无损网络的特征 “0丢包”、“低时延”、“高吞吐”是无损
  

书涵139 1499

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无损网络的特征
“0丢包”、“低时延”、“高吞吐”是无损网络三大核心特征。这三个指标相互影响:
0丢包:会抑制链路带宽,导致低吞吐,同时会增加大流的传输时延;
低时延:降低交换机队列排队,导致低吞吐;
高吞吐:保持链路高利用率,导致交换机的拥塞排队,导致小流的“高时延”。
构建无损网络可以从两个方面入手,一个是网络自身的优化,另一个是网络与应用系统的融合优化。后者包括网算一体、网络与存储相融合等等,不在此文范围内。本文侧重前一个方面。
网络自身的优化目标是使整网吞吐最高、时延最低,包括三个层次:
1)流的控制(Flow control):用于解决发送端与接收端速率匹配,做到无丢包;
2)拥塞控制(Congestion control):用于解决网络拥塞时对流量的速率控制问题,做到满吞吐与低时延;
3)流量调度(Traffic scheduling):用于解决业务流量与网络链路的负载均衡问题,做到不同业务流量的服务质量保障。
无损网络的流控技术
流控技术是保障网络零丢包的基础技术。由流量接收方控制数据传输的速率。
IEEE802.3 Annex 318 约定的PAUSE帧是以太网中实现流控的基本协议。当接收设备接收能力小于上游设备时,会主动发PAUSE帧给上游设备,要求上游设备在一段时间内暂停流量的发送。PAUSE帧只能阻止上游设备发送普通的数据帧,不能阻止发送MAC控制帧。
PAUSE帧的目的MAC地址是保留的MAC地址0180-C200-0001,源MAC是发送PAUSE帧的设备MAC地址。MAC Control Opcode域的值为0x0001。PAUSE帧是MAC控制帧的一种。接收端设备出现拥塞的情况下,本段源端口通常会连续收到多个PAUSE帧。只要接收端设备的拥塞状态没有解除,相关的端口就会一直发送PAUSE。基于以太PAUSE机制的流控虽然可以预防丢包,但是会导致一条链路上的所有报文停止发送。为了解决这个问题,IEEE在802.1qbb中引入了优先级流控功能PFC(基于优先级的流量控制)也称Per Priority Pause或CBFC(Class Based Flow Control)
PFC允许在一条以太链路上创建8个虚拟通道,并为每一个虚拟通道指定优先级,允许单独暂停和重启其中任意一条虚拟通道,同时允许其他虚拟通道的流量无中断通过。当队列已使用的缓存降低到PFC门限值以下时,则向上游发送PFC反压停止报文,通知上游重新发包,从而最终实现报文的零丢包传输。
无损网络的拥塞控制
拥塞控制是对进入网络的数据总量进行控制,使网络流量保持在可接受水平的一种控制方法。
ECN(Explicit Congestion Notification)技术:当流量接收端感知到网络上的拥塞后,通过协议报文通知发送端,使流量发送端降低报文发送速率,从而从早期避免拥塞而导致的丢包,从而最大限度利用网络性能。
DCQCN(Data Center Quantized Congestion Notification)是目前在RoCEv2网络种使用最广泛的拥塞控制算法。融合了QCN算法和DCTCP算法,需要数据中心交换机支持WRED和ECN。DCQCN可以提供较好的公平性,实现高带宽利用率,保证低的队列缓存占用率和较少的队列缓存抖动情况。DCQCN算法由三个部分组成:交换机(CP,Congestion Point)、接收端提示点NP(Notification Point)、发送端反馈点RP(Reaction Point)。交换机发现出端口队列超出阈值,在转发报文时会按照一定概率给报文携带ECN拥塞标记(ECN字段设置为11),以标示网络中存在的拥塞。标记过程由WRED(Weighted Random Early Detection)功能完成。RP根据收到的ECN拥塞标记向RP发送反压信息

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嘀嘀柠柠 发表于 2023-12-3 23:38
  
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