交換機內(nèi)部流控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)通信領(lǐng)域，更具體地講，涉及用于數(shù)據(jù)交換機內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏攨f(xié)議。
【背景技術(shù)】
[0002]IP通信涉及以一個或多個數(shù)據(jù)分組的形式傳輸消息。數(shù)據(jù)分組包括源地址和至少一個目的地址。交換機是引導(dǎo)通信量去往目的地址的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機包括多個輸入和多個輸出?？v橫式交換機包括從多個輸入的每個輸入到多個輸出的每個輸出的可選連接?？v橫式交換機在任何特定時間僅允許一個數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)饺魏我粋€輸出。
[0003]仲裁方案調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流。在一個示例中，輸入必須請求發(fā)送數(shù)據(jù)并且接收可以發(fā)送數(shù)據(jù)的確認。交換機內(nèi)的這些通信需要時間，這增加了數(shù)據(jù)分組延遲。此外，在輸入、輸出或縱橫式交換機處可能發(fā)生擁堵。
【附圖說明】
[0004]本文中參照附圖描述了本實施例的示例性實施例。
[0005]圖1示出了用于交換機中的內(nèi)部通信的示例網(wǎng)絡(luò)。
[0006]圖2示出了在圖1的網(wǎng)絡(luò)中的輸入與輸出之間的通信。
[0007]圖3示出了圖2的輸入的示例入口序列。
[0008]圖4A示出了數(shù)據(jù)分組的示例。
[0009]圖4B示出了確認消息的示例。
[0010]圖5A示出了示例探測消息。
[0011]圖5B示出了示例重發(fā)請求。
[0012]圖5C示出了示例丟棄通知。
[0013]圖6示出了用于入口的操作的示例流程圖。
[0014]圖7示出了入口的示例狀態(tài)圖。
[0015]圖8示出了用于窗口分派的示例流程圖。
[0016]圖9示出了用于交換機內(nèi)部傳輸控制的示例網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
[0017]圖10示出了用于交換機內(nèi)部傳輸控制的示例流程圖。
【具體實施方式】
[0018]皿
[0019]在一個示例中，一種方法包括:在無需首先接收來自出口端口的任何確認的情況下從入口端口發(fā)送至少一個數(shù)據(jù)分組到所述出口端口 ；根據(jù)所述至少一個數(shù)據(jù)分組使計數(shù)器增量；經(jīng)由控制器將所述計數(shù)器與用于所述出口端口的默認窗口大小進行比較；并且響應(yīng)于所述計數(shù)器超過用于所述出口端口的默認窗口大小的停止傳輸后續(xù)數(shù)據(jù)分組。
[0020]在另一個示例中，一種非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)包括指令以在無需首先接收來自出口端口的任何確認的情況下從入口端口發(fā)送至少一個數(shù)據(jù)分組到所述出口端口。所述指令被配置成根據(jù)所述至少一個數(shù)據(jù)分組使計數(shù)器增量并且將所述計數(shù)器與用于所述出口端口的帶寬延遲乘積進行比較。后續(xù)數(shù)據(jù)是當(dāng)所述計數(shù)器小于所述帶寬延遲乘積時發(fā)送并且當(dāng)所述計數(shù)器超過所述帶寬延遲乘積時排隊的數(shù)據(jù)分組。
[0021]在另一個示例中，一種方法包括:存儲用于出口裝置的出口計數(shù)水平，其中出口計數(shù)水平涉及掛起數(shù)據(jù)傳輸；基于出口計數(shù)水平選擇出口隊列；在控制器處生成與出口隊列對應(yīng)的確認消息；訪問出口隊列中的數(shù)據(jù)分組大?。徊⑶沂购罄m(xù)的確認消息的傳輸延遲與數(shù)據(jù)分組大小成比例的一段時間。
[0022]示例件實施例
[0023]以下實施例涉及用于數(shù)據(jù)交換機中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏攨f(xié)議、交換結(jié)構(gòu)或另一種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。這些示例包括經(jīng)由交換機(例如縱橫式交換機)耦接的多個級中的多個節(jié)點。
[0024]術(shù)語交換結(jié)構(gòu)(fabric)或交換機(switch)可以用于指包括內(nèi)部節(jié)點的交換結(jié)構(gòu)和排布(arrangement)或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的排布的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在任一種情況下，排布包括從一端到另一端經(jīng)過多個節(jié)點的多個路徑。以下實施例中所述的特征可以應(yīng)用于任一種情況。術(shù)語交換結(jié)構(gòu)涉及以矩陣排布使多個輸入連接到多個輸出的縱橫式交換機的網(wǎng)格狀圖案?？v橫式交換機可以稱作交叉點交換機或矩陣交換機?？v橫式交換機可以連接M個輸入和N個輸出，其包括MXN個交叉點，使得每個輸入可選地連接到每個輸出。交叉點使輸入線可選地連接到輸出線。在一個示例中，縱橫式交換機可以具有100個輸入、100個輸出以及10000個交叉點?？v橫式交換機可以包括晶體管網(wǎng)絡(luò)，或者其他實施方式是可能的。當(dāng)啟用交叉點的晶體管時，輸入通過交叉點連接到輸出上。
[0025]仲裁器或調(diào)度器防止在同一時間多個輸入連接到單個輸出上，否則被配置成控制交叉點。仲裁器或調(diào)度器可以包括被配置成輸出選擇性地激活交叉點的控制信號的邏輯或硬件?？刂菩盘柨梢詥踊蚣せ蠲總€交叉點處的晶體管。物理連接(例如，電線或跡線)將仲裁器連接到每個交叉點。仲裁器決定數(shù)據(jù)分組從輸入隊列離隊的順序。
[0026]通過數(shù)據(jù)交換機的延遲應(yīng)當(dāng)盡可能小。隨著端口密度增加以及數(shù)據(jù)流競爭經(jīng)過交換結(jié)構(gòu)的路徑，交換結(jié)構(gòu)帶寬成為稀缺資源。以下實施例通過高效地使用交換結(jié)構(gòu)資源來允許低延遲和高端口密度。
[0027]當(dāng)前的仲裁方案要求入口設(shè)備(例如，線卡專用集成電路(ASIC))發(fā)送請求并且在數(shù)據(jù)幀可以發(fā)送到目的地之前接收授權(quán)，這可以稱為請求授權(quán)回路延遲。請求授權(quán)回路延遲的往返時間使數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)拈_始被延遲。以下實施例允許立即開始數(shù)據(jù)分組傳輸。出口設(shè)備(例如，線卡ASIC)僅在出口設(shè)備接收來自入口的數(shù)據(jù)分組之后仲裁并管理入口設(shè)備的交換結(jié)構(gòu)允許。控制反饋允許系統(tǒng)在不需要大量多余的交換結(jié)構(gòu)帶寬的情況下收斂并且仍然允許低延遲。每個入口設(shè)備與一個或多個入口端口相關(guān)聯(lián)，并且每個出口設(shè)備與一個或多個出口端口相關(guān)聯(lián)。在一個實施例中，每個入口設(shè)備包括一個入口端口，并且每個出口設(shè)備包括一個出口端口。術(shù)語入口端口可以指的是入口設(shè)備以及(一個或多個)相關(guān)聯(lián)的端口的結(jié)合，并且術(shù)語出口端口可以用于指的是出口設(shè)備和(一個或多個)相關(guān)聯(lián)的端口的結(jié)合。
[0028]入口裝置包括較大的緩沖器(例如，10兆字節(jié)、500兆字節(jié)、I吉字節(jié))。在入口裝置處通過使數(shù)據(jù)分組排隊而引入的延遲最初不會導(dǎo)致分組的丟失。入口裝置可以吸收數(shù)據(jù)的大量流入。然而，如果持續(xù)擁堵，那么數(shù)據(jù)分組累積在入口裝置并且最終可能發(fā)生丟失。在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，在入口裝置與出口裝置之間，緩沖器較小(例如，10千字節(jié)、100千字節(jié)、I兆字節(jié))。丟失發(fā)生在內(nèi)部，但是可以通過由入口裝置重發(fā)來恢復(fù)。對于數(shù)據(jù)交換機外的網(wǎng)絡(luò)，分組似乎僅僅只是花費了更長的時間通過數(shù)據(jù)交換機。以下實施例通過數(shù)據(jù)交換機發(fā)送分組，具有發(fā)生丟失但是在發(fā)生丟失時可以提供快速恢復(fù)的可能性。然而，當(dāng)丟失的可能性高時，不發(fā)送數(shù)據(jù)分組，入口裝置等待更好的時間發(fā)送數(shù)據(jù)分組。
[0029]圖1圖示了用于交換機中的內(nèi)部通信的示例性網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)交換機包括可以稱為入口裝置的輸入10a、10b，以及可以稱為出口裝置的輸出11a、lib。在輸入10和輸出11之間是縱橫式交換結(jié)構(gòu)，其包括具有第一級節(jié)點100a、100b的第一級，具有第二級節(jié)點102a-n、103a-n的第二級以及具有第三級節(jié)點104a、104b的第三級。數(shù)據(jù)分組在輸入10被接收并且通過交換機傳送到輸出11。輸入10、輸出11和縱橫式交換結(jié)構(gòu)可以布置成形成克洛斯網(wǎng)絡(luò)，如圖1中展開所示，或者可以使用另一種排布。可以提供其他數(shù)量的節(jié)點、級、輸入和/或輸出。
[0030]入口裝置使源數(shù)據(jù)分組進入縱橫式交換機。出口裝置是這些數(shù)據(jù)分組的目的地并且可以稱為目的地。入口裝置和出口裝置在物理上可在相同的ASIC中實現(xiàn)。圖1的箭頭所示的鏈路是雙向的。數(shù)據(jù)分組可以包括數(shù)據(jù)幀和控制幀。數(shù)據(jù)幀在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)中可以從左到右移動，并且控制幀可以在相反方向上從右到左移動。
[0031]輸入10中的一個或多個輸入可以包括多個虛擬輸出隊列。虛擬輸出隊列可以被分派到出口裝置，并且輸入10可以包括被分派到不同的出口裝置的多個虛擬輸出隊列。因為入口裝置包括用于每個出口裝置的虛擬輸出隊列，每個入口裝置可以與不同的出口裝置單獨通信，并且屬于每個流的數(shù)據(jù)幀可以獨立地負載平衡。由于負載平衡涉及無序數(shù)據(jù)分組傳輸，所以出口裝置將源自每個入口的傳送到出口裝置的數(shù)據(jù)幀進行重排序。
[0032]最初的請求授權(quán)回路延遲被消除，因為至少一個源(例如，入口裝置)被配置成在無需等待從輸出或目的地接收確認消息(ACK)的情況下發(fā)送一定數(shù)量的字節(jié)。源還在無需首先生成發(fā)送數(shù)據(jù)的請求的情況下發(fā)送一定數(shù)量的字節(jié)。在發(fā)送這個初始突發(fā)(initialburst)之后，源可以被配置成在繼續(xù)進行進一步數(shù)據(jù)傳輸之前等待一個或多個ACK。例如，每個源可以接收窗口，該窗口定義在分組到達時可以立即發(fā)送多少字節(jié)(或數(shù)據(jù)分組)。當(dāng)窗口變滿時，源可以等待接收ACK。ACK的接收觸發(fā)窗口滑動。響應(yīng)于窗口中的更多空間，入口裝置被配置成發(fā)送更多的分組。例如，入口裝置可以根據(jù)在未收到ACK的情況下發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的大小來使計數(shù)器增量。入口裝置在發(fā)送更多數(shù)據(jù)到出口端口之前將計數(shù)器與用于出口端口的默認窗口大小進行比較。入口裝置基于計數(shù)器超過用于出口端口的默認窗口大小停止傳輸后續(xù)數(shù)據(jù)分組。
[0033]目的地以預(yù)定速率發(fā)送確認到不同的源。可以選擇該速率以便剛好足以維持目的地的輸出緩沖器占有量。在一個示例中，選擇該速率以保持輸出緩沖器大約半滿。因此，甚至在突發(fā)通信量期間也避免了交換結(jié)構(gòu)中的擁堵。目的地在緩沖器為空時可以比端口速度更快地發(fā)送確認，并且在緩沖器半滿時逐漸減慢到端口速度。
[0034]在最快設(shè)置下，目的地發(fā)送ACK，這導(dǎo)致仍然慢于交換結(jié)構(gòu)容量的相應(yīng)的部分的出口裝置處的總到達速率。這允許正確量的數(shù)據(jù)進入交換結(jié)構(gòu)，并且數(shù)據(jù)進入的速率平滑，從而將交換結(jié)構(gòu)中的隊列延遲減少到最小值。如果到達目的地的總通信量小于端口速率，那么輸出緩沖器保持為空或者緩存很少的數(shù)據(jù)，所以達到低延遲。
[0035]圖2圖示了圖1的網(wǎng)絡(luò)中的輸入和輸出之間的通信。例如，每個輸入10可以包括入口仲裁器201，每個輸出11可以包括出口仲裁器202。在出口仲裁器202處生成并且發(fā)送到輸入10的消息被稱為上行消息211。在入口仲裁器201處生成并且發(fā)送到輸出11的消息被稱為下行消息210。以下描述了下行消息210和上行消息211的幾個示例。入口仲裁器201和出口仲裁器202可以使用單個控制器或單獨的控制器來實施。
[0036]構(gòu)成數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)分組是下行消息210的一個示例。入口仲裁器201被配置成在無需首先收到來自輸出的允許的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)分組到輸出。然而，僅在不太可能造成擁堵的特定時間發(fā)送這些投機數(shù)據(jù)分組傳輸。例如，在當(dāng)前的窗口大小小于最大窗口大小時，可以發(fā)生投機數(shù)據(jù)傳輸。最大窗口大小可以由控制器根據(jù)帶寬和從入口裝置到出口裝置的往返時間來計算。帶寬可以是裝置的已知性能或者由用戶輸入選擇。小于最大的窗口大小可以被分配到入口裝置。
[0037]控制器可以接收一個或多個入口端口中的每個入口端口的虛擬輸出隊列值。虛擬輸出隊列值描述前往出口端口的入口端口之一的數(shù)據(jù)量?？刂破骰谧畲蟠翱诖笮∫约岸鄠€入口端口之一的虛擬輸出隊列值計算多個入口端口之一的被分派的窗口值?；诒环峙傻拇翱谥?，控制器生成包括用于多個入口端口之一的被分派的窗口值的確認消息。
[0038