CN107864099A - 一种异构fc网络的流量控制方法及系统 - Google Patents

一种异构fc网络的流量控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种异构FC网络的流量控制方法及系统，该流量控制方法包括：在发送端中的P2P流控层上设置有信用计数器值和信用值，其中，信用计数器值初始化为0；发送端发送一个FC帧时，所述信用计数器值加1；当发送端接收到一个应答帧后，其信用计数器值减1；当信用计数器值小于信用值时，发送端继续发送FC帧，否则停止发送；接收端接收到一个FC帧时，检测缓存余量是否满足继续接收FC帧，若满足，则对应地反馈一个应答帧给发送端，否则不反馈应答帧。还涉一种流量控制系统，该流量控制系统包括：发送端、接收端。通过采用P2P流控层，可以及时协调不同协议的传输特性，大大提高网络带宽利用率，避免协议间的制约导致部分数据阻塞而降低传输效率。

Description

一种异构FC网络的流量控制方法及系统
技术领域
本发明属于流量控制领域，尤其涉及一种异构FC网络的流量控制方法及系统。
背景技术
随着FC技术的发展，除了军工、航空、航天领域，如弹载、车载、星载等领域也开展了FC技术的研究和FC产品的研发，由于不同领域的应用场景不同，各领域选用的FC协议也有所差异。目前FC-AE定义了5种上层协议，包括FC-AE-ASM、FC-AE-1553、FC-AE-VI、FC-AE-FCLP、FC-AE-RDMA。在一个具有多协议的FC网络，不同协议对业务的传输服务要求也不太相同，例如：FC-AE-1553协议是一种命令/响应式的通信模式，网络控制节点(NC)发送命令，在命令中明确消息的类型、传输源和目的设备、大小，对应的网络终端节点(NT)接受命令，根据接收数据、发送数据或者返回状态。网络中只有一个NC，可以有多个NT。因此FC-AE-1553协议是一种确定性网络服务，对时延的要求较高。
而IP over FC协议(RFC4338)定义了一种桥接方式，支持IPV4、IPV6协议接入到FC-2层的网络中，即在FC网络上运行IP协议，IP协议是一种面向无连接的协议，对网络的时延要求相对低一些。
假定异构FC网络节点处理IP数据的时延远大于FC-AE-1553数据，则在异构FC网络节点的前端buffer中积攒了越来越多的IP Over FC的数据帧。根据原有的B2B流控协议，当收端buffer满了之后，将不反馈R_RDY，当该情况持续下去，发端因信用计数器值达到信用值将停止发送所有数据帧。此时FC-AE-1553协议虽然自身具有较好的数据处理能力，但受IP Over FC业务的影响，也不能继续进行传输。
因此，当上层协议数据处理的效率出现较大的差别，且某种协议处理数据不及时将导致本设备的buffer塞满，虽然通过原有的流控协议保证本协议数据不丢失，但会影响其他上层协议的数据传输。对于强时效的协议，就会因为长时间被阻塞而导致整个交换的失败，即便有重传等可靠性的保护机制，但是网络的带宽利用率却大大降低。因而需要对这些流控策略进行改进，以适应不同协议的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：由于不同的协议之间会存在对网络的时延要求不同，导致在数据传输时有部分buffer不能够被及时传输而被塞满，从而导致了整个数据交换的失败。
为解决上面的技术问题，本发明提供了在FC-FS协议的FC-3层中定义一个P2P流控层，其中所述P2P流控层规定每个上层协议均有对应的独立存储空间，该流量控制方法包括：
S1，发送端中的所述P2P流控层上预设置信用计数器值和信用值，所述发送端给接收端发送一个FC帧，同时所述信用计数器值加1；
S2，当所述信用计数器值小于所述信用值时，所述发送端继续给所述接收端发送所述FC帧；
S3，所述接收端在接收到一个所述FC帧之后，对应地反馈一个应答帧给所述发送端；
S4，当所述发送端接收到一个所述应答帧后，其所述信用计数器值减1，返回步骤S2，直到所述接收端的缓存余量不足以存储一个所述FC帧，则停止反馈所述应答帧。
本发明的有益效果：通过采用P2P流控层，可以及时协调不同协议的传输特性，使得不仅可以保留原有协议的传输优越性，还可以协调网络中不同协议的带宽比例，大大提高网络带宽利用率，避免协议间的制约导致部分数据阻塞而降低传输效率，这样就满足了不同业务类型服务的不同需求，使流量传输服务更加符合应用实际。
进一步地，在执行步骤S1之前还包括：
所述发送端发送登录请求给所述接收端；
所述接收端根据所述登录请求反馈登录应答帧给所述发送端；
所述发送端根据所述登录应答帧，执行步骤S1。
进一步地，所述信用值是根据所述接收端反馈的所述登录应答帧设定的。
上述进一步地有益效果：通过根据应答帧进行设定信用值，这样更加有效地了解发送端的情况，根据发送对接收端匹配相应的参数，使得有针对性地适应该发送端的发送状况，提高协调控制的效率。
进一步地，所述登录应答帧包括：端口号信息、ID地址信息、区分协议的信用值信息、超时机制信息。
进一步地，所述S4中还包括：
所述发送端对接收的所述应答帧进行统计计数，并判断统计值与所述应答帧的序列值是否匹配；
若不匹配，则根据不匹配的所述应答帧，确定丢失的应答帧；
根据所述丢失的应答帧的数值N，将所述信用计数器值减少相应的数值N，执行步骤S2。
进一步地，该流量控制方法包括：当所述发送端接收到将所述信用计数器值重置的指令后，将所述信用计数器值初始化为0。
本发明还涉及一种异构FC网络的流量控制系统，该流量控制系统包括：发送端、接收端；其中在所述发送端中的FC-FS协议的FC-3层中定义一个P2P流控层，其中所述P2P流控层规定每个上层协议均有对应的独立存储空间；所述P2P流控层设置有信用计数器值和信用值；
所述发送端，用于给所述接收端发送一个FC帧，同时所述信用计数器值加1；当所述信用计数器值小于所述信用值时，继续给所述接收端发送所述FC帧；还用于当所述发送端接收到一个应答帧后，其所述信用计数器值减1；
所述接收端，用于在接收到一个所述FC帧之后，对应地反馈一个所述应答帧给所述发送端，直到所述接收端的缓存余量不足以存储一个所述FC帧，则停止反馈所述应答帧。
本发明的有益效果：通过采用P2P流控层，可以及时协调不同协议的传输特性，使得不仅可以保留原有协议的传输优越性，还可以协调网络中不同协议的带宽比例，大大提高网络带宽利用率，避免协议间的制约导致部分数据阻塞而降低传输效率，这样就满足了不同业务类型服务的不同需求，使的流量传输服务更加符合应用实际。
进一步地，在所述发送端和所述接收端进行所述FC帧交换之前，所述发送端，还用于发送登录请求给所述接收端，并接收所述接收端反馈的登录应答帧；
所述接收端，用于根据所述登录请求，反馈所述登录应答帧给所述发送端。
进一步地，所述信用值是根据所述接收端反馈的所述登录应答帧设定的。
上述进一步地有益效果：通过根据应答帧进行设定信用值，这样更加有效地了解发送端的情况，根据发送对接收端匹配相应的参数，使得有针对性地适应该发送端的发送状况，提高协调控制的效率。
进一步地，所述登录应答帧包括：端口号信息、ID地址信息、区分协议的信用值信息、超时机制信息。
附图说明
图1为本发明的一种异构FC网络的流量控制方法的流程图；
图2为本发明的一种异构FC网络的流量控制系统的示意图；
图3为实施例3中的FC网络点对点拓扑的分层流控架构的示意图；
图4为实施例3中的一种点对点拓扑下的流量控制方法的流程图；
图5为实施例3中的FC网络点对点的P2P流量控制的结构示意图；
图6为实施例4中P2P信用恢复的示意图；
图7为实施例6中的FC交换网络中的分层流控的结构示意图；
图8为实施例6中的FC交换设备交换模块的架构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例1提供的是一种异构FC网络的流量控制方法，在FC-FS协议的FC-3层中定义一个P2P流控层，其中所述P2P流控层规定每个上层协议均有对应的独立存储空间，该流量控制方法包括：
S1，发送端中的所述P2P流控层上预设置信用计数器值和信用值，所述发送端给接收端发送一个FC帧，同时所述信用计数器值加1；
S2，当所述信用计数器值小于所述信用值时，所述发送端继续给所述接收端发送所述FC帧；
S3，所述接收端在接收到一个所述FC帧之后，对应地反馈一个应答帧给所述发送端；
S4，当所述发送端接收到一个所述应答帧后，其所述信用计数器值减1，返回步骤S2，直到所述接收端的缓存余量不足以存储一个所述FC帧，则停止反馈所述应答帧。
需要说明的是，在本实施例1中是先在原有的FC-FS协议的FC-3层中定义一个P2P流控层，其P2P流控层类似于在FC-2P层和FC-2V层中分别定义B2B和E2E的流控层。这个P2P流控层是规定每个上层协议均有独立的内存buffer，其具体是：PP_Credit用于表示节点对应的协议栈可以接收多少个帧的缓存容量，最小值为1；PP_Credit_CNT表示发送端口已经占用了多少对应接收端口的缓存，也即是信用计数器值；发送端口不会发送一个FC帧(frame)，除非PP_Credit值大于PP_Credit_CNT，也就是说当信用计数器值小于信用值时，发送端继续给接收端发送FC帧，直到信用计数器值等于信用值时，就停止给接收端发送一个FC帧；发送端每发送一个FC帧，PP_Credit_CNT值加1，也就是信用计数器值加1；每接收到一个P_RDY(一个应答帧，表示可以正常接收)，信用计数器值减1；对于接收端，当收到frame后，如果该接收端的缓存buffer允许，应答反馈P_RDY，就会发送出一个应答帧给发送端；要求P_RDY必须是对应协议栈的buffer反馈信息，也即是接收的P_RDY能够解析分类P_RDY，且P_RDY是允许向FC-4层以上透传的。
关于P_RDY格式的设置是：P_RDY的FC帧由SOF、FC-2层包头、CRC校验和EOF组成，一共36字节。如表一所示：
(4) (24) (4) (4)
SOF FC-2Header CRC EOF
对于上述P_RDY的FC-2Header帧格式定义，如表二所示如下：
其中关于R_CTL部分
(1)R_CTL若为目标帧类型，P_RDY的R_CTL填写0xCB，链路控制帧类中的自定义；
(2)发送和目的ID地址交换；
(3)OX_ID和RD_ID交换源和目的的交换ID号；
(4)其他参数同接收帧；
(5)TYPE是区分不同协议的关键参数，例如FC-AE-1553帧的TYPE类型为48，IPOver FC的TYPE值为05。
可选地，在另一实施例2中在执行步骤S1之前还包括：
所述发送端发送登录请求给所述接收端；
所述接收端根据所述登录请求反馈登录应答帧给所述发送端；
所述发送端根据所述登录应答帧，执行步骤S1。
需要说明的是，当属于点对点控制方式时，一般采用的是隐式登录，其表示接收端和发送端是已经确定的，直接可以执行步骤S1。而对于显式登录，则显式登录需要节点设备(发送端)和交换设备(接收端)进行一次握手，从而获取相关信息。在FC-LS-2的协议中定义的LOGI(登录)和LOGO(登出)协议就是用于支持这样的一次握手。通过登录协议，交换机可以获得节点设备的端口号、ID地址、区分协议的信用值、超时机制等信息。
另外，在本实施例2中显式LOGI(登录)依据原有协议，利用Common Service和32～61字中的保留字段对P2P相关参数进行定义。Common Service的Word1-Bit[25]定义为PP_Credit Management，当该值为1时，P2P信用流控功能激活，否则不启动。Common Service的Word2-Bit[27:24]定义为P2P Protocol count，表示支持的FC-4上层的协议有多少个，有效范围为1～8，在PP_Credit Management置位时有效。
下面用实施例3对P2P流控层进行流量控制，比如：
实施例3，如图3所示，是FC网络点对点拓扑的分层流控架构，B2B流控在FC-2P层每个端口拥有一个buffer，不区分交换、不区分协议，只对每个设备在FC-2帧发送和接收前进行最底层的流量控制。E2E流控在FC-2V层，每个交换拥有一个独立的buffer，不区分协议，对于交换中的每个序列进行流量控制。
如图4所示，对应该对点拓扑的分层流控架构还涉及一种点对点拓扑下的流量控制方法，该流量控制方法包括：
如图5所示，在P2P流控层在不同协议的通道上，每个通道均建立有独立内存buffer，发送端负责P2P的信用管理，接收端负责根据对应协议的buffer使用情况，左端为4层协议的发送端，右端为4层协议对应的接收端，假定接收端buffer缓存容量为3，即信用值为3。发送端的协议层要发送帧数为4的FC帧，其过程如下：
S21，先在发送端中设置P0的P2P信用值PP_Credit＝3和信用计数器值PP_Credit_Cnt初始化为0，所述发送端给接收端发送一个Frame，同时所述信用计数器值加1，其中所述信用值小于或者等于接收端的缓存容量；
S22，发送端发送P0的Frame1，当检测到SOF从FC-3层发送给FC-2层时，PP_Credit_CNT值加1，变为1；
S23，当发送端的PP_Credit_CNT小于PP_Credit值3的情况下，继续发送frame；
S24，当发送端发送Frame3后，PP_Credit_Cnt值已经累加到3，其信用计数器值PP_Credit_Cnt等于P2P的信用值3，则暂停发送P0的frame；
S25，当发送端收到接收端反馈的P_RDY后，PP_Credit_CNT值减1，由于信用计数器值PP_Credit_Cnt减少了1，所以其又小于P2P的信用值3，发送端可以继续发送frame；
S26，当发送端发送的frame，都接收到对应反馈的P_RDY，则信用计数器值恢复到0值。
可选地，在另一实施例4中所述S4中还包括：
所述发送端对接收的所述应答帧进行统计计数，并判断统计值与所述应答帧的序列值是否匹配；
若不匹配，则根据不匹配的所述应答帧，确定丢失的应答帧；
根据所述丢失的应答帧的数值N，将所述信用计数器值减少相应的数值N，执行步骤S2。
需要说明的是，在本实施例4中当存在一些特别情况时，当同一个交换的SEQ_CNT值不连续(SEQ_CNT：FC帧头中的特定标识位，表示交换中每个序列的序列号)，当发送方接收到新交换的P_RDY，但之前交换的P_RDY还没有到收时，当PP_Credit值恢复到0时，当收到Link Credit Reset时，出现上述情况都会进行信用计数器值恢复。
如图6所示，下面是对当发送方接收到新交换的P_RDY，但之前交换的P_RDY还没有到收时，进行信用值恢复过程：
在交换进行中，由于某种原因(链路故障、发送失败、接收处理故障或转发过程中出现故障)，Seq0的Frame3没有发送到接收端，或Seq0Frame3的P_RDY帧没有发送到发送端，P_RDY直接跳到了下一个交换。当发送端收到Seq1的第一个P_RDY后，应当检测到上一个交换的P_RDY是否有接收到。根据上一个交换没有收到的P_RDY个数N，信用计数器值相应减N。如图6中漏传一个，信用计数器值所以减1，同时还要为当前收到的Seq1的P_RDY信用计数器值减1。
可选地，在另一实施例5中该流量控制方法还包括：当所述发送端接收到将所述信用计数器值重置的指令后，将所述信用计数器值初始化为0。
还需要说明的是，在上述的实施例1-实施例5中对于不同协议的流量控制，也可以从FC的2M层就分开，每个上层协议具有独立2V通道，由FC协议中Class 2的E2E流控实现不同协议的控制。该方案使FC节点设备和交换设备的资源消耗变大，随着支持的协议数增多，对于节点设备成倍数增加，对于交换设备成指数增加。此外还要求全网支持Class2服务，而Class2服务本身就是一个带应答的通讯协议，网络带宽量较大。
通过上述的实施例1-实施例5，在本实施例6中还提出了一种FC交换设备中交换单元的模型，如图7所示，FC交换网络中的分层流控的结构示意图，对于FC网络的交换设备，通常交换模块的端口数与交换设备的外部接口数目相同。因此对于交换设备其P2P流控层的Buffer应放在交换单元中，这就要求交换单元对于每个输入端口要区分协议进行缓存处理。为了减少交换模块对于FC协议本身的处理和维护，功能可以更加有针对的处理帧交互，将FC上层协议的解析等复杂功能放在FC-3模块中，并通过某种约定的标志位告知交换模块待转发帧的协议类型编号。
如图8所示，FC交换设备交换模块架构示意图，以一个4X4的Crossbar架构的交换模块为例，说明交换模块的架构如何支持P2P流控协议。交换模块由五部分组成，分别为输入、P2P缓存、虚拟输出队列(VOQ)、仲裁器(ARB)和输出单元。
◆输入的FC帧依据约定的格式，判断协议类型号，将数据放入对应的P2P Buffer中；
◆每个P2P buffer依据P2P流控协议与对应端口的对应协议进行独立的流量控制；
◆每个P2P Buffer再依据帧的目的端口，进行分类；
◆依据目的端口，将之前的分类的数据重新进行分组，形成虚拟的输出队列；
◆每个输出端口对所有要转发给该端口的输入数据进行仲裁；
◆仲裁器可依据用户配置，对不同协议进行多优先级的仲裁策略；
◆输出端口依据仲裁，将虚拟输出队列中的选中数据释放；
通过增加具有P2P缓存和虚拟输出队列的交换结构，不仅可以支持P2P流控协议，还可以根据网络或用户特定需要进行差异化的网络转发服务。
相应地，如图2所示，本发明实施例8还提供一种异构FC网络的流量控制系统，该流量控制系统包括：发送端、接收端；其中在所述发送端中的FC-FS协议的FC-3层中定义一个P2P流控层，其中所述P2P流控层规定每个上层协议均有对应的独立存储空间；所述P2P流控层设置有信用计数器值和信用值；
所述发送端，用于给所述接收端发送一个FC帧，同时所述信用计数器值加1；当所述信用计数器值小于所述信用值时，继续给所述接收端发送所述FC帧；还用于当所述发送端接收到一个应答帧后，其所述信用计数器值减1；
所述接收端，用于在接收到一个所述FC帧之后，对应地反馈一个所述应答帧给所述发送端，直到所述接收端的缓存余量不足以存储一个所述FC帧，则停止反馈所述应答帧。
可选地，在另一实施例9中在所述发送端和所述接收端进行所述FC帧交换之前，所述发送端，还用于发送登录请求给所述接收端，并接收所述接收端反馈的登录应答帧；
所述接收端，用于根据所述登录请求，反馈所述登录应答帧给所述发送端。
可选地，在另一实施例10中所述信用值是根据所述接收端反馈的所述登录应答帧设定的。
可选地，在另一实施例11中所述登录应答帧包括：端口号信息、ID地址信息、区分协议的信用值信息、超时机制信息。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异构FC网络的流量控制方法，其特征在于，在FC-FS协议的FC-3层中定义一个P2P流控层，其中所述P2P流控层规定每个上层协议均有对应的独立存储空间，该流量控制方法包括：
S1，发送端中的所述P2P流控层上预设置信用计数器值和信用值，所述发送端给接收端发送一个FC帧，同时所述信用计数器值加1；
S2，当所述信用计数器值小于所述信用值时，所述发送端继续给所述接收端发送所述FC帧；
S3，所述接收端在接收到一个所述FC帧之后，对应地反馈一个应答帧给所述发送端；
S4，当所述发送端接收到一个所述应答帧后，其所述信用计数器值减1，返回步骤S2，直到所述接收端的缓存余量不足以存储一个所述FC帧，则停止反馈所述应答帧。
2.根据权利要求1所述的流量控制方法，其特征在于，在执行步骤S1之前还包括：
所述发送端发送登录请求给所述接收端；
所述接收端根据所述登录请求反馈登录应答帧给所述发送端；
所述发送端根据所述登录应答帧，执行步骤S1。
3.根据权利要求2所述的流量控制方法，其特征在于，所述信用值是根据所述接收端反馈的所述登录应答帧设定的。
4.根据权利要求2或3所述的流量控制方法，其特征在于，所述登录应答帧包括：端口号信息、ID地址信息、区分协议的信用值信息、超时机制信息。
5.根据权利要求1-3任一所述的流量控制方法，其特征在于，所述S4中还包括：
所述发送端对接收的所述应答帧进行统计计数，并判断统计值与所述应答帧的序列值是否匹配；
若不匹配，则根据不匹配的所述应答帧，确定丢失的应答帧；
根据所述丢失的应答帧的数值N，将所述信用计数器值减少相应的数值N，执行步骤S2。
6.根据权利要求1-3任一所述的流量控制方法，其特征在于，该流量控制方法还包括：当所述发送端接收到将所述信用计数器值重置的指令后，将所述信用计数器值初始化为0。
7.一种异构FC网络的流量控制系统，其特征在于，利用所述1-6任一所述的流量控制方法，该流量控制系统包括：发送端、接收端；其中在所述发送端中的FC-FS协议的FC-3层中定义一个P2P流控层，其中所述P2P流控层规定每个上层协议均有对应的独立存储空间；所述P2P流控层设置有信用计数器值和信用值；
所述发送端，用于给所述接收端发送一个FC帧，同时所述信用计数器值加1；当所述信用计数器值小于所述信用值时，继续给所述接收端发送所述FC帧；还用于当所述发送端接收到一个应答帧后，其所述信用计数器值减1；
所述接收端，用于在接收到一个所述FC帧之后，对应地反馈一个所述应答帧给所述发送端，直到所述接收端的缓存余量不足以存储一个所述FC帧，则停止反馈所述应答帧。
8.根据权利要求7所述的流量控制系统，其特征在于，在所述发送端和所述接收端进行所述FC帧交换之前，所述发送端，还用于发送登录请求给所述接收端，并接收所述接收端反馈的登录应答帧；
所述接收端，用于根据所述登录请求，反馈所述登录应答帧给所述发送端。
9.根据权利要求8所述的流量控制系统，其特征在于，所述信用值是根据所述接收端反馈的所述登录应答帧设定的。
10.根据权利要求8或9所述的流量控制系统，其特征在于，所述登录应答帧包括：端口号信息、ID地址信息、区分协议的信用值信息、超时机制信息。
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