在802.1Q-2014定義的以太網交換基本模型基礎上，針對TSN的特定需求，802.1Qci和802.1Qbv修訂對交換模型中(zhōng)分(fēn)組輸出緩存的入隊列操作和出隊列調度機制進行了擴展，通過使用門控時間列表等機制對時間敏感分(fēn)組入隊和出隊操作進行了限制。      FAST 3.0的流水線可以在保持現有模塊不變前提下(xià)，通過按需擴展插入新的模塊支持用戶定制的功能，因此可以方便地将TSN交換處理流程映射到FAST流水線上實現。 一(yī)、TSN交換處理流程    （1）标準以太網交換流程
      802.1Q-2014定義了标準以太網的交換流程，如下(xià)圖所示。處理流程主要包含10個模塊，每個模塊的功能見下(xià)表。      802.1Q規範沒有明确定義流量測量的粒度，無法對進入網絡的流量進行細粒度的測量和管控。雖然支持多種輸出調度算法，但更多是保證輸出調度的優先級，或者按照預先确定的權值分(fēn)配不同優先級隊列占用的輸出帶寬，在調度中(zhōng)沒有利用全局時間信息，無法實現确定性的延時控制。軟件定義網絡技術的應用可以簡化交換流程，将生(shēng)成樹(shù)管理以及地址學習功能上載到控制器上實現，可以針對每條細粒度的流定義交換行爲，但也難以實現确定性的延時控制。    （2）TSN對以太網交換流程的擴充
     針對确定性交換的目标，TSN主要在時間同步（802.1AS）、單流的過濾和管控（802.1Qci，Per-Stream Filtering and Policing），時間敏感流量的調度（802.1Qbv Enhancement for scheduled traffic）以及幀剝奪（802.1Qbu）四個方面對标準以太網交換流程進行增強，除了時間同步标準外(wài)，其他三個标準都成爲802.1Q的修訂，并合并到最新的802.1Q-2018中(zhōng)。      時間同步機制采用IEEE 1588的PTP協議，爲分(fēn)組進入隊列和輸出調度的時間門控邏輯提供精确的全局同步時間。      TSN在轉發流程中(zhōng)擴充的單流過濾和管控（PSFP）機制主要實現三個功能，一(yī)是單流測量，使用令牌桶機制測量到達的每條流得流量和最大(dà)幀長度是否超過預定合約；二是時間門控隊列選擇機制，即将全局時間（分(fēn)組到達的時刻）加入隊列選擇算法中(zhōng)考慮，重新計算分(fēn)組内部優先級，并根據内部優先級而不是分(fēn)組VLAN頭或IP頭中(zhōng)攜帶的外(wài)部優先級選擇輸出隊列号；三是入隊測量，基于令牌桶機制對進入特定隊列的流量進行測量，保證進入相應隊列緩存的分(fēn)組流量滿足一(yī)定的合約。      輸出時間門控機制将全局時間用于輸出調度，對于保存時間敏感幀的特定隊列，是有在制定時刻才會打開(kāi)。輸出門控機制實際上是爲每個輸出隊列設置了一(yī)個開(kāi)關，隻有開(kāi)關打開(kāi)時，隊列調度請求才會發送到輸出調度模塊，該隊列中(zhōng)的調度請求才能被響應。      幀剝奪機制主要是避免低優先級的長幀在發送時占用輸出接口，影響高優先級幀的發送。例如在某個時刻，高優先級隊列門的狀态由關閉變成打開(kāi)，因此輸出調度邏輯可調度該隊列中(zhōng)的高優先級幀發送。若在高優先級隊列門打開(kāi)前，一(yī)個低優先級的幀剛剛被調度，則該幀的發送可以立刻終止，在高優先級幀發送完成後，低優先級的幀可以繼續發送。爲了使以太網的MAC層支持幀剝奪機制（支持一(yī)個幀分(fēn)多次發送，MAC層負責這些分(fēn)片的重新組合），802.3工(gōng)作組也推出了相應的規範（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）和通用輸出控制（GOE）五個基本的模塊，可爲TSN交換提供基本的分(fēn)組處理功能。而時間同步，以及流的測量整型、時間門控和輸出調度邏輯分(fēn)别由用戶定義的PTP UDA、CFQ UDO和PTPUDO模塊實現，如下(xià)圖所示。       FAST-TSN模型的特點是：      1.在硬件流水線中(zhōng)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，不需要軟件參與，因此支持頻(pín)率更高的時間同步操作，可獲取優于100ns的同步精度。      2.将TSN的PSFP機制中(zhōng)的流分(fēn)類和單流測量映射到FAST基本流水線中(zhōng)實現，通過GME實現基于五元組的流分(fēn)類功能，爲每個分(fēn)組分(fēn)配一(yī)個flowID并填寫到分(fēn)組的元數據中(zhōng)，後續的GAC、GOE和UDO模塊可以利用flowID進行相關的操作。      3.采用獨立的UDO模塊實現核心的TSN門控和調度機制，通過UDO模塊的重構可以支持多種TSN實現模型，滿足不同TSN交換場景的需求。我(wǒ)(wǒ)們實現的CQF-UDO模型可以保證确定性的端到端交換延時。      我(wǒ)(wǒ)們将在後續文章中(zhōng)，對TSN的CQF轉發模型，以及PTP UDA、PTPUDO以及CFQ UDO模塊的功能實現進行詳細介紹。