[发明专利]超低延时网络缓冲存储

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月18日提交的、题为“超低延时网络缓冲存储”的美国临时申请No.61/702,326的优先权，该临时申请的整体通过引用被合并于此。

技术领域

本公开总体涉及最小化网络设备中的缓冲存储。

背景技术

超低延时网络是例如由高频交易(HFT)客户用来交易金融资产的特殊的计算网络类型。在这样的应用中，即使轻微的传输时间延时也可能带来金融影响。具体地，具有比竞争者更快的数据连接可以使得HFT客户在波动时期捕捉机会、增加订单流、流动资产、并且加速价格发现以获得竞争优势。

用于计算网络(甚至是超低延时网络)中的传统联网设备会因为临时将接收到的数据分组存储在网络缓冲器中以吸收仲裁、转发或拥塞延迟而引发不想要的延时。例如，交叉开关(crossbar)和端口逻辑架构可以存储分组多达四次(例如，输入端口、输入交叉开关、输出交叉开关、以及输出端口)。另外，共享的存储器架构可以导致存储数据多达三次(例如，输入端口、缓冲存储器、以及输出端口)。这些存储操作中的每个均增加了不想要的延时。

附图说明

图1根据本文所呈现的技术示出了网络设备的框图，该网络设备被配置来执行从存储器读取分组和向存储器写入分组。

图2是多个缓冲器和针对每个缓冲器的相关联的写入逻辑的详细框图。

图3是多个缓冲器和针对多个缓冲器的相关联的读取逻辑的详细框图。

图4是示出队列结构、调度器和队列管理器的框图，其中，队列管理器被配置为在某些情况下绕过队列结构和/或调度器。

图5是总体描绘了本文所呈现的缓冲配置的读取操作和写入操作的流程图。

具体实施方式

概述

本文呈现了网络设备中的缓冲设计和缓冲的写入/读取配置。在网络设备的端口处接收分组。根据一个方面，分组的第一部分被写入网络设备中的缓冲器的多个单元格(cell)的第一单元格。每个单元格具有比该网络设备所接收的分组的最小尺寸更小的尺寸。可以从第一单元格读取分组的第一部分，并且同时将分组的第二部分写入第二单元格。

具体实施方式

诸如交换机之类的网络设备将延时测量为分组的第一位的发送时间(出发)减去该分组的该第一位的接收时间(到达)。该延时的一个原因是对到达分组的缓冲(即，临时存储接收到的分组以吸收仲裁、转发或拥塞延迟)。期望网络设备中的缓冲器具有写入和读取总共2*(M个输入端口*N Gbps)的能力以维持线速率(wire rate)。高端口密度计数和高端口性能速度为架构方面带来了巨大的挑战。

缓冲器写入应该以防止分组丢失的方式被执行。高带宽操作(例如，高效写入网络缓冲器)具有在数据存储之前建立分页(page)单元的输入缓冲阶段。该操作经由输入端口缓冲器的预分段导致分页延时。例如，10十亿位/秒(Gbps)的100字节分页可能增加另外的160纳秒(ns)的延时(80ns用于写入，80ns用于读取)。

本文呈现了减少或消除输入缓冲阶段(即，输入累加)从而降低延时的技术。这些技术通过将缓冲存储器分页存储单元减小(分离)为单元格来操作。例如，200字节分页可以被划分为二十个10字节单元格。每个10字节单元格是单个的存储器组(bank)列，该存储器组列可以以提供对一个或多个单元格列的完全访问的方式被写入，从而无延时地存储分组。独立的列访问有助于保证数据不会因线速度的高带宽写入而被丢弃(传统上，这通过输入缓冲来实现)。举例来说，还可以通过减小单元格的尺寸、通过将单元格划分为子单元格等来实现附加的优化。

本文所呈现的技术使用共享的存储器架构、多个存储器单元格以及工作保存仲裁器来减少存储和仲裁延时量，其中，共享的存储器架构、多个存储器单元格以及工作保存仲裁器均为缓冲延时的关键部件。降低延时对于超低延时网络用户至关重要。本文所呈现的技术可以实现在特定情形下低达零的延时存储，实现独立于分组尺寸的延时，对于单播、2层多播和3层多播而言实现相同的线速率低延时，和/或实现维持非常高的密度和高性能端口的能力。