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【NS3】图文详解报文发送过程

网络仿真
2022-12-02
3391
更新：2023-01-04 21:52:10

> 以HPCC的NS3仿真代码为蓝本（ https://github.com/alibaba-edu/High-Precision-Congestion-Control ）

本文解释HPCC代码中的报文发送过程。

在[【NS3】图文详解报文接收过程](https://ngdcn.com/post/236.html)文章中分析了报文的接收过程。事实上，该文中讨论的接收过程，是从报文进入QbbChannel以后开始的。意思是，数据包至少已经离开了主机的网卡设备。而本文就来看一下，报文是如何从主机离开网卡的。一旦报文进入管道(QbbChannel)，过程就和报文接收过程一样了，不再赘述。

**第一步**：应用发送数据的时候，先要创建对应的QP。这是经由RdmaClient的StartApplication函数执行的。

![image-20221202151753644](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202151753644.png)

可以看到，创建QP的时候，会携带数据大小，优先级(priority group)，源ip，目的ip，目的端口等流信息。后面还绑定了流完成调用函数，用以计算流的fct，感兴趣的可以读[【NS3】流完成时间FCT计算方法](https://ngdcn.com/post/233.html)查看更多相关细节。

注意，此处还是调用RdmaDriver的AddQueuePair函数。还需要进一步调用类RdmaHw中实现的AddQueuePair函数：

![image-20221202152654749](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202152654749.png)

**第二步**：创建QP后，直接通知网卡添加对应的QP到网卡设备。

![image-20221202152829880](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202152829880.png)

由于一个主机上可以有多个网卡，需要查找路由表，来获取具体的出端口网卡索引（上述第238行），并且会在有多个出口的时候，使用hash函数进行ECMP操作。

![image-20221202153258961](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202153258961.png)

除了知道要从哪里出口发送数据，还需要知道该流此时能使用什么样的速率发送数据。此发送速率可能会因为拥塞控制算法的不同，需要具体进行设置。此处不再赘述。

**第三步**：网卡收到新的QP后，直接调用DequeueAndTransmit函数进行数据发送。

![image-20221202153000956](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202153000956.png)

**第四步**：QbbNetDevice::DequeueAndTransmit函数执行出队列操作，并进行数据传输。

> 注意1：因为QbbNetDevice实现的是一个通用的网络设备。因此，具体执行数据传输的时候，会根据当前设备的类型是主机还是交换机，来决定实现什么样的传输方式。

> 注意2：注意DequeueAndTransmit函数的参数是void型。这是因为，添加QP的时候，该流不一定能立即发送出去，还需要经过调度才可以执行真正的发送。

![image-20221202153912811](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202153912811.png)

下面就是交换机所对应的操作：

![image-20221202153939152](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202153939152.png)

1、首先看主机是如何操作的。

首先获取下一个要发送的QP的索引。

![image-20221202154210202](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202154210202.png)

这里面又会有判断qIndex是否为-1024的异常情况，以及是否是最高优先级(qIndex = -1)的情况。如果是普通的优先级，则会执行出队操作，并执行数据的发送，即调用函数TransmitStart():

![image-20221202155210358](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202155210358.png)

根据传输算出的传输时间后，还会通知传输完成：

![image-20221202155314342](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202155314342.png)

并继而又再次DequeueAndTransmit()，直到把所有的有效的QP中的数据都发送完（只要有数据，网卡就不能闲着啊）。

另一方面，在TransmitStart()函数中，网卡会立即使用函数`m_channel->TransmitStart(p, this, txTime)`调用通信信道进行数据包传输（第482行）：

至此，主机通过网卡将数据发送到了管道中(QbbChannel)。

2、再来看交换机是如何操作的。

交换机的操作相对简单。使用RR的方法，对没有被PFC暂停的队列进行循环出队，并把对应的数据包发送出去。

![image-20221202155925796](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/ns3_send/image-20221202155925796.png)

具体执行传输操作的函数TransmitStart(p)和上面的主机操作类似，把数据发送到信道上。不再赘述。

**至此，报文发送的过程(发送到Channel)大致梳理了一遍。**

本人水平有限，如有错误，欢迎指正。

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NS3 HPCC

本文由 @NGDCN 于2022-12-02原创发布在 NGDCN，未经许可，禁止转载。

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