在(zài)802.1Q-2014定義的(de)以(yǐ)太網交換基本模型基礎上(shàng)，針對TSN的(de)特定需求，802.1Qci和(hé / huò)802.1Qbv修訂對交換模型中分組輸出(chū)緩存的(de)入隊列操作和(hé / huò)出(chū)隊列調度機制進行了(le／liǎo)擴展，通過使用門控時(shí)間列表等機制對時(shí)間敏感分組入隊和(hé / huò)出(chū)隊操作進行了(le／liǎo)限制。      FAST 3.0的(de)流水線可以(yǐ)在(zài)保持現有模塊不(bù)變前提下，通過按需擴展插入新的(de)模塊支持用戶定制的(de)功能，因此可以(yǐ)方便地(dì / de)将TSN交換處理流程映射到(dào)FAST流水線上(shàng)實現。 一、TSN交換處理流程    （1）标準以(yǐ)太網交換流程
      802.1Q-2014定義了(le／liǎo)标準以(yǐ)太網的(de)交換流程，如下圖所示。處理流程主要(yào / yāo)包含10個(gè)模塊，每個(gè)模塊的(de)功能見下表。      802.1Q規範沒有明确定義流量測量的(de)粒度，無法對進入網絡的(de)流量進行細粒度的(de)測量和(hé / huò)管控。雖然支持多種輸出(chū)調度算法，但更多是(shì)保證輸出(chū)調度的(de)優先級，或者按照預先确定的(de)權值分配不(bù)同優先級隊列占用的(de)輸出(chū)帶寬，在(zài)調度中沒有利用全局時(shí)間信息，無法實現确定性的(de)延時(shí)控制。軟件定義網絡技術的(de)應用可以(yǐ)簡化交換流程，将生成樹管理以(yǐ)及地(dì / de)址學習功能上(shàng)載到(dào)控制器上(shàng)實現，可以(yǐ)針對每條細粒度的(de)流定義交換行爲(wéi / wèi)，但也(yě)難以(yǐ)實現确定性的(de)延時(shí)控制。    （2）TSN對以(yǐ)太網交換流程的(de)擴充
     針對确定性交換的(de)目标，TSN主要(yào / yāo)在(zài)時(shí)間同步（802.1AS）、單流的(de)過濾和(hé / huò)管控（802.1Qci，Per-Stream Filtering and Policing），時(shí)間敏感流量的(de)調度（802.1Qbv Enhancement for scheduled traffic）以(yǐ)及幀剝奪（802.1Qbu）四個(gè)方面對标準以(yǐ)太網交換流程進行增強，除了(le／liǎo)時(shí)間同步标準外，其他(tā)三個(gè)标準都成爲(wéi / wèi)802.1Q的(de)修訂，并合并到(dào)最新的(de)802.1Q-2018中。      時(shí)間同步機制采用IEEE 1588的(de)PTP協議，爲(wéi / wèi)分組進入隊列和(hé / huò)輸出(chū)調度的(de)時(shí)間門控邏輯提供精确的(de)全局同步時(shí)間。      TSN在(zài)轉發流程中擴充的(de)單流過濾和(hé / huò)管控（PSFP）機制主要(yào / yāo)實現三個(gè)功能，一是(shì)單流測量，使用令牌桶機制測量到(dào)達的(de)每條流得流量和(hé / huò)最大(dà)幀長度是(shì)否超過預定合約；二是(shì)時(shí)間門控隊列選擇機制，即将全局時(shí)間（分組到(dào)達的(de)時(shí)刻）加入隊列選擇算法中考慮，重新計算分組内部優先級，并根據内部優先級而(ér)不(bù)是(shì)分組VLAN頭或IP頭中攜帶的(de)外部優先級選擇輸出(chū)隊列号；三是(shì)入隊測量，基于(yú)令牌桶機制對進入特定隊列的(de)流量進行測量，保證進入相應隊列緩存的(de)分組流量滿足一定的(de)合約。      輸出(chū)時(shí)間門控機制将全局時(shí)間用于(yú)輸出(chū)調度，對于(yú)保存時(shí)間敏感幀的(de)特定隊列，是(shì)有在(zài)制定時(shí)刻才會打開。輸出(chū)門控機制實際上(shàng)是(shì)爲(wéi / wèi)每個(gè)輸出(chū)隊列設置了(le／liǎo)一個(gè)開關，隻有開關打開時(shí)，隊列調度請求才會發送到(dào)輸出(chū)調度模塊，該隊列中的(de)調度請求才能被響應。      幀剝奪機制主要(yào / yāo)是(shì)避免低優先級的(de)長幀在(zài)發送時(shí)占用輸出(chū)接口，影響高優先級幀的(de)發送。例如在(zài)某個(gè)時(shí)刻，高優先級隊列門的(de)狀态由關閉變成打開，因此輸出(chū)調度邏輯可調度該隊列中的(de)高優先級幀發送。若在(zài)高優先級隊列門打開前，一個(gè)低優先級的(de)幀剛剛被調度，則該幀的(de)發送可以(yǐ)立刻終止，在(zài)高優先級幀發送完成後，低優先級的(de)幀可以(yǐ)繼續發送。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)使以(yǐ)太網的(de)MAC層支持幀剝奪機制（支持一個(gè)幀分多次發送，MAC層負責這(zhè)些分片的(de)重新組合），802.3工作組也(yě)推出(chū)了(le／liǎo)相應的(de)規範（802.3br）。 二、FAST-TSN實現模型      FAST基本流水線包含協議解析（GPP），關鍵字提取（GKE），匹配查表（GME），通用動作（GAC）和(hé / huò)通用輸出(chū)控制（GOE）五個(gè)基本的(de)模塊，可爲(wéi / wèi)TSN交換提供基本的(de)分組處理功能。而(ér)時(shí)間同步，以(yǐ)及流的(de)測量整型、時(shí)間門控和(hé / huò)輸出(chū)調度邏輯分别由用戶定義的(de)PTP UDA、CFQ UDO和(hé / huò)PTPUDO模塊實現，如下圖所示。       FAST-TSN模型的(de)特點是(shì)：      1.在(zài)硬件流水線中插入PTP協議處理模塊，完全由硬件實現PTP同步幀（sync/delay-req/delay-resp幀）處理，不(bù)需要(yào / yāo)軟件參與，因此支持頻率更高的(de)時(shí)間同步操作，可獲取優于(yú)100ns的(de)同步精度。      2.将TSN的(de)PSFP機制中的(de)流分類和(hé / huò)單流測量映射到(dào)FAST基本流水線中實現，通過GME實現基于(yú)五元組的(de)流分類功能，爲(wéi / wèi)每個(gè)分組分配一個(gè)flowID并填寫到(dào)分組的(de)元數據中，後續的(de)GAC、GOE和(hé / huò)UDO模塊可以(yǐ)利用flowID進行相關的(de)操作。      3.采用獨立的(de)UDO模塊實現核心的(de)TSN門控和(hé / huò)調度機制，通過UDO模塊的(de)重構可以(yǐ)支持多種TSN實現模型，滿足不(bù)同TSN交換場景的(de)需求。我們實現的(de)CQF-UDO模型可以(yǐ)保證确定性的(de)端到(dào)端交換延時(shí)。      我們将在(zài)後續文章中，對TSN的(de)CQF轉發模型，以(yǐ)及PTP UDA、PTPUDO以(yǐ)及CFQ UDO模塊的(de)功能實現進行詳細介紹。