CN117675705A - 一种网络链路层的流控包更新方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种网络链路层的流控包更新方法和装置，该方法包括：获取当前数据包的包尾位置，同时监测虚拟通道缓存的流控信用值，如果所述包尾位置存在空余空间，或者所述流控信用值的变化量达到预设阈值，则发起流控包产生请求；响应于所述流控包产生请求，产生链路层的流控包，并根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级；将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接，如果拼接成功，则将所述流控包与相应的数据包一起发送到物理层，如果高优先级的流控包拼接失败，则通过对后续数据包进行反压，将流控包进行单独发送。本发明的技术方案节省了链路带宽，提高带宽利用率。
Description
技术领域
本发明属于网络传输领域，特别涉及一种网络链路层的流控包更新方法和装置。
背景技术
无限带宽(InfiniBand，IB)网络是一种用于高性能计算的计算机网络通信标准，应用于计算机之间的数据互连。IB网络也用作服务器与存储系统之间的直接或交换互连，以及存储系统之间的互连。因此IB网络对传输有高带宽、低延迟和可增强的扩展性要求。
随着IB网络的带宽越来越高，在IB产品中，数据码流经串行器/解串器Serdes解串后的单拍传输位宽较大，而IB数据包的载荷在0到4KB之间，链路层的数据包与数据包，或者数据包与流控包之间没有拼包的发送要求，数据包的包尾一般存在较多的无效数据空间，存在数据包尾不占满单拍位宽的问题，往往会造成带宽的大量浪费。
IB链路层中，虚拟通道缓存VL Buffer的基于信用的流控机制定义了通过定时器控制的周期性发送流控包，来定期同步VL buffer之间的流控初始化以来发送包的总块数FCTBS与流控信用额度FCCL。这种定期更新同步，往往会存在流控信用反馈不及时，造成高速网络链路的发包阻塞问题。IB定义的流控包FCP只有64位，单独占用一时钟周期发送，也会带来更多的带宽浪费，无法满足IB等高速网络传输的高带宽、低延迟和可增强的扩展性要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网络链路层的流控包更新方法和装置，旨在提高链路的带宽利用率。
根据本发明的第一方面，提供了一种网络链路层的流控包更新方法，包括：
获取当前数据包的包尾位置，同时监测虚拟通道缓存的流控信用值，如果所述包尾位置存在空余空间，或者所述流控信用值的变化量达到预设阈值，则发起流控包产生请求；
响应于所述流控包产生请求，产生链路层的流控包，并根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级；
将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接，如果拼接成功，则将所述流控包与相应的数据包一起发送到物理层，如果高优先级的流控包拼接失败，则通过对后续数据包进行反压，将流控包进行单独发送。
优选地，所述监测虚拟通道缓存的流控信用值，进一步包括：
监测所述虚拟通道缓存的发送方向的FCTBS信用值或监测所述虚拟通道缓存的接收方向的FCCL信用值，计数累加所述FCTBS或FCCL信用值的变化量。
优选地，所述根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级，进一步包括：
如果所述FCCL信用值的变化量达到对应的阈值，则确定所述流控包为高优先级；
如果所述包尾位置存在空余空间或者所述FCTBS信用值的变化量达到对应的阈值，则确定所述流控包为低优先级。
优选地，在将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接之后，进一步包括：
如果低优先级的流控包拼接失败，则丢弃该流控包。
优选地，所述网络为InfiniBand网络。
根据本发明的第二方面，提供了一种网络链路层的流控包更新装置，包括：
流控包触发模块，用于获取当前数据包的包尾位置，同时监测虚拟通道缓存的流控信用值，如果所述包尾位置存在空余空间，或者所述流控信用值的变化量达到预设阈值，则发起流控包产生请求；
流控包产生模块，用于响应于所述流控包产生请求，产生链路层的流控包，并根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级；
拼包模块，用于将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接，如果拼接成功，则将所述流控包与相应的数据包一起发送到物理层；
高优先级包检测模块，用于在高优先级的流控包在拼接失败时，通过对后续数据包进行反压，将流控包进行单独发送。
相比于现有技术，本发明的技术方案具备以下优点：
1、以IB网络为例，通过改进的流控更新方法，在协议通过定时器触发流控信用的基础上，新增通过监控FCTBS/FCCL信用的变化量来主动更新链路的流控信用，其反馈的链路信用比传统的定时器反馈的更加及时准确，减少了链路因为流控信用更新不及时而导致发包阻塞的问题，保证链路的传输性能。增加监控信用的变化量来触发流控包，使整个链路其产生流控包的条件更加具备灵活性，以及触发范围更加广，更有效保证链路的流控信用更新及时。该信用更新机制不仅适配IB网络，并且也适用于PCIe等对VC buffer的流控信用更新机制，可兼容所有基于信用的流控机制，具有可扩展性。
2、通过获取数据包尾空间，在数据报文的包尾与流控包进行拼包的方式，节省了链路带宽，同时提出数据包与多个VL(不限定VL的个数)流控包进行RR与SP调度的轮询拼包思路(低优先级的流控包进行RR调度的拼包发送，确保不同VL流控信用的公平更新，高优先级的流控包SP调度优先拼包发送，确保高优先级的流控包的及时更新)，在通过拼包电路节省链路带宽的同时，保证了低优先级流控包的公平性，并且高优先级流控包的及时更新。
3、通过不同优先级流控包的发送方式，确保高优先级必须发出，低优先级仅当包尾空间足够时发出。在产生流控包的同时，清除了协议定时器与自定义事件的计数值，从而减小链路带宽占用。在节省带宽的同时，保证了高优先级流控包的更新发出。事件触发流控包的功能都支持独立使能，关闭后为标准IB协议实现。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可以通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构和流程来实现和获取。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的是，下面描述中的附图是本发明的某些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1是根据本发明的网络链路层的流控包更新方法的流程图。
图2是根据本发明的流控包更新方案结构图。
图3是根据本发明的拼包与流控管理的模块框图。
图4是根据本发明的拼包模块与高优先级包检测模块的框图。
图5是根据本发明的拼包与流控更新过程的流程图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于以上分析，本发明提出一种网络链路层的流控包更新方法和装置，在接收上游的数据包时，通过获取包尾位置，标记数据包包尾的空余空间，当包尾存在空余空间时，通知流控单元flow_ctrl产生流控包，主动在数据包尾轮询拼接待发送的流控包(流控包的长度一般很小，以IB网络为例，只有64位)，最大程度保证数据包的包尾无效位宽的利用，以达到节省链路带宽的目的，提高链路的带宽利用率。同时采用流控包更新机制，相较于传统协议仅定期同步FCTBS与FCCL，本发明通过监控VL buffer的流控信用事件来触发产生流控包，通过主动检测计算VL Buffer的流控信用FCTBS与FCCL的变化，当信用变化量达到预设阈值后，主动产生流控包进行拼包发送。流控包发出后，清除协议定义的计时器Timer或者事件event触发的计数值，以推迟下次流控包发送时间，减小链路带宽占用。本发明提出流控包的优先级设计方案，定义FCCL、Timer两种事件触发的流控包为高优先级流控包，在普通数据包的包尾满足拼接发送的条件时进行拼接发送，拼接失败则反压后面新接收的普通数据包，优先发送该高优先级流控包。定义FCTBS、包长两种事件触发的流控包为低优先级流控包，在普通数据包的包尾可拼接发送的情况下尽量拼接发送，拼接失败的情况下丢弃该低优先级流控包，暂不发送，从而更加及时、高效地反馈VL Buffer之间的流控信用信息，使VL Buffer不会因为信用更新不及时而造成链路发送端发包阻塞，提高链路的传输性能。
参见图1的流程图，本发明提供的所述网络链路层的流控包更新方法包括：
步骤101：获取当前数据包的包尾位置，同时监测虚拟通道缓存的流控信用值，如果所述包尾位置存在空余空间，或者所述流控信用值的变化量达到预设阈值，则发起流控包产生请求。
图2的方案结构图示出了本发明的整个物理链路的原理实现方案。
传统方案中，协议流控包的产生条件为定时器计数达到阈值。基于此，本发明增加流控包的产生条件如下：
1、发送端FCTBS的增加量达到阈值。
2、接收端FCCL的增加量达到阈值。
3、检测到存在拼包空间。
首先获取数据包的包尾位置，标记数据包的包尾空余空间，当确定包尾存在空余空间时，发起流控包产生请求。计算VL Buffer的流控信用FCTBS、FCCL的变化，当变化量达到预设阈值后，发起流控包产生请求。定时器计数达到阈值后，发起流控包产生请求。
整个方案的实现框图如图3所示，主要包括流控包触发模块、流控产生模块、拼包模块和高优先级包检测模块。
所述流控包触发模块，用于获取数据包的包尾位置，标记数据包的包尾空余空间，当包尾存在空余空间时，发起产生流控包请求。监控发送方向VL Buffer的FCTBS信用，并计数累加其变化量，当变化量达到预设阈值后，发起产生流控包请求。同时监控接收方向VLBuffer的FCCL信用，并计数累加其变化量，当变化量达到预设阈值后，发起产生流控包请求。当流控机制的发送侧看门狗定时器的计数溢出时，发出流控包产生请求，并重启定时器。在定时器计数达到阈值后，发起产生流控包请求。
该定时器的超时阈值支持寄存器配置，由软件决定，也支持配置为按照协议规定，硬件电路自适应调整超时阈值与链路速率相匹配。
步骤102：响应于所述流控包产生请求，产生链路层的流控包，并根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级。
接收流控包产生请求，产生链路层的流控包，并标注流控包的优先级，然后与数据包进行轮询拼接。
如图3所示，所述流控产生模块，用于接收流控包触发模块的请求，产生链路层的流控包，并标注流控包的优先级。如下表1示出了流控包产生条件与流控包的优先级的对应关系。
表1
| 流控包产生条件 | 流控包优先级 |
| FCTBS触发 | 低 |
| FCCL触发 | 高 |
| 包尾触发 | 低 |
| Timer触发 | 高 |
在IB的基于信用的流控机制中，流控信用FCTBS的更新同步，对双方的信用及时反馈无帮助，但是对信用同步有帮助，所以可以设置为低优先级。流控信用FCCL的更新同步，可以及时将接收方向的剩余空间变化量反馈给发送方向，防止发送方向因为信用额度不足而发包阻塞，可以保证链路的传输性能。所以流控信用FCCL的更新同步极为重要，设置为高优先级流控包，确保FCCL信用可以及时更新给对端。另外协议规定的定时器Timer也设置为高优先级流控包，确保协议规定的流控包也可以更新发给对端。
步骤103：将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接，如果拼接成功，则将所述流控包与相应的数据包一起发送到物理层，如果高优先级的流控包拼接失败，则通过对后续数据包进行反压，将流控包进行单独发送。
如图3所示，所述拼包模块，用于检测数据包包尾位置，将数据包与流控包进行轮询拼接，对于高优先级的流控包，优先拼包发送，确保高优先级的流控包可及时更新，对于低优先级的流控包进行RR调度的拼包发送，确保不同VL流控信用的公平更新。当流控包拼包发送完毕时，产生finish完成信号，清除该VL流控包的产生条件计数值。当流控包拼包发送失败时，对于高优先级流控包进行缓存，产生高优先级发送未完成指示信号。对于低优先级流控包直接丢弃，暂不发送。拼包模块与高优先级包检测机制如图4所示。
本发明定义高优先级流控包的发送场景如下：
1、与数据包包尾拼接，一起发送到物理层。
2、拼包失败时，单独占用一拍位宽发送。
本发明定义低优先级流控包的发送场景如下：
1、与数据包包尾拼接，一起发送到物理层。
2、拼包失败时，丢弃该流控包，暂不发送。
对于高优先级流控包，如果拼包失败则反压下一个普通数据包的发送，即在下一个普通数据包的发送之前单独发送高优先级流控包，若低优先级流控包拼接失败，则直接丢弃，暂不发送。
当流控包成功发送后，产生完成信号finish，清除Timer计时器、FCTBS、FCCL等事件触发的计数值，推迟下次流控包发送时间。
所述流控包触发模块，还用于接收流控包的发送完成的清零指示信号，当流控包发送完成，则清零FCTBS、FCCL与Timer等事件触发流控包的中间计数值。
所述高优先级包检测模块，用于检测当前主数据通路数据包是否已经完整发送完毕。接收拼包模块产生的高优先级发送未完成的请求，在检测到当前的数据包发送完毕之后，反压下一个普通数据包的发送，占用链路带宽，单独一拍发送缓存中的高优先级流控包，并在确保高优先级流控包发送完成之后，解除对普通数据包的反压。
图5示出了拼包与流控更新的流程图。链路在接收上游的数据包时，标注包尾有空闲空间可以拼接流控包后，主动请求产生流控包。同时发送方向VL Buffer的流控信用FCTBS，接收方向VL Buffer的流控信用FCCL，IB定时器开始计数累加，当三种事件任一种的累加值达到相应的预设阈值后，主动请求产生流控包。
对以上四种事件产生的流控包进行不同的优先级标注，然后与主通路的普通数据包进行拼接发送。高优先级的流控包优先拼包发送，确保高优先级的流控包可及时更新。低优先级的流控包进行轮询(RR)调度的拼包发送。
如果数据包与流控包轮询拼接成功，在发送数据包与流控包后，清除定义的三种事件触发的计数值，推迟下次流控包发送时间，减小链路带宽的占用。
如果数据包与流控包轮询拼接失败，在单独发送数据包后，检测是否存在高优先级流控包，如果有高优先级流控包，在检测到当前普通数据包发送完毕后，反压下一个待发送的数据包，占用链路带宽，单独一拍发送高优先级流控包，检测到高优先级流控包发送完毕后，解除对数据包的发送反压，同时清除定义的三种事件触发的计数值，推迟下次流控包发送时间，减小链路带宽的占用。
可见，本发明提出的网络链路层的流控包更新方法，相比于现有技术具备以下优点：
1、本发明以IB网络为例，通过改进的流控更新方法，在协议通过定时器触发流控信用的基础上，新增通过监控FCTBS/FCCL信用的变化量来主动更新链路的流控信用，其反馈的链路信用比传统的定时器反馈的更加及时准确，减少了链路因为流控信用更新不及时而导致发包阻塞的问题，保证链路的传输性能。增加监控信用的变化量来触发流控包，使整个链路其产生流控包的条件更加具备灵活性，以及触发范围更加广，更有效保证链路的流控信用更新及时。该信用更新机制不仅适配IB网络，并且也适用于PCIe等对VC buffer的流控信用更新机制，可兼容所有基于信用的流控机制，具有可扩展性。
2、本发明通过获取数据包尾空间，在数据报文的包尾与流控包进行拼包的方式，节省了链路带宽，同时提出数据包与多个VL(不限定VL的个数)流控包进行RR与SP(StrictPriority，严格优先级)调度的轮询拼包思路(低优先级的流控包进行RR调度的拼包发送，确保不同VL流控信用的公平更新，高优先级的流控包SP调度优先拼包发送，确保高优先级的流控包的及时更新)，在通过拼包电路节省链路带宽的同时，保证了低优先级流控包的公平性，并且高优先级流控包的及时更新。
3、本发明提出的不同优先级流控包的发送方式，确保高优先级必须发出，低优先级仅当包尾空间足够时发出。在产生流控包的同时，清除了协议定时器与自定义事件的计数值，从而减小链路带宽占用。在节省带宽的同时，保证了高优先级流控包的更新发出。事件触发流控包的功能都支持独立使能，关闭后为标准IB协议实现。
相应地，本发明在第二方面提供了一种网络链路层的流控包更新装置，包括：
流控包触发模块，用于获取当前数据包的包尾位置，同时监测虚拟通道缓存的流控信用值，如果所述包尾位置存在空余空间，或者所述流控信用值的变化量达到预设阈值，则发起流控包产生请求；
流控包产生模块，用于响应于所述流控包产生请求，产生链路层的流控包，并根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级；
拼包模块，用于将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接，如果拼接成功，则将所述流控包与相应的数据包一起发送到物理层；
高优先级包检测模块，用于在高优先级的流控包在拼接失败时，通过对后续数据包进行反压，将流控包进行单独发送。
上述装置可通过上述第一方面的实施例提供的网络链路层的流控包更新方法实现，具体的实现方式可以参见第一方面的实施例中的描述，在此不再赘述。
可以理解，上述实施例中描述的电路结构、名称和参数仅为举例。本领域技术人员还可以根据使用需要，对以上多个实施例的结构特征进行容易想到的组合和调整，而不应将本发明的构思限制于上述示例的具体细节。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种网络链路层的流控包更新方法，其特征在于，包括：
获取当前数据包的包尾位置，同时监测虚拟通道缓存的流控信用值，如果所述包尾位置存在空余空间，或者所述流控信用值的变化量达到预设阈值，则发起流控包产生请求；
响应于所述流控包产生请求，产生链路层的流控包，并根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级；
将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接，如果拼接成功，则将所述流控包与相应的数据包一起发送到物理层，如果高优先级的流控包拼接失败，则通过对后续数据包进行反压，将流控包进行单独发送。
2.根据权利要求1所述的网络链路层的流控包更新方法，其特征在于，所述监测虚拟通道缓存的流控信用值，进一步包括：
监测所述虚拟通道缓存的发送方向的FCTBS信用值或监测所述虚拟通道缓存的接收方向的FCCL信用值，计数累加所述FCTBS或FCCL信用值的变化量。
3.根据权利要求2所述的网络链路层的流控包更新方法，其特征在于，所述根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级，进一步包括：
如果所述FCCL信用值的变化量达到对应的阈值，则确定所述流控包为高优先级；
如果所述包尾位置存在空余空间或者所述FCTBS信用值的变化量达到对应的阈值，则确定所述流控包为低优先级。
4.根据权利要求1所述的网络链路层的流控包更新方法，其特征在于，在将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接之后，进一步包括：
如果低优先级的流控包拼接失败，则丢弃该流控包。
5.根据权利要求1所述的网络链路层的流控包更新方法，其特征在于：
所述网络为InfiniBand网络。
6.一种网络链路层的流控包更新装置，其特征在于，包括：
流控包触发模块，用于获取当前数据包的包尾位置，同时监测虚拟通道缓存的流控信用值，如果所述包尾位置存在空余空间，或者所述流控信用值的变化量达到预设阈值，则发起流控包产生请求；
流控包产生模块，用于响应于所述流控包产生请求，产生链路层的流控包，并根据所述流控包产生请求的触发事件确定所述流控包的优先级；
拼包模块，用于将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接，如果拼接成功，则将所述流控包与相应的数据包一起发送到物理层；
高优先级包检测模块，用于在高优先级的流控包在拼接失败时，通过对后续数据包进行反压，将流控包进行单独发送。
7.根据权利要求6所述的网络链路层的流控包更新装置，其特征在于，所述流控包触发模块，进一步用于：
监测所述虚拟通道缓存的发送方向的FCTBS信用值或监测所述虚拟通道缓存的接收方向的FCCL信用值，计数累加所述FCTBS或FCCL信用值的变化量。
8.根据权利要求7所述的网络链路层的流控包更新装置，其特征在于，所述流控包产生模块，进一步用于：
如果所述FCCL信用值的变化量达到对应的阈值，则确定所述流控包为高优先级；
如果所述包尾位置存在空余空间或者所述FCTBS信用值的变化量达到对应的阈值，则确定所述流控包为低优先级。
9.根据权利要求6所述的网络链路层的流控包更新装置，其特征在于，所述拼包模块，进一步用于：
在将所述流控包与当前数据包进行轮询拼接之后，如果低优先级的流控包拼接失败，则丢弃该流控包。
10.根据权利要求6所述的网络链路层的流控包更新装置，其特征在于：
所述网络为InfiniBand网络。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |