Explizite Überlastungsbenachrichtigung mit CoS

Funktionsweise von ECN

Ohne ECN reagieren Geräte auf Netzwerküberlastung, indem sie TCP/IP-Pakete verwerfen. Verlorene Pakete signalisieren dem Netzwerk, dass eine Überlastung vorliegt. Geräte im IP-Netzwerk reagieren auf TCP-Paketverluste, indem sie die Paketübertragungsrate reduzieren, damit die Überlastung aufgelöst werden kann. Die Paketverwerfungsmethode zur Benachrichtigung und Verwaltung von Überlastungen hat jedoch einige Nachteile. Zum Beispiel werden Pakete verworfen und müssen erneut übertragen werden. Außerdem kann Bursty Traffic dazu führen, dass das Netzwerk die Übertragungsrate zu stark reduziert, was zu einer ineffizienten Bandbreitennutzung führt.

Anstatt Pakete zu verwerfen, um eine Überlastung des Netzwerks zu signalisieren, markiert ECN Pakete, um eine Netzwerküberlastung zu signalisieren, ohne dass die Pakete verworfen werden. Damit ECN funktioniert, muss ECN für alle Geräte im Pfad zwischen zwei ECN-fähigen Endpunkten aktiviert sein. ECN wird beim Aufbau der TCP-Verbindung zwischen den Endgeräten ausgehandelt.

ECN-fähige Geräte bestimmen den Warteschlangenüberlastungsstatus basierend auf der auf die Warteschlange angewendeten WRED-Paketabbruchprofilkonfiguration, sodass jede ECN-fähige Warteschlange auch über ein WRED-Abbruchprofil verfügen muss. Wenn sich eine Warteschlange bis zu dem Niveau füllt, bei dem das WRED-Abbruchprofil eine Paketverlustwahrscheinlichkeit größer als Null (0) aufweist, markiert das Gerät möglicherweise ein Paket als überlastet. Ob ein Gerät ein Paket als überlastet markiert oder nicht, entspricht der Wahrscheinlichkeit, dass die Warteschlange bei diesem Füllstand abbricht.

ECN teilt mit, ob eine Überlastung vorliegt oder nicht, indem es die beiden niederwertigsten Bits im Feld "Differenzierte Dienste" (DiffServ) im IP-Header markiert. Die höchstwertigen sechs Bits im Feld "DiffServ" enthalten die DSCP-Bits (Differentiated Services Code Point). Der Status der beiden ECN-Bits signalisiert, ob es sich bei dem Paket um ein ECN-fähiges Paket handelt und ob eine Überlastung aufgetreten ist oder nicht.

ECN-fähige Absender kennzeichnen Pakete als ECN-fähig. Wenn ein Absender nicht ECN-fähig ist, markiert er Pakete als nicht ECN-fähig. Wenn ein ECN-fähiges Paket in der Ausgangswarteschlange eines Geräts überlastet ist, markiert das Gerät das Paket als überlastet. Wenn das Paket den ECN-fähigen Empfänger (Zielendpunkt) erreicht, sendet der Empfänger den Überlastungsindikator an den Absender (Quellendpunkt), indem er ein Paket sendet, das als Hinweis auf Überlastung gekennzeichnet ist.

Nach dem Empfang des Überlastungsindikators vom Empfänger reduziert der Quellendgerät die Übertragungsrate, um die Überlastung zu verringern. Dies ist vergleichbar mit dem Ergebnis der TCP-Überlastungsbenachrichtigung und -verwaltung, aber anstatt das Paket zu verwerfen, um eine Netzwerküberlastung zu signalisieren, markiert ECN das Paket und der Empfänger gibt die Überlastungsbenachrichtigung an den Absender weiter. Da das Paket nicht verworfen wird, muss es nicht erneut übertragen werden.

• ECN-Bits im DiffServ-Feld
• End-to-End ECN-Verhalten
• ECN im Vergleich zu PFC und Ethernet PAUSE

Tabelle 1: ECN-Bitcodes

ECN-Bits (Code)	Bedeutung
00	Nicht-ECT: Das Paket wird als nicht ECN-fähig markiert
01	ECT(1) – Endpunkte des Transportprotokolls sind ECN-fähig
10	ECT(0) – Endpunkte des Transportprotokolls sind ECN-fähig
11	CE – Überlastung

Die Codes 01 und 10 haben die gleiche Bedeutung: Die sendenden und empfangenden Endpunkte des Transportprotokolls sind ECN-fähig. Es gibt keinen Unterschied zwischen diesen Codes.

Tabelle 2: Datenverkehrsverhalten in ECN-fähigen Warteschlangen

Markierung eingehender IP-Pakete von ECN-Bits	ECN-Konfiguration in der Ausgabewarteschlange	Aktion, wenn der WRED-Algorithmus feststellt, dass das Paket Drop-fähig ist	Markierung ausgehender Pakete von ECN-Bits
Nicht-ECT (00)	Spielt keine Rolle	Tropfen.	Keine ECN-Bits markiert
ECT (10 oder 01)	ECN deaktiviert	Tropfen	Paket verworfen – keine ECN-Bits markiert
ECT (10 oder 01)	ECN-fähig	Nicht fallen lassen. Markieren Sie das Paket als überlastet (CE, Bits 11).	Paket mit der Markierung ECT (11) zur Anzeige einer Überlastung
CE (11)	ECN deaktiviert	Tropfen	Paket verworfen – keine ECN-Bits markiert
CE (11)	ECN-fähig	Nicht fallen lassen. Das Paket ist bereits als überlastet markiert, leiten Sie das Paket weiter, ohne die ECN-Markierung zu ändern.	Paket mit der Markierung ECT (11) zur Anzeige einer Überlastung

WRED-Drop-Profil-Steuerung von ECN-Schwellenwerten

Sie wenden WRED-Dropprofile auf Weiterleitungsklassen an (die Ausgabewarteschlangen zugeordnet sind), um zu steuern, wie das Gerät ECN-fähige Pakete kennzeichnet. Eine Schedulerzuordnung ordnet ein Ablageprofil einem Scheduler und einer Weiterleitungsklasse zu, und dann wenden Sie die Schedulerzuordnung auf Schnittstellen an, um die Planungseigenschaften für die Weiterleitungsklasse auf diesen Schnittstellen zu implementieren.

Unterbrechungsprofile definieren Paare für den Warteschlangenfüllstand (Prozentsatz der Warteschlangenfülle) und die Abbruchwahrscheinlichkeit (die prozentuale Wahrscheinlichkeit, dass ein Paket verworfen wird). Wenn sich eine Warteschlange bis zu einem bestimmten Niveau füllt, wird für Datenverkehr, der dem Unterbrechungsprofil entspricht, die Verlustwahrscheinlichkeit mit diesem Füllstand gekoppelt. Wenn Sie ein Abbruchprofil konfigurieren, konfigurieren Sie Paare von Füllständen und Abbruchwahrscheinlichkeiten, um zu steuern, wie Pakete bei verschiedenen Füllständen der Warteschlange gelöscht werden.

Das erste Paar aus Füllstand und Drop-Wahrscheinlichkeit ist der Drop-Startpunkt. Bis die Warteschlange den ersten Füllstand erreicht hat, werden keine Pakete verworfen. Wenn die Warteschlange den ersten Füllstand erreicht, haben Pakete, die den Füllstand überschreiten, eine Wahrscheinlichkeit, dass sie gelöscht werden, die der Drop-Wahrscheinlichkeit in Kombination mit dem Füllstand entspricht.

Das letzte Paar aus Füllstand und Drop-Wahrscheinlichkeit ist der Drop-Endpunkt. Wenn die Warteschlange den letzten Füllstand erreicht, werden alle Pakete gelöscht, es sei denn, sie sind für ECN konfiguriert.

Anmerkung:

Verlustfreie Warteschlangen (Weiterleitungsklasse, die mit dem no-loss Paketverlustattribut konfiguriert ist) und Warteschlangen mit strikter hoher Priorität verwenden keine Abbruchprofile. Verlustfreie Warteschlangen verwenden PFC, um den Datenverkehrsfluss zu steuern. Warteschlangen mit strikter Priorität erhalten die gesamte erforderliche Portbandbreite bis zum konfigurierten maximalen Bandbreitengrenzwert.

Verschiedene Geräte unterstützen unterschiedliche Mengen an Füllstands-/Tropfenwahrscheinlichkeitspaaren in Tropfenprofilen.

Anmerkung:

Konfigurieren Sie den letzten Füllstand nicht als 100 Prozent.

Die Konfiguration des Drop-Profils wirkt sich wie folgt auf ECN-Pakete aus:

• Abbruchstartpunkt: ECN-fähige Pakete können als überlastet gekennzeichnet werden.

• Abwurfendpunkt – ECN-fähige Pakete sind immer mit CE gekennzeichnet.

Wenn sich eine Warteschlange vom Startpunkt der Ablage bis zum Endpunkt der Ablage füllt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein ECN-Paket als CE gekennzeichnet ist, die gleiche wie die Wahrscheinlichkeit, dass ein Nicht-ECN-Paket verworfen wird, wenn Sie das Abbruchprofil auf Best-Effort-Datenverkehr anwenden. Wenn sich die Warteschlange füllt, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein ECN-Paket als CE gekennzeichnet wird, ebenso wie die Wahrscheinlichkeit, dass ein Nicht-ECN-Paket verworfen wird, steigt, wenn Sie das Verlierungsprofil auf Best-Effort-Datenverkehr anwenden.

Am Abwurfendpunkt werden alle ECN-Pakete als CE gekennzeichnet, die ECN-Pakete werden jedoch nicht verworfen. Wenn der Füllstand der Warteschlange den Ablageendpunkt überschreitet, werden alle ECN-Pakete mit CE gekennzeichnet. Zu diesem Zeitpunkt werden alle Nicht-ECN-Pakete verworfen. ECN-Pakete (und alle anderen Pakete) werden verworfen, wenn die Warteschlange vollständig gefüllt ist.

So konfigurieren Sie ein WRED-Paketverlustprofil und wenden es auf eine Ausgabewarteschlange an (mit hierarchischer Planung auf Geräten, die ETS unterstützen):

1. Konfigurieren Sie ein Ablageprofil mit der Anweisung set class-of-service drop-profiles profile-name interpolate fill-level drop-start-point fill-level drop-end-point drop-probability 0 drop-probability percentage.

2. Ordnen Sie das Ablageprofil mithilfe der Anweisung set class-of-service schedulers scheduler-name drop-profile-map loss-priority (low | medium-high | high) protocol any drop-profile profile-nameeinem Warteschlangenplaner zu. Der Name des Drop-Profils ist der Name des WRED-Profils, das in Schritt 1 konfiguriert wurde.

3. Ordnen Sie den Scheduler, der in Schritt 2 dem Ablageprofil zugeordnet wird, mithilfe der Anweisung set class-of-service scheduler-maps map-name forwarding-class forwarding-class-name scheduler scheduler-nameder Ausgabewarteschlange zu. Die Weiterleitungsklasse identifiziert die Ausgabewarteschlange. Weiterleitungsklassen werden standardmäßig Ausgabewarteschlangen zugeordnet und können durch explizite Benutzerkonfiguration verschiedenen Warteschlangen neu zugeordnet werden. Der Name des Schedulers ist der in Schritt 2 konfigurierte Scheduler.

4. Verknüpfen Sie die Scheduler-Zuordnung mit einem Verkehrssteuerungsprofil, indem Sie die Anweisung set class-of-service traffic-control-profiles tcp-name scheduler-map map-nameverwenden. Der Name der Scheduler-Zuordnung ist der Name, der in Schritt 3 konfiguriert wurde.

5. Ordnen Sie das Verkehrssteuerungsprofil mithilfe der Anweisung set class-of-service interface interface-name forwarding-class-set forwarding-class-set-name output-traffic-control-profile tcp-nameeiner Schnittstelle zu. Der Name des Ausgabe-Datenverkehrssteuerungsprofils ist der Name des Datenverkehrssteuerungsprofils, das in Schritt 4 konfiguriert wurde.

   Die Schnittstelle verwendet die Scheduler-Zuordnung im Datenverkehrssteuerungsprofil, um das Ablageprofil (und andere Attribute, einschließlich des Attributs enable ECN) auf die Ausgabewarteschlange (Weiterleitungsklasse) auf dieser Schnittstelle anzuwenden. Da Sie unterschiedliche Profile für die Datenverkehrssteuerung verwenden können, um verschiedene Scheduler verschiedenen Schnittstellen zuzuordnen, kann dieselbe Warteschlangennummer auf verschiedenen Schnittstellen Datenverkehr auf unterschiedliche Weise verarbeiten.

Sie können ein WRED-Paketverworfensprofil konfigurieren und es auf eine Ausgabewarteschlange auf Geräten anwenden, die Portplanung unterstützen (die hierarchische ETS-Planung wird entweder nicht unterstützt oder nicht verwendet). So konfigurieren Sie ein WRED-Paketverlustprofil und wenden es auf eine Ausgabewarteschlange auf Geräten an, die Portplanung unterstützen (die hierarchische ETS-Planung wird entweder nicht unterstützt oder nicht verwendet):

1. Konfigurieren Sie ein Ablageprofil mit der Anweisung set class-of-service drop-profiles profile-name interpolate fill-level level1 level2 ... level32 drop-probability probability1 probability2 ... probability32. Sie können nur zwei Paare für Füllstand/Drop-Wahrscheinlichkeit oder bis zu 32 Paare angeben.

2. Ordnen Sie das Ablageprofil mithilfe der Anweisung set class-of-service schedulers scheduler-name drop-profile-map loss-priority (low | medium-high | high) drop-profile profile-nameeinem Warteschlangenplaner zu. Der Name des Drop-Profils ist der Name des WRED-Profils, das in Schritt 1 konfiguriert wurde.

3. Ordnen Sie den Scheduler, der in Schritt 2 dem Ablageprofil zugeordnet wird, mithilfe der Anweisung set class-of-service scheduler-maps map-name forwarding-class forwarding-class-name scheduler scheduler-nameder Ausgabewarteschlange zu. Die Weiterleitungsklasse identifiziert die Ausgabewarteschlange. Weiterleitungsklassen werden standardmäßig Ausgabewarteschlangen zugeordnet und können durch explizite Benutzerkonfiguration verschiedenen Warteschlangen neu zugeordnet werden. Der Name des Schedulers ist der in Schritt 2 konfigurierte Scheduler.

4. Verknüpfen Sie die Scheduler-Map mit einer Schnittstelle, indem Sie die Anweisung set class-of-service interfaces interface-name scheduler-map scheduler-map-nameverwenden.

   Die Schnittstelle verwendet die Schedulerzuordnung, um das Ablageprofil (und andere Attribute) auf die Ausgabewarteschlange anzuwenden, die der Weiterleitungsklasse auf dieser Schnittstelle zugeordnet ist. Da Sie unterschiedliche Scheduler-Zuordnungen auf verschiedenen Schnittstellen verwenden können, kann dieselbe Warteschlangennummer auf verschiedenen Schnittstellen Datenverkehr auf unterschiedliche Weise verarbeiten.

Dynamisches ECN

Dynamisches ECN erweitert den ECN-Funktionsumfang, indem es eine Möglichkeit bietet, die Schwellenwerte zu automatisieren, die ein Überlastungsbenachrichtigungsereignis auslösen. Junos OS Evolved überwacht Echtzeitbedingungen wie Warteschlangenlänge und Datenverkehrsmuster, um zu beurteilen, ob ein Schwellenwert angepasst werden sollte oder nicht. Dies führt zu einer schnelleren Reaktion auf Überlastungsereignisse als statisches ECN und verbessert die Effizienz der Überlastungskontrolle.

D-ECN ist schwieriger zu implementieren als statisches ECN und erfordert eine aktive Überwachung. Sie sollten Ihre Netzwerkbedingungen und -konfiguration bewerten, um zu entscheiden, ob D-ECN für Ihr Netzwerk am besten geeignet ist.

Sie können im Funktions-Explorer überprüfen, ob Ihr Gerät D-ECN unterstützt.

Support, Einschränkungen und Hinweise

Wenn der WRED-Algorithmus, der einer Warteschlange zugeordnet ist, einen Paketverwurf nicht für geeignet hält, spielen die ECN-Konfiguration und die ECN-Bitmarkierung keine Rolle. Das Paketübertragungsverhalten ist das gleiche, wie wenn ECN nicht aktiviert ist.

ECN ist standardmäßig deaktiviert. Normalerweise aktivieren Sie ECN nur für Warteschlangen, die Datenverkehr nach bestem Bemühen verarbeiten, und Sie aktivieren ECN nicht für Warteschlangen, die verlustfreien Datenverkehr oder Datenverkehr mit strikter hoher Priorität verarbeiten.

ECN unterstützt Folgendes:

• IPv4- und IPv6-Pakete

• Pakete ohne Tags, mit einfachem Tag und mit doppeltem Tag

• Der äußere IP-Header von IP-Paketen mit Tunneln (aber nicht der innere IP-Header)

Folgendes wird von ECN nicht unterstützt:

• IP-Pakete mit MPLS-Kapselung

• Der innere IP-Header von IP-Paketen mit Tunneln (ECN funktioniert jedoch mit dem äußeren IP-Header)

• Multicast-, Broadcast- und DLF-Datenverkehr (Destination Lookup Failup)

• Nicht-IP-Datenverkehr

Anmerkung:

Um ein WRED-Drop-Profil auf Nicht-ECT-Datenverkehr anzuwenden, konfigurieren Sie einen Multifield-Klassifikator (MF), um Nicht-ECT-Datenverkehr einer anderen Ausgabewarteschlange zuzuweisen, die nicht ECN-fähig ist, und wenden Sie dann das WRED-Drop-Profil auf diese Warteschlange an.

Plattformspezifisches Verhalten

Verwenden Sie den Funktions-Explorer , um die Plattform- und Releaseunterstützung für ECN zu bestätigen.

Verwenden Sie die folgende Tabelle, um plattformspezifische Verhaltensweisen für dieses Feature zu überprüfen.

Bahnsteig	Unterschied
PTX10001-36MR, PTX10004, PTX10008, PTX10016	Sie können ECN mit niedriger Schwelle implementieren (ECN-Markierung beginnen, sobald sich der Puffer füllt), indem Sie eine Pufferrate für einen Scheduler und ein niedrigprozentiges Drop-Profil definieren. Die Pufferrate dient als Basisrate für die Berechnung der Puffergröße. Die Pufferrate ist die Zielrate eines VOQ, d. h. die beabsichtigte Ausgangswarteschlangenrate bei typischer Überlastung. Legen Sie die buffer-rate auf der [edit class-of-service schedulers scheduler-name] Hierarchieebene fest. Sie können auch granularere (auf Zehntel Prozent genaue) und kleinere Füllstandsprozentsätze für Drop-Profile definieren. Das heißt, Sie können einen Füllgrad von nur 0,7 Prozent festlegen. Anmerkung: PTX-Router unterstützen nur statisches ECN.
QFX5000 Serie	Auf QFX5K-Plattformen ist die ECN-Funktionalität eng in die WRED-Schwellenwerte integriert. WRED-Schwellenwerte sind statisch, daher arbeitet ECN auch auf der Grundlage statischer Berechnungen von Pufferschwellenwerten. Die tatsächliche Nutzung des gemeinsam genutzten Puffers von Warteschlangen ist jedoch dynamisch. Im Folgenden finden Sie die Formeln, die für die Berechnung des ECN-Markierungsschwellenwerts zum Zeitpunkt der ECN-Konfiguration verwendet werden. max buffer access eligibility for ECN enabled queue = (( shared pool size * hardware_alpha)/(1 + hardware_alpha)) + egress queue dedicated buffer ECN marking start threshold = WRED start fill level percent * Max buffer access eligibility for ECN enabled queue ECN 100% marking threshold = WRED end fill level percent * Max buffer access eligibility for ECN enabled queue Bei Überlastung von ECN-fähigen Paketen beginnt die ECN-CE-Kennzeichnung, nachdem ECN marking start threshold sie erreicht wurde. ECN-fähige Pakete werden probabilistisch mit ECN CE-gekennzeichnet, bis ECN 100% marking threshold sie erreicht sind. Nach diesem Schwellenwert sind alle ECN-fähigen Pakete mit dem ECN-CE-Zeichen versehen, bis die Warteschlange . max buffer access eligibility for ECN enabled queue Nach dieser Schwelle kommt es zu Tail Drops. In der obigen Berechnung von max buffer access eligibility for ECN enabled queuewird das Best-Case-Szenario angenommen, dass eine einzelne Warteschlange allein um den gemeinsam genutzten Pufferspeicher konkurriert. Die tatsächliche Nutzung des freigegebenen Puffers für eine überlastete Warteschlange kann jedoch dynamisch abnehmen, basierend auf der Anzahl konkurrierender Warteschlangen für den freigegebenen Puffer zu einem beliebigen Zeitpunkt. Im Folgenden finden Sie die Formel zum Berechnen von actual dynamic max buffer usage per queue. actual max buffer usage for ECN enabled queue = (shared pool size * hw_alpha) / (1 + (hw_alpha * number of competing queues)) + egress queue dedicated buffer + ingress Pg dedicated buffer by the traffic flow Zwei Parameter, und ingress Pg dedicated buffer by the traffic flow, die bei actual dynamic max buffer usage per queue der Berechnung verwendet werden, number of competing queues können bei der Berechnung des ECN-Schwellenwerts nicht berücksichtigt werden, da beide Parameter dynamischer Natur sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die tatsächliche maximale Pufferauslastung für eine ECN-fähige Warteschlange unter den berechneten statischen ECN-Markierungsschwellenwerten liegen kann. Daher besteht bei bestimmten Konfigurationen mit gemeinsam genutztem Puffer und WRED-Füllebene die Möglichkeit von Paket-Tail-Drops aufgrund der Erschöpfung des gemeinsam genutzten Puffers, noch bevor die ECN-Markierung auf ECN-fähigen verlustbehafteten Warteschlangen auftritt. Bei verlustfreien Warteschlangen kann PFC aufgrund der oben genannten Einschränkung von einem Eingangsport vor der ECN-Markierung ausgehen, da der PFC-XOFF-Schwellenwert im Gegensatz zum statischen ECN-Schwellenwert dynamisch ist. Sie können die richtigen ECN-Markierungsschwellenwerte ermitteln, indem Sie die Spitzenpufferauslastung überlasteter Warteschlangen überwachen und die ECN/WRED-Schwellenwerte entsprechend optimieren.
QFX10000 Serie	Wenn Sie auf QFX10000-Switches eine Warteschlange für ECN aktivieren und ein WRED-Drop-Profil auf die Warteschlange anwenden, legt das WRED-Drop-Profil nur die Schwellenwerte für die Markierung von ECN-Datenverkehr als überlastet fest (CE, 11). In ECN-fähigen Warteschlangen legt das WRED-Drop-Profil keine Drop-Schwellenwerte für Nicht-ECT-Datenverkehr (00) fest (Datenverkehr, der nicht ECN-fähig ist). Stattdessen verwendet der Switch den Tail-Drop-Algorithmus für Datenverkehr, der in ECN-fähigen Warteschlangen während Überlastungen als nicht-ECT markiert ist.