CN115066870A - 网络设备以及用于借助该网络设备采集和处理包信息的方法 - Google Patents

网络设备以及用于借助该网络设备采集和处理包信息的方法 Download PDF

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CN115066870A CN202080095494.XA CN202080095494A CN115066870A CN 115066870 A CN115066870 A CN 115066870A CN 202080095494 A CN202080095494 A CN 202080095494A CN 115066870 A CN115066870 A CN 115066870A
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Abstract

提出一种网络设备(10),具有至少两个用于连接网络参与者的端口以及具有至少一个用于存储数据的存储器(12),每个端口在此包含一个发送单元(2)和一个接收单元(1)。根据本发明,每个接收单元(1)和每个发送单元(2)此外包含一个时间戳单元(4),并且由所述时间戳单元(4)产生的、接收单元(1)输入的数据包的时间戳和/或发送单元(2)输出的数据包的时间戳能存储在所述存储器(12)中。此外,提出一种用于在上述网络设备中采集和处理包信息的方法,其中所述时间戳单元(4)产生输入和输出的数据包的时间戳并且将其存储在存储器(12)中。这样整合的时间戳数据可以借助包产生器(13)以及包发送器(14)转发到端口上。

Description

网络设备以及用于借助该网络设备采集和处理包信息的方法
技术领域
本发明涉及一种网络设备以及一种用于借助所述网络设备采集和处理包信息的方法。通过本发明借助于根据权利要求1前序部分特征所述的网络设备内的硬件扩展应该能够使网络设备中输入和输出的数据包的时间顺序可见。
背景技术
计算机网络中需要相应的硬件设备,以便能够从一个终端设备向另一个终端设备发送和分配数据。数据为此被分成多个数据包。为此例如已知TCP/IP网络。
为此已知网络设备构成简单的节点(网络节点),以便产生用于终端设备的星点。这些设备被称为网络集线器(Netzwerkhub)。
此外已知包含可编程控制器的网络设备,以便在网络中有针对性地分配数据包。这些设备被称为网络交换机。
例如由DE 60 2006 000 171 T2也已知给不同数据包配置不同优先级,以便高效地控制网络节点处的数据流量。
包的时间戳方案存在于现有技术的现有应用中。对于IEEE 1588,出于时间同步的目的,在此仅特定包进行时间戳操作。还存在以太网测试设备,所述以太网测试设备采用高精度的时间戳,然而未集成在网络节点中。
现有技术的通过对触发包进行时间戳操作而实施的现有方法仅采集与触发包有关的时间特性。如果使用内联时间戳,则也改变这些包。
然而,用于网络中进行数据分配的所有已知装置和方法都无法创建对网络节点上整个时间特性的详细反映。
发明内容
因此,本发明的目的在于,提供用于“时间敏感网络(TSN网络)”的诊断可能性,所述诊断可能性能实现对所涉及的包的时间特性的详细了解。这样的诊断于是可以用于检查数据包的发送时间表的实际实现。此外,应提供一种集成在网络设备中的解决方案。
所述目的通过权利要求1和并列的权利要求7的特征来实现。
根据本发明,为此提出一种网络设备,所述网络设备形成网络中的节点。为此,所述网络设备包含至少两个端口,每个端口包含一个发送单元和一个接收单元。通过所述端口连接网络参与者,从而所述网络设备在网络中形成星点。
此外,每个接收单元和每个发送单元包含一个时间戳单元,所述时间戳单元可以给端口的输入和输出的数据包配置时间戳。为了存储所述时间戳,网络设备具有内部存储器。
因此,根据本发明规定,具有多个端口的网络设备为每个端口中的每个输入和输出的包设立用于每个数据包的时间戳。所述时间戳可以从精确的硬件时钟中得出,所述硬件时钟通过(如从IEEE 1588已知的)基于网络的时间同步方法例如可以在网络范围内同步。
将这些时间戳整合在网络设备内的中央存储器中以供进一步处理。
于是,通过网络设备的这种构造,可以借助时间戳随时了解各个数据包在网络设备上被接收和发送的时刻。由此能确定在两个网络设备之间的传输时间。
在本发明的进一步扩展方案中规定,在将时间戳存储在中央存储器中之前,通过被称为仲裁器的中央实体来管理对端口的时间戳的查询。该实体还管理用于端口的时间戳数据的可用带宽。
作为中央仲裁器的备选方案,所述端口也可以将其时间戳数据排列成用于这样的数据的“菊花链”拓扑。
通过这样的仲裁器能接收端口的时间戳并且将其发送到中央存储器。由于存在这样收集的时间戳现在可以检查是否在发送时间表内发送或接收网络设备的数据包。
因此,仲裁器可以过滤端口的时间戳并且将其存储在存储器中。由此可以在存储器中产生时间戳的概览,从所述存储器中可以得出包是否被及时发送。
如果通过存储器中可供使用的时间戳确定发送数据包的时间过长,则可以提前发送。为此可以通过时间戳预先计算到各个网络参与者的传输时间。
仲裁器无须将所有时间戳收集在所述存储器中,而是可以根据确定的规则将时间戳存储在存储器中。如果例如通过已经存在的时间戳能计算到网络参与者的传输时间,则可以过滤另外的时间戳,这意味着所述另外的时间戳不存储在存储器中。但是仲裁器也可以将所有时间戳收集在存储器中。
根据上述对发送时间的确定,能由在存储器中收集的时间戳通过包产生器生成的数据包也可以被传送到端口。
在本发明的进一步扩展方案中规定,时间戳可以用与数据包相关的另外的信息来丰富,以便显示关于网络流量的更详细的数据。用另外的数据丰富的时间戳在以下被称为元数据。
在一种特别的实施方式中提出,每个接收单元和每个发送单元配置有一个事件生成器,所述事件生成器将时间戳与所述另外的信息处理为元数据。例如(在非封闭性的列表中的)以下信息适合用于丰富:
-数据包的长度
-流量类别(“traffic class”)
-源和目标MAC地址
-以太类型
-VLAN ID
-VLAN标签
-FCS校验和是否正确(OK)
-交换机表中的地址是否已知
-在可选位置处帧内容的提取
-IEEE 802.1CB/Qci stream_handle
-冗余协议的序列号(HSR/PRP/.1CB)。
-帧抢占信息
-可抢占/快速分类
-帧号
-片段号
-分片段的数据包的开始/结束
-重构错误
可以由用户来配置元数据是否用于丰富以及哪些元数据用于丰富,以便按照需要裁剪所形成的数据量。
在本发明的进一步扩展方案中规定,因为在交换机中的高流量负荷下可能形成大量的元数据,所以如果需要,为了缩减数据,通过散列(Hash)方法在容忍散列冲突的情况下将元数据映射到较少的用户数据位。
在本发明的进一步扩展方案中规定,当通过事件生成器采集元数据时,已经可以根据与在待丰富的元数据中被命名的一个或多个数据段的一致性进行预过滤,以便仅记录感兴趣的元数据。在此也可以从元数据产生中排除在发送和/或接收方向上的整个端口。这也减少产生的负荷。
在本发明的进一步扩展方案中规定,在同时产生大量元数据的情况下,由于中央存储器的接口过载引起的元数据损失可以通过事件生成器和/或仲裁器探测。存储所述损失并且在元数据下一次成功传输到中央存储器时编码到所述中央存储器中,从而可以产生关于由于过载而导致的暂时信息损失的信息。所述信息可以通过网络设备上的端口或适合的信号设备输出。
在本发明的进一步扩展方案中规定,除了作为元数据的源的端口之外,还可以存在另外的源。记录(在非封闭性的列表中的)以下信息显得有意义:
-超过硬件时钟的一定的时间阈值(如秒阈值)
由此,即使几秒钟内没有数据包到达,也能够保持元数据的时间连续性,只要所述元数据在其时间戳中只包含硬件时钟的时间矢量的有限部分。
-关于交换机的状态信息、如队列、缓冲区的负荷
-在交换机中出现的问题、如过载或内部确定的错误
-受外部影响的事件、如在端口之一上建立或断开链路,或速度变化。
在本发明的进一步扩展方案中规定,基于中央存储器的内容将元数据进一步处理成以太网包。用户可以对这些包的地址和控制数据进行编程。在存在某些标准(中央存储器的填充情况、时间间隔到期)时,将以太网包传输到交换机的可由用户选择或由交换机表指定的端口,以进行包发送。在此使用正常的发送机制,以便不干扰TSN时间表的实时特性。
交换机网络中的实体(如软件)可以由使用所述方法的一个或多个网络设备接收、过滤、整合和为了显示而处理所接收的元数据包。
通过在网络设备中直接生成以太网包避免延迟和带宽受限的带外(Out-of-Band)机制、如网络设备的寄存器集,所述寄存器集可以通过低带宽总线连接到已经高负荷的CPU。
备选或附加于在网络设备中直接生成包,可以通过带外机制、如网络设备的寄存器集来读取中央存储器。
附图说明
下面描述并且借助附图阐述按照本发明的网络设备的另外的特征以及方法。图中:
图1示出根据本发明的网络设备的概览图,所述网络设备在发送单元(TX)和接收单元(RX)中具有事件生成器。
具体实施方式
图1示出根据本发明的具有四个端口的网络设备10,这些端口相应地被分为发送单元2和接收单元1。这些端口与网络的终端设备相连接,并且所述网络设备可以经由所述端口(在接收单元1上)接收数据包和(在发送单元2上)发送数据包。
网络设备包含存储器12,所述存储器可以存储数字数据并且使所述数字数据可调用。发送单元2和接收单元1还配备有时间戳单元4,所述时间戳单元适用于给输入和输出的数据包配置时间戳并将其存储在存储器12中。
此外,发送单元2和接收单元1配备有事件生成器3,所述事件生成器将元数据配置给各个时间戳、如输入和/或输出的数据包。
被丰富为元数据的时间戳可供仲裁器11使用。在仲裁后,将元数据存储在中央存储器中。在满足发送条件的情况下,作为以太网包通过发送单元2发送。这例如可以通过包产生器13进行,所述包产生器将所产生的包提供给包发送器14并且因此提供给各个端口或发送单元2。将包传送到哪个发送单元2由用户配置或通过网络设备中的表格确定。
用于触发发送具有时间戳数据的包的发送条件是可配置的并且可以是(在非封闭性的列表中):
-存储器12的填充情况已经超过所配置的阈值,
-已经达到所配置的时刻,
-检测到紧急事件,该紧急事件应立即以包发送。
本发明不限于上述特征。更确切地说,另外的实施方式是可能的。例如可以在网络中设置一个实体,该实体对整合在包中的来自不同网络节点的信息进行收集并且进一步整合。
新颖性在于集成到网络设备中,该网络设备迄今可能仅将时间戳用于时间同步的目的。只有通过这种集成,才能在不改变拓扑或不中断数据流的情况下在生产环境中测量整个或所过滤的流量的时间特性。
在多个端口记录(Mitschneiden)整个数据流量的传统方法导致大数据量并且在使用外部“分路器”(Taps)时需要中断链路。所提出的方法避免了这两种情况。
通过事件生成器生成用于发送元数据的数据包使得配置给网络设备的CPU不承担此任务。通过使用处理数据包的一个或多个测量站的MAC地址、通过在网络中的传送来采集在网络中支持该方法的多个网络设备的元数据。
附图标记列表
1 接收单元
2 发送单元
3 事件生成器
4 时间戳单元
5 元数据
10 网络设备
11 仲裁器
12 存储器
13 包产生器
14 包发送器

Claims (15)

1.网络设备(10),所述网络设备具有至少两个用于连接网络参与者的端口,具有至少一个用于存储数据的存储器(12),每个端口包含一个发送单元(2)和一个接收单元(1),其特征在于,每个接收单元(1)和每个发送单元(2)包含一个时间戳单元(4),并且所述时间戳单元(4)能将接收单元(1)的输入的数据包的时间戳和/或发送单元(2)输出的数据包的时间戳存储在存储器(12)中。
2.根据权利要求1所述的网络设备(10),其特征在于,每个发送单元(2)和每个接收单元(1)配置有一个事件生成器(3),以便产生包含时间戳的元数据(5)。
3.根据权利要求1或2所述的网络设备(10),其特征在于,所述网络设备(10)包含至少一个仲裁器(11),所述仲裁器能过滤输入的时间戳和/或将输入的时间戳输送给存储器(12)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的网络设备(10),其特征在于,所述网络设备(10)包含至少一个包产生器(13),以用于通过发送单元(2)发送数据包。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的网络设备(10),其特征在于,所述网络设备(10)包括过滤器,以便过滤待存储的时间戳或元数据。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的网络设备(10),其特征在于,所述网络设备包含时钟,所述时钟的时间用于产生时间戳。
7.用于在根据权利要求1至5中任一项所述的网络设备中采集和处理包信息的方法,其特征在于,所述时间戳单元(4)产生输入和输出的数据包的时间戳并且将其存储在存储器(12)中。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述时间戳单元(4)产生输入和输出的所有数据包的时间戳并且将其存储在存储器(12)中。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,在根据存储器(12)中可供使用的时间戳计算的时刻执行包发送器(14)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法,其特征在于,所述事件生成器(3)产生包含时间戳的元数据(5)。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述元数据(5)能包含数据包特定的数据。
12.根据权利要求10或11所述的方法,其特征在于,代替元数据(5),将通过散列方法产生的代码存储在存储器(12)中。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法,其特征在于,能够确定存储器(12)的过载并且在确定过载(12)的情况下产生相应的消息。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的方法,其特征在于,将网络设备(10)中的内部事件也配设时间戳并且将其存储在存储器(12)中。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的方法,其特征在于,所述存储器(12)的数据能通过包产生器(13)转发到包发送器(14)以用于发送到端口上,或者所述网络设备(10)能通过另外适合的接口发送存储器(12)的数据。
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