DCQCN (Data Center Quantized Congestion Notification)

개요

DCQCN(Data Center Quantized Congestion Notification)은 데이터센터 네트워크의 RoCEv2 (RDMA over Converged Ethernet) 환경에서 혼잡을 효율적으로 제어하기 위한 전송 프로토콜입니다. IEEE 802.1Qau QCN(Quantized Congestion Notification) 표준을 기반으로 하며, 저지연·고대역폭·무손실 네트워크(Zero Loss Network) 구현을 목표로 합니다.

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1. 개념 및 정의

항목	내용	비고
정의	RoCEv2 네트워크에서 혼잡을 제어하기 위해 설계된 TCP-친화적 혼잡 제어 알고리즘	Mellanox/NVIDIA 주도 개발
목적	혼잡 시 대역폭 효율적 사용과 패킷 손실 방지	RDMA 트래픽 안정화
필요성	데이터센터 내 초고속 RDMA 트래픽으로 인한 혼잡 제어 필요	InfiniBand 대체 기술

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2. 특징

항목	내용	비고
Zero Packet Loss	손실 없는 전송을 위한 혼잡 피드백 기반 제어	PFC(우선순위 흐름 제어)와 연계
TCP-Friendly	기존 TCP 트래픽과 공존 가능한 대역폭 제어	QoS 보장
ECN 기반 피드백	Explicit Congestion Notification 활용	혼잡점 탐지 및 조정
고속 반응성	큐 점유율에 따라 전송 속도 동적 조절	데이터센터 실시간 적응

DCQCN은 RoCEv2 환경에서의 신뢰성 있는 RDMA 데이터 전송을 보장합니다.

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3. 동작 구조

단계	설명	비고
① ECN 마킹	스위치가 혼잡 탐지 시 ECN 필드 세트	IEEE 802.1Qau 기반
② CNP (Congestion Notification Packet)	수신 노드가 송신자에게 혼잡 알림 패킷 전송	네트워크 피드백 경로
③ 송신 속도 감소	송신자가 혼잡 신호에 따라 전송 속도 감속	Quantized Rate Reduction
④ 점진적 복구	혼잡 완화 후 송신 속도 점진적 회복	Additive Increase 단계

이 과정을 통해 DCQCN은 실시간으로 네트워크 부하를 조절합니다.

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4. 기술 요소

기술 요소	설명	비고
ECN (Explicit Congestion Notification)	혼잡 시 패킷 손실 없이 피드백 제공	IP 헤더 기반 표시
QCN (Quantized Congestion Notification)	IEEE 802.1Qau 혼잡 제어 프로토콜	DCQCN의 기본 모델
RDMA (Remote Direct Memory Access)	CPU 개입 없이 메모리 간 직접 데이터 전송	저지연 통신 핵심
PFC (Priority Flow Control)	손실 없는 데이터 우선순위 기반 흐름 제어	RoCEv2와 결합

DCQCN은 ECN/QCN/PFC가 결합된 혼합형 피드백 제어 프로토콜입니다.

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5. 장점 및 이점

장점	설명	기대 효과
손실 없는 전송	데이터센터 내 무손실 네트워크 구현	고신뢰 RDMA 통신
빠른 혼잡 회복	ECN 기반 동적 혼잡 조정	Throughput 유지
QoS 보장	트래픽 클래스별 제어 지원	SLA 만족
낮은 지연	TCP 대비 평균 지연시간 대폭 감소	실시간 데이터 처리 가능

DCQCN은 RoCEv2 기반 고성능 컴퓨팅(HPC) 및 AI 인프라의 핵심 기술로 사용됩니다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

사례	설명	비고
AI 클러스터	GPU 간 RDMA 통신 혼잡 제어	NVIDIA DGX, InfiniBand 대체
HPC 데이터센터	초고속 RDMA 네트워크의 트래픽 제어	연구·시뮬레이션 환경
클라우드 네트워크	대규모 RoCE 기반 분산 스토리지	Azure, AWS 등 적용
분산 데이터 처리	Spark, TensorFlow 클러스터 네트워킹 최적화	데이터 병렬 처리 개선

도입 시 PFC 설정, 스위치 ECN 지원, RDMA NIC 드라이버 호환성 확인이 필수입니다.

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7. 결론

DCQCN은 RoCEv2 환경에서 ECN과 QCN 메커니즘을 결합하여 손실 없는 고성능 네트워크 전송을 실현하는 핵심 프로토콜입니다. AI·HPC·클라우드 인프라에서 RDMA의 안정적 운용을 보장하며, 데이터센터 혼잡 제어의 사실상 표준 기술로 자리잡고 있습니다.