用等价路由的策略，将数据进行转发，否则结束；
[0034]步骤六：其中一个计算主板，即计算主板A上的处理器接收到该计算主板中第一网络芯片的数据，由于该数据的目的IP地址与虚拟V
‑
IP匹配，则进行4
‑
7层的网络报文解析，修改地址、端口或内容字段信息后，将数据通过该计算主板中第二网络芯片转发到第二网络芯片与交换芯片的连接网络；
[0035]步骤七：交换芯片接收其与第二网络芯片的连接网络的数据，并对数据包进行校验，其中包括IPV4头部、TCP/UDP头部和VLAN头部；
[0036]步骤八：交换芯片对数据包进行2
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3层头部解析，获取目的MAC和目的IP地址；
[0037]步骤九：交换芯片对数据包目的MAC和IP地址的解析结果，与测试服务器的MAC或IP对应，则将数据转发给转发给测试服务器；
[0038]步骤十：测试服务器对请求的数据响应，并将回复的数据包依次经过交换芯片、第二网络芯片、计算主板A上的处理器、第一网络芯片、交换芯片，最后发送给测试客户端，完成4
‑
7层的数据响应。
[0039]本专利技术还提供了一种所述系统在集群和云计算技术中的应用。
[0040]本专利技术还提供了一种所述方法在集群和云计算技术中的应用。
[0041](三)有益效果
[0042]本专利技术通过将一个交换主板和多个计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种堆叠式的七层网络数据交换系统，其特征在于，包括多个计算主板和一个交换主板，每个计算主板由处理器、内存、硬盘和网络芯片组成；交换主板由交换芯片、处理器、内存、硬盘和若干EPL组成；各计算主板上的处理器用于实现4
‑
7层的网络数据转发；各计算主板上的内存和硬盘用于辅助实现处理器上操作系统的运行；各计算主板上的网络芯片用于与交换芯片间进行以太网络通信；交换主板中的交换芯片用于实现2
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3层的网络数据的转发和处理；交换主板中的处理器用于对交换芯片进行初始化、配置、监控和管理；交换主板中的内存和硬盘用于辅助实现交换主板中处理器上操作系统的运行；EPL一方面用于与计算主板上的网络芯片连接，另一方面用于与外部以太网连接，完成网络数据的转发。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在各计算主板中，内存与处理器直连，硬盘与处理器直连，各网络芯片与处理器分别通过PCIe总线双向连接。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在交换主板中，处理器与交换芯片通过PCIe总线双向连接，内存与处理器直连，硬盘与处理器直连。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，各计算主板上的网络芯片各连接交换芯片的一个EPL。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，EPL通过外部以太网连接测试终端、测试服务器。6.一种如权利要求1至5中任一项所述系统的初始化方法，其特征在于，设各计算主板中均有两个网络芯片，包括以下步骤：步骤一：对于各计算主板，分别执行以下动作：处理器启动，初始化内存并读取硬盘信息；步骤二：对于各计算主板，分别执行以下动作：处理器进入操作系统，并驱动PCIe初始化网络芯片；步骤三：对于交换主板，执行以下动作：处理器进入操作系统，并驱动PCIe控制交换芯片，完成交换芯片的配置文件导入和各EPL端口的初始化；步骤四：各计算主板的网络芯片分别与交换芯片进行速率协商，完成握手，开始网络通信；步骤五：对于各计算主板，分别执行以下动作：处理器通过其中一个网络芯片配置一个虚拟地址V
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IP和一个虚拟网段V
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NET，并通过对应网络将该虚拟网段通告给交换芯片；步骤六：交换芯片从对应各网络分别得到关于虚拟网段V
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NET的路由表，构建网段V
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NET的等价路由表。7.一种如权利要求1至5中任一项所述系统的2
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3层交换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：测试终端通过对应网络发起一个请...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹昀辛，王晓光，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，
类型：发明
国别省市：