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基于FAST的TSN交換(3)TSN循環隊列轉發(CQF)原理
發布時(shí)間:2019-1-15
     玩說;CQF為(wèi)了支持确定性的交換,TSN對802.1Q-2014筆靜标準進行了擴充。其中單流過濾和管控機制(PSFP)中的時(shí)間門街草控邏輯控制了時(shí)間敏感分組進入緩存隊列的時(s中事hí)間,而時(shí)間敏感流增強調度(看拍EST)機制中的輸出門控機制控制了分組離開(kāi)輸出隊列的時(s火兵hí)間。基于對PSFP和EST機制的不(bù)同配置女文,TSN交換機可以實現多樣的确定性轉發,滿足不(bù)同場景的需求。 我爸
   &nbs市哥p; CQF是802.1Qch定義的一種對PSPF和ES土草T機制的配置,可以通(tōng)過簡單的計算實現确定性輛短的轉發延時(shí)。CQF也是目前TSN規喝電範中确定的唯一配置方式。
一、CQF工(gōng)作原理
  &nbs家到p;   盡管對PSFP和ETS功能進行不(bù)同的雪得配置可以實現不(bù)同的TSN控制,但CQF是目前T水亮SN規範中給出的唯一一個實現模型,其最大(dà)特點下海是計算和配置簡單,可以保證分組端到端交換的确定性延時(shí)。 化能
   (1)延時(shí)保證
  &nbs水地p;   CQF模型将全網時(shí)間劃分為通坐(wèi)長(cháng)度為(wèi)d的連續時(shí)間槽,用i,i+1計頻…,i+N表示,若交換機S0在時(shí)間槽i中的t1時(shí高問)刻從鍊路上接收到數據幀p,則必須在i+1時(shí)間槽畫東中的某個時(shí)刻t2輸出到鍊路上,如(rú)下銀友圖所示。

圖1 CQF對交換機轉發延時(shí)的要求 道雜
    &白服nbsp;假設t1和t2可在時(shí)間槽i和i+1中任頻門意分布,因此幀p經S0交換的延時(shí)t2-見月t1上限為(wèi)2d,下限為(wèi)0。同理,交換機S1必須在時(sh謝湖í)間槽i+2中的某個點t3完成交換并輸出到鍊路上,因此p經呢謝S0和S1交換機的延時(shí)t3-t1最大(dà)為(wèi)3d,最小為見到(wèi)d。更為(wèi)一般的,基于CQF很物模型,幀p在網絡中交換的最大(dà)延時(shí)為(wèi)站章(h+1)*d,最小延時(shí)為(wèi)(h-1)*d,時區其中h為(wèi)傳輸路徑跳數。
   (2)時(shí)間火離敏感幀的處理  &nbs唱習p;   支持CQF模型的家腦交換機隻要在輸出端口為(wèi)時(shí)間敏感幀設置兩個亮訊由時(shí)間門控制的隊列Q0和Q1。偶數時(吧畫shí)間槽,隊列Q0保存輸入端口接收的幀(接收模式,她吧不(bù)發送幀),同時(shí)隊列Q1發送在上一懂吃個奇數時(shí)間槽緩存的數據幀(發送模式友能,不(bù)接收幀);奇數時(shí)間槽,兩個隊列的操作正好(hǎ視弟o)相反。因此,兩個隊列循環的進行分組緩存和調度輸出操作,這也是CQF名稱答很的來由。

圖2 CQF定義的循環隊列結構及工(gōn又就g)作原理
    水醫;  針對CQF轉發模型,PSFP和EST機制定義的輸入門算在控表和輸出門控表示如(rú)圖所示。在偶數時(shí)間槽,明厭按照T0表項定義的動作執行,在奇數時(shí)間槽,自妹按照T1表項定義的動作執行,具體操作如(rú)下得湖表所示。
    &nbs志麗p;顯然,根據上面操作,每個時(shí)間敏感分組在交換中的延時(腦了shí)不(bù)超過2個時(shí)間槽。術老當然設備間時(shí)間同步精度,非時(shí)間敏感秒關幀傳輸占用輸出鍊路對時(shí)間敏感幀的幹擾,鍊路上分配的時(shí開腦)間敏感業務量大(dà)小等因素都會(hu理窗ì)對CQF模型中時(shí)間槽大(dà)小,Q0資行/Q1隊列長(cháng)度等參數的選擇有影響,作公具體分析我們(men)在後續文章中給出。
二、支持CQF的交換機輸出接口模型
   (1)隊列模型和入隊出隊控制 醫黃      交換機每劇做個輸出接口除了時(shí)間敏感流量外,還有其不通他(tā)非時(shí)間敏感流量,如(慢筆rú)best effort流量,帶寬預約流量等。為(wèi)分下此,802.1Q-2014 的Annex I(Priority and謝草 drop precedence)定義了8個優先級隊列,分别緩和海存不(bù)同類型和優先級的流量,其中Q7的優先級最高,其次動廠是Q6,Q5…,優先級最低(dī)的是Q1。802.1Q-2014規範中解釋了說理Q0優先級高于Q1的原因。主要是網卡默認發出的best effor老如t流量采用默認優先級0,對應Q0,而Q1哥舞用于存儲優先級最低(dī)的背景流量,因此Q1的調度優先級低(dī)于Q0就北。
      紅民為(wèi)支持CQF模型,可将其中的兩個最高優先級隊列Q7和歌是Q6設置緩存時(shí)間敏感流量。此時(shí)的交換妹來機輸出接口模型如(rú)下圖所示。

圖3 支持CQF的交換機輸出接口模型
      由身資上圖可以看出以下幾點。
   &n機店bsp;  一是優先級最高的Q7和第二高的Q6通好隊列用于存儲時(shí)間敏感流,而且隻有這兩個隊列需要入隊和出隊的時(s他錢hí)間門控機制。由于不(bù)同的時(shí)間敏感流數生低據可能具有不(bù)同的發送周期(例如(和黑rú)第一個流的周期時(shí)125us,第二個流的周期是250u信我s),因此入隊控制需要不(bù)同的門控邏輯。去務
   &兵謝nbsp;  二是Q5,Q4和Q3保存預約帶寬請事的非時(shí)間敏感流量,其中Q5和Q4分别保存延時(shí)受限的音頻和視照道頻流,因此調度優先級比Q3要高。對于這些流量,在什報入隊控制時(shí)需要增加流量測量邏輯,避免由于來自多個輸入路愛端口的多個單流彙聚後的流量超過輸出接口預約的流量火道,同時(shí)在出隊需要增加整型邏輯,減小流量的突發。
    在員  三是進出三個低(dī)優先級隊列Q2,Q0能票和Q1的流量沒有任何控制。當然,在隊列将滿時(shí),隊列管理邏輯會弟看(huì)根據一定的算法選擇分組丢棄。由于優先級低(亮習dī),這幾個隊列的流量也不(bù)會(huì)影響時(shí)飛煙間敏感流量和預約帶寬的流量。
      四是舞低輸出調度可采用絕對優先級調度。由于對高優先級隊列采用們數了輸出時(shí)間門控和輸出整型機制,因此不(bù)來訊會(huì)因為(wèi)異常到達的高優先級流量“餓死”低資訊(dī)優先級的流量。
   (2)接口的配置管理 筆路    &nbs門房p;  CQF交換的輸出接口是可管理的,即用戶可以對優先級分類、入長林隊門控,出隊門控、入隊測量和輸出整型邏輯進行配置管理。
      涉及的主靜南要數據結構包括入隊/出隊門控列表,流量測量和整型的令牌很水桶參數,隊列管理參數等。我們(men)将在後續文章中對CQF輸出接口的配置管理關雪抽象進行進一步介紹。