CN114553789B - 直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现方法和系统，包括：在接收到报文时，将报文划分成若干等长的分片，并将报文按片存放到Buffer中；报文每一分片接收完成后，进入调度模块执行调度处理，其中，报文第一分片直接调度到处理通道中，报文非第一分片则进入所述调度模块相应的队列中，等待调度；至少等待报文第一分片的PSFP的流识别完成后，通知调度模块可以调度该报文非第一分片，调度模块将报文非第一分片调度到处理通道中；将PSFP行为处理结果写入报文状态寄存器中，每发送新的分片前检查报文状态，如果有报文错误，则标记或标记并截断报文。

Description

直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现方法和系统
技术领域
本发明涉及以太网交换芯片时间敏感网络TSN实现范畴，尤其涉及直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现方法和系统。
背景技术
IEEE 802.1TSN任务组定义了时间敏感网络，通过一套协议规范构建超低时延和抖动、高可靠的确定性网络。其中802.1Qci协议规范对入口流量定义了基于流的过滤监管与转发功能，Qci的流过滤监管功能包括了对以太网最大协议数据单元(MSDU)的检查和基于时间的策略器(Time Policer)，时间策略器对当前时窗内报文流量进行计量，以确定该流在该时窗内是否超出所允许发送的最大流量，对违反MSDU和Time Policer检查的流进行阻断或丢弃报文，从而保护其它TSN流不受影响。
直通转发是与存储转发相对应的一种网络设备或网络芯片对报文处理的方式，存储转发是先将整个报文接收下来后再进行报文处理，这样在进行报文处理前就获取到了报文的数据长度，可以很方便处理进行流量策略，MTU检查等，但是存储转发方式给报文转发增加了存储时延，因而就有了直通转发方式，直通转发不需要将整个报文全部接收下来，只需接收到报文的一部分，比如以太网报文的前14个字节或报文的前64个字节等，就开始进行报文处理，这样大大的减少了报文的存包时延，同时也可以减少因报文长度不同带来的抖动，常用于对低时延或抖动有要求的场景，比如TSN时间敏感网络等。
直通转发模式在带来低时延的同时，也带来了一些问题。由于报文进行处理时报文的总长度未知，因而在报文处理过程中，和报文长度相关的功能比如MSDU检查，流量Policer等功能无法很好的处理，通常的做法是忽略掉和报文长度相关的功能，或在整个报文收取完成，得到报文长度后进行补偿处理，比如基于令牌桶的速率限制policer，在得到报文长度后再进行减令牌操作，如果超出相应的速率限制，则对于未发送的报文可以进行丢弃处理，对于正在发送的报文，可以标记或标记并截断，以便下一个交换设备或终端进行处理。
直通转发模式下，在完整报文接收完毕得到报文总长度后进行补偿处理的方法，对于现有的基于令牌桶的速率限制policer基本没有影响，可以正常工作，但是对于PSFP的基于时间的policer影响就比较大，可能会导致PSFP的流过滤监管功能失效，从而引起TSN流错乱，破坏TSN的确定性功能。
PSFP流过滤功能之一要求将流限制在一定时窗内，即在确定时窗内上游交换设备或终端不能发送超过其预订好的流量，比如在时窗[t0,t1]内(t0,t1为802.1AS PTP时间)，只允许上游设备最多发送10K字节的报文，如果在该时窗内发送超过10K字节的报文，则需要丢弃当前报文并执行已配置的策略比如流阻断等，如果不能及时丢弃或阻断则挤会占下一个时窗造成异常。这一点在存储转发模式下，因为报文进到处理流程之前已经得到了报文长度，在报文发送之前可以正确执行Time Policer，但是在直通模式下，依照上述做法在收到完整报文后做补偿处理，有可能报文已经将要发送完毕了，假如在时窗[t0,t1]内，已经接收到了9个1K字节报文，第10个报文为9K字节，在接收到第10个报文结束符(EOP)后并完成Time Policer时，该报文已经发送了8KB字节，该时窗内共收到了17KB字节，发送时挤占了下一个时窗的时间，此时已经破坏了TSN的确定性。对于MSDU的检查也会遇到同样的问题。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提出通过分片补偿处理代替传统一次性补偿处理的方法，有效解决直通转发模式下Qci流过滤监管功能失效的问题。
具体地，本发明的技术方案提供了一种直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现方法，其包括：在接收到报文时，将报文划分成若干长度相等的分片，并将报文按片存放到Buffer中；报文每一分片接收完成后，即进入调度模块执行调度处理，其中，报文第一分片直接调度到处理通道中，报文非第一分片则进入所述调度模块相应的队列中，等待调度；至少需要等待报文第一分片的PSFP的流识别完成后，通知所述调度模块可以调度该报文非第一分片，所述调度模块将报文非第一分片调度到处理通道中；将PSFP行为处理的结果写入报文状态寄存器中，每发送新的分片前检查报文状态，如果有报文错误，则标记或标记并截断报文。
进一步地，所述调度模块的调度处理包括：如果分片为报文第一分片，则产生头分片执行上下文，并将报文调度到处理通道的头分片处理流程HeadFragProcess中；如果分片为非报文第一分片，则产生非第一分片执行上下文，并将该分片的执行上下文存放到队列BodyFragContextQ的尾部，等待报文调度。
进一步地，所述调度模块的调度处理进一步包括：检查存放非第一份分片执行上下文的队列BodyFragContextQ，如果队列头元素可以调度，则将队列头元素调度到处理通道的PSFP行为处理流程PSFP Time Policer Process中。
进一步地，在报文第一分片的流识别完成后通知队列BodyFragContextQ可以调度该报文非第一分片，或者代替通知的方式，而是让队列BodyFragContextQ等待固定时长后再进行调度，该固定时长应大于从报文第一分片进入处理通道到PSFP流识别完成的时延。
进一步地，处理通道中的HeadFragProcess处理包括PSFP流识别转发、报文交换、路由功能，PSFP Time Policer Process执行PSFP行为处理如时间策略器和MSDU检查；其中，如果报文只有一个分片，则可同时在HeadFragProcess中执行PSFP行为处理，最后将PSFP行为处理的结果更新到PacketState中。
本发明的技术方案还提供了一种直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现系统，其包括：报文接收RxMac模块、Rx Port Buffer模块、报文处理通道、调度RxArbiter模块、TxSelector模块和TxMac模块；其中，
RxMac模块执行MAC功能，在从接口接收到报文时，将报文划分成若干长度相等的分片，并将报文按片存放到Buffer中；
RxArbiter模块在报文每一分片接收完成后，执行调度处理，报文第一分片直接调度到处理通道中，报文非第一分片则进入所述调度模块相应的队列中，等待调度，其中，至少需要等待报文第一分片的PSFP的流识别完成后，通知RxArbiter模块可以调度该报文非第一分片，RxArbiter模块将报文非第一分片调度到处理通道中；并且其中，
处理通道在执行报文第一分片的PSFP行为处理后，将PSFP行为处理的结果写入报文状态寄存器中，TxSelector模块从处理通道中读取报文分片，并将报文发送给TxMac模块，每读取一新的分片就读取该报文的状态，如果报文错误则标记或标记并截断报文发送。
进一步地，RxArbiter模块的调度处理包括：如果分片为报文第一分片，则产生头分片执行上下文，并将报文调度到处理通道的头分片处理流程HeadFragProcess中；设置若干个非报文第一分片BodyFragContextQ队列，每个接收端口或通道对应一个队列；如果分片为非报文第一分片，则产生非第一分片执行上下文，并将该分片的执行上下文存放到队列BodyFragContextQ的尾部，等待报文调度。
进一步地，RxArbiter模块的调度处理进一步包括：检查存放非第一份分片执行上下文的队列BodyFragContextQ，如果队列头元素可以调度，则将队列头元素调度到处理通道的PSFP行为处理流程PSFP Time Policer Process中。
进一步地，在报文第一分片的流识别完成后通知队列BodyFragContextQ可以调度该报文非第一分片，或者代替通知的方式，而是让队列BodyFragContextQ等待固定时长再进行调度，该固定时长应大于从报文第一分片进入处理通道到PSFP流识别完成的时延。
进一步地，处理通道中的HeadFragProcess处理包括PSFP流识别转发、报文交换、路由功能，PSFP Time Policer Process执行PSFP行为处理如时间策略器和MSDU检查；其中，如果报文只有一个分片，则可同时在HeadFragProcess中执行PSFP行为处理，最后将PSFP行为处理的结果更新到PacketState中。
附图说明
图1是本发明的报文处理流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明的设计要点如下：
(1)接收时将报文划分成若干长度相等的分片，并将报文按片存放到Buffer中。
(2)报文每一分片接收完成后，即进入调度模块，报文第一分片直接调度到处理通道中，报文非第一分片进入调度模块相应的队列中，等待调度。
(3)报文第一分片在处理通道中，待PSFP分流功能处理完毕后，通知调度模块可以调度该报文非第一分片，调度模块将非第一分片调度到处理通道中(也可以报文第二分片等待第一分片PSFP分流功能处理时长后即进行调度)。
(4)处理通道设置两个并行执行的处理流程，一路执行报文第一分片，一路执行报文非第一分片，报文非第一分片仅进行PSFP行为处理如时间策略器(Time Policer)和MSDU检查等(如果处理通道性能足够高，也可以只有一路处理流程)。
(5)将PSFP行为处理的结果如报文错误状态写入报文状态寄存器中，每发送新的分片前检查报文状态，如果有报文错误，则标记或标记并截断报文。
如图1报文处理流程框图所示，系统有RxMac、Rx Port Buffer、Rx Arbiter、报文处理通道、TxSelector和TxMac模块组成，其中报文处理通道包括Head Frag Process和PSFP Time Policer Process及Packet Memory和Packet State模块。
RxMac模块执行MAC功能，从接口接收报文，并将报文按预先设定好的报文分片大小(如64字节、128字节、256字节等)缓存到Port Buffer中，每个分片即为一个调度单位。
Rx Arbiter模块主要执行以下操作：
从Port Buffer中获取报文分片，并将报文写入到Packet Memory中
如果分片为报文第一分片则产生头分片执行上下文，并将报文调度到处理通道的头分片处理流程HeadFragProcess中，如果分片为非报文第一分片则产生非第一分片执行上下文，并将该分片的执行上下文存放到队列BodyFragContextQ的尾部，等待报文调度。
检查存放非第一份分片执行上下文的队列BodyFragContextQ，如果队列头元素可以调度则将对头元素调度到处理通道中PSFP行为处理流程PSFP Time Policer Process中。
非第一分片执行上下文变为可调度，至少需要等待第一分片PSFP的流识别完成，获取到Timer Policer和MSDU检查所需要的配置参数。其实现方法可以在流识别完成后通知队列BodyFragContextQ，或者可替代地，可以让该队列BodyFragContextQ等待固定的时长，该时长应大于从报文第一分片进入处理通道到PSFP流识别完成的时延。
处理通道中的HeadFragProcess处理和报文头相关的包括PSFP流识别转发、报文交换、路由等功能，PSFP Time Policer Process执行PSFP行为处理如时间策略器(TimePolicer)和MSDU检查。如果报文只有一个分片，则可同时在HeadFragProcess中执行PSFP行为处理，最后PSFP行为处理的结果更新到PacketState中。
TxSelector模块从PacketMemory中读取报文分片，并将报文发送给TxMac，每读取一新的分片就读取该报文的状态，如果报文错误则标记或标记并截断报文发送。
在本发明的实施方式中，提供了一种直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现方法，其包括：在接收到报文时，将报文划分成若干长度相等的分片，并将报文按片存放到Buffer中；报文每一分片接收完成后，即进入调度模块执行调度处理，其中，报文第一分片直接调度到处理通道中，报文非第一分片则进入所述调度模块相应的队列中，等待调度；至少需要等待报文第一分片的PSFP的流识别完成后，通知所述调度模块可以调度该报文非第一分片，所述调度模块将报文非第一分片调度到处理通道中，其中，处理通道可以设置两个并行执行的处理流程，一路执行报文第一分片，一路执行报文非第一分片，但不限于两路并行处理流程，如果处理性能足够高，可以将两路处理流程合并成一路，进行串行处理；将PSFP行为处理的结果写入报文状态寄存器中，每发送新的分片前检查报文状态，如果有报文错误，则标记或标记并截断报文。
进一步地，所述调度模块的调度处理包括：如果分片为报文第一分片，则产生头分片执行上下文，并将报文调度到处理通道的头分片处理流程HeadFragProcess中；如果分片为非报文第一分片，则产生非第一分片执行上下文，并将该分片的执行上下文存放到队列BodyFragContextQ的尾部，等待报文调度。
进一步地，所述调度模块的调度处理进一步包括：检查存放非第一份分片执行上下文的队列BodyFragContextQ，如果队列头元素可以调度，则将队列头元素调度到处理通道的PSFP行为处理流程PSFP Time Policer Process中。
进一步地，在报文第一分片的流识别完成后通知队列BodyFragContextQ可以调度该报文非第一分片，或者代替通知的方式，而是让队列BodyFragContextQ等待固定时长后再进行调度，该时长应大于从报文第一分片进入处理通道到PSFP流识别完成的时延。
进一步地，处理通道中的HeadFragProcess处理包括PSFP流识别转发、报文交换、路由功能，PSFP Time Policer Process执行PSFP行为处理如时间策略器和MSDU检查；其中，如果报文只有一个分片，则可同时在HeadFragProcess中执行PSFP行为处理，最后将PSFP行为处理的结果更新到PacketState中。
本发明的实施方式还提供了一种直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现系统，其包括：报文接收RxMac模块、Rx Port Buffer模块、报文处理通道、调度RxArbiter模块、TxSelector模块和TxMac模块；其中，
RxMac模块执行MAC功能，在从接口接收到报文时，将报文划分成若干长度相等的分片，并将报文按片存放到Buffer中；
RxArbiter模块在报文每一分片接收完成后，执行调度处理，报文第一分片直接调度到处理通道中，报文非第一分片则进入所述调度模块相应的队列中，等待调度，其中，至少需要等待报文第一分片的PSFP的流识别完成后，通知RxArbiter模块可以调度该报文非第一分片，RxArbiter模块将报文非第一分片调度到处理通道中，所述处理通道可以设置两个并行执行的处理流程，一路用于执行报文第一分片，一路用于执行报文非第一分片，但不限于两路并行处理流程，如果处理性能足够高，可以将两路处理流程合并成一路，进行串行处理；并且其中，
处理通道在执行报文第一分片的PSFP行为处理后，将PSFP行为处理的结果写入报文状态寄存器中，TxSelector模块从处理通道中读取报文分片，并将报文发送给TxMac模块，每读取一新的分片就读取该报文的状态，如果报文错误则标记或标记并截断报文发送。
进一步地，RxArbiter模块的调度处理包括：如果分片为报文第一分片，则产生头分片执行上下文，并将报文调度到处理通道的头分片处理流程HeadFragProcess中；设置若干个非报文第一分片BodyFragContextQ队列，每个接收端口或通道对应一个队列；如果分片为非报文第一分片，则产生非第一分片执行上下文，并将该分片的执行上下文存放到队列BodyFragContextQ的尾部，等待报文调度。
进一步地，RxArbiter模块的调度处理进一步包括：检查存放非第一份分片执行上下文的队列BodyFragContextQ，如果队列头元素可以调度，则将队列头元素调度到处理通道的PSFP行为处理流程PSFP Time Policer Process中。
进一步地，在报文第一分片的流识别完成后通知队列BodyFragContextQ可以调度该报文非第一分片，或者让队列BodyFragContextQ等待一定时长再进行调度。
进一步地，处理通道中的HeadFragProcess处理包括PSFP流识别转发、报文交换、路由功能，PSFP Time Policer Process执行PSFP行为处理如时间策略器和MSDU检查；其中，如果报文只有一个分片，则可同时在HeadFragProcess中执行PSFP行为处理，最后将PSFP行为处理的结果更新到PacketState中。
本发明有效解决了直通转发模式下Qci流过滤监管功能失效的，尽可能早的发现错误报文并终止报文发送。

Claims (6)

1.一种直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现方法，其特征在于，包括：
在接收到报文时，将报文划分成若干长度相等的分片，并将报文按片存放到Buffer中；
报文每一分片接收完成后，即进入调度模块执行调度处理，其中，报文第一分片直接调度到处理通道中，报文非第一分片则进入所述调度模块相应的队列中，等待调度；
至少需要等待报文第一分片的PSFP的流识别完成后，通知所述调度模块调度该报文非第一分片，所述调度模块将报文非第一分片调度到处理通道中；
将PSFP行为处理的结果写入报文状态寄存器中，每发送新的分片前检查报文状态，如果有报文错误，则标记或标记并截断报文；其中，
所述调度模块的调度处理包括：
如果分片为报文第一分片，则产生头分片执行上下文，并将报文调度到处理通道的头分片处理流程HeadFragProcess中；
如果分片为报文非第一分片，则产生非第一分片执行上下文，并将该分片的执行上下文存放到队列BodyFragContextQ的尾部，等待调度；
检查存放非第一分片执行上下文的队列BodyFragContextQ，如果队列头元素可以调度，则将队列头元素调度到处理通道的PSFP行为处理流程PSFP Time Policer Process中。
2.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，在报文第一分片的流识别完成后通知队列BodyFragContextQ调度该报文非第一分片，或者代替通知的方式，而是让队列BodyFragContextQ等待固定时长后再进行调度，该固定时长应大于从报文第一分片进入处理通道到PSFP流识别完成的时延。
3.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，处理通道中的HeadFragProcess处理包括PSFP流识别转发、报文交换、路由功能，PSFP Time Policer Process执行PSFP行为处理如时间策略器和MSDU检查；其中，如果报文只有一个分片，则可同时在HeadFragProcess中执行PSFP行为处理，最后将PSFP行为处理的结果更新到报文状态寄存器PacketState中。
4.一种直通转发模式下TSN Qci流过滤功能的实现系统，其特征在于，包括：报文接收RxMac模块、Rx Port Buffer模块、报文处理通道、调度Rx Arbiter模块、TxSelector模块和TxMac模块；其中，
RxMac模块执行MAC功能，在从接口接收到报文时，将报文划分成若干长度相等的分片，并将报文按片存放到Buffer中；
Rx Arbiter模块在报文每一分片接收完成后，执行调度处理，报文第一分片直接调度到处理通道中，报文非第一分片则进入所述调度Rx Arbiter模块相应的队列中，等待调度，其中，至少需要等待报文第一分片的PSFP的流识别完成后，通知Rx Arbiter模块调度该报文非第一分片， Rx Arbiter模块将报文非第一分片调度到处理通道中；并且其中，
将PSFP行为处理的结果写入报文状态寄存器中，TxSelector模块从处理通道中读取报文分片，并将报文发送给TxMac模块，每读取一新的分片就读取该报文的状态，如果报文错误则标记或标记并截断报文发送；其中，
Rx Arbiter模块的调度处理包括：
如果分片为报文第一分片，则产生头分片执行上下文，并将报文调度到处理通道的头分片处理流程HeadFragProcess中；
设置若干个报文非第一分片BodyFragContextQ队列， 每个接收端口或通道对应一个队列；
如果分片为报文非第一分片，则产生非第一分片执行上下文，并将该分片的执行上下文存放到队列BodyFragContextQ的尾部，等待报文调度；
检查存放非第一份分片执行上下文的队列BodyFragContextQ，如果队列头元素可以调度，则将队列头元素调度到处理通道的PSFP行为处理流程PSFP Time Policer Process中。
5.根据权利要求4所述的实现系统，其特征在于，在报文第一分片的流识别完成后通知队列BodyFragContextQ调度该报文非第一分片，或者代替通知的方式，而是让队列BodyFragContextQ等待固定时长后再进行调度，该固定时长应大于从报文第一分片进入处理通道到PSFP流识别完成的时延。
6.根据权利要求4所述的实现系统，其特征在于，处理通道中的HeadFragProcess处理包括PSFP流识别转发、报文交换、路由功能，PSFP Time Policer Process执行PSFP行为处理如时间策略器和MSDU检查；其中，如果报文只有一个分片，则可同时在HeadFragProcess中执行PSFP行为处理，最后将PSFP行为处理的结果更新到报文状态寄存器PacketState中。
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