FAST基本的(de)流水線由5個通用功能模塊組成，可(kě)支持基本的(de)OpenFlow轉發功能。通過對基本流水線擴展，可(kě)以實現更加複雜的(de)交換功能。 一(yī)、基本硬件流水線結構      FAST基本流水線包含通用分組解析（GPP）、通用關鍵字提取（GKE）、通用匹配引擎（GME）、通用轉發動作（GAC）和(hé)通用輸出引擎（GOE）五個模塊，以及一(yī)個分組緩沖區（Buffer），如(rú)下圖所示。由于Buffer對軟件是不可(kě)見的(de)，與具體的(de)分組處理(lǐ)功能無關，因此不是FAST的(de)硬件模塊，也沒有(yǒu)MID編号。      GPP将到達的(de)分組按照到達的(de)先後順序将分組寫入Buffer緩存，同時提取分組的(de)前128字節作為(wèi)分組頭向量（PHV）随分組元數據（M）在模塊間傳遞，模塊GAC以此将分組從Buffer讀出，重新與元數據組合，發往GOE模塊。在GPP将分組緩存，隻在流水線中傳遞PHV的(de)優點是簡化流水線的(de)設計，避免變長(cháng)報文對流水線處理(lǐ)性能的(de)影響。      M和(hé)PHV在Verilog中分别定義為(wèi)256位和(hé)1024位的(de)向量，KEY定義為(wèi)296位（IPv6五元組）的(de)向量，因此上遊模塊使用1個時鍾周期即可(kě)将M、PHV以及KEY信息傳遞到下遊模塊。 二、流水線的(de)處理(lǐ)流程    （1）GPP模塊
     GPP模塊解析到達分組的(de)L2-L4層協議，将解析結果寫入分組元數據中8比特的(de)PST字段。PST編碼中0XXXXXXX編碼對應IPv4相關協議，1XXX XXXX編碼對應IPv6相關協議。0000 0000表示未識别的(de)協議。      目前GPP支持的(de)PST編碼類型如(rú)下：      GPP模塊同時負責把分組送報文緩沖區按照先進先出的(de)方式緩存，同時生成每個分組的(de)PHV，與分組元數據一(yī)起向流水線下遊傳送。    （2）GKE模塊
     GKE負責根據元數據中德PST值，從PHV中提取查表關鍵字。當分組PST确定時，關鍵字在PHV中具有(yǒu)确定的(de)位置。例如(rú)，對于提取IPv4/TCP/UDP報文的(de)五元組，可(kě)離(lí)線計算得：IPv4源IP地(dì)址到以太網幀起始的(de)偏移量為(wèi)26（208bit）字節，目的(de)IP偏移量為(wèi)30字節（240bit）。協議域偏移為(wèi)23字節（184bit），TCP/UDP源和(hé)目的(de)端口号分别為(wèi)34（272bit）和(hé)36（288bit）字節。顯然，如(rú)果在關鍵字提取時需要TCP的(de)SYN等标志位，可(kě)以計算這些标志位的(de)偏移量，直接賦值即可(kě)。用Verilog描述的(de)IPv4五元組關鍵字提取代碼如(rú)下圖所示。      GKE支持對IPv4/IPv6的(de)TCP/UDP/ICMP五元組提取（ICMP沒有(yǒu)端口号），其中IPv4和(hé)IPv6的(de)關鍵字具有(yǒu)不同的(de)格式。    （3）GME模塊
     GME模塊實現類似TCAM的(de)功能，将包含五元組的(de)key與TCAM中的(de)帶掩碼的(de)五元組規則進行(xíng)匹配，返回匹配的(de)FlowID，如(rú)果匹配不命中，FlowID為(wèi)全0。GME将返回的(de)flowID信息填寫到元數據的(de)FlowID字段中。      不同的(de)FPGA平台上，GME的(de)匹配有(yǒu)不同的(de)實現方法，以及不同的(de)規則數目和(hé)規則寬度等。實現方式也可(kě)能是使用FPGA片外的(de)TCAM芯片，或者FPGA片內(nèi)的(de)TCAM邏輯。      由于GME輸入的(de)KEY可(kě)能有(yǒu)多種格式，因此GME講KEY與元數據中協議類型（PST）字段合并組成查表關鍵字，軟件在配置查表規則時，不同格式的(de)規則前面要帶上不同的(de)PST編碼。    （4）GAC模塊
     GAC模塊包含Action表，通常表項的(de)大小與FlowID的(de)寬度有(yǒu)關。例如(rú)系統支持4K條五元組标識的(de)流，那麽FlowID的(de)寬度為(wèi)12，在GAC中的(de)Action表也有(yǒu)4K項。每個Action表包含對分組的(de)轉發操作，包括丢失，轉發到特定輸出端口，或送到特定的(de)軟件UA處理(lǐ)等。GAC根據轉發操作相關更新分組元數據中的(de)字段，信息同時将分組從Buffer中讀出，與元數據一(yī)起發給下遊模塊。      GAC實現對分組元數據中OutPort、Discard、DMID等域的(de)修改，決定分組的(de)轉發交換行(xíng)為(wèi)。    （5）GOE模塊
     GOE模塊負責FAST流水線輸出分組的(de)處理(lǐ)，主要包含以下2個功能。一(yī)是根據配置對FlowID/DMID标識流的(de)令牌桶限速，例如(rú)作為(wèi)OpenFlow交換機(jī)實現時，GOE可(kě)以控制Packet-in分組（DMID為(wèi)OpenFlow通道(dào)控制器）的(de)流量，二是對丢棄分組的(de)計數。由于分組在Buffer中是順序存儲的(de)，因此即使GAC之前的(de)模塊不能随意丢棄分組或者分組元數據。GPP等模塊如(rú)果決策要丢棄分組時，需将分組元數據中的(de)Discard位置位，将DMID設置為(wèi)GOE的(de)MID，這樣分組就會旁路掉GOE模塊前其他模塊的(de)處理(lǐ)，直到GOE模塊。GOE模塊實現對分組的(de)丢棄，并進行(xíng)統計計數。      顯然，FAST基本流水線隻實現了最基本的(de)分組處理(lǐ)功能，如(rú)何通過流水線擴展實現更加複雜的(de)分組處理(lǐ)将在後續文章(zhāng)中介紹。