交易系统的制作方法

本发明大体涉及低延迟数据通信，并且更具体地(但不排他地)涉及用于低延迟网络的可重构网络系统和方法。

背景技术：

通信延迟是释放通信传输和接收到传输之间的延迟。数据通信网络中的延迟是由网络装置(包括传输介质)的物理限制和在发送和接收期间实现的传输信号处理过程而引入。在一些应用中，通信延迟可能是确保期望结果的重要因素。例如，第一个拥有由证券交易所接收的完整电子交易订单可建立交易优先级。然后可具有金融工具的有利价格，例如股票、衍生产品和期货。第一个接收市场信息可使交易者在别人之前利用有利的市场条件。在另一实施例中，通过网络传输的游戏命令的延迟可以是针对单个玩家的联网电子游戏的结果的决定因素。例如，能够发送低延迟指令以在竞拍时下注或投标可增加保证好的赔率、好的价格或成功购买的可能性。

技术实现要素：

在第一方面，本发明提供了一种网络装置，包括：

多个通信端口，与外部计算系统连接以传送物理层信号，

交叉点式交换机，其连接到在所述网络装置内路由物理层信号的所述通信端口中的每一个，该交叉点式交换机具有多个可动态互连以形成数据通道的离散信号通道，

管理模块，其响应于来自外部计算系统的命令来控制物理层信号的路由，所述管理模块与所述交叉点式交换机连接，通过建立和/或中断信号通道之间的连接来操纵数据通道，以及

处理单元，其在内部路由环路中连接所述交叉点式交换机，其解码内部路由的物理层信号，并在返回到目标通信端口之前处理提取的数据，所述内部路由环路将所述处理单元连接到多个交叉点式交换信号通道。

在一个实施方式中，网络装置包括安装插座，其可释放地支撑处理单元，该安装插座连接该处理单元与内部路由回路。

在一个实施方式中，网络装置包括可编程逻辑器件，其与处理单元集成。

在一个实施方式中，网络装置包括通信接口插槽，其接收可释放的插座模块并且使插座模块内的各个端口插座与交叉点式交换机的信号通道连接。

在一个实施方式中，网络装置包括与管理模块集成的路由控制器，其配置该交叉点式交换机用于涉及一组定义的源通信端口的多路复用操作，以使在处理单元内的多路复用级最小化。

在一个实施方式中，网络装置包括路由控制器，其确定处理单元内的逻辑块的最小集合用于多路复用操作，并且将来自指定通信端口的物理层信号传送到处理单元处的输入接口，该输入接口对应于最小集合中的逻辑块以优化逻辑块的利用率。

在一个实施方式中，网络装置包括切换模块，其经由管理接口辅助各个通信端口的配置，管理模块响应于经由切换模块接收的配置命令将交叉点式交换机内的信号通道互连到链路通信端口。

在一个实施方式中，由切换模块经由管理接口支持的配置命令包括时间标记、链路质量监控、入口过滤、服务质量等级限制、数据包计数和端口对端口的直通路由。

在一个实施方式中，网络装置包括切换模块，其促进经由处理单元路由的用于各个通信端口的协议分类，管理模块使用用于通信端口的该协议分类来初始化处理单元，以解码经由相应的通信端口接收的信号，和/或编码指定用于相应的通信端口的信号。

在一个实施方式中，网络装置包括多个物理层通道，其将处理单元与交叉点式交换机的各个信号通道连接以形成内部路由环路，物理层通道中的每一个限定了用于在处理单元与交叉点式交换机的相应信号通道之间的传输物理层信号的专用单向通路。

在一个实施方式中，网络装置包括多个物理层通道，其将处理单元与交叉点式交换机的各个信号通道连接以形成内部路由环路，内部路由环路具有用于每个通信端口的发送通道和返回通道。

在一个实施方式中，网络装置包括多个物理层通道，其将通信端口与交叉点式交换机的各个信号通道连接，每个通信端口具有两个物理层通道，其限定了在通信端口和交叉点式交换机之间的环路。

在一个实施方式中，网络装置包括多个物理层通道，其将处理单元和通信端口与交叉点式交换机的专用信号通道相连接，管理模块将交叉点式交换机内的通道互连以建立相应物理层通道之间的传输通路。

在一个实施方式中，网络装置包括与管理模块连接的独立管理端口，该管理端口有助于经由管理网络从外部计算系统接收配置命令。

在一个实施方式中，网络装置包括信号监测单元，其在与标样采样点有限定偏移的位置，对经由指定通信端口接收的物理层信号进行采样，以评估信号质量，并确定是否可在采样点处恢复物理层信号。

在一个实施方式中，网络装置包括多个时钟和数据恢复模块，其便于信号调节，每个通信端口与时钟和数据恢复模块相关联。

在一个实施方式中，网络装置包括多个交流接头，其将交叉点式交换机连接到时钟和数据恢复模块中的每一个。

在一个实施方式中，网络装置包括参考时钟，其与时钟和数据恢复模块中的每一个连接。

在第二方面，本发明提供了一种联网方法，包括：

网络装置将交叉点式交换机的通道互连以响应于从外部计算系统接收到的配置命令而形成可重构的数据通道，所述数据通道将在包括处理单元的内部路由环路中的源通信端口和目标通信端口互连，

所述网络装置在所述源通信端口处接收物理层信号，并且经由发送数据通道将所接收的物理层信号从所述源通信端口路由到所述处理单元，

所述网络装置使所述处理单元对物理层信号进行解码、处理从所述物理层信号提取的数据并使用与指定的目标通信端口兼容的通信协议对提取的数据进行重新编码，以及

所述网络装置经由返回数据通道将所述重新编码的物理层信号从所述处理单元路由到指定的目标通信端口。

在一个实施方式中，该方法包括：

所述网络装置经由不同的发送数据通道将物理层信号从多个源通信端口路由到所述处理单元，

所述处理单元从所述物理层信号提取数据，并将经由每一个所述不同的发送数据通道接收的提取数据多路传输成多路复用的信号流，以及

所述网络装置经由返回数据通道将所述多路复用的信号流路由到目标通信端口。

在一个实施方式中，该方法包括网络装置使处理单元解码经由多个源通信端口接收的物理层信号、从解码信号提取数据帧、使经由多路复用的数据流中的每个通信端口接收的帧交错以及使用与目标通信端口兼容的通信协议对所述多路复用的数据流进行编码。

在一个实施方式中，该方法包括：

所述网络装置确定用于所述交叉点式交换机的路由配置，其使得所述处理单元内的用于一组限定的源通信端口的多路复用器级别最小化，以及

所述网络装置将所述交叉点式交换机内的不同通道互连以形成符合所确定的路由配置的发送数据通道。

在一个实施方式中，该方法包括：

所述网络装置确定所述处理单元内的用于多路复用操作的最小一组逻辑块，以及

网络装置将交叉点式交换机内的不同通道互连，以将来自指定通信端口的物理层信号传送到在处理单元处的输入接口，其对应于最小一组内的逻辑块以优化逻辑块利用率。

在一个实施方式中，该方法包括网络装置使得处理单元在多路复用所提取的数据之前对从每个物理层信号提取的数据进行时间标记。

在一个实施方式中，该方法包括：

所述网络装置管理用于经由所述处理单元路由的通信端口的协议分类，包括接收用于各个通信端口的协议分类，以及

所述网络装置使用所接收的协议分类来初始化所述处理单元以与对应的通信端口兼容，以便于解码所接收的信号和/或编码用于传输的数据。

在一个实施方式中，所述方法包括所述网络装置促进各个通信端口的配置，包括从外部计算系统接收配置命令，以及响应于所接收到的配置命令重构所述交叉点式交换机。

在一个实施方式中，该方法包括响应于接收到的配置命令断开交叉点式交换机内的数据通道以防止从源通信端口路由物理层信号。

在一个实施方式中，所述方法包括网络装置自发地响应于接收配置命令而将经由源通信端口接收的物理层信号路由到处理单元，该配置命令规定多路复用、时间标记、链路质量监测、入口过滤、服务质量等级限制或数据包计数操作。

在一个实施方式中，该方法包括网络装置从外部计算系统接收配置命令，以及响应于接收到的配置命令在网络装置的通信端口之间建立路由环路。

在一个实施方式中，该方法包括网络装置在将信号路由到目标通信端口之前调节物理层信号。

在一个实施方式中，该方法包括网络装置执行时钟恢复和信号再生过程以调节物理层信号。

在一个实施方式中，该方法包括网络装置对退化的物理层信号进行成形。

在一个实施方式中，该方法包括网络装置复制接收的物理层信号并将复制的信号路由到多个目标通信端口。

如果可能，可组合上述公开的系统、方法、网络和模块的任何特征。

附图说明

现在将参照附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施方式，其中：

图1是示出在通信端口之间建立数据通道的网络装置的实施方式的示意图；

图2是表示其中可容纳图1的网络装置的机架可安装式外壳的示意图；

图3是结合有多个专用时钟和数据恢复(CDR)模块的网络装置的另一实施方式的示意图；

图4是该网络装置可实施的网络方法的流程图；

图5是数据复制系统的示意图；

图6是故障保护计算网络配置的示意图；以及

图7是用于确定延迟的系统的示意图。

图8a是表示在处理单元内的非结构化信号多路复用的框图。

图8b是表示在处理单元内的优化信号多路复用的框图。

具体实施方式

在本说明书中公开了网络装置的实施方式。所公开的装置便于在连接到网络装置的具有网络能力的计算系统之间通信。通信端口的集合将网络装置与外部计算系统连接。通信端口将来自相应计算系统的物理层信号传送到网络装置内的交叉点式交换机。网络装置在交叉点式交换机内形成可重构的数据通道以互连指定的通信端口并促进外部计算系统之间的数据交换。数据通道在网络装置内限定用于物理层信号的传输通路。该网络装置能够经由在开放系统互连(OSI)模型的层1处的数据通道在外部计算系统之间传送数据信号。

所公开的网络装置具有能够从经由通信端口接收的物理层信号提取数据的集成处理单元。从指定计算系统接收到的物理层信号传送到处理单元用于中间处理，然后传送到目标计算系统。处理单元对内部路由的物理层信号进行解码、处理从信号提取的数据并对指定的通信端口的数据进行重新编码。由处理单元实施的典型处理操作可包括多路复用来自多个计算系统的数据以用于传输到所选择的目标、时间标记、链路质量监测、入口过滤、服务质量等级限制和传输分析(例如数据包计数)。

网络装置使用交叉点式交换机路由经由通信端口接收的所有物理层信号。交叉点式交换机具有促进物理层信号传输的一系列离散信号通道。网络装置将指定的信号通道互连以形成数据通道。数据通道在交叉点式交换机的相应输入/输出接口和连接到相应信号通道的组件之间传送物理层信号。交叉点式交换机可使用半导体开关、分光器和/或其它组件来传送信号。

网络装置控制交叉点式交换机以直接在外部计算系统之间传送物理层信号，并且经由处理单元在内部路由信号。交叉点式交换机产生了合适的连接(例如电或光路径)以促进该功能。交叉点式交换机的路由配置由独立于由网络装置传送的物理层信号的配置命令来设置。经由预配置的数据通道来传送物理层信号消除了在常规网络交换机中实施的解码处理以提取路由信息(通常包含在数据包报头中)。这可产生显著的延迟降低(尤其是对于延迟敏感的应用程序，例如高速交易和网络游戏)。所公开的网络装置还能够通过经由内部处理单元路由物理层信号来执行更高级别的功能。集成管理模块便于从外部计算系统配置网络装置(包括配置交叉点式交换机和可选的处理功能)。

处理单元在内部路由环路中与交叉点式交换机连接。该路由环路包括将各个交叉点式交换机接口与在处理单元处的相应I/O接口连接的一系列专用物理层通道。该网络装置通过在源通信端口和相应的输入接口之间形成可重构的数据通道而经由处理单元来路由物理层信号。处理单元解码经由源通信端口接收的物理层信号，并处理从信号提取的数据。该交叉点式交换机控制通信端口和处理单元之间的路由。来自指定源通信端口的物理层信号经由预配置的发送通道路由到处理单元。重新编码的信号随后经由返回通管从处理单元路由到目标通信端口。

该网络装置可绕过处理单元以获得未被指定用于内部处理的延迟敏感信号。在外部系统之间的直通路由在开放系统互连(OSI)模型的层1执行。网络装置通过在交叉点式交换机内建立直接数据通道来促进层1路由，该交叉点式交换机将物理层信号从源通信端口直接传送到目标通信端口。

交叉点式交换机内的信号通道的配置确定了由网络装置接收的物理层信号的路由路径。这使得网络装置能够路由信号而不处理信号元数据(例如数据包报头)。交叉点式交换机通过经由预定义路径来传送信号(而不是在接收和解码信号之后从相关联的元数据确定信号目标)而消除与较高级信号传输协议(例如TCP/IP和UDP)相关联的路由开销。

交叉点式交换机是“与数据无关”的。物理层信号通过不受较高级传输协议影响的预定义数据通道在网络装置内传送。这使得网络装置能够在不具有偏见的情况下传送遵守不同传输协议的数据信号。伴随内部路由数据信号的传输协议可由处理单元使用以促进内部处理操作(例如数据包计数)。处理单元通常预配置为与指定协议兼容以促进该功能。

所公开的网络装置具有便于与外部计算系统连接的多个通信端口。每个通信端口包括将来自外部计算系统的物理层信号传送到交叉点式交换机的收发器模块(例如SFP或SFP+)。网络装置可支持可释放的收发器模块，其是交互式的以反映网络需求(例如用于光收发器的交换电收发器)。

一系列物理层通道将通信端口与交叉点式交换机的各个通道连接。物理层通道可直接与对应端口的收发器模块或连接到一组端口的块接口(例如接收可释放收发器模块的插座)连接。

所示的物理层通道包括在各个端口收发器和交叉点式交换机处的信号通道接口之间的导电路径(例如轨道、信号轨迹、带状线和/或微带状线和电线)。每个通信端口通常经由专用物理层通道与两个交叉点式交换机通道(“发送”通道和“接收”通道)链接。这有助于端口和交叉点式交换机之间的双向信号传输。

交叉点式交换机将指定的通信端口与离散可重构数据通道互连。每个数据通道限定预定义通信端口之间的用于物理层信号的传输路径。物理层信号可在通信端口之间直接路由(“直通”配置)或者经由处理单元传送。与从信号元数据导出路由信息的常规网络交换机相比，两种配置使得物理层信号能够从一个计算系统传送到另一计算系统而具有低传输延迟。

管理模块控制网络装置内的信号路由。管理模块与交叉点式交换机连接，并通过建立和/或断开信号通道之间的连接来操纵数据通道。由网络装置接收的物理层信号的路由路径由交叉点式交换机的配置(即，由信号通道形成的数据通道)来限定。

管理模块响应于从外部计算系统接收的配置命令而预配置交叉点式交换机和处理单元。配置命令独立于由网络装置所传送的物理层信号。管理模块响应于接收到的配置命令而在交叉点式交换机内建立和/或中断数据通道。

切换模块有助于经由管理接口配置各个通信端口。切换模块可与管理模块集成或者实施为独立的组件。管理接口通常可经由独立的管理网络来访问(通常可经由管理模块访问)。管理模块响应于经由管理接口接收的配置命令将交叉点式交换机内的信号通道互连到链路通信端口。

处理单元在内部路由环路中与交叉点式交换机连接。多个物理层通道(例如导电轨道、信号轨迹、带状线和/或微带状线和电线)将信号从交叉点式交换机传送到处理单元并从处理单元返回到交叉点式交换机。每个物理层通道将交叉点式交换机的单个通道与处理单元处的专用I/O接口链接。交叉点式交换机在指定的通信端口和I/O接口之间建立数据通道，以经由内部路由环路传送物理层信号。

图1示出了在数据网络12中使用的网络装置的实施方式的示意图。网络装置10可在各种网络中实施，包括广域网，例如因特网、以太网或无限带宽(Infiniband，TM)网络。所示的网络装置10具有多个通信端口，通常由附图标记14至30标识。通信端口14至30在网络装置10和外部组件(例如外部计算系统)之间传送数据信号。

网络装置包括在通信端口之间传送物理层信号的交叉点式交换机32。通信端口14至30中的每一个连接到交叉点式交换机内的离散信号通道。多个专用物理层通道使通信端口14至30与相应的信号通道连接。交叉点式交换机32在各个信号通道之间建立连接以形成离散的可重构数据通道。该数据通道互连相应的通信端口14至30以便于信号传输。

通信端口之间的直通路由

网络装置10能够以“直通”路由配置经由交叉点式交换机32直接在通信端口之间路由物理层信号。网络装置10通过将指定的通信端口与在交叉点式交换机32内的相应信号通道之间形成的离散数据通道链接来促进直通路由。网络装置10能够在直通路由期间在开放系统互连(OSI)模型的层1(真实物理层网络)处操作。

直通路由是与协议无关的(“协议不可知”)。物理层信号通过交叉点式交换机32传送而不解码或解释信号元数据。尽管声称“物理层”或“层1”操作，但是现有的“物理层”装置通常包括更高级别的信号解释(例如从传输的信号中检索报头信息)。更高级别的信号解释可能需要引入延迟的逻辑操作。

在交叉点式交换机32内形成的数据通道限定了通过网络装置10的用于物理层信号的路径。物理层信号经由相应的数据通道从源通信端口路由到目标通信端口而不进行处理。图1中所示的交叉点式交换机32配置为以“一对一”路由配置将端口14和16与专用数据通道34连接。由网络装置10形成的数据通道易于重构。

网络装置10可促进单向和双向数据以“一对一”路由配置来传送。交叉点式交换机32还可利用互连两个以上端口的通道来建立“一对多”端口配置。这通过将“源”信号通道连接到交叉点式交换机内的多个“目标”信号通道来促进。在图1中还示出了“一对多”路由配置。端口18、20和22通过通道36互连。

“一对多”路由配置是通常使用的，其中数据分布均等很重要。来自源通信端口的物理层信号同时以可忽略的区分传送到每个目标通信端口。网络装置10限制为以直通“一对多”路由配置的单向数据传送。

在本说明书中公开的层1网络装置10的实施方式能够在宽范围的比特率上操作。例如，网络装置10可与10BASE5以太网比特率、10BASET以太网比特率、快速以太网、吉比特以太网、10吉比特以太网和100吉比特以太网中的任何一个兼容。

图1中所示的网络装置10包括有助于交叉点式交换机32的配置的管理模块50。管理模块50从外部计算系统接收配置命令。该配置命令限定交叉点式交换机的路由“状态”。该管理模块50响应于所接收的配置命令而在交叉点式交换机内的信号通道之间建立和/或中断连接。

影响网络装置10内的路由变化的命令可限制到隔离的管理网络。典型的配置命令限定了交叉点式交换机32内的信号通道连接，以链接指定的通信端口并经由处理单元启动内部路由。

所示的管理模块50包括控制系统(例如微处理器或专用控制电路)和通信接口(例如串行和/或以太网接口52)。控制系统调节网络装置10的操作，包括交叉点式交换机32的配置。通信接口将管理模块连接到外部计算系统或网络以便于服务通信(例如诊断交换和配置命令的接收)。

管理模块50响应于从外部计算系统接收的配置命令在交叉点式交换机32内建立和/或中断数据通道。这使得能够在没有物理交互的情况下配置网络装置10。管理模块50还可控制安装到外壳外部上的用于低级故障检测(例如影响管理模块通信接口52的故障)的有效标记54(例如LED状态灯)。

图4中示出了直通网络过程的流程图。流程图105表示用于在通信端口之间传送物理层信号的协议无关过程。所示的方法包括四个操作106、107、108、109。在流程图105中记录的操作是：

·从外部计算系统接收配置命令(操作106)。该命令独立于通过该装置传送的信号来传输，并且可由专用通信接口(例如管理模块接口52)接收。配置命令限定了用于网络装置的内部配置。

·响应于接收到的配置命令在网络装置的通信端口之间建立离散数据通道(操作107)。配置命令可限定用于网络装置的内部配置(例如在操作106中识别的配置命令)或者使得网络装置10、60恢复到预定义的默认配置(例如初始化状态或故障保护配置)。

·在源通信端口接收物理层信号(操作108)。网络装置10、60能够处理遵守不同协议的信号，因为传送物理层信号而不用提取传输信息(例如信号报头)。

·通过离散数据通道将物理层信号路由到预定义的目标通信端口。在信号接收之前建立将源通信端口链接到目标通信端口的数据通道，因为独立于传送的物理层信号而配置信号传输路径。

当网络装置10，60的操作配置满足调度信号传输所需的路由配置(即，不需要路由改变来传送调度传输)时，可绕过流程图的操作106(接收配置命令)。配置命令可传输到网络装置10，60以启动数据通道的重构。它们还可用于初始化该装置(尽管网络装置10，60可存储预配置的初始化状态)。

网络装置10，60可以实施补充图4中总结的一般网络功能的其它操作。这些操作包括：

·响应于接收到的配置命令而中断数据通道，以防止物理层信号从源通信端口传输到目标通信端口。

·响应于配置命令将目标通信端口添加到建立的数据通道以扩展来自源通信端口的物理层信号的分布。

·将由服务端口接收的通信分配到多个客户端端口；以及

·在路由到目标通信端口之前通过执行时钟恢复和信号再生过程来调节接收的物理层信号和/或通过成形退化的物理层信号来调节接收的物理层信号。

内部信号路由和处理

图1中所示的网络装置10还能够在传输之前在内部处理接收的信号。专用处理单元66促进了内部处理操作。典型的内部处理操作包括多路复用、时间标记、链路质量监测、入口过滤、服务质量等级限制和传输分析(例如数据包计数)。处理单元66解码内部路由的物理层信号并处理从信号提取的数据。

处理单元66在内部路由环路68中与交叉点式交换机32连接。所示的处理单元66包括处理器66a(通常是集成电路或可编程逻辑器件，例如现场可编程门阵列)和支持处理器66a的互补安装插座66b。安装插座66b可释放地接合处理器66a，给交叉点式交换机32提供物理层接口(经由内部路由环路)。所示的路由环路66将闭合电路中的处理单元66与交叉点式交换机32连接(即，交叉点式交换机32仅使处理单元66与通信端口连接)。安装插座66b还可使处理器66a与管理模块50和其它组件(例如电源)连接。处理器66a实施处理单元66的处理功能(例如处理从由交叉点式交换机32接收的物理层信号提取的数据)。所示的处理单元66的配置使得处理器66a能够移除用于诊断测试和/或更换(包括一般升级)。

交叉点式交换机32将来自指定通信端口的物理层信号路由到处理单元66。处理的信号经由交叉点式交换机从处理单元66路由回到目标端口。交叉点式交换机32通过在指定通信端口和处理单元66(由安装插座66b限定)处的选择I/O接口之间形成数据通道，经由内部路由环路68传送物理层信号。

切换模块有助于经由管理接口配置各个通信端口。切换模块与图1所示的管理模块50集成。管理接口可经由管理模块网络接口52访问。管理模块50响应于经由管理接口接收的配置命令而配置该处理单元66，以与指定的通信端口兼容。

切换模块促进用于经由处理单元66路由的各个通信端口的协议分类。管理模块50使用用于每个通信端口的协议分类来配置处理单元66，以与指定的通信端口兼容(包括将处理单元66初始化以解码经由相应通信端口接收的信号和/或编码指定用于相应通信端口的信号)。协议分类可限定网络协议(例如TCP/IP或UDP)或传输协议(快速以太网、吉比特以太网、10吉比特以太网或100吉比特以太网)。该网络装置10能够在非兼容网络节点之间通过协议转换而互换数据。处理单元66通过从由源网络接收的物理层信号提取数据并利用与指定目标网络兼容的通信协议重新编码该数据来促进协议转换。网络装置10可针对不兼容的网络协议和/或传输协议实施该过程。

一系列物理层通道将交叉点式交换机32与处理单元66连接。每一个物理层通道将交叉点式交换机内的各个信号通道连接到处理单元处的专用I/O接口。一组“发送”物理层通道限定了在交叉点式交换机32和处理单元66处的各个输入接口之间传输路径。一组“返回”物理层通道限定了在处理单元66处的输出接口和交叉点式交换机32内的各个信号通道之间的传输路径。理想地，内部路由环路68具有用于每个通信端口的发送通道和返回通道以优化带宽(尽管其它配置是可能的)。

各个通信端口经由来自外部计算系统的命令指定用于内部处理。管理模块50响应于接收到的命令来配置交叉点式交换机32和处理单元66。该命令可限定交叉点式交换机32的“状态”、规定内部处理操作(由处理单元66实施)、识别由信号使用的通信协议(以便于限定的处理操作)并提供其它配置参数(例如用于延迟敏感信号的优先等级)。网络装置10促进用于每个通信端口的独立路由和处理配置。处理单元66对内部路由的物理层信号进行解码、处理提取的数据并对数据进行编码以传输到指定的目标通信端口。典型的处理操作包括多路复用、时间标记、链路质量监测、入口过滤、服务质量等级限制和数据包计数。

管理模块50能够确定网络装置10的内部路由配置，其有助于由接收的配置命令指定的内部处理。这使得网络装置10能够优化用于指定处理操作的信号通道与I/O接口(在处理单元66处)的互连(在交叉点式交换机32内)。

与管理模块50集成的专用路由控制器(未示出)实施路由优化算法以确定用于内部处理的交叉点式交换机32的路由配置。优化算法通常来自处理器66a的处理能力(例如可用的I/O接口和内部处理能力)以及由内部路由环路提供的接口带宽。路由控制器确定用于交叉点使交换机32的路由配置，其优化用于内部处理操作(例如多路复用)的处理单元内的逻辑块的利用。管理模块50使用由路由控制器确定的路由配置，在处理时将物理层信号从指定的通信端口传送到输入接口。

在图8a中示出了具有四个输入信号161，164，166，169的非结构化多路复用操作150的框图代表。所描绘的操作在三个不同的多路复用级(由多路复用块151，152，153表示)中实施。每个级等同于处理器66a内的不同逻辑块。可用于每个多路复用级的输入通道由可编程逻辑器件内的逻辑块的容量限制。所示的逻辑块(配置为多路复用器151，152，153)每个都具有四个信号通道输入。未示出服务输入(例如选择器通道)。

图8a中所表示的可编程逻辑器件具有十个输入接口160至169。输入接口160至169中的每一个通过专用物理层通道连接到交叉点式交换机。交叉点式交换机经由物理层通道将物理层信号路由到处理单元。由交叉点时交换机的配置确定用于处理操作的输入接口集合。管理模块50通过互连交叉点式交换机内的相应信号通道而将物理层信号从各个通信端口路由到处理单元处的专用输入接口。交叉点式交换机配置为将信号路由到图8a中的四个输入接口161，164，166，169。

图8a中所示的多路复用操作150从四个独立的输入接口161，164，166，169产生了单个多路复用输出159。来自相应输入接口161，164，166，169的物理层信号在三个复用级(由多路复用块151，152，153表示)上“组合”。第一级多路复用块151从单个输入接口161接收物理层信号。来自第一多路复用级(多路复用块151)的输出151a与来自第二级多路复用块152处的两个独立输入接口164，166的物理层信号组合。第三级多路复用块153接收第二多路复用级(多路复用块152)的输出152a和单个输入接口169。

一些处理操作的延迟性能可受到用于将物理信号路由到处理单元的输入接口的选择的影响。图8a中所示的多路复用级151，152，153中的每一个都引起延迟损失。每级的延迟通常归因于对应逻辑块的固有处理开销和可编程逻辑器件内的所述块之间的物理层信号的传输。所示的多路复用操作150的总延迟是在每个多路复用级151，152，153处的各个延迟的累计总数。

管理模块50能够优化交叉点式交换机的路由配置以减少处理延迟。图8b中描绘了优化的复用操作170。所示的多路复用操作170由来自四个独立的输入接口160，161，162，163的单个多路复用输出179产生。该输出179直接来自第一多路复用块151。

交叉点式交换机配置为将来自四个独立通信端口的物理层信号路由到处理单元。管理模块50在交叉点式交换机内为每个指定的通信端口建立“发送”数据通道。发送通道限定了从相应通信端口到处理单元处的专用输入接口160，161，162，163的传输路径。

指定的通信端口经由图8b中对应的输入接口160，161，162，163与第一多路复用器级(多路复用块151)连接。该路由配置消除了图8a中所示的后续多路复用级(在图8b所示的多路复用操作170中未使用第二级152和第三级153多路复用块)以及归因于后续级的对应延迟。

管理模块50还建立了从处理单元到用于多路复用输出179的目标通信端口的“返回”数据通道。该返回通道限定了从处理单元处的输出接口到指定的通信端口的传输路径。

管理模块50使用由路由控制器生成的路由优化来组织交叉点式交换机内的数据通道并配置该处理单元。管理模块50还可修改可编程逻辑器件的配置，以减少限定的处理操作的延迟。

所示网络装置的结构元件

网络装置10的所示实施方式具有多层印刷电路板38。组件安装到电路板38上并且通常通过物理层通道40(典型的导电路径是例如轨道、信号轨迹、带状线和/或微带状线和电线)彼此互连。所示的印刷电路板38连接到各种安装的表面和/或通孔组件(包括交叉点式交换机32和安装插座66b)。

图2示出了其中可容纳印刷电路板38的机架可安装式外壳44(尽管其它壳体是可能的。图1中所示的多层电路板38设置成用于在机架可安装式外壳内水平布置，该机架可安装式外壳又配置成水平安装在机架内。这种设置减少了由网络装置使用的机架空间的量。

所示的外壳占据单个机架插槽。机架可安装式外壳理想地安装在机架的顶部位置或底部位置。通常，通信电缆从机架的顶端和底端之一接近数据中心中的机架。将外壳安装在由通信电缆接近的机架端部处可导致相对较少的延迟。

在图1所示的实施方式中，电源46安装到印刷电路板38上。电源46由交流电源(通常是相对高的相关电压，例如来自电网的110V或240V主电源)产生了用于网络装置组件的DC工作电压(通常是相对低的电压，例如12，24或48伏)。在所示的实施方式中，DC调节器48(例如开关模式电源模块)也安装到印刷电路板38上。该DC调节器48从电源46接收输出电压并为与电路板38集成的一组有源导电轨供电。该电源和DC调节器也可安装到与印刷电路板38分离的外壳上。网络装置10还可由其中安装装置的机架轨道来供电。

理想地，风扇16安装到电路板38或外壳44上，以调节网络装置组件的温度。风扇提供穿过多层印刷电路板的气流以提取废热。

通信端口14至30中的每一个包括网络接口，例如收发器或专用发射器和接收器模块。图1中示出了收发器15具有端口14。合适的收发器模块包括GBIC、XFP、XAUI和小型可插拔加(SFP+)收发器。收发器模块可与网络装置10集成或形成可互换通信接口的一部分(例如可释放的光收发器块和/或电收发器块)。收发器设置为与将网络装置10与外部计算设备连接的物理层通道连接。典型的物理层通道包括光纤网络电缆和/或电网电缆(例如铜电缆)。收发器与物理层通道连接以发送和接收电磁通信(例如光信号和/或电信号)。

所示的收发器配置为接合两个光纤LC连接器。这使得网络装置10能够通过一个光纤接收电磁通信并且通过另一个光纤来传输电磁通信(即，网络装置10使用每个光纤用于单向通信)。收发器从所接收的光信号生成电信号，并将所生成的电信号传送到与印刷电路板38集成的电导体。收发器可支持各种物理层标准，例如以太网协议标准SONET、光纤通道或其它合适的通信标准。

所示的收发器被分组并容纳在固定到印刷电路板38的SFP笼式外壳17中。外壳17以及相应的通信端口邻近多层印刷电路板38的周边58设置。笼式结构提供了在收发器上的电触头和在电路板38上或内部形成的导电轨道40(通常是带状线和/或微带状线轨道)之间的电连接。外壳17还可用作法拉第笼以减少电磁干扰。

交叉点式交换机32与通信端口连接，以促进物理层信号与相应收发信器的交换。由通信端口接收的物理层信号直接传输到交叉点式交换机32。交叉点式交换机32使用离散数据通道在通信端口之间传送物理层信号，该离散数据通道使用独立接口而预先配置(在所示的实施方式中，管理模块50促进交叉点式交换机56的配置)。

交叉点式交换机56理想地具有以下一些或全部属性：

·无阻塞交换功能，

·可编程输入均衡，以及

·输出预加重设置。

由交叉点式交换机32建立的数据通道理想地是未注册的和异步的，使得没有由交叉点式交换机32施加的相位、频率或信号模式限制。合适的交叉点式交换机的实施例是VITESSE(TM)VSC3172(可使用其它交叉点式交换机)。

交叉点式交换机32能够在传输到接收方通信端口之前将物理层信号传送到处理单元66。所示的交叉点式交换机32和安装插座66b通过一系列导电路径(例如轨道、信号轨迹、带状线和/或微带状线和电线)连接。导电路径在各个组件之间传输物理层信号。安装插座66b可释放地支持处理器66a，例如来自Xilinx的Virtex 5FPGA。

网络装置10响应于来自外部计算设备的配置命令在交叉点式交换机内建立离散数据通道。配置命令独立于通过网络装置传送的物理层信号。数据通道将网络装置10内的组件互连以在外部计算系统之间传送物理层信号。网络装置10能够直接在外部系统之间路由物理层信号而无需更高层处理(例如确定来自信号元数据的数据传输的预期接收)。信号可同时以“一对多”直通路由配置路由到多个目标端口。

服务端口22指定用于专用广播应用。服务端口22从广播服务器接收广播通信。剩余的通信端口14至20以及24至30指定用于从广播服务器接收通信的客户端计算系统。这种配置通常用于促进从服务器到客户端计算系统的非歧视性数据传播。交叉点式交换机32通常配置为用于服务器广播的“一对多”直通路由配置，使得来自服务器的通信同时从服务端口22传送到每个“客户端”端口。在金融应用程序中，广播服务器可在限定的时间段内传播用于金融工具(例如股票、衍生产品和期货)的价格范围和售出工具的数量。

所示的服务端口22设置在交叉点式交换机32附近。它也相对于剩余的客户端通信端口居中设置。这种配置可减少在服务端口和客户端端口之间传送通信的平均延迟。例如，使服务端口连接到所有客户端端口的一侧的实施方式可在客户端端口和服务端口之间具有较高的平均延迟和最大延迟。使服务端口尽可能接近交叉点式交换机32可导致延迟的相对减少。

图1中所示的交叉点式交换机32设置为调节由网络装置接收的劣化通信。在高速通信传输期间一定程度的信号劣化通常是不可避免的。信号劣化增加了数据错误的概率。交叉点式交换机32通过调整物理层信号的各种频率分量来成形劣化通信的波形，以尽可能符合期望的波形形状(通常包括一系列方形脉冲)。交叉点式交换机还可执行预加重程序以补偿传输期间的预期损耗。预加重通常涉及过度驱动信号的高频分量。

图3中示意性地示出了网络装置60的另一实施方式。网络装置60保持图1所示的装置10的基本结构和操作。在图3中使用类似的附图标记来标识具有与图1中标识的相应组件类似或相同形式和/或功能的组件。

图3中所示的网络装置60包括评估接收的物理层信号质量的信号监测单元65。图3中描绘了集中式信号监测单元65。所示的信号监测单元65在与标样采样点有限定偏移量的位置，对经由指定通信端口接收的物理层信号进行采样以评估信号质量，并确定接收的物理层信号是否可在采样点恢复。还可通过设置在各个通信端口和交叉点式交换机之间的数据路径上的分布式信号监测单元(未示出)来促进该功能。

所示的网络装置60还包括多个专用时钟和数据恢复(CDR)模块62。每个时钟和数据恢复(CDR)模块62连接到通信端口。所示的时钟和数据恢复(CDR)模块62交流耦合到交叉点式交换机。在所示实施方式中，参考时钟64安装到电路板上并且与每个时钟和数据恢复模块连接。电路板内的轨道将参考时钟64与各个时钟和数据恢复(CDR)模块62连接。时钟和数据恢复(CDR)模块62通常包括专用信号监测单元。

参考时钟64产生传送到各专用时钟和数据恢复(CDR)模块的近似频率参考。时钟和数据恢复(CDR)模块62使用内部锁相环路从信号流中的近似频率参考和相位对准过渡而产生时钟。然后参考可见图形结构确定采样相位。时钟和数据恢复(CDR)模块再生劣化的信号以减少抖动并且相对于由网络装置60接收的原始信号产生更加开放的视觉范围。

网络装置10可用于通过发送来自外部计算系统的配置命令来远程配置和/或重构数据网络12。图1和3中所示的网络12包括与相应网络装置10，60的服务端口22连接的广播服务器72。多个客户端系统70，74与客户端通信端口18，30连接。服务端口22和客户端端口18，30可通过发出适当的配置命令来远程地链接(通过在相应端口之间建立数据通道)或者与外部计算系统隔离(通过断开现有的数据通道)。这允许将物理层信号从服务器72传播到从远程计算系统操纵的客户端70，74。

重构交叉点式交换机32的配置命令通常由管理模块50接收和处理。所示的管理模块50通过专用管理端口52接收配置命令。这些命令可由远程计算系统发出，从而允许网络装置10，60保持物理隔离。

在一些应用中远程配置网络装置10，60的能力是期望的。例如，证券交易所可具有托管金融订单服务器(多种)和/或参与电子交易网络的客户机的安全数据中心。在交易时间通常限制对安全数据中心的物理访问。因此，重构电子交易网络可能具有的问题是在交易时间期间需要手动干预。本说明书中公开的网络装置10，60便于通过与分离的管理网络上的计算系统通信而在交易时间期间重构电子交易网络。管理网络通常可包括位于数据中心远程的计算系统，而不会违反交易协议，因为管理网络与交易网络隔离。网络装置10，60在该示例性应用中也是有利的，因为它与当代网络系统相比以相对少的延迟来操作。这在延迟敏感的环境中是特别可取的。

图1和3中所示的网络装置10，60包括客户端控制器76，其监视客户端系统的不规则性。客户端控制器76可通过断开将客户端系统与网络12互连的数据通道(多个)来隔离表现出不规则性的客户端系统。客户端不规则性通常由应用特定参数来量化。客户端控制器可直接监测指定的参数或从远程系统接收更新。

当被监测的客户端参数满足限定的断开条件时，客户端控制器76隔离客户端系统。金融应用程序的断开条件可包括预订前风险条件、预定后风险条件和金融订购系统订阅条件。在这些情况下断开数据通道会将客户端系统与金融订单服务器断开连接。“车载”客户端控制器(例如图1和3中所示的客户端控制器)可以是管理单元的集成子模块或与交叉点式交换机连接(直接地或通过管理模块间接地)的单独单元。

客户端控制器还可由与管理网络连接的外部计算系统(即，远离印刷电路板和外壳44)实施。外部客户端控制器理想地通过专用管理端口52与管理模块连接。管理模块可向外部客户端控制器传输客户端信息，例如最近客户端交易行为和客户端的财务状况，以便于远程客户端监控。

在图5中示出了数据复制系统80。该复制系统可在各种环境中使用以传播信息。在金融应用程序中，复制系统可与金融订购系统结合使用。所示的数据复制系统包括两个网络装置10，80(主网络装置10和辅助网络装置80)。网络装置10，80都与金融订单服务器72的广播端口82连接。它们还与多个客户端系统70，74连接。

图5中所示的辅助网络装置80在内部配置为复制从金融订单服务器72接收的物理层信号以用于传播到客户端计算系统70，74。“一对多”的直通配置是建立在辅助网络装置80的交叉点式交换机内，以将来自金融订单服务器72(“一”)的通信传送到客户端系统72，74(“多”)。主网络装置10配置用于金融订单系统72和客户端计算系统72，74之间的“一对一”双向通信。

图5中所示的复制系统80在延迟敏感的应用(例如其中精确的市场信息很关键的金融应用程序)中是特别有利的。

在图6中示出了故障保护计算网络90。计算网络90包括连接到公共网络96的多个服务器92，94。网络96将服务器92，94互连到多个客户机98，100。典型的网络包括互联网、局域网、广域网。

通常，服务器92，94是以相同(或非常相似)的内部状态维护的确定性计算系统。活动服务器92在常规网络操作期间服务客户端系统98，100。辅助服务器94用作“活动备份”。如果活动服务器92故障，则使备份服务器94“在线”以代替故障服务器92为客户端系统98，100服务。

所示的计算网络90包括根据本说明书的公开内容起作用的低延迟网络装置102。服务器92和94中的每一个通过专用通信端口93，95与网络装置102连接。交叉点式交换机(与网络装置102集成)建立数据通道，其将服务器通信端口93，95互连到网络通信端口97。该网络端口97在所示的实施方式中是中心设置的，服务器端口93和95设置在相对侧上。该端口分配使得从网络传送到服务器92，94的通信(例如由客户端计算系统98，100放置的存货订单)延迟最小化。

故障检测器104监测活动服务器92的故障。所示故障检测器104与活动服务器92和网络装置102连接。故障监测器104设置为检测服务器故障并初始化到备份服务器的故障转移(通常通过向网络装置102发出故障转移命令)。网络装置102通常通过在备份服务器端口97与网络端口97之间建立数据通道来响应故障转移命令。网络装置102还可断开故障服务器和网络端口97之间的数据通道以隔离故障服务器。

在图7中示出了延迟确定系统110。该系统110包括根据本说明书的公开内容操作的网络装置112。图7中所描绘的系统示意图中省略了通信端口，以使得在交叉点式交换机114内形成的数据通道容易区分。

网络装置112设置在将两个计算系统132，134互连的双向物理链路128，130上。图7中所示的交叉点式交换机114配置为复制从计算系统132，134接收的数据信号(输入信号通过通信端口116，122接收)，并将复制的信号发送到时间标记模块。

由第一计算系统132发送的通信由网络装置112使用“一对多”路由配置(由数据通道136表示)来复制。网络系统112将复制的信号分别传送到时间标记模块138和第二计算设备134。时间标记模块在接收到复制信号时生成时间标记。

从第一计算系统132接收通信信号触发了来自第二计算系统134的响应通信。由第二计算系统134传输的响应通信类似地由网络装置112复制和分配。

使用“一对多”路由配置(由数据通道136表示)来复制由第二计算系统134传输的响应信号。网络系统将复制的信号分别传送到时间标记模块138和第一计算系统132。时间标记模块在接收到复制的响应信号时产生另一时间标记。然后，利用两个时间标记之间的差异以确定网络延迟。

在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对本说明书中描述的实施方式进行改变和/或修改。例如，尽管上述网络可包括光和/或电以太网(例如10Mb、40Mb、1Gb、10Gb、40Gb、100Gb、400Gb、1Tb)，但是将理解的是可使用其它网络类型和协议，例如INFINIBAND和WiFi。可替代地或另外地，一个或多个连接可替代地是串行端口连接、USB端口连接、火线(TM)端口连接、霹雳(ThunderBolt,TM)端口连接、PCI或PCIe连接、具有或不具有同步光纤网解复用装置的SONET(或SDH)连接或者通常任何合适类型的连接。因此，本实施方式在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。

如果有的话，本文所描述的现有技术不被视为承认现有技术形成任何管辖权中的公知常识的一部分。

在本发明的随后权利要求和前述描述中，除非上下文由于表达语言或必要的含义另有要求，否则词语“包括”或例如“包括”或“包含”的变型以具有包容性的意义使用，即指定所述特征的存在，但不排除在本发明的各种实施方式中存在或添加其它特征。