高可靠性——TSN 802.1Qci协议介绍

      最后更新:2022-07-02 16:00:22 手机定位技术交流文章

      TSN协议家族可以根据实现功能分为四个类别:时间和同步、延迟、可靠性和资源管理。时间同步-TSN协议802.1AS介绍了时间和同步-802.1AS协议的核心,在基于TSN工具的时间同步分析中(七个延误,本文讨论了评价时间同步精度的七个指标。本文介绍了802在可靠性函数的实现中。

      一、简介

      IEE 802.1 Qci是 Per-Stream Filtering and Policing(以下称PSFP),即,对每个数据流采取过滤和控制策略,确保输入流符合规格,这避免了由于故障或恶意攻击(如DOS攻击)引起的异常流量问题。本文将分析异常流动问题,阐述了可行的滤波控制策略,为什么Qci建议使用Per-stream滤波控制策略,最后, 介绍了公共服务计划的基本工作过程.

      二、异常流量问题

      异常流量意味着发送器或交换机发送过多的流量,或者发送过时的流量,占有其他流量的带宽,导致这些流量的带宽和延迟无法保证,甚至影响整个网络。

      下面的图示了基本的异常流动现象,在图中,T1和T2是两个发送节点,L1,L2,L3作为三个接收节点,B1和B2是两个桥梁装置。红色和绿色分别代表T1和T2发送的数据流;这里T1发送的数据流超过指定的带宽,B1的T2数据流也受到影响,未满足接收节点L3接收数据的带宽和延迟要求。

      为了解决上述异常流量现象,在异常流量进入桥梁装置时,可以采用滤波和控制策略,如图所示:

      在图中,在B1输入端口引入滤波器,滤波器对通过的异常流量采取限制性措施,使B1输出端口的每个流量能够满足其带宽要求。

      三、过滤和控制策略

      flow 限制 的 筛选 和 控制 策略 有 若干, 可以 分为 :

      • 单流过滤(以下简称单流过滤)

      • 单一交通类的筛选(以下简称单一类)

      根据控制方法可以分为:

      • 限流
      • 阻断

      本文结合并分析了四个滤波和控制策略,指出滤波和控制是针对带宽要求的流量设计的,即不适合BE(最佳努力)数据流量。

      1. 单类+限流

      如图所示,交换节点的每个输入端口都有一个单一类滤波器,输出端口配备了一个基于信用的整流器(CBS);图中显示的三个颜色是红色、蓝色和绿色,流属于相同的流类。因此,在B1的单类滤波器上,由于红流异常,因此,该交通类的总带宽超过40Mbit/s的35+20,从而触发限流控制策略,红 traffic的实际输出带宽为30Mbit/s,蓝流实际输出带宽被更改为10Mbit/s;在B2输入端口,红色、绿色和蓝色的流量满足单级滤波器的要求。但在输出端口处,红色和绿色的流量比为30+55,超过75Mbit/s。绿色交通的最终产出为45Mbit/s。

      由此可见,单类+限流滤波控制策略不能分离异常流的影响,蓝色和绿色流本身并不异常,但仍受到红色异常流的影响。

      2. 单类+阻断

      如图所示,绿色交通的带宽要求可以通过更改控制模式来封锁,但蓝色交通也被封锁,因为它属于一个交通类以及红色交通。

      再考虑另一情况:

      同样适用于单类+块滤波控制,但只有红色交通异常变为30Mbit/s,蓝色的交通在此时没有传输数据,因此,对于B1单级滤波器来说,无法检测红流异常;在B2输出端口,由于CBS的限制,红色的流量是25Mbit/s,绿色的流量是50Mbit/s,由此可见,单级检测不能完全检测异常流动。也不可能孤立异常流对其他流的影响。

      3. 单流+限流

      如图所示,单流+极限流方法成功地限制了异常流,并不影响其他流;然而,由于极限流方法,这意味着有选择性数据丢失,即数据可能错误,接收者假设是正常流被接收。

      4. 单流+阻断

      最后,滤波控制策略是单流+块,其中只影响异常流和正常传输的其他流。

      从上述四种滤波控制策略的比较中可以看出。单类滤波器只需要实现较小的滤波器,但正常流动的带宽和延迟要求不能保证;相反,单流滤波器确保只有异常流量被控制,其他正常流动不会受到影响,但必须为每个流程执行单独的滤波器,这 无疑 会 需要 更多 的 开支 ; 阻力 控制 比 限流 控制 更 直接 、 更 安全,一方面,为了确保不进入恶意的交通,另一方面, 确保输入数据是完整的.

      PSFP支持上述四种滤波控制方法,但建议使用单流滤波和阻塞控制相结合,因为该方法既能隔离异常流量,又不会影响网络中的其他流量,并确保最大程度的数据完整性。

      PSFP工作过程

      PSFP由图表中的流滤波器、流门和流量计表完成,并简述如下:

      • 流滤波器,即流滤波表,每个表项代表一个流的相应滤波器,并与下面的特定门控(Gate)和计量器(Meter)关联;
      • 流门(Stream Gates),即流门控制表,每个表项目代表了为流而采取的门控制措施(例如关闭的门控制状态代表了相应流入的禁令);
      • 流量计(英语:Flow Meters),即流量计,每个表项目代表一个流量的流量统计数据,并控制流量超过带宽限度时的流量限制或阻塞。

      以下描述了PSFP的基本工作流程:首先,根据流程ID和优先信息定义的流程滤波器,确定流是否遵循滤波器,若由该过滤器控制,根据相应的闸门控制,决定是否允许流入,若允许流入,流量计中的参数决定了是否超过了限度,若超出限额,取决于配置,决定是否使用限流或阻塞。

      然后考虑PSFP的基本应用场景:

      • 对于未知源流,PSFP关闭关口控制设置以防止有疑的流入;
      • 对于已知的源异常流量,异常性能并不局限于带宽(带宽超过预记录的带宽),而是包括:最大服务单元(SDU)的长度超过请求等,PSFP可以选择封锁或限制流量;

      因此,PSFP通过筛选和控制输入流量来提高网络的可靠性。

      五、结语

      这是802.一般来说,Qci提供了限制或封锁异常流量的能力,从而提高整个网络的鲁棒性和安全性。

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      参考文档

      IEEE Std 802.1Qci-2017

      Ingress Policing IEEE 802.1 TSN Plenary November 10-15, 2013 – Dallas, USA

      Time-Sensitive Networking (TSN) Profiles https://www.ieee802.org/1/tsn

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