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用于在物理层设备中动态分配流量的方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开了用于向通过网络耦合到物理层设备(PHY)的多个客户端设备动态分配带宽的方法和装置。所述PHY优选被配置为利用连接标准(例如客户端设备的带宽需求)来协商并按期望顺序将所述设备连接到主机设备。

Description

用于在物理层设备中动态分配流量的方法和装置
技术领域
本公开一般地涉及物理层设备中的数据流量流。
背景技术
随着计算机网络的容量增加，向桌面单元提供对这种容量的访问对于设计者来说仍是一个挑战。由于到用户的计算机的最后链路一般是诸如线缆之类的铜链路，所以该链路通常是网络中的限制性接口。
遵从比如10G比特以太网(10GE)这样的更快速率的标准的较新的设备的一个缺点是这些设备一般未提供设备之间的自动协商来建立低于10Gbps速率的链路。换言之，新一代的10Gbps装备可能不能以较低的链路速率(例如，2.5Gbps)与遗留设备建立链路，尤其是在通过一般为桌面单元提供馈送的延伸铜线路时。
附图说明
图1是根据本公开的教导配置的10G比特以太网设备的概念框图。
图2A-2B是根据本公开的教导用于在物理层设备中动态分配带宽的方法的流程图。
图3是根据本公开的教导用于在物理层设备中动态分配带宽的方法的进一步流程图。
图4是根据本公开的教导动态分配带宽的系统的概念图。
图5A和5B是配置来基于系统状况动态分配带宽的系统的图。
具体实施方式
本领域普通技术人员将认识到下面的描述仅是说明性的，绝不是限制性的。在本公开的基础上，本领域的技术人员容易意识到其他修改和改进。在下面的描述中，相似的标号始终指示相似的元素。
本公开可以涉及数据通信。所公开的各个方面可以实现在各种计算机和机器可读数据结构中。此外，可以预期实现本公开的教导的数据结构可以被传输过计算机和机器可读介质，利用标准协议(例如用来实现因特网和其他计算机联网标准的那些)通过通信系统。
本公开可能涉及其上存储有本公开的各个方面的机器可读介质。可以预期适用于提取指令的任何介质都在本公开的范围内。作为示例，这种介质可以采取磁、光和半导体介质的形式，并且可以被配置为可由本领域已知的机器访问。
本公开的各个方面可以通过流程图描述。通常，本公开的一个方面的单个实例可以被示出。但是，本领域普通技术人员将意识到，这里所述的协议、过程和程序可被连续地或以必要的频率重复以满足这里描述的需求。
因此，通过流程图所示出的本公开的各个方面不应当用来限制本公开的范围。
图1是根据本公开的教导配置的遵从10G比特(GB)的设备100的图。在优选实施例中，本公开的设备可遵从比如IEEE 802.ae标准，并且可以被称作10GE系统。
一般而言，设备100可以被配置来提供MAC与PHY之间的可选接口功能，例如MAC 113和PHY 130之间的XAUI接口。为了清楚起见省略了这种额外的结构，本领域普通技术人员可以容易地认识到这种额外的结构。
更具体地说，图1的设备包括耦合到媒体访问控制器(MAC)113的ASIC 110，ASIC 110一般被配置来提供交换结构。本领域普通技术人员将意识到，图1的各个元件也可以被结合到单个设备或ASIC中。设备100还可以包括主机处理器111和关联存储器112，用于根据本公开的教导操作该设备。
如本领域所知，10GE系统提供四条链路或者说通道(lane)，它们被总地标记为通道120。在10GE系统中，每条通道被操作来在MAC 113和PHY 130之间传输最大2.5Gbps或者说最大带宽的四分之一。
PHY 130可以包括配置为提供媒体独立接口(MII)114的逻辑131，MII 114使得ASIC 110能够控制PHY 130的配置和操作。PHY 130可以通过一个或多个端口132在介质140(例如，铜缆或光纤)上向一个或多个客户端设备150发送和接收流量。
将意识道，在将一组客户端设备连接到PHY而在任何特定通道上不超过2.5Gbps带宽容量时存在挑战。现在将公开用于将客户端设备动态耦合到主机设备的实施例。
图2A是根据本公开的教导用于在物理层设备中动态分配带宽的方法的流程图。
图2A的过程开始于动作205，其中期望连接到主机设备的客户端设备根据用于确定设备应当被连接的顺序的预定标准被排名(rank)。可以预期可以采样多种标准，例如带宽需求、服务质量(QoS)、基于设备类型的预定优先级列表、比如时刻(time of day)这样的环境因素，或者其他参数。然后在动作215中设备按照根据连接标准协商的顺序被连接。
图2B示出了利用带宽需求作为连接标准的连接过程的一个示例。
图2B的过程开始于动作200，其中用于客户端设备的带宽需求被确定出。然后在动作210中基于带宽需求按照降序对客户端设备进行排名。然后在动作220中客户端设备按照降序被连接到主机设备。
图3是根据本公开的教导用于在物理层设备中动态分配带宽的其他方法的流程图。图3示出了利用设备带宽需求作为连接标准的更详细的过程，尽管也可以利用其他标准。
图3的过程开始于动作300，其中期望连接到主机设备的客户端设备的子集被分配给特定的数据通道。在动作310中，客户端设备按照带宽需求的降序被排名。确定出客户端设备的带宽需求后，最高需求的客户端设备然后在动作320中被连接到主机设备。
过程然后移动到查询330，其中确定出对于特定数据通道是否已超过带宽限制。如果仍有可用带宽，则在动作340中下一个最高需求客户端设备通过该数据通道被连接到主机。如果在查询350中确定出该子集中仍剩有客户端设备要连接到主机设备，则过程循环到查询330，直到所有客户端设备都被连接或者可以带宽已被分配为止。
如果在仍有客户端设备要被连接的情况下数据通道的带宽已被超过，则在动作360中主机设备上的已分配给客户端设备子集的任何其余端口可以被禁用。
尽管图3讨论了基于通道的流量分配，但是这也可以在其他方法中被执行，例如，同时在所有四条通道上基于时隙分配流量。这里的优点在于物理层设备可能不能同时在单条通道上通信。因此，这种机制将与当前的10GE物理层设备和MAC更好地兼容。
或者，通道可以在连接开始时被定义来代表单条流量路径或者与单条流量路径相关联的总带宽的一部分。例如，1条流量通道具有2.5G的带宽或者10GE接口的带宽。类似地，4条流量通道将平均划分10GE接口的带宽。尽管本示例涉及10GE接口，但是本公开的教导也可以应用到其他协议和容量。
图4是根据本公开的教导动态分配带宽的系统400的概念图。图4示出了通过遵从XAUI的10GE接口420耦合到MAC 410的PHY 430。尽管PHY被示为耦合到主机设备上的MAC，但是应当理解本公开的PHY可以被耦合到主机设备的任何期望部分，例如ASIC或者交换机。
图4还包括用于将客户端设备(未示出)耦合到PHY 430的端口440。图4示出了提供了10个端口的实施例，其他配置也是可能的。本领域普通技术人员将意识到，接口420的10G比特的容量通过在接口420的四条通道1-4中的每个上分配2.5G/比特的流量流而被分布。在优选实施例中，端口440的子集被分配给接口420的特定通道。因此，通过端口1-5的流量被示为被分配给接口420的通道1和2，并且通过端口6-10的流量被分配给接口420的通道3和4。
此外，特定的端口可以被分配给具体的数据通道。例如，端口1和2可以被分配来将流量传递过通道1，端口3和4可以被分配来将流量传递过通道2，等等。在图4的示例中，由于在两条数据通道之间不能平均地划分五个端口，所以系统400可以被配置为利用本领域已知的技术(例如在PHY中缓冲)，从而在通道1和2之间共享通过端口5的流量。流过端口6-10的流量可以以类似的方式被分配为通过通道3和4。
下面提供通道协商的示例。
在第一示例中，假定ASIC具有XAUI接口，并且期望连接到一个5G/比特PHY和两个2.5G/比特PHY。根据本公开的教导，通道1将协商到5Gig，然后通道3协商到2.5Gig，之后通道4协商到2.5Gig。通道2无需协商速度，因为由于必需在前两个通道之间拆分5G/比特流量所以这已由通道1完成。现在将意识到，本公开的系统优选被配置为利用来自一条通道的协商信息影响其他流量通道上的流量/MAC/PHY协商建立，如前例所示。换言之，如何将链路整体建立起来取决于确定其他通道的配置和协商的一条通道上的PHY配置和协商。因此，在前一示例中，如果10 GE通道1被协商为5G/比特，则通道2(相邻通道)必然不协商。
在又一个示例中，假设在ASIC和10G XAUI PHY之间存在10GXAUI接口。在PHY接口的链路侧是10个10/100/1000/2500接口。期望连接两个2.5G/比特设备和五个1G设备。
如上所述，最高带宽设备将先被连接。另外，假定端口对的子集将被分配给每条通道，同时一个或多个端口共享来自多条通道的带宽。
因此，第一端口将第一2.5G设备与通道1链接，这强制第二端口被禁用或者利用XAUI的第一通道上的多余XAUI带宽。这种配置可能要求PHY中的缓冲。
第三端口可能利用来自第二通道的带宽协商到第二2.5G设备。假定端口1-5被分配给通道1和2，这将强制第四和第五端口被禁用或变慢。
1G设备的均衡可以与端口6-10协商，其中端口6和7使用来自通道3的带宽，并且端口9和10使用来自通道4的带宽。在本示例中，端口8可以获得的带宽50％来自通道3，50％来自通道4。
因此，在本示例中，PHY将配置为：
端口1：2.5G
端口2：被禁用/多余带宽10Mbps
端口3：2.5G
端口4：被禁用/多余带宽10Mbps
端口5：被禁用/多余带宽10Mbps
端口6：1000M
端口7：1000M
端口8：1000M
端口9：1000M
端口10：1000M
这种通道/端口协商优选在链路层发生，结果被用于其他通道/端口配置。可以预期通道/端口协商可以以各种方式实现。例如，MAC可能基于协商连接的PHY被配置，并将配置被传输过本领域已知的接口，例如MII。类似地，MAC可以通过轮询客户端期望的连接来控制连接过程。可以设想主机设备(例如交换机)可以利用该主机设备的微处理器和关联组件配置连接。或者，本公开所公开的协商可由PHY执行，其中PHY上的逻辑或处理器可以被编程来执行该协商。
可以设想如果带宽许可的话多个端口可以被连接到单条通道。例如，两个1G端口可以被路由到单条2.5G通道。在这种情形中，流量可以被复用。
可以设想，跨多条通道共享数据将允许端口上的更好的流量吞吐量。例如，五个1G端口可以通过两条10GE通道(每条2.5G比特)通信，这要求来自至少一个端口的一些流量必须在两条通道上通过。可以设想，在来自每个端口的流量占用了所有通道上空间的情形中，可以采用循环淘汰方案。
现在将意识到，单个PHY覆盖区(footprint)可以应对多个接口。例如，利用这里所公开的自动协商技术，单个设备可以被提供为10/100/1000、10/100/1000/2500或者10/100/1000/2500/5000系统。
图5A和图5B是配置来基于系统状况动态分配带宽的系统500的图。图5A-B示出了通过链路510耦合到交换机520的多个客户端设备。交换机520通过以太网链路530耦合到网络540，例如内联网或因特网。
在图5A的示例中，示出了工作日期间典型的企业网络的示例，其中每个设备的链路速度被显示在每个链路附近。资源密集程度不那么高的设备(例如IP电话和RFID读取器)被分配了多余带宽(10M)，而无线接口被给予满带宽。
可以设想在交换机加电时，驻留的安装程序按图5A所示方式对端口编程。
在白天，计算机如果未消耗给予它们的所有带宽也会消耗其中的一部分。然而，在员工回家后，一些链路断开，这允许其他设备的PHY重新协商到更好的水平。
图5B示出了下班后系统500的状态，此时用户的计算机关机。在夜晚，可能执行所安排的备份，因此SAN从1G提高到2.5G，而IP电话则到100M。可以设想，这种重协商可以在交换机感测到链路断开时被触发，例如在计算机被关机或者由于其他原因变为空闲时。
可以设想系统可以利用多种环境因素作为连接标准。例如，可以被配置来感测链路不再被利用的时间，该时间可以触发交换机重新评估仍活动连接的设备的需求。另外，交换机可以被配置来确定优化现有连接的最优时间(例如下班后)。或者，交换机可以被配置为例如通过基于流量模式或者开放TCP连接的当前数目进行感测来确定可能需要优化的时间。交换机也可能以预定间隔依次轮询每个设备，从而顺序优化每个设备。
尽管已示出并描述了本公开的实施例和应用，但是本领域技术人员应当清楚在不脱离这里的创造性概念的情况下可以作出远比上面提到的更多的修改和改进。因此，除所附权利要求书的精神外，该公开不是限制性的。

Claims (8)

1.一种用于向通过网络耦合到设置在主机设备中的物理层设备(PHY)的多个客户端设备动态分配带宽的方法，所述方法包括：
根据连接标准对要被连接到所述主机设备的多个设备被连接的顺序进行排名；以及
按照根据所述连接标准确定的顺序将所述多个设备连接到所述主机设备。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述连接标准包括所述要被连接的多个设备中的每个的带宽需求。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述多个设备是按照递降的带宽需求的顺序被排名的。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述连接标准包括服务质量(QoS)参数。
5.一种用于动态分配带宽的装置，包括：
可操作地设置在主机设备中的物理层设备(PHY)，所述PHY被配置用于将多个客户端设备耦合到所述主机设备；所述主机设备被配置为：
根据连接标准对要被连接到所述主机设备的多个设备被连接的顺序进行排名；以及
按照根据所述连接标准确定的顺序将所述多个设备连接到所述主机设备。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述连接标准包括所述要被连接的多个设备中的每个的带宽需求。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述多个设备是按照递降的带宽需求的顺序被排名的。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述连接标准包括服务质量(QoS)参数。
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