流控機制的解析

流控是乙太網路的一項準系統，可以防止在連接埠擁塞的情況下出現丟幀。在深入分析之前，先看一個簡單的應用情境：

 　連接埠A和B接收報文，連接埠C向外轉寄報文。如果連接埠A和B的收包速率之和大於連接埠C的頻寬，那麼部分報文就會緩衝在裝置內部的報文buffer中。當buffer的佔用率達到一定程度時，連接埠A和B就會向外發送PAUSE幀，通知對端暫停發送一段時間。PAUSE幀只能阻止對端發送普通的資料幀，不能阻止發送MAC控制幀。

　　以上的描述有個先決條件，那就是連接埠A和B工作在全雙工系統模式下，並且使能了流控功能。另一方面，我們也一廂情願地認為對端可以識別PAUSE幀，並可以做出適當的響應。換句話說，對端的連接埠也要開啟流控功能。

　　需要注意的是，有的乙太網路裝置只能對PAUSE幀做出響應，但是並不能發送PAUSE幀。

　　流控的基本原理不難理解，比較容易忽視的一點是--連接埠收到PAUSE幀之後，停止發送報文多長時間。其實，PAUSE幀中攜帶了時間參數。收到PAUSE幀的裝置通過簡單的解析，就可以確定停止發送的時間長度。對端裝置出現擁塞的通常情況下，本端連接埠通常會連續收到多個PAUSE幀。只要對端裝置的擁塞狀態沒有解除，相關的連接埠就會一直發送PAUSE.

　　PAUSE幀的結構

　　PAUSE幀的幀長為64位元組，結構非常簡單。如下所示：

 

　　PAUSE幀的目的MAC地址是保留的MAC地址01-80-C2-00-00-01(MAC Control的PAUSE幀使用),源MAC則是發送PAUSE幀的裝置的MAC地址。

　　Length/Type域是十六進位數8808.

　　MAC Control Opcode域的值是0x0001.其實，PAUSE幀是MAC控制幀的一種，其他類型的MAC控制幀使用不同的opcode值，此處不做詳細說明。後面會談到和PAUSE類似的PFC幀，PFC幀中該域的取值是0x0101.

　　MAC Control Parameters域需要根據MAC Control Opcode的類型來解析。對於PAUSE幀而言，該域是個2位元組的無符號數，取值範圍是0~65535.該域的時間單位是pause_quanta,每個pause_quanta相當於512位元時間。

　　流控的自協商

　　現實中，大多數廠商的乙太網路交換器都有流控開關命令。部分廠商的裝置可以在自協商功能中對流控進行協商，這種行為有IEEE標準作為依據。

　　在自協商的資訊中，有兩個流控的位元位，即PAUSE和ASM_DIR,分別表示Symmetric PAUSE和Asymmetric PAUSE.Symmetric PAUSE表示既可以發送又可以接收PAUSE幀，而Asymmetric PAUSE表示只能發送或只能接收PAUSE幀。

　　IEEE 802.3標準的28B.3中，描述了這兩個位元位的解析方式。簡單來講，如果雙方發送的協商資訊中PAUSE位都是1,那麼雙方都能發送和接收PAUSE幀。如果有一方的PAUSE位是0,那麼就需要根據ASM_DIR位的值結合PAUSE位的值來具體分析。

 

　　半雙工模式如何?流控。

　　在本文開頭兒的地方說過，連接埠A和B要工作在全雙工系統模式下，這是有原因的。如果連接埠工作在半雙工模式下，那麼PAUSE幀很可能和對端發送過來的報文產生衝突，對端收不到完好的PAUSE幀，也就無法實現PAUSE的功能。

　　對於半雙工模式的問題，業界常見的解決方式是"back pressure"或者"jamming"機制。對於這兩種機制，筆者都沒有找到相應的標準，或許本來指的就是同一種機制。半雙工模式下，連接埠向外發送一些訊號來佔用鏈路，對端也就沒有機會發送報文。這樣，可以間接達到和流控類似的效果。

　　基於優先順序的流控（PFC）

　　乙太網路的資料轉寄是儘力而為的，並不能保證傳輸過程中不丟包。像FTP這樣的上層協議，通過自身的確認機制來保證資料的完整性，一旦發現報文丟失，可以要求對端重傳。正因為如此，乙太網路的這種儘力而為的轉寄方式，長期以來也沒有遇到過太大的問題。

　　IEEE 802.3x流控雖然可以預防丟包，但是有一個不容忽視的問題。PAUSE幀會導致一條鏈路上的所有報文停止發送，在服務需求品質較高的網路中，這顯然是不能接受的。由於這個原因，業界一度出現過對流控的反對聲音。IEEE 802.1Qbb標準解決了這個問題。

　　IEEE 802.1Qbb的核心思想是，針對同一鏈路上不同優先順序的流量，單獨發送PASUSE幀。當某一優先順序的業務發生擁塞時，只讓該類報文暫停發送，而其他類型的業務不受影響。IEEE 802.1Qbb可以針對特定優先順序的流量實現流控功能，因此也被稱為PFC（Priority-based Flow Control）。

　　FCoE技術將Fiber Channel的資料幀封裝在乙太網路幀中進行傳輸，FCoE的一個基本要求就是不能丟包。PFC成功地滿足了FCoE的需求，同時也不會對其他業務造成影響。