CN114866477A

CN114866477A - 一种网络设备拥塞控制机制的测试方法、系统及设备

Info

Publication number: CN114866477A
Application number: CN202210419790.1A
Authority: CN
Inventors: 吴莹
Original assignee: Inspur Cisco Networking Technology Co Ltd
Current assignee: Inspur Cisco Networking Technology Co Ltd
Priority date: 2022-04-21
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2022-08-05

Abstract

本申请公开了一种网络设备拥塞控制机制的测试方法、系统及设备，用以解决现有的拥塞控制机制测试组网架构较为复杂的技术问题。其中，方法应用于预先构建的测试拓扑网络，测试拓扑网络包括发送端服务器、网络设备和接收端服务器，方法包括：网络设备对出口配置限速功能，以使测试拓扑网络的拥塞控制机制生效；在拥塞控制机制生效的情况下，网络设备修改发送端服务器发送的IP报文中的第一指定字段，并将修改后的IP报文转发至接收端服务器；网络设备接收接收端服务器发送的拥塞通告报文，并将拥塞通告报文转发至发送端服务器，以使发送端服务器根据拥塞通告报文进行数据流量控制。

Description

一种网络设备拥塞控制机制的测试方法、系统及设备

技术领域

本申请涉及拥塞控制技术领域，具体涉及一种网络设备拥塞控制机制的测试方法、系统及设备。

背景技术

近年来，随着数据中心行业的快速发展，计算云化、存储云化等对数据中心网络提出了更高的要求。为了解决数据中心内部爆炸式增长的数据存储和读取效率的问题，远程直接数据存取技术(Remote Direct Memory Access，RDMA)应运而生，通过允许用户态的应用程序直接读取和写入远程内存，而无需CPU介入多次拷贝内存，并可绕过内核直接向网卡写数据，实现了高吞吐量、超低时延和低CPU开销的效果。

而当前RDMA在以太网上的传输协议是RoCEv2，它是基于无连接协议的UDP协议，相比面向连接的TCP协议，UDP协议更加快速，占用CPU资源更少，但其不像TCP协议有滑动窗口、确认应答等机制来实现可靠传输，一旦出现丢包，依靠上层应用检查到了再做重传，会极大降低RDMA的传输效率。因此，若想发挥出RDMA的最佳性能，突破数据中心大规模分布式系统的网络性能瓶颈，需要为RDMA搭建一套不丢包的无损网络环境，而实现无损网络环境的关键就在于如何解决网络拥塞。

拥塞控制机制(Explicit Congestion Notification，ECN)是构建无损以太网的技术手段之一，其定义了一种基于IP程及传输层的流量控制及端到端的拥塞通知机制。ECN功能利用IP报文头中的DS域来标记报文传输路径上的拥塞状态。支持该功能的终端设备可以通过报文内容判断出传输路径上发生了拥塞，从而调整报文的发送方式，避免拥塞加剧。

然而，传统的无损网络测试架构通常需架设大量的服务器设备和网络设备，拓扑结构复杂，难以快速实现对网络设备ECN功能的性能测试。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，应用于预先构建的测试拓扑网络，所述测试拓扑网络包括发送端服务器、网络设备和接收端服务器，所述方法包括：

所述网络设备对出口配置限速功能，以使所述测试拓扑网络的拥塞控制机制生效；

在所述拥塞控制机制生效的情况下，所述网络设备修改所述发送端服务器发送的IP报文中的第一指定字段，并将修改后的所述IP报文转发至所述接收端服务器；

所述网络设备接收所述接收端服务器发送的拥塞通告报文，并将所述拥塞通告报文转发至所述发送端服务器，以使所述发送端服务器根据所述拥塞通告报文进行数据流量控制。

在本申请的一种实现方式中，所述网络设备修改所述发送端服务器发送的报文中携带的拥塞标记之前，所述方法还包括：

所述发送端服务器将IP报文中的第一指定字段标记为初始状态，并向所述接收端服务器发送所述IP报文；所述初始状态表示所述IP报文支持拥塞控制功能。

在本申请的一种实现方式中，将修改后的所述IP报文转发至所述接收端服务器之后，所述方法还包括：

所述接收端服务器接收所述IP报文后，生成拥塞通告报文，并对所述拥塞通告报文中的第二指定字段添加相应的拥塞标记；所述拥塞标记与所述第一指定字段的拥塞状态相对应；

按照预设时间间隔，向所述测试拓扑网络内发送所述拥塞报告报文。

在本申请的一种实现方式中，所述发送端服务器和所述接收端服务器设有用于支持RoCEv2协议的网卡。

在本申请的一种实现方式中，所述网络设备修改所述发送端服务器发送的IP报文中的第一指定字段，具体包括：

所述网络设备将所述IP报文中的第一指定字段由初始状态修改为拥塞状态，以指示所述测试拓扑网络中发生拥塞。

在本申请的一种实现方式中，所述网络设备接收所述接收端服务器发送的拥塞通告报文，具体包括：

所述网络设备在接收到拥塞通告报文后，将所述拥塞通告报文携带的路由信息记录于所述网络设备的流表表项中，以通过所述流表表项，确定携带有所述拥塞标记的报文的转发路径。

在本申请的一种实现方式中，所述发送端服务器根据所述拥塞通告报文进行数据流量控制，具体包括：

所述发送端服务器根据所述拥塞通告报文，向应用层发送数据率降速请求，以降低所述应用层的数据打包速率或数据编码速率，实现对于所述应用层在单个往返时间内发送的数据流量的控制。

在本申请的一种实现方式中，降低所述应用层的数据打包速率或数据编码速率，具体包括：

确定所述应用层提交的多个传输任务对应的网络带宽分配请求，并根据所述网络带宽分配请求，确定所述多个传输任务的优先级；

按照所述优先级的顺序，对所述多个传输任务进行降序排列，以得到传输任务序列；

根据所述传输任务序列，降低所述多个传输任务的数据打包速率或数据编码速率。

本申请实施例提供了一种网络设备拥塞控制机制的测试系统，其特征在于，所述系统包括发送端服务器、网络设备和接收端服务器；

所述网络设备用于对出口配置限速功能，以使所述测试拓扑网络的拥塞控制机制生效；

在所述拥塞控制机制生效的情况下，所述网络设备用于修改所述发送端服务器发送的IP报文中的第一指定字段，并将修改后的所述IP报文转发至所述接收端服务器；

所述网络设备用于接收所述接收端服务器发送的拥塞通告报文，并将所述拥塞通告报文转发至所述发送端服务器，以使所述发送端服务器根据所述拥塞通告报文进行数据流量控制。

本申请实施例提供了一种网络设备拥塞控制机制的测试设备，其特征在于，所述设备包括：

至少一个处理器；

以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

对出口配置限速功能，以使所述测试拓扑网络的拥塞控制机制生效；

在所述拥塞控制机制生效的情况下，修改发送端服务器发送的IP报文中的第一指定字段，并将修改后的所述IP报文转发至接收端服务器；

接收所述接收端服务器发送的拥塞通告报文，并将所述拥塞通告报文转发至所述发送端服务器，以使所述发送端服务器根据所述拥塞通告报文进行数据流量控制。

通过本申请提出的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法能够带来如下有益效果：

通过发送端服务器、网络设备和接收端服务器构建简易的测试拓扑网络，并通过对网络设备的出口配置限速功能，模拟测试拓扑网络内发生拥塞，从而触发生效网络拥塞控制机制，实现了在该测试拓扑网络下对于拥塞控制机制的测试，相较于传统测试系统来说，组网架构相对简单，且测试效率更快。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种网络设备拥塞控制机制的传统测试系统的架构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种网络设备拥塞控制机制的简易测试系统的架构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种网络设备拥塞控制机制的测试设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请实施例提供的一种网络设备拥塞控制机制的传统测试系统的架构示意图。如图1所示，传统的网络拥塞控制机制测试系统为leaf/spine组网结构，若要实现ECN功能的测试，需要在leaf设备和spine设备之间部署PFC流量控制技术，同时还需确保spine设备支持基于拥塞的ECN标记，leaf设备在支持基于拥塞的ECN标记的同时，还能够支持与服务器之间基于PFC的流量控制。由此可知，传统测试系统架构复杂，且要求该架构组网下所设的网络设备和服务器能够支撑完备的测试功能。

因此，本申请实施例提供了一种简易测试系统，通过较为简单的网络拓扑结构便可实现拥塞控制机制的测试，从而降低组网复杂度，提高测试效率。

图2为本申请实施例提供的一种网络设备拥塞控制机制的简易测试系统的架构示意图。如图2所示，简易测试系统包括发送端服务器A、网络设备B和接收端服务器C。

其中，发送端服务器A用于发送IP报文，以及根据网络设备B转发的拥塞通告报文进行数据流量控制。

网络设备B用于对出口配置限速功能，以使测试拓扑网络的拥塞控制机制生效；

在拥塞控制机制生效的情况下，网络设备B用于修改发送端服务器A发送的IP报文中的第一指定字段，并将修改后的IP报文转发至接收端服务器C；

网络设备B用于接收接收端服务器C发送的拥塞通告报文，并将拥塞通告报文转发至发送端服务器A，以使发送端服务器A根据拥塞通告报文进行数据流量控制。

接收端服务器C，用于生成并下发拥塞控制报文。

与上述提到的网络设备拥塞控制机制的测试系统相对应的，本申请实施例还提供了一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，包括：

S101：网络设备对出口配置限速功能，以使测试拓扑网络的拥塞控制机制生效。

网络设备是一种能够进行数据包的封装转发功能的设备，比如，路由器、交换机等。在本申请实施例提供的系统架构中，网络设备可采用路由器，用以实现发送端服务器和接收端服务器之间的网络互联和数据交换。

在本申请实施例中，发送端服务器和接收端服务器设有用于支持RoCEv2协议的网卡，在网络发生拥塞时通过拥塞控制机制(以下简称ECN)发送拥塞通知。而RoCEv2协议的封装手段是将RDMA数据段封装在UDP数据段内，加上UDP头部，再加上IP头部，最后再加上以太网头部。一旦RoCEv2流量出现了拥塞，ECN会通过数据包的IP头部的DS域来标记报文传输路径上的拥塞状态。上述过程可标记IP报文头部的ECN字段，当被标记过的数据包到达目的设备时，拥塞通知就会被反馈给源设备，源设备可通过限制网络数据包的传输速率来应对网络拥塞。

发送端服务器和接收端服务器均采用RoCEv2协议，其支持ECN功能。发送端服务器在发送报文前，为表示发送端服务器支持ECN功能，需将IP报文中的第一指定字段(也就是ECN字段)标记为初始状态，并通过IP软件向接收端服务器发送上述IP报文。其中，初始状态为0x01或者0x10，用于表示IP报文支持拥塞控制功能。

在一个实施例中，网络设备可通过配置命令qos shape rate 10000，对其出口配置限速功能，以此来模拟网络发生堵塞。在网络发生堵塞的情况下，测试拓扑网络的拥塞控制机制生效。

S102：在拥塞控制机制生效的情况下，网络设备修改发送端服务器发送的IP报文中的第一指定字段，并将修改后的IP报文转发至接收端服务器。

在测试拓扑网络的拥塞控制机制生效后，网络设备若要继续对外转发IP报文，需将IP报文中的第一指定字段由初始状态修改为拥塞状态0x11，并对修改后的IP报文继续转发流程，直至到达接收端服务器。接收端服务器在接收到该IP报文后，可通过ECN标记获知当前网络内存在拥塞。

S103：网络设备接收接收端服务器发送的拥塞通告报文，并将拥塞通告报文转发至发送端服务器，以使发送端服务器根据拥塞通告报文进行数据流量控制。

接收端服务器在接收到IP报文且识别出ECN字段被标记为0x11之后，生成拥塞通告报文也就是CNP报文，拥塞通告报文的第二指定字段(即ECN字段)被标记为0x11。这样，拥塞通告报文携带有拥塞标记，该拥塞标记和IP报文中的第一指定字段的拥塞状态相对应，用于表示接收端服务器当前已经知悉网络发生拥塞。在对拥塞通告报文进行标记后，按照预设的时间间隔，向测试拓扑网络内不间断地发送拥塞通告报文，以通知发送端服务器其已经接收到了来自网络设备的拥塞通知。

在一个实施例中，网络设备在接收到来自接收端服务器的拥塞通告报文后，能够将拥塞通告报文中携带的路由信息记录于其对应的流表表项中。路由信息是用于指示报文转发路径的信息，比如目的地址，源地址，生存时间等，通过记录上述路由信息，可在后续收到携带有拥塞标记的IP报文时，基于学习到的流表表项信息，直接向源设备直接发送拥塞通告报文，这样就无需将IP报文转发至目的设备，缩短了拥塞反馈的时间，能够及时缓解网络拥塞，提高了拥塞控制效率。

网络设备将拥塞通告报文转发至发送端服务器，发送端服务器在接收到携带有0x11标记的拥塞通告报文后，向应用层发送数据率降速请求，从而使得应用层降低数据打包速率或数据编码速率，通过控制应用层在单个往返时间内发送的数据流量，缓解网络拥塞。

在一个实施例中，在降低数据打包速率或数据编码速率的时候，由于应用层提交的传输任务所需的带宽资源均不同，因此，在对应用数据流进行降速时，可按照应用层提交的传输任务的优先级依次进行。

具体地，确定应用层提交的多个传输任务对应的网络带宽分配请求，并根据网络带宽分配请求，确定多个传输任务的优先级。传输任务所需分配的网络带宽越多，表明其所需使用的网络资源也越多，对应优先级也就越大。对多个传输任务进行降序排列，从而得到按照优先级由小到大的顺序排列的传输任务序列。在得到传输任务序列后，根据传输任务序列中各传输任务的排列顺序，依次降低数据打包速率或数据编码速率。根据不同传输任务所需的网络带宽，对其进行优先级的排序，这样在对数据率进行限制时，能够确保发生网络拥塞时，所需带宽资源较大的传输任务可以正常执行。

以上为本申请提出的方法实施例。基于同样的思路，本说明书一个或多个实施例还提供了上述方法对应的设备。

图4为本申请实施例提供的一种网络设备拥塞控制机制的测试设备的结构示意图，如图4所示，设备包括：

至少一个处理器；

以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：

对出口配置限速功能，以使测试拓扑网络的拥塞控制机制生效；

在拥塞控制机制生效的情况下，修改发送端服务器发送的IP报文中的第一指定字段，并将修改后的IP报文转发至接收端服务器；

接收接收端服务器发送的拥塞通告报文，并将拥塞通告报文转发至发送端服务器，以使发送端服务器根据拥塞通告报文进行数据流量控制。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，其特征在于，应用于预先构建的测试拓扑网络，所述测试拓扑网络包括发送端服务器、网络设备和接收端服务器，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，其特征在于，所述网络设备修改所述发送端服务器发送的报文中携带的拥塞标记之前，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，其特征在于，将修改后的所述IP报文转发至所述接收端服务器之后，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，其特征在于，所述发送端服务器和所述接收端服务器设有用于支持RoCEv2协议的网卡。

5.根据权利要求1所述的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，其特征在于，所述网络设备修改所述发送端服务器发送的IP报文中的第一指定字段，具体包括：

6.根据权利要求3所述的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，其特征在于，所述网络设备接收所述接收端服务器发送的拥塞通告报文，具体包括：

7.根据权利要求1所述的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，其特征在于，所述发送端服务器根据所述拥塞通告报文进行数据流量控制，具体包括：

8.根据权利要求7所述的一种网络设备拥塞控制机制的测试方法，其特征在于，降低所述应用层的数据打包速率或数据编码速率，具体包括：

9.一种网络设备拥塞控制机制的测试系统，其特征在于，所述系统包括发送端服务器、网络设备和接收端服务器；

10.一种网络设备拥塞控制机制的测试设备，其特征在于，所述设备包括：

至少一个处理器；

以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，