[发明专利]针对IP路由数据中心网络使用自适应路由和基于拥塞提示的节流改进端到端拥塞反应

说明书

针对IP路由的数据中心网络使用自适应路由和基于拥塞提示的节流来改进端到端拥塞反应的方法以及相关联的装置。关于在耦合到一个或多个网络的发送和接收端点之间转发数据包，一个或多个网络交换机被配置为检测当前或接近的拥塞状况，生成拥塞通知数据包(CNP)，并将CNP返回给发送端点。可以使用一个或多个自适应路由机制来路由CNP，以沿着非拥塞路径转发CNP，或者可以沿着最快路径将CNP转发给发送方。CNP还可以包括元数据，该元数据包括与从端点发送的数据包相关联的流标识符、针对流的拥塞级别和时间戳。

描述

数据中心网络业务持续呈指数增长，其中涉及HPC (高性能计算) 和AI(人工智能) 的数据密集型使用模型在云中正变得更加普遍。这些应用同时要求高吞吐量和低延迟，而云服务提供商 (CSP)要求网络稳定性。不受监管的业务流会导致网络中拥塞增长，从而导致数据包丢失、低有效吞吐量和更长的消息完成时间。

可以在基于IP的路由数据中心中部署以解决这些要求的拥塞控制机制是作为RoCEV2(聚合以太网上的RDMA，版本2)的一部分采用的数据中心-QCN (DCQCN)。由于其无损网络要求，RoCEV2 还要求启用PFC（优先流控制）。作为 DCQCN 算法的一部分，当接收方接收到标记有 ECN 位的数据包时，拥塞通知数据包 (CNP) 会从接收方被发送回发送方。现代网络交换机在交换机占用率超过给定阈值（静态可配置参数）时对数据包采用显式拥塞通知 (ECN) 标记。当接收方成功接收到标记有ECN的数据包（因此表明沿着所述流的网络路径存在拥塞）时，它生成CNP发送回发送方。每当接收到标记有ECN的数据包时都生成CNP，但生成频率的上限为可配置最大速率。

使用CNP作为拥塞的指示符，发送方对其传输速率进行调整。自然，发送方对拥塞做出反应的能力完全取决于成功接收到这些 CNP。此外，可能出现其他几个阻碍成功拥塞反应的关键问题。

1) 接收方可以生成 CNP 的最大速率是静态配置的。静态配置的最大速率不适合于动态业务模式/工作负荷，动态业务模式/工作负荷将最好需要给发送方更频繁/动态的反馈以相应地做出反应。

2) CNP 还受到返回路径（从接收方到发送方的路径）中的拥塞的影响，因此会在发送方处产生到达延迟。CNP 的延迟到达导致发送方对拥塞的反应晚于本应的最佳情况。

3) CNP是不可靠数据报，意味着接收方不维持重传状态。

4) 尽管及时成功接收到CNP，但发送方侧拥塞反应仍然可能遇到问题——接收NIC 可能会被CNP 淹没，这取决于 NIC 架构而会导致数据处理变慢，因为 NIC 必须分割其时间用于执行 CNP 处理、为传输构建数据包、处理来自网络的传入数据包等。

5) 前向路径/接收方拥塞：CNP 往返时间的一部分由标记有ECN的数据包沿着前向路径从标记ECN的交换机行进到接收方以及在接收方处成功处理数据包所需的时间构成。沿着前向路径的拥塞以及接收方 NIC 处的处理延迟可能显著延迟CNP被发送回发送方的RTT。

附图说明

本发明的上述方面和许多伴随的优点将变得更容易理解，因为它们通过参考以下详细描述在结合附图理解时变得更好理解，其中遍及各个视图的相似附图标记指代相似的部分，除非另有说明：

图1是包括多个互连的交换机的网络的示意图，所述多个互连的交换机被配置为在多个端点之间转发数据包；

图1a是根据一个实施例的图1的网络的示意图，进一步图示了CNP沿着非拥塞路径的自适应路由的示例；

图2a是图示用于实现第一自适应路由机制的逻辑和操作的流程图，在第一自适应路由机制下，在多个输出端口中随机选择用于沿非拥塞路径转发CNP的输出端口；

图2b是图示用于实现第二自适应路由机制的逻辑和操作的流程图，在第二自适应路由机制下，基于排队数据包的数量从多个输出端口中选择用于沿非拥塞路径转发CNP的输出端口；

图3是图1的网络的示意图，进一步图示了包括快速路径拥塞提示（FCH）数据包的CNP的示例；

图4示出了根据一个实施例的拥塞-CNP表；