[发明专利]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

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2011年6月20日递交的发明名称为“DATA CENTER NETWORK SWITCHING”的美国临时专利申请No.61/498,931和2011年11月1日递交的发明名称为“DATA CENTER NETWORK SWITCHING”的美国临时专利申请NO.61/554,107的优先权的利益。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。