AI算力爆發(fā)的背后，如何保障網(wǎng)絡“零丟包”？
在當今數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中，隨著AI、高性能計算（HPC）和分布式存儲等應用的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡的無損傳輸能力變得至關(guān)重要。PFC（基于優(yōu)先級的流量控制）和ECN（顯式擁塞通知）作為智能無損網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)，能夠有效解決網(wǎng)絡擁塞問題，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t和高吞吐量。然而，如何驗證和優(yōu)化PFC/ECN技術(shù)的水線參數(shù)，提升無損網(wǎng)絡的性能成為了網(wǎng)絡設備制造商和運營商面臨的重大挑戰(zhàn)。
PFC/ECN技術(shù)簡介
01PFC（Priority-based Flow Control）
PFC是基于IEEE802.1Qbb標準的流量控制機制，通過為不同業(yè)務流量劃分優(yōu)先級，實現(xiàn)精細化擁塞管理。其核心邏輯如下：
優(yōu)先級隊列劃分：網(wǎng)絡設備端口配置8個獨立優(yōu)先級隊列（0-7），高優(yōu)先級隊列（如金融交易、AI訓練流量）優(yōu)先調(diào)度；
反壓信號交互：當接收端檢測到某優(yōu)先級隊列擁塞時，向發(fā)送端發(fā)送PAUSE幀（反壓信號），暫停對應隊列的流量發(fā)送；
動態(tài)恢復機制：擁塞解除后，接收端發(fā)送RESUME信號，恢復流量傳輸，確保高優(yōu)先級業(yè)務零丟包。
典型應用場景：
金融高頻交易：微秒級時延敏感業(yè)務需絕對優(yōu)先傳輸；
AI分布式訓練：保障GPU間RDMA流量的無損交互；
實時視頻流：避免關(guān)鍵幀丟失導致的畫質(zhì)劣化。
PFC機制在檢測到網(wǎng)絡擁塞時，會自動觸發(fā)對低優(yōu)先級流量的暫停，以保障高優(yōu)先級流量的傳輸，而當擁塞緩解后，低優(yōu)先級流量又會自動恢復傳輸，這一過程實現(xiàn)了網(wǎng)絡流量的自動降速與恢復，有效平衡了不同優(yōu)先級流量的傳輸需求。
如下圖所示，DeviceA發(fā)送接口被分成了8個優(yōu)先級隊列，DeviceB接收接口則存在8個接收緩存，二者一一對應。DeviceB接收接口上某個接收緩存發(fā)生擁塞時，會發(fā)送一個反壓信號“STOP”到DeviceA，DeviceA則停止發(fā)送對應優(yōu)先級隊列的流量。
PFC的工作方式
02ECN（Explicit Congestion Notification）
ECN是TCP/IP協(xié)議的擴展機制，用于減少網(wǎng)絡擁塞導致的數(shù)據(jù)包丟失。當網(wǎng)絡設備檢測到擁塞時，會在IP數(shù)據(jù)包頭部設置ECN標志，而不是直接丟棄。接收端收到標記后，會通知發(fā)送端降低傳輸速率，從而緩解網(wǎng)絡擁塞。接收端收到RoCEv2報文 IP ECN 標記為“11”，接收端口生成RoCEv2 CNP ，發(fā)給流量發(fā)送端。對指定QP可選擇單個或者多個CNP來對ECN標記報文的響應。
ECN機制不僅提高了網(wǎng)絡的利用率，還顯著降低了丟包率。同時在擁塞緩解后，發(fā)送端又可以逐步提高發(fā)送速率，恢復正常的傳輸效率，實現(xiàn)了網(wǎng)絡傳輸速率的動態(tài)調(diào)整與優(yōu)化。
PFC/ECN流量測試的必要性
在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中，PFC和ECN機制的有效性直接關(guān)系到網(wǎng)絡的無損傳輸能力和整體性能。然而，在實際部署中，PFC/ECN機制可能面臨以下問題：
優(yōu)先級錯配：PFC隊列映射錯誤導致高優(yōu)先級流量被低優(yōu)先級搶占；
閾值靈敏度不足：ECN標記閾值設置不合理，引發(fā)擁塞響應滯后或過度降速；
多技術(shù)協(xié)同失效：PFC與ECN策略沖突，導致網(wǎng)絡性能波動。
測試價值：
通過系統(tǒng)性驗證PFC/ECN功能的有效性，優(yōu)化水線參數(shù)配置，確保智能無損網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和業(yè)務SLA達標。
PFC/ECN流量測試方案
01測試目標
1.驗證PFC機制的有效性：確保網(wǎng)絡設備能夠根據(jù)優(yōu)先級正確地暫停和恢復流量，避免高優(yōu)先級流量的丟包。
2.驗證ECN機制的有效性：確保網(wǎng)絡設備能夠在擁塞時正確地標記ECN標志，并通過CNP（擁塞通知報文）反饋機制調(diào)整發(fā)送速率。
3.評估網(wǎng)絡在擁塞情況下的性能表現(xiàn)：包括吞吐量、延遲和丟包率等關(guān)鍵指標。以及PFC與ECN自動降速功能對網(wǎng)絡性能的影響。
02測試環(huán)境
硬件設備：
1.RoCE網(wǎng)絡測試儀、網(wǎng)絡損傷儀；
網(wǎng)絡拓撲：
1.采用典型的Leaf-Spine架構(gòu)，測試儀連接到Leaf交換機，被測設備部署在Spine層；
2.測試儀通過多個端口向被測設備發(fā)送PFC/ECN流量，模擬真實網(wǎng)絡環(huán)境中的多源多宿場景；
3.在環(huán)境中部署損傷儀，模擬真實網(wǎng)絡環(huán)境中的丟包、時延、抖動等場景。
03測試方法
PFC測試方法
配置PFC優(yōu)先級：在測試儀和被測設備上配置相同的PFC優(yōu)先級映射關(guān)系，確保測試流量能夠觸發(fā)PFC機制。
流量生成與發(fā)送：測試儀生成具有不同優(yōu)先級的流量，分別模擬高優(yōu)先級和低優(yōu)先級的業(yè)務流量。
擁塞觸發(fā)：通過調(diào)整流量負載，使被測設備的緩沖區(qū)接近滿載，觸發(fā)PFC機制。
流量監(jiān)控與分析：監(jiān)控高優(yōu)先級流量是否被正確暫停和恢復，低優(yōu)先級流量是否能夠正常傳輸，以及低優(yōu)先級流量在PFC機制觸發(fā)后的自動降速情況和擁塞緩解后的恢復情況。記錄流量的吞吐量、延遲和丟包率等指標。
端口使能PFC，設置PFC優(yōu)先級，以Priority 6 為例，如下圖；
配置RoCEv2 Server，配置VLAN Priority: 6，如下圖。
PFC測試結(jié)果分析：
1.檢查高優(yōu)先級流量是否在擁塞時被正確暫停，并在擁塞緩解后恢復傳輸。
2.分析低優(yōu)先級流量的吞吐量和延遲變化，確保其不受PFC機制的影響。
3.評估網(wǎng)絡設備在PFC機制下的整體性能表現(xiàn)，是否存在優(yōu)先級調(diào)度失效等問題。
4.查看端口的Basic和PFC統(tǒng)計,可以看到端口1發(fā)出的流降速到28%。PFC統(tǒng)計正確，如下圖所示：
5. 配置RoCEv2 Server。配置VLAN Priority: 6。如下圖所示：
ECN測試方法
配置ECN功能：在測試儀和被測設備上啟用ECN功能，并設置ECN標志位。
流量生成與發(fā)送：測試儀生成帶有ECN標志的流量，并向被測設備發(fā)送。
擁塞觸發(fā)：通過增加流量負載，使被測設備檢測到擁塞，并在數(shù)據(jù)包頭部標記ECN標志。
CNP反饋機制測試：接收端收到帶有ECN標志的數(shù)據(jù)包后，生成CNP并發(fā)送給發(fā)送端。發(fā)送端根據(jù)CNP調(diào)整發(fā)送速率。
性能評估：記錄流量的吞吐量、延遲和丟包率等指標，評估ECN機制在擁塞控制中的有效性，以及自動降速功能對網(wǎng)絡性能的影響。
1. 配置端口參數(shù)，使能ECN，ECN配置成11(CE)；
2. 配置RoCEv2 Server。配置VLAN ID, IP地址信息，保證ARP可以成功；
3. 配置QP流量。
ECN測試結(jié)果分析：
1.檢查ECN標志是否被正確標記，并通過CNP反饋機制傳遞到發(fā)送端；
2.分析發(fā)送端是否根據(jù)CNP調(diào)整發(fā)送速率，以及調(diào)整后的吞吐量和延遲變化；
3.評估ECN機制在擁塞控制中的有效性，是否存在過度調(diào)整或調(diào)整不及時等問題；
4.查看端口統(tǒng)計和流統(tǒng)計的RoCEv2統(tǒng)計，如下圖所示：
DarYu-X系列測試儀：智能無損網(wǎng)絡的驗證引擎
信而泰公司推出的X2-100G-12QSFP28、X5-400G高密度測試儀是一款專為高端路由器、交換機以及數(shù)據(jù)中心交換機設計的高密度測試平臺。
X2-100G RoCE測試板卡
高密度400G測試儀一體機
功能特性：
支持100G/200G/400G測試端口
支持L2（VLAN）和L3（DSCP）的QOS設置
支持RoCEv2流量的產(chǎn)生和發(fā)送
支持ECN/PFC使能和優(yōu)先級設置
每端口支持8000個QP，支持基于QP選擇流量端點
支持集合通信庫CCL流量模型仿真
PFC/ECN流量測試是驗證智能無損網(wǎng)絡性能的關(guān)鍵手段。通過科學的測試方案，可以全面評估PFC和ECN機制的有效性，優(yōu)化網(wǎng)絡配置，提高網(wǎng)絡的無損傳輸能力和整體性能。信而泰憑借其在測試領(lǐng)域的深厚積累，提供了全面的PFC/ECN流量測試解決方案，能夠滿足不同應用場景的需求。無論是AI訓練、高性能計算還是分布式存儲，信而泰的測試方案都能為網(wǎng)絡設備制造商和運營商提供有力支持，助力智能無損網(wǎng)絡的發(fā)展。 
