[发明专利]数据传输装置、方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信系统，具体地，涉及一种数据传输装置、方法及系统。

背景技术

分布式系统的基本构架如图1a所示，多个包处理器(Packet Processor，简称PP)提供外围网络路由和交换接口，而包处理器之间通过高速接口连接到互联网络(Fabric)上，从而实现多个PP之间的数据传输。

通常，对网络内部的路径做如下定义：上行路径是指从PP到Fabric的传输路径；下行路径是指从Fabric到PP的传输路径；上行路径上的PP，称为源PP；下行路径上的PP，称为目的PP。

在分布式系统中，多个PP通过Fabric进行数据传输的过程中，通常存在三个主要问题：

(1)队头问题(Header of Line，简称HOL)

队头问题如图1b所示，当一个源PP(PP 1)依次向多个目的PP(PP 2和PP n等)发送数据时，如果源PP发送的第一个数据包的目标PP(PP 2)发生拥塞，这样第一个数据包就无法发送出去、仍然滞留在源PP内部，虽然此时第二个数据包的目的PP(PP n)没有发生拥塞，源PP要发送的数据包都会堵塞在源PP内部无法发送出去。如果我们把源PP(PP 1)中的待发送的数据看成一个队列，如果队列头部的数据在传输中发生拥塞，就会影响到队列后继的数据传输，这就是队头问题(Header of Line)。

队头问题将会导致一些没有发生拥塞的传输路径受到其他拥塞路径的影响，例如，PP 1到PP 2发生拥塞、而PP 1到PP n没有发送拥塞，PP 1到PP 2的数据无法发送，从而影响到PP 1到PP n的数据无法发送，这种情况将大大降低Fabric的带宽利用率。

(2)多对一问题(又称为Many to One问题)

多对一的问题如图1c所示，当一个目的PP(PP 1)接收来自多个源PP(PP2和PP n等)的数据时，尤其是多个源PP同时向一个目的PP发送数据时，由于多个源PP的发送的数据量之和高于目的PP的可接收的数据量阈值，就必然会导致目的PP发生拥塞。

图1c中，如果PP 1的接收数据量阈值为40Gbps，PP 2和PP n发送的数据量也各为40Gbps，并且PP 2和PP n同时向PP 1发送数据，则瞬时发送的数据量就会达到80Gbps，这时候PP 1则只能接收40Gbps的数据，那么必然在PP 1的接收路径上发生拥塞。

此外，多对一的问题出现时，也就是在某个目的PP的接收端出现拥塞时，要保证目的PP接收到数据，需采用以下的优先级原则：

第一，源PP发送优先级较高的数据时，被优先分配传输带宽；

第二，源PP发送优先级较低的数据时，被分配有限的传输带宽；

第三，在没有获取到传输带宽时，数据缓存在源PP上，而不是缓存在Fabric的公共通道上。

针对以上问题，现有的分布式系统通过如下的两种技术方案：流控机制和信用机制来实现Fabric上的数据传输。

第一种方案，采用流控机制实现Fabric上的数据传输。

流控机制也就是在各个源PP、目的PP和Fabric之间发送流量控制信息来实现流量控制。当数据接收端无法接收数据时，向数据发送端发送流量控制信息(在以太网中，通过Pause帧实现)，数据发送端接收到流量控制信息后停止数据发送。数据发送端停止发送数据一段时间后，如果没有再收到数据接收端的流量控制信息、则重新向数据接收端发送数据。

流控机制的具体实现方式如下：

步骤1、PP 1发生拥塞，向Fabric的发送端1发送流量控制信息，告诉Fabric的发送端1就不要再发送数据给PP 1的接收端；

步骤2、Fabric的发送端1收到流控信息后，将流量控制信息发送给Fabric的接收端2和接收端n；

步骤3、Fabric的接收端2和接收端n将流控信息分别发送给PP 2和PP n，告诉它们不要再发送数据。

流控机制存在如下缺点：

第一，在解决多对一问题中，可能浪费Fabric带宽

从上述流控机制的实现方式可见，一旦发生拥塞，并且使用了流控机制，则会导致Fabric中发生源PP(PP 2和PP n等)停止数据发送，等待目的PP(PP 1)的数据清空。这种源PP的停止数据发送并等待和目的PP(PP 1)数据清空之间的配合如果不是很紧密，则会出现带宽的浪费。

第二，无法进行基于优先级的区分服务