在802.1Q-2014定義的(de)以太網交換基本模型基礎上，針對TSN的(de)特定需求，802.1Qci和(hé)802.1Qbv修訂對交換模型中分組輸出緩存的(de)入隊列操作和(hé)出隊列調度機(jī)制進行(xíng)了擴展，通過使用門控時間列表等機(jī)制對時間敏感分組入隊和(hé)出隊操作進行(xíng)了限制。      FAST 3.0的(de)流水線可(kě)以在保持現有(yǒu)模塊不變前提下，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(kě)以方便地(dì)将TSN交換處理(lǐ)流程映射到FAST流水線上實現。 一(yī)、TSN交換處理(lǐ)流程    （1）标準以太網交換流程
      802.1Q-2014定義了标準以太網的(de)交換流程，如(rú)下圖所示。處理(lǐ)流程主要包含10個模塊，每個模塊的(de)功能見下表。      802.1Q規範沒有(yǒu)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(xíng)細粒度的(de)測量和(hé)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(de)優先級，或者按照預先确定的(de)權值分配不同優先級隊列占用的(de)輸出帶寬，在調度中沒有(yǒu)利用全局時間信息，無法實現确定性的(de)延時控制。軟件定義網絡技術的(de)應用可(kě)以簡化交換流程，将生成樹管理(lǐ)以及地(dì)址學(xué)習功能上載到控制器上實現，可(kě)以針對每條細粒度的(de)流定義交換行(xíng)為(wèi)，但也難以實現确定性的(de)延時控制。    （2）TSN對以太網交換流程的(de)擴充
     針對确定性交換的(de)目标，TSN主要在時間同步（802.1AS）、單流的(de)過濾和(hé)管控（802.1Qci，Per-Stream Filtering and Policing），時間敏感流量的(de)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(xíng)增強，除了時間同步标準外，其他三個标準都成為(wèi)802.1Q的(de)修訂，并合并到最新的(de)802.1Q-2018中。      時間同步機(jī)制采用IEEE 1588的(de)PTP協議，為(wèi)分組進入隊列和(hé)輸出調度的(de)時間門控邏輯提供精确的(de)全局同步時間。      TSN在轉發流程中擴充的(de)單流過濾和(hé)管控（PSFP）機(jī)制主要實現三個功能，一(yī)是單流測量，使用令牌桶機(jī)制測量到達的(de)每條流得流量和(hé)最大幀長(cháng)度是否超過預定合約；二是時間門控隊列選擇機(jī)制，即将全局時間（分組到達的(de)時刻）加入隊列選擇算法中考慮，重新計算分組內(nèi)部優先級，并根據內(nèi)部優先級而不是分組VLAN頭或IP頭中攜帶的(de)外部優先級選擇輸出隊列号；三是入隊測量，基于令牌桶機(jī)制對進入特定隊列的(de)流量進行(xíng)測量，保證進入相應隊列緩存的(de)分組流量滿足一(yī)定的(de)合約。      輸出時間門控機(jī)制将全局時間用于輸出調度，對于保存時間敏感幀的(de)特定隊列，是有(yǒu)在制定時刻才會打開。輸出門控機(jī)制實際上是為(wèi)每個輸出隊列設置了一(yī)個開關，隻有(yǒu)開關打開時，隊列調度請求才會發送到輸出調度模塊，該隊列中的(de)調度請求才能被響應。      幀剝奪機(jī)制主要是避免低(dī)優先級的(de)長(cháng)幀在發送時占用輸出接口，影響高(gāo)優先級幀的(de)發送。例如(rú)在某個時刻，高(gāo)優先級隊列門的(de)狀态由關閉變成打開，因此輸出調度邏輯可(kě)調度該隊列中的(de)高(gāo)優先級幀發送。若在高(gāo)優先級隊列門打開前，一(yī)個低(dī)優先級的(de)幀剛剛被調度，則該幀的(de)發送可(kě)以立刻終止，在高(gāo)優先級幀發送完成後，低(dī)優先級的(de)幀可(kě)以繼續發送。為(wèi)了使以太網的(de)MAC層支持幀剝奪機(jī)制（支持一(yī)個幀分多次發送，MAC層負責這些分片的(de)重新組合），802.3工作組也推出了相應的(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)通用輸出控制（GOE）五個基本的(de)模塊，可(kě)為(wèi)TSN交換提供基本的(de)分組處理(lǐ)功能。而時間同步，以及流的(de)測量整型、時間門控和(hé)輸出調度邏輯分别由用戶定義的(de)PTP UDA、CFQ UDO和(hé)PTPUDO模塊實現，如(rú)下圖所示。       FAST-TSN模型的(de)特點是：      1.在硬件流水線中插入PTP協議處理(lǐ)模塊，完全由硬件實現PTP同步幀（sync/delay-req/delay-resp幀）處理(lǐ)，不需要軟件參與，因此支持頻率更高(gāo)的(de)時間同步操作，可(kě)獲取優于100ns的(de)同步精度。      2.将TSN的(de)PSFP機(jī)制中的(de)流分類和(hé)單流測量映射到FAST基本流水線中實現，通過GME實現基于五元組的(de)流分類功能，為(wèi)每個分組分配一(yī)個flowID并填寫到分組的(de)元數據中，後續的(de)GAC、GOE和(hé)UDO模塊可(kě)以利用flowID進行(xíng)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)調度機(jī)制，通過UDO模塊的(de)重構可(kě)以支持多種TSN實現模型，滿足不同TSN交換場景的(de)需求。我們實現的(de)CQF-UDO模型可(kě)以保證确定性的(de)端到端交換延時。      我們将在後續文章(zhāng)中，對TSN的(de)CQF轉發模型，以及PTP UDA、PTPUDO以及CFQ UDO模塊的(de)功能實現進行(xíng)詳細介紹。