CN117997856A - 一种用于网络消息排序的方法、系统及可编程交换机 - Google Patents

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孙宗齐
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Abstract

本发明公开了一种用于网络消息排序的方法、系统及可编程交换机，属于计算机网络工程技术领域，通过可编程交换机实现网络消息的识别、处理接收并发送至目的设备；所述可编程交换机拥有多个用于与网络中设备通信的网口，拥有用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备；所述可编程交换机能够记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在记录数量达到阈值后向网络中的源设备发送重传请求；并能够接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备。本发明一方面可以降低RDMA中的延迟，同时也可提高数据中心网络的可扩展性。

Description

一种用于网络消息排序的方法、系统及可编程交换机
技术领域
本发明涉及计算机网络工程技术领域，具体地说是一种用于网络消息排序的方法、系统及可编程交换机。
背景技术
由于外部存储器技术的发展，存储器的IO速度得到了显著提升。同时随着计算机存储资源池化的趋势，RDMA技术（Remote Direct Memory Access）获得越来越广泛的应用。其中基于现有以太网基础设施的RoCE（RDMA over Converged Ethernet）作为RDMA技术的一种，以其硬件投入少、CPU资源占用少、延迟低等优势被大规模采用。在网络传输中，由于以太网技术不可避免的存在丢包损耗，在数据中心等场景中使用RoCE技术会遇到网络消息乱序的问题。这一问题会明显地增加数据传输的延迟，并加重存储资源的开销。在大型数据中心中，这会带来明显的计算、存储资源以及能源的浪费。
现有的技术一般将丢包、消息乱序等网络传输问题交由接收端设备识别并处理，这一方面会占用接收端的计算资源，另一方面也会给接收端设备增加延迟，成为制约目标高速存储设备吞吐速度的重要因素。此外，一般情况下外部存储的RDMA技术不支持在有损网络上部署，这限制了这一技术的应用范围。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种用于网络消息排序的方法、系统及可编程交换机，一方面可以降低RDMA中的延迟，同时也可提高数据中心网络的可扩展性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于网络消息排序的方法，通过可编程交换机实现网络消息的识别、处理接收并发送至目的设备；
所述可编程交换机拥有多个用于与网络中设备通信的网口，拥有用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备；
通过所述多个网口中的至少一个网口，接收网络中源设备的消息序列；通过解析接收到的消息序列包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；通过所述多个网口中的至少一个网口，将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备；若识别到乱序消息，则将接收到的存在乱序消息的消息序列缓存在所述用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备中；
所述可编程交换机能够记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在记录数量达到阈值后向网络中的源设备发送重传请求；并能够接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备。
可编程交换机用于接收来自网络中一个或多个设备的消息序列，根据消息中的序列号等信息识别并处理接收的消息序列中的乱序、缺失等情况，并将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备。在网络传输中，网络控制器可以根据传输任务，在源设备与目的设备之间选择合适的交换机作为消息排序设备，用来识别并处理网络传输过程中的乱序消息。
优选的，所述消息序列包中包含序列号信息。
优选的，所述可编程交换机的工作方法如下：
（1）接收来自源设备的消息序列；
（2）基于消息序列中的消息包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；
（3）若接收到的消息序列中存在乱序消息，则延迟转发接收到的消息到目的设备，并将接收到的乱序消息之后的消息缓存在用于缓存消息序列的存储设备中；
（4）记录乱序消息对应的序列号等信息以及乱序消息数量，并在乱序消息记录数量达到阈值或达到等待超时时间后向网络中的源设备发送重传请求；
（5）接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备；
（6）若接收到的消息序列不存在乱序消息，则直接将消息序列转发给网络中的目的设备。
优选的，所述可编程交换机具体包括接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，
接入交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及接入交换模块代码；其向下通过网口连接到多个终端设备，向上通过网口连接到多个聚合交换机；
聚合交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及聚合交换模块代码；其向下通过网口连接到多个接入交换机，向上通过网口连接到多个网络消息排序交换机；
网络消息排序交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及网络消息排序交换模块代码，且内存还划分有用于缓存检测到乱序消息后的消息序列的空间；其通过网口连接到多个聚合交换机。
优选的，所述终端设备即所述网络中源设备，其包括处理器、DMA控制器、以太网口、内存、外存；其通过以太网口和接入交换机连接。
本发明还要求保护一种用于网络消息排序的系统，包括终端设备、接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，
所述终端设备和接入交换机连接；接入交换机向下连接到多个终端设备，向上连接到多个聚合交换机；聚合交换机向下连接到多个接入交换机，向上连接到多个网络消息排序交换机；
所述网络消息排序交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及网络消息排序交换模块代码，且内存还划分有用于缓存检测到乱序消息后的消息序列的空间；其通过网口连接到多个聚合交换机；
所述网络消息排序交换机通过所述多个网口中的至少一个网口接收来自终端设备的消息序列；通过解析接收到的消息序列包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；通过所述多个网口中的至少一个网口，将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备；若识别到乱序消息，则将接收到的存在乱序消息的消息序列缓存在所述用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备中；
所述网络消息排序交换机能够记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在记录数量达到阈值后向网络中的源设备发送重传请求；并能够接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备。
优选的，所述终端设备包括处理器、DMA控制器、以太网口、内存、外存；其通过以太网口和接入交换机连接。
优选的，所述接入交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及接入交换模块代码；其向下通过网口连接到多个终端设备，向上通过网口连接到多个聚合交换机。
所述聚合交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及聚合交换模块代码；其向下通过网口连接到多个接入交换机，向上通过网口连接到多个网络消息排序交换机。
优选的，所述网络消息排序交换机的工作流程如下：
S1、通过网络接收到来自终端设备的消息序列；
S2、基于消息序列中的消息包中的序列号等信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；
S3、若接收到的消息序列中存在乱序消息，则延迟转发接收到的消息到目的设备，并将接收到的乱序消息之后的消息缓存在用于缓存消息序列的存储设备中；
S4、记录乱序消息对应的序列号等信息以及乱序消息数量，并在乱序消息记录数量达到阈值或达到等待超时时间后，向网络中的源设备发送重传请求；
S5、接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备；
S6、若接收到的消息序列不存在乱序消息，则直接将消息序列转发给网络中的目的设备。
本发明还要求保护一种可编程交换机，包括接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，该可编程交换机实现上述的用于网络消息排序的方法。
本发明的一种用于网络消息排序的方法、系统及可编程交换机与现有技术相比，具有以下有益效果：
可编程交换机用于接收来自网络中一个或多个设备的消息序列，根据消息中的序列号等信息识别并处理接收的消息序列中的乱序、缺失等情况，并将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备。在网络传输中，网络控制器可以根据传输任务，在源设备与目的设备之间选择合适的交换机作为消息排序设备，用来识别并处理网络传输过程中的乱序消息；一方面可以降低RDMA中的延迟，同时也可提高数据中心网络的可扩展性。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的用于网络消息排序的交换机在数据中心的具体应用方式示图；
图2是本发明一个实施例提供的具体应用方式的系统框图；
图3是本发明一个实施例提供的应用中网络消息排序交换机的工作流程示图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例提供了一种用于网络消息排序的方法，通过可编程交换机实现网络消息的识别、处理接收并发送至目的设备；可编程交换机用于接收来自网络中一个或多个设备的消息序列，根据消息中的序列号等信息识别并处理接收的消息序列中的乱序、缺失等情况，并将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备。在网络传输中，网络控制器可以根据传输任务，在源设备与目的设备之间选择合适的交换机作为消息排序设备，用来识别并处理网络传输过程中的乱序消息。
所述可编程交换机，
拥有多个用于与网络中设备通信的网口，拥有用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备；
通过所述多个网口中的至少一个网口，接收网络中源设备的消息序列；
通过解析接收到的消息序列包中的序列号等信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；
通过所述多个网口中的至少一个网口，将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备；
若识别到乱序消息，则将接收到的存在乱序消息的消息序列缓存在所述用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备中；
所述可编程交换机能够记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在记录数量达到阈值后向网络中的源设备发送重传请求；并能够接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备。
如图3所示，所述可编程交换机的工作方法如下：
（1）接收来自源设备的消息序列；
（2）基于消息序列中的消息包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；
（3）若接收到的消息序列中存在乱序消息，则延迟转发接收到的消息到目的设备，并将接收到的乱序消息之后的消息缓存在用于缓存消息序列的存储设备中；
（4）记录乱序消息对应的序列号等信息以及乱序消息数量，并在乱序消息记录数量达到阈值或达到等待超时时间后向网络中的源设备发送重传请求；
（5）接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备；
（6）若接收到的消息序列不存在乱序消息，则直接将消息序列转发给网络中的目的设备。
如图1、图2所示，所述可编程交换机具体包括接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，
接入交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存等，内存中存储有连接状态、网络通路等信息及接入交换模块代码；其向下通过网口连接到多个终端设备，向上通过网口连接到多个聚合交换机；
聚合交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存等，内存中存储有连接状态、网络通路等信息及聚合交换模块代码；其向下通过网口连接到多个接入交换机，向上通过网口连接到多个网络消息排序交换机；
网络消息排序交换机即核心交换机，包括多个网口、内部逻辑电路、内存等，内存中存储有连接状态、网络通路等信息及网络消息排序交换模块代码，且内存还划分有用于缓存检测到乱序消息后的消息序列的空间；其通过网口连接到多个聚合交换机。
所述终端设备即所述网络中源设备，其包括处理器、DMA控制器、以太网口、内存、外存等；其通过以太网口和接入交换机连接。
本发明实施例还提供了一种用于网络消息排序的系统，包括终端设备、接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，
所述终端设备和接入交换机连接；接入交换机向下连接到多个终端设备，向上连接到多个聚合交换机；聚合交换机向下连接到多个接入交换机，向上连接到多个网络消息排序交换机；
所述网络消息排序交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及网络消息排序交换模块代码，且内存还划分有用于缓存检测到乱序消息后的消息序列的空间；其通过网口连接到多个聚合交换机；
所述网络消息排序交换机通过所述多个网口中的至少一个网口接收来自终端设备的消息序列；通过解析接收到的消息序列包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；通过所述多个网口中的至少一个网口，将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备；若识别到乱序消息，则将接收到的存在乱序消息的消息序列缓存在所述用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备中；
所述网络消息排序交换机能够记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在记录数量达到阈值后向网络中的源设备发送重传请求；并能够接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备。
其中，所述终端设备包括处理器、DMA控制器、以太网口、内存、外存等；其通过以太网口和接入交换机连接。
所述接入交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存等，内存中存储有连接状态、网络通路等信息及接入交换模块代码；其向下通过网口连接到多个终端设备，向上通过网口连接到多个聚合交换机。
所述聚合交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存等，内存中存储有连接状态、网络通路等信息及聚合交换模块代码；其向下通过网口连接到多个接入交换机，向上通过网口连接到多个网络消息排序交换机。
所述网络消息排序交换机的工作流程如下：
S1、通过网络接收到来自终端设备的消息序列；
S2、基于消息序列中的消息包中的序列号等信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；
S3、若接收到的消息序列中存在乱序消息，则延迟转发接收到的消息到目的设备，并将接收到的乱序消息之后的消息缓存在用于缓存消息序列的存储设备中；
S4、记录乱序消息对应的序列号等信息以及乱序消息数量，并在乱序消息记录数量达到阈值或达到等待超时时间后，向网络中的源设备发送重传请求；
S5、接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备；
S6、若接收到的消息序列不存在乱序消息，则直接将消息序列转发给网络中的目的设备。
本发明实施例还提供了一种可编程交换机，该可编程交换机实现上述实施例所述的用于网络消息排序的方法；
该可编程交换机包括接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，
接入交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及接入交换模块代码；其向下通过网口连接到多个终端设备，向上通过网口连接到多个聚合交换机；
聚合交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及聚合交换模块代码；其向下通过网口连接到多个接入交换机，向上通过网口连接到多个网络消息排序交换机；
网络消息排序交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及网络消息排序交换模块代码，且内存还划分有用于缓存检测到乱序消息后的消息序列的空间；其通过网口连接到多个聚合交换机。
所述网络消息排序交换机通过所述多个网口中的至少一个网口接收来自终端设备的消息序列；通过解析接收到的消息序列包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；通过所述多个网口中的至少一个网口，将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备；若识别到乱序消息，则将接收到的存在乱序消息的消息序列缓存在所述用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备中；
所述网络消息排序交换机能够记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在记录数量达到阈值后向网络中的源设备发送重传请求；并能够接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种用于网络消息排序的方法，其特征在于，通过可编程交换机实现网络消息的识别、处理接收并发送至目的设备；
所述可编程交换机拥有多个用于与网络中设备通信的网口，拥有用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备；
通过所述多个网口中的至少一个网口，接收网络中源设备的消息序列；通过解析接收到的消息序列包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；通过所述多个网口中的至少一个网口，将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备；若识别到乱序消息，则将接收到的存在乱序消息的消息序列缓存在所述用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备中；
所述可编程交换机能够记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在记录数量达到阈值后向网络中的源设备发送重传请求；并能够接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备。
2.根据权利要求1所述的一种用于网络消息排序的方法，其特征在于，所述消息序列包中包含序列号信息。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于网络消息排序的方法，其特征在于，所述可编程交换机的工作方法如下：
（1）接收来自源设备的消息序列；
（2）基于消息序列中的消息包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；
（3）若接收到的消息序列中存在乱序消息，则延迟转发接收到的消息到目的设备，并将接收到的乱序消息之后的消息缓存在用于缓存消息序列的存储设备中；
（4）记录乱序消息对应的信息以及乱序消息数量，并在乱序消息记录数量达到阈值或达到等待超时时间后向网络中的源设备发送重传请求；
（5）接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备；
（6）若接收到的消息序列不存在乱序消息，则直接将消息序列转发给网络中的目的设备。
4.根据权利要求3所述的一种用于网络消息排序的方法，其特征在于，所述可编程交换机具体包括接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，
接入交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及接入交换模块代码；其向下通过网口连接到多个终端设备，向上通过网口连接到多个聚合交换机；
聚合交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及聚合交换模块代码；其向下通过网口连接到多个接入交换机，向上通过网口连接到多个网络消息排序交换机；
网络消息排序交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及网络消息排序交换模块代码，且内存还划分有用于缓存检测到乱序消息后的消息序列的空间；其通过网口连接到多个聚合交换机。
5.根据权利要求4所述的一种用于网络消息排序的方法，其特征在于，所述终端设备即所述网络中源设备，其包括处理器、DMA控制器、以太网口、内存、外存；其通过以太网口和接入交换机连接。
6.一种用于网络消息排序的系统，其特征在于，包括终端设备、接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，
所述终端设备和接入交换机连接；接入交换机向下连接到多个终端设备，向上连接到多个聚合交换机；聚合交换机向下连接到多个接入交换机，向上连接到多个网络消息排序交换机；
所述网络消息排序交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及网络消息排序交换模块代码，且内存还划分有用于缓存检测到乱序消息后的消息序列的空间；其通过网口连接到多个聚合交换机；
所述网络消息排序交换机通过所述多个网口中的至少一个网口接收来自终端设备的消息序列；通过解析接收到的消息序列包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；通过所述多个网口中的至少一个网口，将接收到的消息序列发送到网络中的目的设备；若识别到乱序消息，则将接收到的存在乱序消息的消息序列缓存在所述用于缓存存在乱序消息的消息序列的存储设备中；
所述网络消息排序交换机能够记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在记录数量达到阈值后向网络中的源设备发送重传请求；并能够接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备。
7.根据权利要求6所述的一种用于网络消息排序的系统，其特征在于，所述终端设备包括处理器、DMA控制器、以太网口、内存、外存；其通过以太网口和接入交换机连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于网络消息排序的系统，其特征在于，所述接入交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及接入交换模块代码；其向下通过网口连接到多个终端设备，向上通过网口连接到多个聚合交换机；
所述聚合交换机包括多个网口、内部逻辑电路、内存，内存中存储有连接状态、网络通路信息及聚合交换模块代码；其向下通过网口连接到多个接入交换机，向上通过网口连接到多个网络消息排序交换机。
9.根据权利要求6或7或8所述的一种用于网络消息排序的系统，其特征在于，所述网络消息排序交换机的工作流程如下：
S1、通过网络接收到来自终端设备的消息序列；
S2、基于消息序列中的消息包中的信息，识别接收到的消息序列中是否存在乱序消息；
S3、若接收到的消息序列中存在乱序消息，则延迟转发接收到的消息到目的设备，并将接收到的乱序消息之后的消息缓存在用于缓存消息序列的存储设备中；
S4、记录乱序消息对应的序列号信息以及乱序消息数量，并在乱序消息记录数量达到阈值或达到等待超时时间后，向网络中的源设备发送重传请求；
S5、接收请求的乱序消息，并和对应缓存的消息序列合并为完整消息序列后发送给网络中的目的设备；
S6、若接收到的消息序列不存在乱序消息，则直接将消息序列转发给网络中的目的设备。
10.一种可编程交换机，其特征在于，包括接入交换机、聚合交换机和网络消息排序交换机，该可编程交换机实现权利要求1至5任一项所述的用于网络消息排序的方法。
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