一(yī)、FAST交換平台的組成       FAST是基于多核CPU和FPGA的開(kāi)源可重構分(fēn)組交換平台。通常對處理性能要求較高的分(fēn)組處理功能由FPGA實現，對處理性能要求較低，實現複雜(zá)的功能可由CPU實現。用戶既可通過擴展FPGA硬件流水線功能也可以通過CPU上編程實現對分(fēn)組交換功能的擴充。      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。      FAST交換的實現不依賴特定的CPU與FPGA型号，但爲了更好地提供交換功能擴充能力，保證軟硬件協同分(fēn)組處理的基本性能，FAST的交換平台必須具有如下(xià)兩個特點：    （1）所有網絡接口連接到FPGA上
     進入交換平台的分(fēn)組首先送FPGA處理，離(lí)開(kāi)交換平台的分(fēn)組最後由FPGA發出。這樣有兩個優點。一(yī)是交換平台可精确獲取分(fēn)組接收時間以及控制發送時間，實現類似1588透明時鍾的控制，支持時間敏感交換；二是平台可以支持各種新型的分(fēn)組格式，支持内容中(zhōng)心網絡（ICN）等非IP交換。    （2）FPGA通過高帶寬總線與CPU連接
     與傳統交換芯片通過低帶寬的SPI總線、以太網或是單Lane的PCIE總線與控制CPU連接不同，FAST平台中(zhōng)FPGA通過高帶寬的總線與CPU連接，提升軟硬件協同分(fēn)組處理的性能，支持通過CPU軟件對數據平面處理功能進行擴展。      FAST交換平台的實現架構如下(xià)圖所示。FPGA邏輯分(fēn)爲平台相關的FPGAOS（類似微軟數據中(zhōng)心加速FPGA中(zhōng)的Shell）和FAST流水線兩部分(fēn)。FPGA OS主要實現平台相關,交換功能無關的分(fēn)組處理，如網絡接口的接收與發送、CPU的DMA引擎以及FPGA片外(wài)或片内實現的TCAM查表功能等。FAST 流水線實現交換相關的網絡功能，如分(fēn)組解析、關鍵字提取、轉發查表、動作執行和輸出控制等。用戶可通過擴展流水線實現不同的交換功能。      FAST流水線可将特定類型的分(fēn)組定向發往CPU進行處理。CPU上FPGA接口驅動稱爲FAST驅動，該驅動識别FAST分(fēn)組，根據分(fēn)組攜帶Metadata中(zhōng)的内容将分(fēn)組交協議棧或FAST内核處理。如果分(fēn)組交協議棧（例如發往本地控制平面的分(fēn)組），則分(fēn)組格式要首先轉換成爲skb-buf的格式。FAST内核實現Linux用戶空間中(zhōng)不同的FAST應用程序（UA）以及FAST硬件流水線之間FAST格式分(fēn)組的交換。FAST UA通過FAST 編程庫提供的API與FAST硬件流水線或其他UA交換FAST分(fēn)組以及管理配置FAST流水線。      FAST UA實現用戶定義的分(fēn)組處理功能，如與外(wài)部SDN控制器連接的OpenFlow通道，軟件實現的新型轉發交換（如LISP、段路由等）以及各類有狀态Middlebox功能等。FAST流水線中(zhōng)的硬件模塊可以通過查表決定直接轉發分(fēn)組或者把分(fēn)組重新定向到特定的軟件UA上。 二、支持FAST的網絡平台      爲支持基于FAST的教學與科研，FAST開(kāi)源社區聯合湖南(nán)新實網絡科技有限公司推出多款FAST交換平台，支持Intel/ARM CPU，以及Altera/Xilinx公司的多個型号的FPGA。 OpenBox-S4      采用Zynq-7000 SOC芯片，内嵌雙核Cortex-A9 處理器，512MB DDR3内存；支持4路千兆以太網數據接口及一(yī)路千兆管理以太網接口。适合基于FAST的計算機網絡教學和新型網絡交換機制的驗證。      OpenBox-S4z平台支持NetEXP教學案例，可用于研究生(shēng)和本科生(shēng)的計算機網絡實驗教學。高校教師與研究人員(yuán)可免費(fèi)申請試用OpenBox-S4z平台。 OpenBox-S28      基于Intel Atom CPU和Altera Arria V FPGA實現，支持8個千兆以太網和2個萬兆以太網接口，以及一(yī)個千兆管理以太網接口。适合中(zhōng)等端口密度的實驗網組網和新型網絡設備原型驗證。 OpenBox-S56      采用Zynq-7000 SOC芯片，内嵌雙核Cortex-A9 處理器，1GB DDR3内存；支持16個千兆以太網接口和4個萬兆接口，适合高端口密度的試驗網組網和新型網絡設備原型驗證。   FAST開(kāi)源社區爲所有OpenBox系列設備提供：
     （1）平台無關的FAST硬件流水線，FAST内核，FAST編程庫以及OpenFlow通道等典型UA的源代碼；
     （2）平台相關的FPGA OS以及FAST驅動的執行代碼；
     （3）基于OpenBox平台的用戶需求定制與技術培訓服務。