[发明专利]在网络边缘有效使用数据包缓冲和带宽资源的设备

说明书

技术领域

本发明涉及服务器网络接口控制器和边缘网络交换机的领域，尤其针对大量紧密定位的服务器节点通过机柜顶式交换机(top-of-rack switch)互连并且连接至网络的数据中心。

背景技术

在数据中心中，服务器节点通常密集地填装在机柜中并且通过机柜顶式交换机互连，该机柜顶式交换机还与数据中心网络中的其他机柜顶式交换机互连。每个服务器节点具有其自己的通过服务器外围总线可访问的网络接口。网络接口可实现为服务器芯片组中的网络接口控制器或实现为单独的网络接口卡，两种实现都简称为NIC(网络接口卡或网络接口控制器)。NIC通过服务器侧物理接口、网络缆线以及交换机侧物理接口连接至机柜顶式交换机。

数据中心中高密度的服务器节点对功率效率和互连带宽提出了高要求，而且限制了从服务器节点至边缘网络交换机的网络缆线的长度。此外，通常在数据中心中托管的应用的分布特征对低互连延迟提出了高要求。

NIC通常经由PCI Express(高速外部设备互连)外围总线接入服务器节点的系统存储器，并且将借助于总线主控的直接存储器存取(DMA，direct memory access)控制器来移动来自和至服务器系统存储器的网络数据包。NIC将具有用于暂时存储传入和传出的数据包的数据包缓冲存储器。因为通常不能保证对服务器外围总线和服务器系统存储器的即时访问，而NIC必须能够以线路速率连续地从网络接收数据包并且将开始发送的任何数据包发送至网络，所以需要缓冲存储器。

典型的NIC不具有边缘网络交换机的拥塞状态的直接知识。掉包能够利用标准的流量控制策略诸如IEEE802.1Qbb来避免，尽管该策略是粗粒的并且其在浪费网络带宽和在边缘网络交换机中的数据包缓冲方面造成相当大的成本。可能还必须在片外存储器中扩展机柜顶式交换机缓冲资源以实现可接受的网络性能，并因此浪费在交换机设备中的宝贵I/O带宽。这导致了机柜顶式交换机的增加的功率消耗并因此对可实现的网络连接密度设置了限制。

总之，数据中心的竞争力高度取决于可实现的服务器节点密度和服务器节点互连的容量和速度。这些量度转而取决于NIC和边缘网络交换机的密度和功率效率，取决于其带宽和延迟，并且最终取决于带宽和数据包缓冲资源被利用的效率。

发明内容

基于上述描述，本发明的一个方面是提供用于向NIC提供在网络交换机中的网络数据包队列的状态和尺寸的信息的方式，从而向NIC提供用于减轻或消除现有技术中的上述缺陷和单独的或任意组合的不足中的一个或者更多个的方法。

本发明利用了数据中心环境中从服务器节点至第一网络交换机的短物理距离，以通过将NIC功能与网络交换机结合成混合网络设备来降低延迟和主机系统复杂性。因此，发明人已通过将总线主控的直接存储器存取控制器添加至混合网络设备，实现了可分布于网络交换机的NIC功能。这总体上减少了服务器和网络交换机系统中使用的部件的总需要数量。此外，从服务器存储器至所述混合网络设备的数据包处理引擎的数据传输可从混合网络设备来控制。

此外，可在完整的或推迟的数据包传输之间做出选择。在推迟的数据包传输中，最初从服务器系统存储器读取数据包的仅仅一部分。这使基于本发明的设备比传统边缘网络交换机能够更早地自由使用可用的带宽资源以检查数据包，从而更好地获知数据包仲裁决定。

此外，本发明通过推迟或者消除数据包数据传输更有效地利用可用的数据包缓冲和带宽资源。因此，推迟的数据传输的有利之处在于释放的带宽允许更早地检查附加的数据包报头，从而实现更好的数据包仲裁。

根据本发明的一个方面，其涉及混合网络设备，包括：

-能够访问服务器系统存储器的至少一个服务器接口；

-网络交换机，该网络交换机包括数据包处理引擎和交换机数据包缓冲器，该数据包处理引擎配置成处理通过交换机路由的数据包，该交换机数据包缓冲器配置成在发送之前将数据包排队；

-至少一个网络接口；以及

-至少一个总线主控DMA控制器，该总线主控DMA控制器配置成经由所述至少一个服务器接口访问所述服务器系统存储器的数据并且传输来自和至所述混合网络设备的数据。

根据本发明的一个方面，其涉及一种混合网络设备，还包括：

-总线传输仲裁器，该总线传输仲裁器配置成控制从服务器存储器至所述混合网络设备的数据包处理引擎的数据传输。

根据本发明的一个方面，其涉及一种混合网络设备，其中，所述控制基于网络交换机中的可用的资源。