CN103841046A - 基于信誉的链路级流控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信誉链路级流控制的系统和方法。在一个实施方式中，基于字节的流控制机制基于有效维持在接收器处的缓冲状态的发送器。在维持在接收器处的缓冲状态中，发送器提供有关于在接收器处的字节扩展的信息。当在接收器的包缓冲区中存储由发送器传输的包时，这个字节扩展信息可被发送器使用以表示接收器所需要的额外存储的量。

Description

基于信誉的链路级流控制的系统和方法

相关技术的交叉引用

本申请要求2012年11月19日提交的临时专利申请第61/728,010号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及网络，并且更具体地，涉及一种基于信誉（credit）的链路级流控制的系统和方法。

背景技术

对数据通信基础结构的需求日益增长。这些日益增长的需求由包括日益增加的频宽以及延迟需求的各种因素驱动。例如，虽然现今的网络交换机上的I/O通常使用10千兆位以太网（GbE）端口，但是40GbE以及100GbE端口也预期将在不久的将来普及。展望的关键问题是数据通信基础结构的缩放比特率的能力，同时保留其提供无损操作的能力。

附图说明

为了描述可以获得本发明的以上列举的以及其他的优势和特征的方式，以上简要描述的本发明的更具体的描述将通过参考在附图中示出的其具体实施方式来呈现。应理解这些附图仅描绘本发明的典型实施方式并且因此不应被认为限制范围，本发明将通过使用附图被更加具体并详细地描述和说明，在附图中：

图1示出了使用流控制的缓冲区的示例。

图2示出了基于信誉的流控制的示例实施方式。

图3示出了使用基于信誉的流控制的缓冲区的示例。

图4示出了本发明的处理的流程图。

发明内容

本发明提供了一种方法，包括：在第一链路伙伴中接收来自第二链路伙伴的与在存储从所述第一链路伙伴接收的包时在所述第二链路伙伴处执行的字节扩展有关的信息；从所述第一链路伙伴向所述第二链路伙伴传输包；并且将所述第一链路伙伴中的信誉计数器调整与所传输的包的字节数加上由所述字节扩展信息指示的字节数对应的量。

优选地，所述方法还包括商议由所述信誉计数器使用的比特数。

优选地，所述商议包括使用数据中心桥接交换（DCBX）来商议。

优选地，所述方法还包括由所述第一链路伙伴基于所述信誉计数器的值确定是否传输所述包。

优选地，所述确定包括确定所述信誉计数器的值是否指示所述第二链路伙伴具有比与待传输的下一包相关联的字节数更大的空间量。

优选地，所述方法还包括基于由所述第一链路伙伴从所述第二链路伙伴接收的同步包来调整所述信誉计数器的值，所述同步包使所述第一链路伙伴能够将所述信誉计数器的值与在所述第二链路伙伴中的第二信誉计数器的值同步。

优选地，所述方法还包括从所述第一链路伙伴向所述第二链路伙伴传输同步包，所述同步包包括所述信誉计数器的值。

优选地，所述信誉计数器是循环计数器。

本发明还提供了一种方法，包括：由第一链路伙伴将与由所述第一链路伙伴执行的字节扩展有关的信息传输到第二链路伙伴；由所述第一链路伙伴接收来自所述第二链路伙伴的包；由所述第一链路伙伴将所述包的扩展存储在缓冲区中；以及由所述第一链路伙伴基于所存储的所述包的扩展来调整信誉计数器。

优选地，所述方法还包括商议由所述信誉计数器使用的比特数。

优选地，所述商议包括使用数据中心桥接交换（DCBX）来商议。

优选地，所述方法还包括从所述第一链路伙伴向所述第二链路伙伴传输自同步包，所述自同步包包括所述信誉计数器的值。

优选地，所述信誉计数器是循环计数器。

本发明还提供了一种方法，包括：由第一链路伙伴将信誉计数器调整与传输包中的字节数加上由从第二链路伙伴接收的字节扩展信息指示的字节数对应的量，所述字节扩展信息指示由所述第二链路伙伴存储所述传输包所需的额外存储的量。

优选地，所述方法还包括商议由所述信誉计数器使用的比特数。

优选地，所述商议包括使用数据中心桥接交换（DCBX）来商议。

优选地，所述方法还包括由所述第一链路伙伴基于所述信誉计数器的值来确定是否传输所述包。

优选地，所述确定包括确定所述信誉计数器的值是否指示所述第二链路伙伴具有比与待传输的下一包相关联的字节数大的空间量。

优选地，所述方法还包括基于由所述第一链路伙伴从所述第二链路伙伴接收的同步包来调整所述信誉计数器的值，所述同步包使所述第一链路伙伴能够将所述信誉计数器的值与在所述第二链路伙伴中的第二信誉计数器的值同步。

优选地，所述方法还包括从所述第一链路伙伴向所述第二链路伙伴传输同步包，所述同步包包括所述信誉计数器的值。

具体实施方式

以下详细描述了本发明的各实施方式。尽管讨论了具体的实施方式，但是应当理解的是，这仅为了说明的目的。在不背离本发明的实质和范围的情况下，本领域的技术人员将认识到可使用其它组件和配置。

在数据中心网络中提供无损操作取决于包缓冲区的有效管理。这种包缓冲管理对于确保包不会由于拥塞而丢弃是关键的。本发明的一个特征是可使用基于字节的流控制机制。在一个实施方式中，基于字节的流控制机制基于有效维持接收器处的缓冲状态的发送器。在维持接收器处的缓冲状态中，发送器提供有与在接收器处的字节扩展有关的信息。这个字节扩展信息可被发送器使用以确定在接收器的包缓冲区中存储由发送器传输的包时接收器所需要的额外存储的量。

与发送器的包传输相关联地，发送器被配置为使用字节扩展信息来确定在接收器处的缓冲状态的调整。在一个实施方式中，所确定的调整用于调整在发送器处的信誉计数器，该信誉计数器反映接收器的包缓冲区的装满水平。当发送器的信誉计数器的读数表示在接收器的包缓冲区中有可用空间时，传输包并且使用所传输的包的字节尺寸加上由字节扩展信息指示的额外字节数来调整信誉计数器。因为字节扩展信息使发送器能够维持在接收器的包缓冲区处的实际字节计数，所以可除去余量的考虑。从而提高了包缓冲区管理的效率。

在提供无损性能中，发送器和接收器被配置为合作以确保由发送器发送的全部包可由接收器处的包缓冲区容纳。在诸如在IEEE802.1Qbb中定义的基于优先的流控制方案中，这种性能取决于包缓冲区的保证的余量。

图1示出了在基于优先的流控制方案中使用的包缓冲区中的所需余量。在基于优先的流控制方案中，各类服务的暂停持续时间为将时间表示为量子数的2字节的值，其中各个量子代表在当前网络速度下传输512比特所需的时间。在这个框架中，使用基于优先的流控制的接收器被配置为预计一类服务的潜在缓冲区消耗，以及当这种情形出现时产生针对该类服务的暂停帧。然后，暂停帧被传输到发送器，使得在接收器中的包缓冲区溢出之前，发送器具有足够量的时间来停止传输。

图1示出了所需余量的量。该余量的量被示出为大致对应于接收器将发送暂停帧至发送器以停止传输（XOFF）的未使用的包缓冲区水平。如示出的，暂停帧的传输并不立即阻止包缓冲区继续填充。这在很大程度上是由于暂停帧穿过链路所花费的时间量（TX时间）以及发送器在处理阻止进一步的包传输的暂停帧所花费的时间量（响应时间）。

这里，应注意链路的长度影响接收器在多早的时候必须采取行动以防止缓冲区充满以及包丢失。链路越长，接收器应该越早发送暂停帧至发送器。一般地，在基于优先的流控制方案中的传输和处理延迟的各种考虑必须考虑缓冲区的最坏情况。适应这些最坏情况的结果就是需要更大量的包缓冲区的稀缺的缓冲区资源。

应理解，缓冲区尺寸也取决于链路速度。链路速度越快，所需的余量的量越大。例如，考虑链路速度从10GbE提高到40GbE或从10GbE提高到100GbE。因为基于优先的流控制方案的限制被强调，所以该链路速度的提高可造成对余量缓冲区需求的极大需求（例如，数百千字节）。得到的影响是对于可在链路上启用的无损服务类别的数目的限制。该限制可具有对服务质量的显著影响。此外，应注意每一装置的余量的总量与该装置支持的端口数成比例。当希望较高的端口密度时，希望包缓冲区分配的效率较高。

因此，本发明的特征是提供了基于字节的而不是诸如由基于优先的流控制方案例举的基于时间的新型流控制机制。通常，希望新型流控制机制对包如何在接收器处存储不敏感、自动同步、余量低、并且可在每个链路方向不对称地使用。

图2示出了对于在发送器210和接收器220之间的链路上有效的基于信誉的流控制机制的示例实施方式。在此，发送器210和接收器220可代表可作为链路伙伴的交换机、服务器、网络接口卡（NIC）或任何其它网络装置。包括在接收器220内的是包缓冲区222，其可具有尺寸Bi以处理特定无损类别的传输“i”。

如所示的，发送器210包括信誉计数器212，其使发送器210能够以信誉的形式有效地维持在接收器220中的包缓冲区222的状态。本发明的特征为由发送器210维持在接收器220中的包缓冲区222的状态的排除了解决包的最坏情况到达的需要。如以下将更详细地描述的，信誉计数从接收器220转移到发送器210连同维持实际字节计数一起消除了诸如在基于优先的流控制方案中示出的大量余量的需要。

在此，应注意字节信誉在理论上通常比包信誉更准确。然而，由于为了存储元数据以及管理具有比字节（例如，行或页）更大的粒度的缓冲区的在接收器处的字节扩展，字节信誉技术是有问题的。在本发明中，在发送器处，字节信誉流控制添加有字节扩展函数f（包尺寸），其代表在接收器处执行的字节扩展。在此，在接收器处的字节扩展代表在存储从发送器接收的给定包尺寸的包时由接收器使用的缓冲器存储的实际量。知道由接收器执行的字节扩展，发送器现在能够准确地处理在接收器处的包缓冲区的存储状态。因此，随着发送器将包传输至接收器，发送器可使用字节扩展函数来更新信誉计数器，以维持并追踪在接收器中的包缓冲区的实际使用状态。

通过维持在接收器中的包缓冲区的状态，发送器可做出包是否可被发送到接收器的判定。如图2中所示的，发送器210可被配置为实现对于信誉计数器是否指示待发送的包的字节扩展可容纳在发送器220中的包缓冲区222中的可用空间中的判定214。应理解，判定214可由机器码和/或计算机程序进行，该机器码和/或计算机程序具有可由机器和/或计算机执行从而使机器和/或计算机进行该判定的至少一个代码段。

如果判定214指示字节扩展包可存储在包缓冲区222中的可用空间内，那么发送器210将包发送到接收器220。然后，接收器会将扩展字节包存储到包缓冲区222中。与将包发送到接收器220相关联地，基于应用于已发送的包的字节扩展函数来对信誉计数器212进行调整。

在此，应注意使用应用于所传输的包的字节扩展函数来调整信誉计数212旨在反映包缓冲区222中的可用存储空间的减少。当字节扩展函数f（包）由发送器210先验已知时，发送器210能够有效地维持在接收器220中的包缓冲区222的状态。因此，与在配线上的字节的最坏情况的可能性相比，由发送器210进行的传输可在解决在配线上的实际传输字节之后暂停。

图3示出了根据本发明的使用基于信誉的流控制的缓冲区示例。如所示，确定信誉阈值以反映包缓冲区的大小。当包从发送器传输到接收器时，包缓冲区可继续填充。信誉计数器212将基于字节扩展函数f（包）被继续调整以反映在包缓冲区222的可用部分中的减少。基于判定214，发送器210将继续发送包直至信誉计数器212指示字节扩展包不能容纳在包缓冲区222的剩余可用部分中。在此，应注意进一步传输的暂停基于使用信誉计数器214进行的判定214，而不是收到来自接收器220的暂停帧。

在图3的示例中，进一步传输的暂停被示出为在信誉计数器指示待传输的下一包的字节扩展不能容纳在包缓冲区的剩余可用部分中时发生。因为这个暂停基于包的尺寸，所以暂停可发生的水平被示出为与最大传输单元（MTU）尺寸（例如，1.5千字节、2千字节、9.6千字节等）相似。应理解，与MTU尺寸的相关联的相对小的量涉及实际字节计数，并且远小于可与传输和响应时间相关联的余量的数百字节。

只要信誉计数器212指示字节扩展包不能容纳在包缓冲区222的剩余可用部分中，发送器210就不会传输任何包。这个情况将保持直至在接收器220处包缓冲区222排空。在本发明中，反映从包缓冲区222排出的字节的更新基于从接收器220发送到发送器210的消息。在一个实施方式中，更新消息可以按照与基于优先的流控制方案类似的方式来使用MAC控制帧。

在一个实施方式中，在发送器210中的信誉计数器212是循环计数器。这个循环计数器与在接收器中的循环计数器可具有相同的比特数。在发送器处的循环计数器可增加应用于发送的字节的扩展，并且在接收器处的循环计数器可增加存储在包缓冲区中的扩展字节。在一个实施方式中，发送器可被配置为定期发送包括在发送同步包时计数器的值的同步包，并且接收器可在接收该同步包时发送返回其循环计数器加上可用缓冲区的值的更新。通常，因为系统将在下一更新恢复，所以信誉更新的丢失是无害的。因此，因为其可以从包丢失以及信誉更新丢失中恢复，所以提供自身同步。

已经描述了用于基于信誉的流控制的框架，现参考图4的流程图来示出本发明的处理。如图所示，该处理开始于从链路伙伴接收字节扩展信息的步骤402。应注意，基于信誉的流控制机制可在链路上不对称操作。相应地，步骤402的处理可为链路伙伴之间的流控制能力信息的广泛交换的一部分。

在一个实施方式中，通过数据中心桥接交换（DCBX）协议可促进能力交换。在一个实施方式中，DCBX协议可以用于公告和交换基于信誉的流控制信息。在各种情形中，链路伙伴可为公告它们对基于信誉流的控制信息的支持，商议在信誉计数器中的比特数，提供从接收器到发送器的字节扩展信息，或将使得能够进行基于信誉流的控制操作的任何其它信息。

在用基于信誉的流控制建立至少一个方向的链路之后，信誉计数器随后能够监测相对于建立的信誉阈值的接收器的包缓冲区的状态。在运行期间，发送器可随后在步骤404确定信誉计数器是否指示接收器的包缓冲区具有容纳字节扩展包的空间。通过之前的由接收器将字节扩展信息提供到发送器来促进这个判定。

如果在步骤404中确定信誉计数器指示接收器的包缓冲区没有容纳字节扩展包的空间，那么该处理将随后循环回信誉计数器的进一步检查。如参考图3所述，信誉计数器可基于由接收器提供的指示从包缓冲区中已经排空的字节的信誉更新来调整。在此，应注意，尽管具体的信誉更新机制依赖实现，但是接收器的信誉更新间隔能够影响系统中的吞吐量。

如果在步骤404中确定信誉计数器指示接收器的包缓冲区有容纳字节扩展包的空间，那么在步骤406中将包从发送器传输到接收器从而存储在接收器的包缓冲区中。随后，在步骤408中，基于所传输的包的字节扩展量来调整信誉计数器，该字节扩展量使用先前接收的字节扩展信息来确定。在发送器处的信誉计数器的调整使发送器能够维持接收器的包缓冲区的状态。随后，在运行期间，该处理将循环回步骤404以进一步检查信誉计数器。

应注意，在图4的流程图中的步骤顺序仅为说明的目的而提供。在实际实现中，一些步骤可同时或以备选的顺序执行。只有在特定步骤的操作严格依赖于由另一步骤产生的输入的情况下才会需要在任何两个步骤之间的指定顺序。

如已经描述的，基于信誉的流控制机制可保证无损行为而不需要明显的余量以应对链路长度、处理延迟等。通常，可保证无损性能而不考虑信誉阈值水平、包尺寸、传输模式、传播延迟等。与基于优先的流控制相比，在无损模式下针对给定的缓冲量可实现更高的吞吐量，或在无损链路下将需要更低的缓冲量以实现给定的吞吐量。

本发明的另一实施方式可提供其上存储有机器码和/或计算机程序的机器和/或计算机可读存储器和/或介质，该机器码和/或计算机程序具有可通过机器和/或计算机执行从而使机器和/或计算机进行如本文中描述的步骤的至少一个代码段。

本发明的这些及其他方面将通过回顾之前的具体实施方式而变得对于本领域技术人员显而易见。尽管本发明的许多显著特征已经在以上描述，但是，本发明能够具有其它实施方式并且能够以在阅读所公开的发明之后对本领域的技术人员显而易见的各种方式实践和实现，因此以上描述不应被认为排除这些其它实施方式。同样，应当理解本文中采用的措词和术语是为了描述的目的并不应被认为是限制。

Claims (10)

1.一种方法，包括：

在第一链路伙伴中接收来自第二链路伙伴的与在存储从所述第一链路伙伴接收的包时在所述第二链路伙伴处执行的字节扩展有关的信息；

从所述第一链路伙伴向所述第二链路伙伴传输包；并且

将所述第一链路伙伴中的信誉计数器调整与所传输的包的字节数加上由字节扩展信息指示的字节数对应的量。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括商议由所述信誉计数器使用的比特数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述商议包括使用数据中心桥接交换（DCBX）来商议。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括由所述第一链路伙伴基于所述信誉计数器的值确定是否传输所述包。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述确定包括确定所述信誉计数器的值是否指示所述第二链路伙伴具有比与待传输的下一包相关联的字节数更大的空间量。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括基于由所述第一链路伙伴从所述第二链路伙伴接收的同步包来调整所述信誉计数器的值，所述同步包使所述第一链路伙伴能够将所述信誉计数器的值与在所述第二链路伙伴中的第二信誉计数器的值同步。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述第一链路伙伴向所述第二链路伙伴传输同步包，所述同步包包括所述信誉计数器的值。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信誉计数器是循环计数器。

9.一种方法，包括：

由第一链路伙伴将与由所述第一链路伙伴执行的字节扩展有关的信息传输到第二链路伙伴；

由所述第一链路伙伴接收来自所述第二链路伙伴的包；

由所述第一链路伙伴将所述包的扩展存储在缓冲区中；以及

由所述第一链路伙伴基于所存储的所述包的扩展来调整信誉计数器。

10.一种方法，包括：

由第一链路伙伴将信誉计数器调整与传输包中的字节数加上由从第二链路伙伴接收的字节扩展信息指示的字节数对应的量，所述字节扩展信息指示由所述第二链路伙伴存储所述传输包所需的额外存储的量。

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