以太网之 L2-LLR 介绍

1、LLR 如何工作？

存在的问题：

集合操作导致的丢包：

硬件和布线导致包破坏：

UE 链路层减少丢包的网络栈：

L2-LLR如何工作的细节：

2、LLR 基础定位（Ultra Ethernet consortium）

LLR =Link Level Retry 链路层低时延重传，是 UEC 核心无损可靠性机制，工作在MAC 层之上、TCP/RoCE 等传输层之下，逐跳（hop-by-hop）帧级重传，替代 / 辅助 PFC 实现无损以太网，专门适配 AI/HPC 超低时延、高可靠需求。
核心优势：丢包只在相邻两台设备之间重传，不用端到端回退，大幅压低尾延迟；PFC 只解决拥塞丢包，LLR 同时处理线路误码、瞬时故障、少量拥塞丢包。

基础规则:

1. 所有 LLR 使能帧分配唯一递增序列号 Seq（图中 1/2/3/4…）
2. 发送端（LLR Sender）：发出帧必须存入Replay Buffer 重放缓冲区，直到收到接收端 ACK 确认才能删除缓存
3. 接收端（LLR Receiver）：按 Seq 校验，连续正常收帧回ACK；检测到 Seq 缺口（丢帧）立刻回NACK（否定确认）
4. 双保护：NACK 主动重传 + 发送端超时兜底重传（防止 NACK 本身丢包）

3、逐帧拆解时序图完整流程

阶段 1：Sender 顺序发送 1~8 号帧

1. Sender 依次发出帧 1、2、3、4、5、6、7、8，每帧打上 Seq，全部存入本地重放缓存；
2. Receiver 侧接收情况：

• 帧 1 正常到达 → 立刻回复ACK1（绿色 ACK）
• 帧 2 丢失（图中红色叉号），出现 Seq 缺口：收到 1 之后下一个收到 3，检测到 2 缺失
• 帧 3、4、5、6、7、8 陆续抵达 Receiver

阶段 2：Receiver 生成 NACK2（丢包检测触发）

1. Receiver 发现 Seq2 缺失，立即生成LLR_NACK2（红色 NACK 报文）发回 Sender；

• 这个 NACK 发出时刻 =LLR Discard Window 丢弃窗口的起点（图右侧注释定义）

• NACK2 走反向链路传回 Sender，耗时半个 RTT；
• 注意：NACK 在路上传输这段时间里，Sender 还在持续发新帧（9、10），同时 Replay Buffer 里还完整存着 1–8 所有未彻底确认的帧。

阶段 3：Sender 收到 NACK2，启动选择性重传

1. Sender 收到 NACK2，立刻从重放缓存取出仅帧 2，单独重发（图里黄色线条就是重传帧 2、3、5、7…）；
   LLR 是Selective 重传，不会回退重传全部，只补发丢失帧，这是低时延关键；
2. 图里 Sender 侧标注[2,3,4,5,6,7,8]就是当前 Replay Window 重放窗口： 右侧定义：LLR Replay Window 起点 = 第一个未被 ACK 确认的帧（这里就是帧 2）；终点 = 收到 ACK 之前最后一个发出的可 LLR 重传帧
   窗口内所有帧都必须留在缓存，不能释放内存。

阶段 4：重传帧抵达 Receiver，Discard Window 结束

1. 重传帧 2（黄色）到达 Receiver，补齐 Seq 缺口； 右侧定义：LLR Discard Window 终点 = 收到携带预期 Seq 号的第一个重传帧（也就是收到重传帧 2 这一刻，Discard Window 关闭）
2. Receiver 后续收到重传帧、新帧后，批量回复 ACK3、ACK5、ACK7、ACK9、ACK10：

• ACKX 含义：Seq≤X 的所有帧全部正确接收，Sender 可以安全删除 Replay Buffer 里≤X 的缓存帧
• 比如收到 ACK3 → 帧 2、3 都确认，缓存里 2、3 可释放，Replay Window 起点滑动到 4

阶段 5：窗口滑动、缓存回收、持续传输

1. 每收到一个 ACK，Sender 的 Replay Window 左边界向右滑动，释放已确认帧的缓存；
2. 帧 9、10 持续新发，不断追加到 Replay Window 右端；
3. 全程新业务流量和重传流量并行发送，不会阻断发送管道。

4、两个核心窗口深度理解（对应图右侧注释）

1. LLR Replay Window（重放窗口，发送端视角）

• 起始：第一个还没收到 ACK 确认的帧（本例帧 2）
• 结束：Sender 收到 ACK 报文那一刻，已经发出去的最后一个 LLR 可用帧
• 本质：窗口内所有帧必须保存在 Sender 缓存，随时待命重传；窗口大小≈链路 BDP（带宽 ×RTT），和你之前问的 PFC 缓存逻辑同源：
  信号往返 RTT 时间内发送出去的数据，都要缓存兜底。

2. LLR Discard Window（丢弃窗口，接收端视角）

• 起始：Receiver 生成 NACK 报文的瞬间（发现丢包立刻计时）
• 结束：Receiver 成功收到对应缺失序号的第一个重传帧
• 作用：窗口内 Receiver 不会向上层上报乱序 / 缺口，耐心等待重传帧补齐；窗口结束后 Seq 恢复连续，正常向上交付数据。

5、对比 PFC，理清 LLR 和 PFC 分工

UEC 推荐组合：PFC 做大拥塞防护，LLR 做微小丢包快速修复；极端场景可纯 LLR 弱化 PFC 依赖，减少 PFC 死锁风险。

一句话极简总结时序

1. 发帧→存缓存→收方校验 Seq；
2. 缺 Seq 立刻回 NACK；
3. 发方收到 NACK 只补发丢的那一帧；
4. 收方补齐 Seq 后回 ACK，发方释放已确认缓存、滑动重放窗口；
5. Replay Window 管发送端缓存留存，Discard Window 管接收端等待重传的时间区间。

6、LLR CtlOS

6.1 LLR 整体总览（UEC Link Level Retry 链路级重传）

核心运行规则

1. 序列号 Seq 机制：所有 LLR 业务帧分配全局递增 Seq 号，收发两端严格按 Seq 有序校验。
2. 发送端（Sender）

• 发出的 LLR 帧存入Replay Window 重放缓存，收到 ACK 前绝不删除；
• 双保护重传触发：
  ① 收到LLR_NACK：立刻选择性重传缺失 Seq（快速主保护）
  ② 帧超时未收到任何反馈：定时器兜底重传（后备保护，防止 NACK/ACK 自身丢失卡死链路）

• 接收端（Receiver）

• 顺序收帧 → 回复LLR_ACK（累积确认：ACK (X) = Seq 1~X 全部完好接收）
• 检测 Seq 空洞（丢包）→ 立刻发送LLR_NACK(丢失Seq)，开启Discard Window 丢弃等待窗口，暂不上报乱序给上层，等待重传补齐；

• 选择性重传：无论 NACK / 超时，只补发丢失序号，不回退整个发送窗口，吞吐几乎无损耗。
• 窗口体系

• Replay Window（发送侧）：起点 = 首个未 ACK 帧，终点 = ACK 到来前最后一个发送的 LLR 帧；窗口大小匹配链路 BDP（带宽 ×RTT）。
• Discard Window（接收侧）：起点 = 生成 NACK 时刻，终点 = 收到对应重传 Seq 帧。

3. 链路初始化流程

上电 / 链路 UP 时依靠LLR_INIT+LLR_INIT_ECHO协商初始序列号，同步两端 Seq 计数起点，完成握手后链路才允许传输业务 LLR 帧。

6.2 LLR CtIOS 详解（Control Ordered Sets 控制有序集）

CtIOS 是 UEC 里承载 LLR 控制信令的标准 64/66B 块编码格式，4 种专用 LLR 控制有序集，用来在链路上双向传递握手、确认、丢包通知指令。

1. 四类 CtIOS 功能定义

2. 统一 64/66B CtIOS 块帧格式（表格拆解）

所有 LLR CtIOS 共用一套块封装结构，Sync、固定标记、块类型完全统一：

1. Sync 同步位（bit0/1）：固定10，标识这是 64/66B 控制块
2. D0 块类型字段：固定0x4B区分 LLR 类控制集
3. D1 子类型码（区分 4 种 CtIOS）

• LLR_ACK = 0x01
• LLR_NACK = 0x02
• LLR_INIT = 0x03
• LLR_INIT_ECHO = 0x04

• 核心序号分段存储（D2 + D4 [7:4]）
  22bit 序列号被拆成两段存放：

• D2：高 19bitack_nack_seq<19:4>/init_seq<19:4>
• D4 高 4 位：低 3bitack_nack_seq<3:0>/init_seq<3:0>

• 固定填充位 D3=0x6，D5/D6/D7 默认填 0

• INIT/INIT_ECHO 额外在 D5 携带init_data<15:0>初始化配置参数
• ACK/NACK 无 init_data，D5/D6/D7 全部置 0 填充对齐块大小

3. CtIOS 传输关键特性

1. 有序传输保障：Ordered Sets 保证控制信令和业务帧的时序对齐，不会出现控制帧超前 / 滞后业务帧导致的 Seq 错乱；
2. 双向承载：ACK/NACK 由 Rx 发给 Tx（反向反馈通道）；INIT/INIT_ECHO 双向均可发起握手；
3. 轻量开销：CtIOS 是标准 64/66B 块封装，相比独立以太网控制帧，封装开销极小，适配 200G/400G/800G 超高带宽低时延场景；
4. 兼容性隔离：D0=0x4B 作为 LLR 专属标识，和 UEC 其他 CtIOS（如 PFC、故障告警控制集）互不冲突。

6.3 LLR + CtIOS 完整联动流程极简串联

1. 链路初始化阶段
   设备 A 发LLR_INITCtIOS → 设备 B 收到后回复LLR_INIT_ECHOCtIOS → 两端对齐 init_seq，链路就绪。
2. 正常传输无丢包
   A 连续发业务 LLR 帧（Seq1/2/3…）→ B 逐帧接收，间隔回复LLR_ACK(X)CtIOS → A 收到 ACK 滑动 Replay 窗口、释放缓存。
3. 发生单帧丢包（如 Seq2 丢失）
   B 检测 Seq 空洞 → 立即发送LLR_NACK(2)CtIOS；
   A 收到 NACK CtIOS → 从重放缓存取出 Seq2 选择性重传；
   重传 Seq2 抵达 B 补齐空洞 → B 回复新的LLR_ACK(3)CtIOS 确认。
4. 极端场景（NACK CtIOS 自身丢失）
   B 发的 NACK 半路丢包，A 侧 Seq2 计时器超时 → A 主动重传 Seq2；重传帧到 B 后依然能补齐 Seq，后续正常 ACK CtIOS 收尾兜底。

最终一句话浓缩

1. LLR：UEC 逐跳低时延选择性重传无损机制，靠 Replay/Discard 双窗口 + NACK / 超时双保护实现链路可靠；
2. LLR CtIOS：承载 LLR 握手、ACK、NACK 四种控制信令的标准化 64/66B 有序控制块，是 LLR 收发两端交互指令的唯一载体。

7、LLR 协议层架构位置

1. 层级插入位置
   LLR（Link Layer Retry）部署在LLC/MAC Client（上层）和MAC Control 子层（下层）之间，属于链路层（Link）内部可选子模块。
2. 完整协议栈从上到下：
   高层业务层 → LLC/MAC 客户端 →LLR（可选）→ MAC Control（可选）→ MAC 介质访问控制 → Physical 物理层
3. 定位意义：
   完全嵌套在标准以太网 MAC 体系内，不改动底层 MAC/PHY 基础框架，可按需开启 / 关闭 LLR 能力，兼容传统以太网流量。

8、LLR 序列号（Sequence Number）核心规则

1. 按帧粒度区分流量
   MAC 下发的以太网帧被分成两类：

• LLR-eligible（启用 LLR 重传保护）：需要链路可靠重传的业务帧（如 RoCE、HPC、AI 算力流量）
• LLR-ineligible（不启用 LLR）：普通标准以太网流量，不走 LLR 重传逻辑

1. 20bit 序列号分配规则
   仅LLR-eligible 帧由 LLR 发送端分配一个20bit 唯一递增序列号；该 Seq 号直接嵌入在帧前导码（Preamble）的字节 1~3 中；
   非 LLR 帧无此 Seq 字段，使用传统标准前导。

9、两种帧的前导码（Preamble）字节格式对比

标准以太网前导共 8 字节（Byte0~Byte7，末尾 0xD5 为 SFD 帧起始定界符）

1. LLR-ineligible 普通帧（标准以太网前导）

• Byte0 ~ Byte6：全部固定 0x55（二进制1010 1010）
• Byte7：固定 SFD 0xD5（1010 1011）
  无任何序列号嵌入，完全兼容传统以太网。

2. LLR-eligible 受保护帧（改造型前导）

• Byte0：依然标准 0x55（1010 1010）
• Byte1：高 4bit 固定标识1110（0x7 前缀，用来标记这是 LLR 帧），低 4bit 为 20bit Seq 的最高 4 位
• Byte2 + Byte3：承载 20bit 序列号剩余 16 位
  → Byte1 低 4 + Byte2 (8bit) + Byte3 (8bit) = 完整 20bit LLR 序列号
• Byte4 ~ Byte6：恢复标准 0x55
• Byte7：标准 SFD 0xD5 不变

10、关键特性小结

1. LLR 是可选子层，不强制部署，兼容传统以太流量；
2. 靠前导码改造实现 Seq 号承载，无需修改以太网帧载荷头部，开销极低；
3. 流量隔离：可混合传输受 LLR 保护的高可靠业务 + 无保护普通以太业务；
4. 20bit 序号空间足够大，长链路、高速率场景下极少出现序号回绕问题。