深入探究以太網(wǎng)PAUSE幀處理流程及長(zhǎng)距離鏈路控制閾值

一、PAUSE幀的處理流程

傳統(tǒng)的IEEE 802.3以太網(wǎng)定義了一種不可靠的通信介質(zhì);它不能保證注入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包一定會(huì)到達(dá)預(yù)定的目的地,可靠性是通過上層協(xié)議來期望的。

在通常由源端和目的端之間的多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)路徑中，每一節(jié)點(diǎn)的發(fā)送器和接收器之間缺乏反饋是不可靠的主要原因之一。發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)包的速度比接收器接收數(shù)據(jù)包的速度快，并且當(dāng)接收器耗盡可用的緩沖空間來吸收傳入流時(shí)，它們被迫地丟棄所有超過其容量的流量。這些在第二層工作得很好，只要上層協(xié)議處理丟棄檢測(cè)和重傳邏輯。

但是對(duì)于不能在上層建立可靠性的應(yīng)用，在第二層增加流量控制功能可以提供一個(gè)解決方案。流量控制允許接收方向發(fā)送向發(fā)送方反饋Buffer緩沖區(qū)的可用性。它是通過802.3 定義的一種PAUSE控制幀來實(shí)現(xiàn)(see Annex 31B of the IEEE 802.3 specification)?換句話說，接收方可以產(chǎn)生一個(gè)MAC控制幀，并在預(yù)測(cè)緩沖區(qū)即將溢出時(shí)向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)PAUSE請(qǐng)求。在接收到PAUSE幀后，發(fā)送方通過停止任何新數(shù)據(jù)包的傳輸來響應(yīng)，直到接收方準(zhǔn)備好再次接受它們。如下圖所示，描述了PAUSE幀的大致的處理流程，具體的PAUSE幀的格式參見上一篇。

1.本端設(shè)備接受側(cè)達(dá)到Pause 閾值，產(chǎn)生反壓通知本端的MAC_TX。

2.本端的MAC_TX會(huì)發(fā)送完當(dāng)前正在傳送的報(bào)文后，產(chǎn)生Pause-XOFF幀并傳輸?shù)綄?duì)端設(shè)備。

3.遠(yuǎn)端設(shè)備的MAC_RX接受并解析Pause幀，并發(fā)送Pause請(qǐng)求給到本端的上層模塊。

4.上層發(fā)送模塊會(huì)把當(dāng)前正在發(fā)送的報(bào)文發(fā)完后，停止發(fā)送新的報(bào)文給對(duì)端

5.與1對(duì)應(yīng)，當(dāng)反壓撤銷后也會(huì)通知到到MAC_TX。

6.與2對(duì)應(yīng)，MAC_TX會(huì)發(fā)送Pause XON幀通知對(duì)端，可以繼續(xù)接收新的數(shù)據(jù)包。

7.與3對(duì)應(yīng)，MAC_RX解析出Pause-XON幀，并發(fā)送Pause 撤銷的指示給到本端的上層模塊。

8.與4對(duì)應(yīng)，上層模塊會(huì)繼續(xù)發(fā)送新的數(shù)據(jù)給到對(duì)端。

在產(chǎn)生PAUSE幀時(shí)，典型的實(shí)現(xiàn)不會(huì)嘗試猜測(cè)PAUSE的特定持續(xù)時(shí)間，而是依賴于X-ON和X-OFF的行為，這種方法必須將PAUSE幀中Time Value 設(shè)置比較大的值，然后就可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候恢復(fù)流量。從而不局限于特定的持續(xù)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)的靈活性，改善性能。

但是PAUSE幀的處理也有一個(gè)弊端，就是鏈路暫停后，整個(gè)端口都無法再發(fā)出新的報(bào)文，這就使得IEEE 802.3x 以太網(wǎng)PAUSE功能不適合承載可能需要不同服務(wù)質(zhì)量(QoS)的多個(gè)流量流，因?yàn)樗鼤?huì)影響其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能。對(duì)于此，IEEE 802.1Qbb PFC將基本的IEEE 802.3x PAUSE域段擴(kuò)展到多個(gè)CoS，使需要流控制的應(yīng)用程序與不需要流控制的應(yīng)用程序獨(dú)立運(yùn)行。PFC使用IEEE 802.1Q VLAN標(biāo)簽下的IEEE 802.1p CoS值來區(qū)分最多8個(gè)獨(dú)立流控的CoS.

二、長(zhǎng)距離鏈路閾值

當(dāng)接受端設(shè)備發(fā)起PAUSE 請(qǐng)求后，PAUSE幀需要足夠早地發(fā)送回線的另一端，以便發(fā)送方有更多的時(shí)間在接收端緩沖區(qū)溢出之前停止傳輸.同時(shí)必須將所有現(xiàn)有的數(shù)據(jù)包排入接收端緩沖區(qū)，因此，在接收端定義適當(dāng)?shù)木彌_區(qū)閾值對(duì)于PFC實(shí)現(xiàn)的功能至關(guān)重要。本文從學(xué)術(shù)角度解釋如何計(jì)算無損以太網(wǎng)鏈路的headroom大小。該解釋基于IEEE 802.1Qbb 優(yōu)先級(jí)流量控制標(biāo)準(zhǔn)。802-1bb-d2-3中提出了以下4個(gè)方面的PFC 延時(shí)：

a) Processing and queuing delay of the PFC request;
b) Propagation delay of the PFC frame across the media;
c) Response time to the PFC indication at the far end;?
d) Propagation delay across the media on the return path.

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞的時(shí)候，端口會(huì)發(fā)出流控幀，那么就要對(duì)端口的緩存設(shè)置一條水線，達(dá)到水線后，就出發(fā)PFC PAUSE。如果水線設(shè)置的太小，那么可能導(dǎo)致降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率；如果水線設(shè)置的太大，那么可能導(dǎo)致丟包；所以需要設(shè)置一個(gè)合理的水線值。如下圖所示詳細(xì)描述了一條traffic流從Receive side 到 Send side所有的延時(shí)，主要包括接口隊(duì)列傳輸延時(shí)、接口延時(shí)、電纜延時(shí)、反應(yīng)延時(shí)。

審核編輯：黃飛