DCQCN学习

主要思想

与TCP的CC不同，RDMA中一般没有发送窗口这一概念，RDMA的CC主要是基于rate的CC
DCQCN就是一种基于rate的CC，并主要由ECN机制实现

初始设置sending rate为max line rate

接下来CC主要分为三个部分

CP(Congestion Point) 交换机

出端口当前queue length超过阈值K，则给packet打上ECN标记

NP(Notification Point) 接收端

对于每一个flow设置一个计时器，如果当前flow收到ECN标记且前$N\mu s$内都未收到ECN，则返回一个CNP报文给发送端，且重置计时器

RP(Reaction Point) 发送端

收到CNP报文则执行以下操作：
R T = R C , R C = R C ( 1 − α / 2 ) , α = ( 1 − g ) α + g , R_T=R_C, \\newline R_C=R_C(1-\\alpha/2), \\newline \\alpha=(1-g)\\alpha+g, RT​=RC​,RC​=RC​(1−α/2),α=(1−g)α+g,
其中， R T R_T RT​为旧的sending rate， R C R_C RC​为现在的sending rate，$\alpha$为拥塞程度，$g$为设定的更新常数

此外，RP处也设有一个定时器，如果发现连续$K$时间内均未收到CNP报文，则
$$\alpha =(1-g)\alpha ,$$
DCQCN没有使用Slow Start算法恢复sending rate，它同QCN类似，定义了两个计数器，$T$和$BC$，每经过$T$单位时间，计数器$T=T+1$，每转发$B$字节，计数器$BC=BC+1$

当$Max(T,BC)<5$时，启用Fast Recovery，每经过一个周期：
R C = ( R T + R C ) / 2 , R_C=(R_T+R_C)/2, RC​=(RT​+RC​)/2,
否则当$Min(T,BC)\le 5$时，启用Additive Increase，每经过一个周期：
R T = R T + R A I , R C = ( R T + R C ) / 2 , R_T=R_T+R_{AI}, \\newline R_C=(R_T+R_C)/2, RT​=RT​+RAI​,RC​=(RT​+RC​)/2,
这里的 R A I R_{AI} RAI​是一个常数

否则，启用Hyper Increase，每经过一个周期：
R T = R T + R H I ⋅ ( m i n ( T , B C ) − 4 ) R C = ( R T + R C ) / 2 R_T=R_T+R_{HI}\\cdot (min(T,BC)-4) \\newline R_C=(R_T+R_C)/2 RT​=RT​+RHI​⋅(min(T,BC)−4)RC​=(RT​+RC​)/2
同Additive Increase，这里的 R H I R_{HI} RHI​也是一个常数

Buffer设置

对于buffer的设置应遵循两个原则：

1.PFC触发不能过早，保证ECN在其之前触发即可

2.PFC触发不能过晚，要保证网络无丢包

t f l i g h t t_{flight} tflight​表示启用PFC后到PFC完全作用后这一段时间内进入buffer的数据量

t P F C t_{PFC} tPFC​表示触发PFC的队列长度阈值，假设交换机有$n$个出端口，$B$为总buffer大小，$s$为已占用buffer大小，则有：
t P F C ≤ ( B − 8 n t f l i g h t − s ) / 8 n ， t_{PFC}\\le (B-8nt_{flight}-s)/8n， tPFC​≤(B−8ntflight​−s)/8n，
但实际情境下当Buffer仍有较多空余，随着出端口不断转发，我们不需要过早地触发PFC，所以：
t P F C ≤ β ( B − 8 n t f l i g h t − s ) / 8 , t_{PFC}\\le \\beta(B-8nt_{flight}-s)/8, tPFC​≤β(B−8ntflight​−s)/8,
t E C N t_{ECN} tECN​表示触发ECN的队列长度阈值，显然 s ≤ n t E C N s\\le nt_{ECN} s≤ntECN​

又由于PFC要在ECN之后触发，所以：
t P F C ≥ n t E C N t_{PFC}\\ge nt_{ECN} tPFC​≥ntECN​
最终可以得到：
t E C N < β ( B − 8 n t f l i g h t ) / ( 8 n ( β + 1 ) ) t_{ECN}<\\beta(B-8nt_{flight})/(8n(\\beta+1)) tECN​<β(B−8ntflight​)/(8n(β+1))

一些特点

CNP generation

一段时间内只会发送一个CNP，并且与RTT无关，所以对反向链路拥塞不敏感

Rate based congestion control

基于rate的CC比基于窗口的CC更加细粒度且更容易实现

The need for PFC

由于一开始以满速率发送，所以不使用PFC仍会造成大量丢包，故DCQCN须与PFC搭配使用