深入探究以太网PAUSE帧处理流程及长距离链路控制阈值

一、PAUSE帧的处理流程

传统的IEEE 802.3以太网定义了一种不可靠的通信介质;它不能保证注入网络的数据包一定会到达预定的目的地,可靠性是通过上层协议来期望的。

在通常由源端和目的端之间的多个节点组成的网络路径中，每一节点的发送器和接收器之间缺乏反馈是不可靠的主要原因之一。发送器发送数据包的速度比接收器接收数据包的速度快，并且当接收器耗尽可用的缓冲空间来吸收传入流时，它们被迫地丢弃所有超过其容量的流量。这些在第二层工作得很好，只要上层协议处理丢弃检测和重传逻辑。

但是对于不能在上层建立可靠性的应用，在第二层增加流量控制功能可以提供一个解决方案。流量控制允许接收方向发送向发送方反馈Buffer缓冲区的可用性。它是通过802.3 定义的一种PAUSE控制帧来实现(see Annex 31B of the IEEE 802.3 specification) 换句话说，接收方可以产生一个MAC控制帧，并在预测缓冲区即将溢出时向发送方发送一个PAUSE请求。在接收到PAUSE帧后，发送方通过停止任何新数据包的传输来响应，直到接收方准备好再次接受它们。如下图所示，描述了PAUSE帧的大致的处理流程，具体的PAUSE帧的格式参见上一篇。

1.本端设备接受侧达到Pause 阈值，产生反压通知本端的MAC_TX。

2.本端的MAC_TX会发送完当前正在传送的报文后，产生Pause-XOFF帧并传输到对端设备。

3.远端设备的MAC_RX接受并解析Pause帧，并发送Pause请求给到本端的上层模块。

4.上层发送模块会把当前正在发送的报文发完后，停止发送新的报文给对端

5.与1对应，当反压撤销后也会通知到到MAC_TX。

6.与2对应，MAC_TX会发送Pause XON帧通知对端，可以继续接收新的数据包。

7.与3对应，MAC_RX解析出Pause-XON帧，并发送Pause 撤销的指示给到本端的上层模块。

8.与4对应，上层模块会继续发送新的数据给到对端。

在产生PAUSE帧时，典型的实现不会尝试猜测PAUSE的特定持续时间，而是依赖于X-ON和X-OFF的行为，这种方法必须将PAUSE帧中Time Value 设置比较大的值，然后就可以在适当的时候恢复流量。从而不局限于特定的持续时间，提高设计的灵活性，改善性能。

但是PAUSE帧的处理也有一个弊端，就是链路暂停后，整个端口都无法再发出新的报文，这就使得IEEE 802.3x 以太网PAUSE功能不适合承载可能需要不同服务质量(QoS)的多个流量流，因为它会影响其他网络应用的性能。对于此，IEEE 802.1Qbb PFC将基本的IEEE 802.3x PAUSE域段扩展到多个CoS，使需要流控制的应用程序与不需要流控制的应用程序独立运行。PFC使用IEEE 802.1Q VLAN标签下的IEEE 802.1p CoS值来区分最多8个独立流控的CoS.

二、长距离链路阈值

当接受端设备发起PAUSE 请求后，PAUSE帧需要足够早地发送回线的另一端，以便发送方有更多的时间在接收端缓冲区溢出之前停止传输.同时必须将所有现有的数据包排入接收端缓冲区，因此，在接收端定义适当的缓冲区阈值对于PFC实现的功能至关重要。本文从学术角度解释如何计算无损以太网链路的headroom大小。该解释基于IEEE 802.1Qbb 优先级流量控制标准。802-1bb-d2-3中提出了以下4个方面的PFC 延时：

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.

当网络拥塞的时候，端口会发出流控帧，那么就要对端口的缓存设置一条水线，达到水线后，就出发PFC PAUSE。如果水线设置的太小，那么可能导致降低网络带宽的利用率；如果水线设置的太大，那么可能导致丢包；所以需要设置一个合理的水线值。如下图所示详细描述了一条traffic流从Receive side 到 Send side所有的延时，主要包括接口队列传输延时、接口延时、电缆延时、反应延时。

审核编辑：黄飞