用于低延时网络交换的系统和方法与流程

用于低延时网络交换的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年12月16日提交的当前未决的美国临时专利申请63/126,482号和2021年7月23日提交的美国非临时专利申请17/383,755号的优先权，这些专利申请的全文以引用方式并入本文。


背景技术：

3.网络交换机是任何网络基础设施的关键元件。网络交换机检查到达入站端口的数据分组，确定预期目的地设备的适当的出站端口，并且然后，经由出站端口将分组数据分组传输到正确的目的地。期望在由网络交换机进行的数据分组处理方面的改进以减少将数据分组递送到一个或多个目的地设备的延时。
4.因此，需要一种方法和装置，该方法和装置通过可用于传输时间敏感数据分组的网络交换机提供低延时传输路径。


技术实现要素：

5.在各种实施方案中，提供了一种改进的网络交换机和用于操作网络交换机的方法，其中通过该网络交换机建立低延时传输以用于要求低延时传输的数据分组传输。该网络交换机和该相关联的方法不要求将独立专用交换电路耦合到该网络交换机以提供该低延时传输路径。因此，所公开的网络交换机提供用于要求低延时传输的流量的低延时传输路径和用于不要求低延时传输的流量的标准传输路径两者。
6.在第一实施方案中，提供了一种用于操作网络交换机的方法。该方法包括通过网络交换机建立低延时传输路径，其中该网络交换机包括多个入站端口、多个出站端口和交换机构架(switch fabric)，该交换机构架包括分组队列和调度器，该多个入站端口通过该分组队列和调度器与该多个出站端口通信，并且其中该低延时传输路径绕过该交换机构架的该分组队列和调度器。该方法进一步包括：在该多个入站端口中的一个或多个入站端口处接收多个数据分组；在收集模块处收集该多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分；以及对于该多个数据分组中的该一个或多个数据分组中的每个数据分组，分析该数据分组的该第一部分以：将该多个出站端口中的一个出站端口识别为该数据分组的目的地出站端口并且识别是否要通过该低延时传输路径将该数据分组从该入站端口传输到该目的地出站端口。该方法附加地包括：如果该数据分组被识别为通过该低延时传输路径从该入站端口传输到该目的地出站端口，则通过低延时传输将该数据分组传输到所识别的目的地出站端口，并且如果该数据分组未被识别为通过该低延时传输路径从该入站端口传输到该目的地出站端口，则响应于该分组队列和调度器而将该数据分组传输到该目的地出站端口。
7.根据本公开，该多个数据分组中的该一个或多个数据分组中的每个数据分组包括多个字，该多个字中的每个字包括一定数目的字节，并且在该收集模块处收集的该多个数据分组中的每个数据分组的该第一部分的字节数目小于该多个数据分组中的该一个或多
个数据分组中的每个数据分组的该多个字中的每个字的字节数目。
8.在特定实施方案中，如果该数据分组被识别为通过该低延时传输路径从该入站端口传输到该目的地出站端口，则可为该数据分组设置标记。随后，可响应于所设置的标记而通过该低延时传输路径将该数据分组传输到该目的地出站端口。
9.在具体实施方案中，该网络交换机可以是时间敏感(ts)网络交换机。在该实施方案中，分析该数据分组的该第一部分以识别是否要通过该低延时传输路径将该数据分组从该入站端口传输到该目的地出站端口可在如该ts网络交换机所确定的指定时间窗口期间执行。另外，该目的地出站端口可被进一步配置为可用于在该指定时间窗口期间通过该低延时传输路径接收一个或多个数据分组，并且该一个或多个数据分组可在该指定时间窗口期间通过该低延时传输路径传输到该目的地出站端口。
10.在另一个实施方案中，提供了一种网络交换机，该网络交换机包括：多个入站端口；多个出站端口；交换机构架，该交换机构架包括分组队列和调度器，该多个入站端口通过该分组队列和调度器与该多个出站端口通信；和低延时传输路径，该低延时传输路径用于绕过该交换机构架的该分组队列和调度器。在该实施方案中，该交换机构架被配置为：在该多个入站端口中的一个或多个入站端口处接收多个数据分组；以及对于接收的该多个数据分组中的每个数据分组，分析该数据分组的第一部分以：将该多个出站端口中的一个出站端口识别为该数据分组的目的地出站端口并识别是否要通过该低延时传输路径将该数据分组从该入站端口传输到该目的地出站端口。该交换机构架被进一步配置为：如果该数据分组被识别为通过该低延时传输路径从该入站端口传输到该目的地出站端口，则通过低延时传输将该数据分组传输到所识别的目的地出站端口；并且如果该数据分组未被识别为通过该低延时传输路径从该入站端口传输到该目的地出站端口，则响应于该分组队列和调度器而将该数据分组传输到该目的地出站端口。
11.在附加实施方案中，提供了一种交换机构架，该交换机构架包括：分组队列和调度器，耦合到该分组队列和调度器的多个入站端口通过该分组队列和调度器与耦合到该分组队列和调度器的多个出站端口通信；和低延时传输路径，该低延时传输路径用于绕过该分组队列和调度器。该交换机构架还包括：收集模块，该收集模块用于收集在该多个入站端口中的一个或多个入站端口处接收的多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分；和分组分析器，该分组分析器用于对于该多个数据分组中的该一个或多个数据分组中的每个数据分组，分析该数据分组的该第一部分以：将该多个出站端口中的一个出站端口识别为该数据分组的目的地出站端口，并且识别是否要通过该低延时传输路径将该数据分组从该入站端口传输到该目的地出站端口。在该实施方案中，该交换机构架被配置为：如果该数据分组被识别为通过该低延时传输路径从该入站端口传输到该目的地出站端口，则通过低延时传输将该数据分组传输到所识别的目的地出站端口；并且如果该数据分组未被识别为通过该低延时传输路径从该入站端口传输到该目的地出站端口，则响应于该分组队列和调度器而将该数据分组传输到该目的地出站端口。
12.因此，在各种实施方案中，提供了一种用于在公共网络交换机中实现用于要求低延时传输的流量的低延时传输路径和不要求低延时传输的流量的标准传输路径两者的系统和方法。
附图说明
13.为了更全面地理解本发明，应当参考结合附图进行的以下详细公开内容，其中：
14.图1是根据本发明的实施方案的示出包括低延时传输路径的网络交换机的框图。
15.图2是根据本发明的实施方案的示出用于操作具有低延时传输路径的网络交换机的方法的流程图。
16.图3是根据本发明的实施方案的示出用于为被识别为要通过低延时传输路径传输的一个或多个数据分组设置标记的方法的流程图。
17.图4是根据本发明的实施方案的示出用于操作作为时间敏感网络(ts)网络交换机的具有低延时传输路径的网络交换机的方法的流程图。
具体实施方式
18.现在将详细参考各种实施方案，这些实施方案的示例在附图中示出。虽然本文讨论了各种实施方案，但应当理解，它们不旨在是限制性的。相反，所提出的实施方案旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的各种实施方案的精神和范围内的替代形式、修改形式和等同物。此外，在该具体实施方式中，阐述了许多具体细节以便提供透彻的理解。然而，可在没有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实践实施方案。在其他情况下，并未详细描述熟知的方法、程序、部件和电路以免不必要地模糊所述实施方案的各方面。
19.应当理解，尽管术语第一、第二、第三(不限于此)可在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本发明的教导内容。
20.除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解，术语(诸如在常用字典中定义的术语)应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。
21.参考图1，示出了网络交换机100，诸如通过交换机构架180将数据分组从一个或多个入站端口105、110、115交换到一个或多个出站端口160、165、170的网络交换机。网络交换机100可以是网络的一部分，该网络可包括各种网络设备，包括但不限于一个或多个服务器、计算机和传感器。网络设备中的每个网络设备可与入站端口和出站端口中的一者或多者相关联，并且网络设备可通过网络交换机或使用网络交换机彼此连接或以其他方式进行基于分组的通信。虽然示出了三个入站端口105、110、115和三个出站端口160、165、170，但是这不意味着以任何方式进行限制。不将入站端口的数目约束为等于出站端口的数目，入站端口的数目可以是任何量，并且出站端口的数目可以是任何量。
22.网络交换机100可接收呈数据分组的形式的网络数据，并且网络交换机100可通过网络交换机100的交换机构架180在入站端口105、110、115与出站端口160、165、170之间传输数据分组以建立在各种网络设备之间的通信。交换机构架180提供在入站端口105、110、115与出站端口160、165、170之间的用于数据分组的通信路径，使得入站端口105、110、115中的任一入站端口可与出站端口160、165、170中的任一出站端口通信。
23.网络交换机100和交换机构架180可包括用于执行网络交换机100和交换机构架180的功能的可编程电路系统。
24.在通过交换机构架180对数据分组的数据分组接收、分析、排队、调度、转发和传输期间，由网络交换机引入延时。在各种应用(包括但不限于汽车和工业应用)中，网络交换机通常负责时间敏感和尽力服务网络流量的传输。在其中尽力服务和高度时间敏感流量的混合在同一基础设施中交织的网络中，所公开的网络交换机100为时间敏感流量提供低延时交换，由此减小这种流量的延时。
25.在图1的示例实施方案中，网络交换机100的交换机构架180包括分组队列和调度器145，该分组队列和调度器调度在入站端口105、110、115处接收的分组通过相应出站端口160、165、170的传输。被识别为要求通过网络交换机100的尽力服务传输的网络流量的数据分组由分组队列和调度器145调度。网络交换机100还包括用于绕过交换机构架180的分组队列和调度器145的低延时传输路径185。因此，交换机构架180的低延时传输路径185可用于在入站端口105、110、115与出站端口160、165、170之间传输时间敏感流量，而分组队列和调度器145可用于调度尽力服务流量的传输，如下面详细地描述的。
26.除了分组队列和调度器145之外，交换机构架180还包括耦合到入站端口105、110、115的收集模块120、耦合在收集模块120与分组队列和调度器145之间的分组分析器125、耦合到分组队列和调度器145的输出的分组读取器150、耦合到分组读取器150的输出的分路器模块155、以及耦合在收集模块的输出与分组读取器150之间的分组缓冲器135。如图1所示，低延时传输路径185共享交换机构架180的收集模块120、分组分析器125、分组缓冲器135、分组读取器150和分路器模块155。而且，如图1所示，低延时传输路径185不包括交换机构架180的分组队列和调度器145。
27.交换机构架180的收集模块120包括被配置为收集从入站端口105、110、115接收的多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分的电路系统。另外，收集模块120根据交换机构架180的配置将接收到的数据分组的数据收集到预定字宽中。数据分组中的每个数据分组的第一部分被选择为字节数目比该数据分组少。无需所有数据分组的第一部分都由收集模块120收集，并且在一个示例中，除根据交换机构架180的配置将所有接收到的数据分组的数据收集到预定字宽中之外，仅特定etype的数据分组中的每个数据分组的第一部分由收集模块120收集。特别地，在入站端口105、110、115处接收的数据分组中的每个数据分组包括多个字，该多个字中的每个字包括一定数目的字节，并且在收集模块处收集的多个数据分组中的每个数据分组的第一部分的字节数目小于多个数据分组中的每个数据分组的多个字中的每个字的字节数目。在特定非限制性示例中，64字节数据分组可从入站端口105、110、115并行传输并被收集在收集模块120处。收集模块120然后可收集一个或多个数据分组的第一部分，该第一部分可仅包括64字节数据分组的32字节。由此，交换机构架180的收集模块120被配置为收集数据分组的较小部分的字节，这允许更快访问交换机构架180的分组分析器125，而不管数据分组的内容如何。对于大于64字节数据分组的分组，数据分组的第一部分仍可仅包括该数据分组的32字节。
28.交换机构架180的分组分析器125被耦合以从收集模块120接收每个数据分组的第一部分，并且交换机构架180的分组缓冲器135被耦合到收集模块120的输出并被配置为存储在入站端口105、115、115处接收的数据分组。分组分析器125分析多个数据分组中的每个
数据分组的第一部分以将多个出站端口160、165、170中的一个出站端口识别为数据分组的目的地出站端口，以及确定数据分组是否要通过低延时传输路径185从入站端口传输到目的地出站端口或数据分组是否要通过交换机构架180从入站端口传输到目的地出站端口。分组分析器125包括用于识别数据分组是否要通过低延时传输路径185传输的模式匹配表190。一般来说，模式匹配表190可在存储器设备中实现，并且具体地讲，模式匹配表190可在三态内容可寻址存储器(tcam)中实现。除了上述之外，分组分析器125还用于为网络交换机100提供本领域技术人员已知的其他功能，例如服务质量和mac地址功能。因此，分组分析器125可接收除每个数据分组的第一部分之外的更多部分，以便为网络交换机100提供其他功能。
29.模式匹配表190存储数据分组的已知字节模式，这些数据分组被认为是时间敏感的，并且因此，应当通过低延时传输路径185传输。特别地，分组分析器125被配置为分析每个数据分组的第一部分的一个或多个字节以识别用于该数据分组的目的地出站端口。分组分析器125还使每个数据分组的第一部分的一个或多个字节对照模式匹配表190进行匹配以确定是否应当通过低延时传输路径185传输该数据分组。如果数据分组的第一部分的一个或多个字节的模式与存储在模式匹配表190中的模式匹配，则数据分组被识别为要通过低延时传输路径185传输。在替代形式中，如果在数据分组的第一部分的模式与模式匹配表190之间不存在匹配，则通过分组队列和调度器145而不是通过低延时传输路径185传输该数据分组。
30.在示例协议的具体实施方案中，分组分析器125从数据分组的第一部分提取至少一个字节模式，该至少一个字节模式包括目的地mac地址(dmac)、以太类型字段(etype)和标识符(id)。然后，分组分析器125尝试将所提取的模式与存储在模式匹配表190中的模式匹配。如果识别出匹配，则分组分析器125为数据分组设置标记，该标记指示将通过低延时传输路径185传输数据分组。
31.在非限制性示例性实施方案中，假设低延时传输路径185将用于由以下值标识的时间敏感数据分组：dmac＝0011222334455、etype＝88f6和含有3字节id＝010203的字节16至18。通过将这些值编程到分组分析器125的模式匹配表190中，当在所接收的数据分组与模式匹配表190之间存在匹配时，分组分析器125设置指示数据分组是时间敏感的并要通过低延时传输路径185传输的标记。
32.在数据分组的第一部分由分组分析器125分析时，交换机构架180的分组缓冲器135存储由收集模块120收集的数据分组。当在分析数据分组的第一部分后为一个或多个数据分组设置标记时，该标记通过低延时传输路径185的旁路路径175传达到分组读取器150。除了分组缓冲器135中的数据分组的地址之外，出站端口的标识符通过低延时传输路径185的旁路路径175传达到分组读取器150。无需设置特定单独标记，并且在一个示例中，代替特定标记，分组读取器150对通过旁路路径175接收分组缓冲器135中的数据分组的地址、以及出站端口的标识符做出响应。响应于在分组读取器150处接收到通过旁路路径175的通信(诸如标记、或者分组缓冲器135中的数据分组的地址、以及出站端口的标识符)，分组读取器150迅速地开始从分组缓冲器135读出相应数据分组。因此，响应于通过旁路路径175的通信，数据分组不被分组队列和调度器145调度到分组读取器150，而是响应于通过低延时传输路径185的旁路路径175的通信而被分组读取器150从分组缓冲器135迅速地读出，由此避
免由分组队列和调度器145引起的任何延时。然后，分组读取器150将从分组缓冲器135读取的数据分组提供到分路器模块150。分路器模块150被配置为将数据分组分发到用于该数据分组的多个出站端口160、165、170中的所识别的目的地出站端口，其中所识别的目的地出站端口由分组分析器125提供。因此，如果数据分组被识别为通过低延时传输185从入站端口传输到目的地出站端口，则网络交换机100通过低延时传输185将数据分组中的每个数据分组传输到所识别的目的地出站端口，并且如果数据分组未被识别为通过低延时传输路径185从入站端口传输到目的地出站端口，则交换机构架180响应于由分组队列和调度器145进行的调度而将数据分组传输到目的地出站端口。
33.交换机构架180的分组队列和调度器145以与已知标准交换技术类似的方式操作，在该已知标准交换技术中，在入站端口105、110、115处接收的数据分组以循环方式或其他方式处理，其中在交换机构架180的每个时钟循环期间，仅一个输入站端口有权访问分组队列和调度器145。分组缓冲器135使数据分组入队，并且分组读取器150根据分组队列和调度器145从分组缓冲器135读取分组。如前所述，由分组队列和调度器145进行的排队和循环处理的过程将不期望的延时添加到网络交换机100中。虽然增加的延时对于尽力服务网络流量是可接受的，但是对于时间敏感网络流量可能是不可接受的。如所公开的低延时传输路径185提供了用于在公共网络交换机100中传输尽力服务网络流量和时间敏感网络流量两者的解决方案。
34.除了识别用于通过低延时传输路径185传输的数据分组之外，交换机构架180被进一步配置为在时间敏感联网(tsn)标准下操作。用于tsn的ieee标准通过使用在网络设备之间共享的时间同步和时间分隙来实现通过以太网的确定性实时通信。通过定义用于数据分组传输的时隙或窗口，tsn确保通过网络交换机100的调度流量的有界最大延时。如果在tsn中操作的所有设备具有对低延时传送可能发生的时间窗口的共同理解，则每个网络交换机100中的低延时传输路径185将促成端到端低传送延迟。通过在网络交换机100中实现tsn，保证目的地出站端口可用于在预定时间窗口期间通过低延时传输路径185接收数据分组。
35.在网络交换机100作为时间敏感(ts)网络中的ts网络交换机操作的情况下，在指定时间窗口期间在多个入站端口105、110、115处接收时间敏感数据分组，目的地出站端口由分组队列和调度器145配置为在指定时间窗口期间可用，并且时间敏感数据分组在指定时间窗口期间通过低延时传输路径185传输。
36.在tsn环境中操作的网络交换机100的非限制性示例中，具有一秒持续时间的循环可分成多个时间窗口。入站端口105、110、115、出站端口160、165、170和网络交换机100都知道这些时间窗口并与公共时钟信号对准。在该示例中，在每个循环中的在0ms与850ms之间的第一时间窗口可用于响应于由交换机构架180的分组队列和调度器145进行的调度来传输尽力服务流量。在每个循环中的在850ms与860ms之间的第二时间窗口可被保留用于通过低延时传输路径185将时间敏感数据分组传输到被识别用于时间敏感数据分组的目的地出站端口。在该第二时间窗口期间，到该所识别的目的地出站端口的尽力服务流量受阻。在860ms与1000ms之间的第三时间窗口然后可用于再次发送尽力服务流量。在网络交换机100中可存在被识别用于时间敏感数据分组的多个这种目的地出站端口。
37.因此，通过由tsn提供的公共网络时间理解，网络交换机100可确保仅在850ms至860ms时间窗口中接收要求低延时传输的数据分组，在该时间窗口时间期间，网络交换机
180可确保在需要低延时传输路径185来传输时间敏感数据分组的时间期间，用于时间敏感数据分组的所识别的目的地出站端口可用。
38.参考图2，提供了示出用于操作具有低延时传输路径185的网络交换机100的方法200的流程图。
39.在205处，该方法开始于通过网络交换机建立低延时传输路径，其中该网络交换机包括多个入站端口、多个出站端口和交换机构架，该交换机构架包括分组队列和调度器，多个入站端口通过分组队列和调度器与多个出站端口通信，并且其中低延时传输路径绕过交换机构架的分组队列和调度器。参考图1，通过包括多个入站端口105、110、115、多个出站端口160、165、170和交换机构架180的网络交换机100建立低延时传输路径185。交换机构架180包括分组队列和调度器145，多个入站端口105、110、115通过该分组队列和调度器与多个出站端口160、165、170通信，并且低延时传输路径185绕过交换机构架180的分组队列和调度器145。
40.在210处，该方法继续在多个入站端口中的一个或多个入站端口处接收多个数据分组，并且在215处，在收集模块处收集多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分。如图1所示，在多个入站端口105、110、115中的一个或多个入站端口处接收的数据分组被提供给收集模块120，并且收集模块120被配置为收集多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分。在一些示例中，响应于etype名称而收集多个数据分组中的仅一些数据分组的第一部分。
41.在220处，该方法继续对于多个数据分组中的每个数据分组，分析多个数据分组的第一部分以：将多个出端口中的一个出站端口识别为数据分组的目的地出站端口并且识别是否要通过低延时传输路径将数据分组从入站端口传输到目的地出站端口。如图1所示，包括模式匹配表190的分组分析器125用于分析数据分组的第一部分以：将多个出站端口中的一个出站端口识别为数据分组的目的地出站端口，并且识别是否要通过低延时传输路径185将数据分组从入站端口传输到目的地出站端口。
42.在225处，该方法结束于如果数据分组被识别为通过低延时传输路径从入站端口传输到目的地出站端口，则通过低延时传输将数据分组传输到所识别的目的地出站端口，并且如果数据分组未被识别为通过低延时传输路径从入站端口传输到目的地出站端口，则响应于分组队列和调度器而将数据分组传输到目的地出站端口。参考图1，由分组分析器125识别为要通过低延时传输路径185传输的数据分组通过低延时传输路径185传输到数据分组的目的地出站端口。另选地，响应于分组队列和调度器145的调度而将未被识别为要通过低延时传输路径185传输的数据分组传输到目的地出站端口。
43.图3是示出用于为被识别为要通过低延时传输路径传输的一个或多个数据分组设置标记的示例方法的流程图300。
44.在305处，该方法开始于如果数据分组被识别为通过低延时传输路径从入站端口传输到目的地出站端口，则设置标记。参考图1，分组分析器125与模式匹配表190结合用于识别数据分组是否要通过低延时传输路径185从入站端口传输到如分组分析器125所确定的目的地出站端口。
45.在310处，该方法结束于响应于所设置的标记而通过低延时传输路径将数据分组传输到目的地出站端口。参考图1，分组分析器125向分组读取器150提供标记，并且分组读
取器150响应于所设置的标记而从分组缓冲器135读取数据分组，由此通过低延时传输路径将数据分组传输到目的地出站端口。
46.图4是示出用于操作作为时间敏感网络(ts)网络交换机的具有低延时传输路径的网络交换机的示例方法的流程图400。
47.在405处，该方法开始于标识用于通过时间敏感(ts)网络交换机的低延时传输路径传输数据分组的指定时间窗口。图1所示的网络交换机100可以是具有低延时传输路径185的ts网络交换机，并且用于通过低延时传输路径185传输数据分组的指定时间窗口可由网络交换机100的交换机构架180标识。
48.在410处，该方法继续将目的地出站端口配置为可用于在指定时间窗口期间通过低延时传输路径接收一个或多个数据分组。参考图1，出站端口160、165、170中的一个或多个出站端口可被配置为可用于在由ts网络交换机100标识的指定时间窗口期间通过低延时传输路径185接收一个或多个数据分组的目的地出站端口。
49.在415处，该方法继续在指定时间窗口期间分析多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分以识别是否要通过低延时传输路径将该数据分组从入站端口传输到目的地出站端口。图1的分组分析器125和模式匹配表190被配置为分析在指定时间窗口期间接收的多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分以识别是否要通过低延时传输路径185将数据分组从入站端口传输到目的地出站端口。
50.在420处，该方法结束于如果作为415的分析的结果，确定数据分组要通过低延时传输路径185从入站端口传输到目的地出站端口，则在指定时间窗口期间通过低延时传输路径将数据分组传输到目的地出站端口。如果作为415的分析的结果，未确定数据分组要通过低延时传输路径从入站端口传输到目的地出站端口，则通过交换机构架传输数据分组。如图1所示，低延时传输路径185用于传输被识别为在指定时间窗口期间通过低延时传输路径传输的数据分组，并且交换机构架180用于传输未被识别为在指定时间窗口期间通过低延时传输路径传输的数据分组。
51.在各种实施方案中，所公开的网络交换机100提供比现有技术解决方案更固定且更低延时的交换能力。低延时传输185在包括网络交换机100的集成电路(ic)设备中实现，而不是在实现在单独ic设备中的专用外部快速路径设备(诸如快速路径fpga)中实现，其中在网络交换机的输入站端口处不接收时间敏感分组。由此，本发明的方法和设备将低延时传输路径185添加到现有交换机构架180。网络交换机100可在任何网络应用中实现，但是可能在tsn特征正在控制网络流量流时是最可行的。
52.在一个实施方案中，网络交换机可作为单个半导体管芯在集成电路中实现，其中入站端口、多个出站端口、交换机构架、分组队列和调度器、以及低延时传输路径完全在该单个半导体管芯内。
53.在各种实施方案中，本发明的系统的部分可在现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)中实现。本领域技术人员应当理解，电路元件的各种功能也可被实现为软件程序中的处理步骤。此类软件可用于例如数字信号处理器、网络处理器、微控制器或通用计算机中。

技术特征：
1.一种用于操作网络交换机的方法，所述方法包括：通过网络交换机建立低延时传输路径，其中所述网络交换机包括多个入站端口、多个出站端口和交换机构架，所述交换机构架包括分组队列和调度器，所述多个入站端口通过所述分组队列和调度器与所述多个出站端口通信，并且其中所述低延时传输路径绕过所述交换机构架的所述分组队列和调度器；在所述多个入站端口中的一个或多个入站端口处接收多个数据分组；在收集模块处收集所述多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分；对于所述多个数据分组中的所述一个或多个数据分组中的每个数据分组，分析所述数据分组的所述第一部分以：将所述多个出站端口中的一个出站端口识别为所述数据分组的目的地出站端口，并且识别是否要通过所述低延时传输路径将所述数据分组从所述入站端口传输到所述目的地出站端口；以及如果所述数据分组被识别为通过所述低延时传输路径从所述入站端口传输到所述目的地出站端口，则通过低延时传输将所述数据分组传输到所识别的目的地出站端口，并且如果所述数据分组未被识别为通过所述低延时传输路径从所述入站端口传输到所述目的地出站端口，则响应于所述分组队列和调度器而将所述数据分组传输到所述目的地出站端口。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括如果所述数据分组被识别为通过所述低延时传输路径从所述入站端口传输到所述目的地出站端口，则设置标记，所述数据分组响应于所设置的标记而通过所述低延时传输路径传输到所述目的地出站端口。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络交换机是时间敏感网络交换机，并且其中所述数据分组在指定时间窗口期间通过所述低延时传输路径传输到所述目的地出站端口。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络交换机是时间敏感网络交换机，并且其中分析所述数据分组的所述第一部分以识别是否要通过所述低延时传输路径将所述数据分组从所述入站端口传输到所述目的地出站端口在指定时间窗口期间执行。5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，所述方法还包括将所述目的地出站端口配置为能够用于在所述指定时间窗口期间通过所述低延时传输路径接收一个或多个数据分组。6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述一个或多个入站端口处并行地接收所述多个数据分组。7.根据权利要求1所述的方法，其中分析所述数据分组的所述第一部分以识别是否要通过所述低延时传输路径将所述数据分组从所述入站端口传输到所述目的地出站端口包括使所述数据分组的所述第一部分对照模式匹配表进行匹配。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述模式匹配表是三态内容可寻址存储器。9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在通过所述低延时传输路径将所述数据分组传输到所述目的地出站端口之前，将所述数据分组存储在所述低延时传输路径的分组缓冲器中。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个数据分组中的每个数据分组包括多个字，所述多个字中的每个字包括一定数目的字节，并且在所述收集模块处收集的所述多个数据分组中的所述一个或多个数据分组中的每个数据分组的所述第一部分的字节数目小
于所述多个数据分组中的所述一个或多个数据分组中的每个数据分组的所述多个字中的每个字的字节数目。11.一种网络交换机，所述网络交换机包括：多个入站端口；多个出站端口；交换机构架，所述交换机构架包括分组队列和调度器，所述多个入站端口通过所述分组队列和调度器与所述多个出站端口通信；和低延时传输路径，所述低延时传输路径用于绕过所述交换机构架的所述分组队列和调度器，其中所述交换机构架被配置为：在所述多个入站端口中的一个或多个入站端口处接收多个数据分组；对于所述多个数据分组中的一个或多个数据分组中的每个数据分组，分析所述数据分组的第一部分以：将所述多个出站端口中的一个出站端口识别为所述数据分组的目的地出站端口，并且识别是否要通过所述低延时传输路径将所述数据分组从所述入站端口传输到所述目的地出站端口；以及如果所述数据分组被识别为通过所述低延时传输路径从所述入站端口传输到所述目的地出站端口，则通过低延时传输将所述数据分组传输到所识别的目的地出站端口，并且如果所述数据分组未被识别为通过所述低延时传输路径从所述入站端口传输到所述目的地出站端口，则响应于所述分组队列和调度器而将所述数据分组传输到所述目的地出站端口。12.根据权利要求11所述的网络交换机，其中所述网络交换机包括：收集模块，所述收集模块用于收集所述多个数据分组中的所述一个或多个数据分组中的每个数据分组的所述第一部分；和分组分析器，所述分组分析器用于分析所述数据分组的所述第一部分。13.根据权利要求11所述的网络交换机，其中所述网络交换机是时间敏感网络交换机，并且其中所述数据分组在指定时间窗口期间通过所述低延时传输路径传输到所述目的地出站端口。14.根据权利要求11所述的网络交换机，其中所述网络交换机是时间敏感网络交换机，并且其中所述交换机构架被配置为分析所述数据分组的所述第一部分以：将所述多个出站端口中的一个出站端口识别为所述数据分组的所述目的地出站端口，并且识别是否要在指定时间窗口期间通过所述低延时传输路径将所述数据分组从所述入站端口传输到所述目的地出站端口。15.根据权利要求13或权利要求14所述的网络交换机，其中所述交换机构架被进一步配置为将所述目的地出站端口配置为能够用于在所述指定时间窗口期间通过所述低延时传输路径接收所述数据分组中的一个或多个数据分组。16.根据权利要求12所述的网络交换机，其中所述分组分析器包括模式匹配表，其中所述分组分析器被配置为使所述数据分组的所述第一部分对照所述模式匹配表进行匹配，以识别是否要通过所述低延时传输路径将所述数据分组从所述入站端口传输到所述目的地出站端口。17.根据权利要求16所述的网络交换机，其中所述模式匹配表是三态内容可寻址存储
器。18.根据权利要求11所述的网络交换机，其中所述低延时传输路径包括分组缓冲器，所述分组缓冲器被配置为在通过所述低延时传输路径将所述数据分组传输到所述目的地出站端口之前，存储所述数据分组。19.根据权利要求11所述的网络交换机，其中所述多个数据分组中的每个数据分组包括多个字，所述多个字中的每个字包括一定数目的字节，并且在所述收集模块处收集的所述多个数据分组中的所述一个或多个数据分组中的每个数据分组的所述第一部分的字节数目小于所述多个数据分组中的所述一个或多个数据分组中的每个数据分组的所述多个字中的每个字的字节数目。20.一种交换机构架，所述交换机构架包括：分组队列和调度器，与所述分组队列和调度器通信的多个入站端口通过所述分组队列和调度器同与所述分组队列和调度器通信的多个出站端口通信；低延时传输路径，所述低延时传输路径用于绕过所述分组队列和调度器；收集模块，所述收集模块用于收集在所述多个入站端口中的一个或多个入站端口处接收的多个数据分组中的一个或多个数据分组的第一部分；分组分析器，所述分组分析器用于对于所述多个数据分组中的所述一个或多个数据分组中的每个数据分组，分析所述数据分组的所述第一部分以：将所述多个出站端口中的一个出站端口识别为所述数据分组的目的地出站端口，并且识别是否要通过所述低延时传输路径将所述数据分组从所述入站端口传输到所述目的地出站端口；并且所述交换机构架被配置为：如果所述数据分组被识别为通过所述低延时传输路径从所述入站端口传输到所述目的地出站端口，则通过低延时传输将所述数据分组传输到所识别的目的地出站端口；以及如果所述数据分组未被识别为通过所述低延时传输路径从所述入站端口传输到所述目的地出站端口，则响应于所述分组队列和调度器而将所述数据分组传输到所述目的地出站端口。21.根据权利要求20所述的交换机构架，其中所述交换机构架是时间敏感网络交换机的交换机构架，并且其中所述交换机构架被配置为在指定时间窗口期间通过所述低延时传输路径将所述数据分组传输到所述目的地出站端口。22.根据权利要求20所述的交换机构架，其中所述交换机构架是时间敏感网络交换机的交换机构架，并且其中所述交换机构架被进一步配置为分析所述数据分组的所述第一部分以识别是否要在指定时间窗口期间通过所述低延时传输路径将所述数据分组从所述入站端口传输到所述目的地出站端口。23.根据权利要求22或权利要求23所述的交换机构架，其中所述交换机构架是时间敏感网络交换机的交换机构架，并且其中交换机构架进一步将所述目的地出站端口配置为能够用于在所述指定时间窗口期间通过所述低延时传输路径接收一个或多个数据分组。

技术总结
本发明提供了一种网络交换机和用于建立通过网络的低延时传输路径的操作的相关联的方法，该低延时传输路径绕过交换机构架的分组队列和调度器。如果多个数据分组中的每个数据分组被识别为通过该低延时传输路径从入站端口传输到目的地出站端口，则该网络交换机通过低延时传输将该数据分组传输到所识别的目的地出站端口，并且如果该数据分组未被识别为该通过低延时传输路径从该入站端口传输到该目的地出站端口，则该网络交换机通过该分组队列和调度器将该数据分组传输到该目的地出站端口。口。口。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：微芯片技术股份有限公司
技术研发日：2021.10.03
技术公布日：2023/8/21