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在當今快速發(fā)展的智能通訊領域，時間敏感網(wǎng)絡（TSN）已成為確保網(wǎng)絡通信高可靠性和低延遲的關鍵技術。IEEE 802.1 Qci作為TSN的一個重要組成部分，提供了一套強大的機制來管理網(wǎng)絡流量，確保關鍵數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級和帶寬得到保障。本文將深入探討IEEE 802.1 Qci協(xié)議的基本概念、工作原理以及虹科提供的Qci解決方案，幫您理解如何通過精確的流量控制來提升網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和效率。
一、技術簡介
時間敏感網(wǎng)絡（TSN）通過IEEE 802.1 Qci標準定義了一種關鍵的高可用性協(xié)議。這一協(xié)議的主要目的是防止未配置或存在故障的設備發(fā)送不必要流量，避免這些流量對網(wǎng)絡中的其他類別造成干擾。Qci利用以太網(wǎng)幀中的多個字段，如MAC地址和VLAN ID，來識別和區(qū)分不同的數(shù)據(jù)流。一旦數(shù)據(jù)流被準確識別，就可以為每個流獨立設定規(guī)則，包括：
- 為每個流設置允許的最大數(shù)據(jù)包大小
- 規(guī)定每個流的最大帶寬使用
- 控制數(shù)據(jù)包的傳輸，包括允許或禁止特定數(shù)據(jù)流的傳輸
Qci中的帶寬限制采用了信用和令牌桶機制。這一機制確保了對每個數(shù)據(jù)流的帶寬使用進行有效控制，防止任何單一流占用過多帶寬。同時，通過VLAN TAG中的DEI字段，Qci能夠在丟包發(fā)生之前，實現(xiàn)帶寬溢出的預防性傳播，從而在設備間進行流量控制。
此外，IEEE 802.1 Qci定義了一套豐富的統(tǒng)計計數(shù)器，使網(wǎng)絡管理員或設計者能夠檢測配置問題。
二、工作原理
PSFP（Per-Stream Filtering and Policing）通過過濾和監(jiān)管數(shù)據(jù)流，防止流量泛洪和惡意節(jié)點攻擊。PSFP包含三個層級/功能：
1、通過Filter識別和過濾數(shù)據(jù)流，依據(jù)Stream ID和Priority選擇不同的過濾器，Stream ID通過802.1CB的一個功能來識別。
2、Stream gate控制數(shù)據(jù)流量，與802.1Qbv中的gate相比，其位置在隊列前，賦予通過gate的幀內(nèi)部優(yōu)先級值IPV，確定流量類別。
3、對進入Meter的數(shù)據(jù)進行流量監(jiān)管，例如設置流量上限，并在超出時丟棄數(shù)據(jù)，監(jiān)管算法不包含在802.1Q中，詳見MEF10.3。
三、虹科Qci解決方案
虹科TSN交換機通過實施IEEE 802.1Qci標準，提供了一套每流過濾和監(jiān)管功能，以確保調(diào)度流量不受網(wǎng)絡基礎設施入口點上可能發(fā)生的配置錯誤或設備故障的影響。以下是虹科Qci解決方案的關鍵警務行動：
1、基于幀長度的監(jiān)管
這項措施允許設定基于最大幀長度的過濾標準，以規(guī)范數(shù)據(jù)幀的傳輸。
- 每流過濾和管理（PSPF）
PSPF由一個有序的流過濾器列表組成，這些過濾器確定將應用于在特定流上接收到的幀的過濾和監(jiān)督操作。
2、針對未配置數(shù)據(jù)流的監(jiān)管
對于使用相同流量類別（PCP）但未進行配置的數(shù)據(jù)流，虹科Qci解決方案將執(zhí)行監(jiān)管或?qū)⑵渲匦聵擞洖楸M力而為（或賦予較低優(yōu)先級）。
3、基于門狀態(tài)的監(jiān)管
此監(jiān)管機制僅允許在流門開啟狀態(tài)下接收幀，關閉狀態(tài)下接收到的幀將被視為無效。
- 流門表
流門表中的每個條目都包含控制流門狀態(tài)的關鍵元素，這些元素決定了數(shù)據(jù)流的接收條件。
4、基于速率的監(jiān)管
這項監(jiān)管措施監(jiān)控數(shù)據(jù)流的發(fā)送速率，確保不超過為特定數(shù)據(jù)流設定的流量限制。
- 流量計（表）
流量計（表）記錄了每個數(shù)據(jù)流的流量信息，為監(jiān)管流量提供了必要的數(shù)據(jù)支持。
擴展流量表（通過使用CLI訪問）：
- PSPF統(tǒng)計信息
PSPF統(tǒng)計信息提供了對過濾和監(jiān)管操作的詳細記錄，幫助網(wǎng)絡管理員進行性能監(jiān)控和優(yōu)化。
實現(xiàn)PSFP需要依據(jù)IEEE Std 802.1CB標準中的流識別函數(shù)，該函數(shù)提供的流句柄用于PSFP的監(jiān)督和排隊決策。幀句柄的值和接收幀的優(yōu)先級參數(shù)共同決定了幀將應用哪個流過濾器，以及將執(zhí)行哪些過濾和監(jiān)管操作。
結語
本文介紹了IEEE 802.1 Qci協(xié)議及其在構建高可靠性網(wǎng)絡中的重要性。虹科的Qci解決方案進一步將這些理論應用于實踐，通過每流過濾和監(jiān)管功能，有效防止了由于配置錯誤或設備故障導致的網(wǎng)絡干擾。隨著工業(yè)自動化和智能制造對網(wǎng)絡穩(wěn)定性要求的不斷提高，理解和應用IEEE 802.1 Qci協(xié)議及其相關技術，對于構建一個高效、可靠的網(wǎng)絡環(huán)境至關重要。
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