P4学习(七)实验四:Explicit Congestion Notification

一. 实验目的

ECN allows end-to-end notification of network congestion without dropping packets. If an end-host supports ECN, it puts the value of 1 or 2 in the ipv4.ecn field. For such packets, each switch may change the value to 3 if the queue size is larger than a threshold. The receiver copies the value to sender, and the sender can lower the rate.

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需求提取;

1.在header中增加ecn的field
2. 动态调整ecn的value，以适应网络状况

二.前置知识略概

一种网络通信协议的功能，用于在网络出现拥堵时提供拥堵通知。ECN 允许网络中继设备（如路由器）在检测到即将发生拥堵时，通过标记数据包来通知发送端和接收端。这样，数据发送方可以降低其发送速率，以减轻网络拥堵，从而提高网络整体性能。

在 TCP/IP 协议中，ECN 通过在 IP 头部和 TCP 头部中设置特定的位来实现。当ECN被启用且网络设备感知到拥堵趋势时，它会标记经过的数据包。接收方收到标记的数据包后，会通过 TCP 确认消息通知发送方。随后，发送方降低其发送速率，以减轻对网络的负担。这个过程帮助避免了传统的拥塞控制机制中的丢包，从而提高了数据传输的效率和稳定性。

三. 实验过程

1. Topo

2. Egress

这个没啥好说的，就是改个字段的值而已

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来看看standard_metadata里面的字段

每个字段的含义：

1. ingress_port: 数据包进入交换机的端口号。
2. egress_spec: 决定数据包将从哪个端口离开交换机的指定字段。
3. egress_port: 数据包实际离开交换机的端口号。
4. clone_spec: 用于指定克隆操作的参数，如克隆的数据包应该发送到哪个端口或组。
5. instance_type: 数据包类型的指示器，例如，正常数据包、克隆的数据包、多播数据包等。
6. drop: 一个标记位，如果设置为1，则数据包会被丢弃。
7. recirculate_port: 如果数据包需要重新进入处理流程，这个字段指定它应该进入的端口。
8. packet_length: 数据包的总长度。
9. enq_timestamp: 数据包被放入传输队列时的时间戳。
10. enq_qdepth: 数据包入队时队列的深度。
11. deq_timedelta: 数据包在队列中等待的时间长度。
12. deq_qdepth: 数据包出队时队列的深度。
13. ingress_global_timestamp: 数据包进入交换机时的全局时间戳。
14. lf_field_list: 用于逻辑复制操作的字段列表的标识符。
15. mcast_grp: 指定数据包所属的多播组。
16. resubmit_flag: 如果这个位被设置，数据包将被重新提交给 ingress 处理流程。
17. egress_rid: 出口复制 ID，用于多播和复制操作。
18. checksum_error: 指示数据包是否有校验和错误。

更多的自己去specification里找

三. 实验结果

1.启动监听服务端

2.发送数据包

3.查看h2.log的数据

0x1:我们取的是tos的后两位作为cen的filed字段，所以这里的ecn=1；

4.Iperf模拟Flood超过门限

四.为什么要在Egress上进行ecn的配置

注：此内容可能有错误，仅为个人整理资料的答案

1. 网络状态的实时感知：Egress 阶段更接近于数据包实际离开交换机的时刻，因此在这个点进行标记可以基于最新的网络状态信息（如队列长度、传输速率等）。这有助于更准确地判断是否需要进行拥塞通知。

2. 避免不必要的处理延迟：如果在 ingress 或 parse 阶段进行标记，每个进入交换机的数据包都需要经过拥塞检测处理，即使这些数据包可能不会遇到任何拥塞。这可能导致不必要的处理延迟。相比之下，只在出口处处理那些实际可能会引起拥塞的数据包，可以更高效地利用处理资源。

3. 拥塞的精确识别和响应：在 egress 阶段，交换机可以根据特定出口的队列情况来判断是否存在拥塞。不同出口可能面临不同的网络条件，因此在 egress 阶段进行标记可以更精确地识别和响应各个出口的拥塞情况。

4. 减少跨交换机的标记不一致性：如果在 ingress 阶段进行标记，随着数据包经过网络中的多个交换机，每个交换机都可能基于自身的状态对数据包进行重新标记，导致标记的不一致性。而在 egress 阶段标记可以减少这种不一致性，因为标记是基于数据包即将离开网络的那一点的状态。