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一、FAST交換平臺(tái)的組成       FAST是基于多核CPU和FPGA的開(kāi)源可重構(gòu)分組交換平臺(tái)。通常對(duì)處理性能要求較高的分組處理功能由FPGA實(shí)現(xiàn)，對(duì)處理性能要求較低，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能可由CPU實(shí)現(xiàn)。用戶既可通過(guò)擴(kuò)展FPGA硬件流水線功能也可以通過(guò)CPU上編程實(shí)現(xiàn)對(duì)分組交換功能的擴(kuò)充。      802.1Q規(guī)范沒(méi)有明確定義流量測(cè)量的粒度，無(wú)法對(duì)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的流量進(jìn)行細(xì)粒度的測(cè)量和管控。雖然支持多種輸出調(diào)度算法，但更多是保證輸出調(diào)度的優(yōu)先級(jí)，或者按照預(yù)先確定的權(quán)值分配不同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列占用的輸出帶寬，在調(diào)度中沒(méi)有利用全局時(shí)間信息，無(wú)法實(shí)現(xiàn)確定性的延時(shí)控制。軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用可以簡(jiǎn)化交換流程，將生成樹(shù)管理以及地址學(xué)習(xí)功能上載到控制器上實(shí)現(xiàn)，可以針對(duì)每條細(xì)粒度的流定義交換行為，但也難以實(shí)現(xiàn)確定性的延時(shí)控制。      FAST交換的實(shí)現(xiàn)不依賴特定的CPU與FPGA型號(hào)，但為了更好地提供交換功能擴(kuò)充能力，保證軟硬件協(xié)同分組處理的基本性能，F(xiàn)AST的交換平臺(tái)必須具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：    （1）所有網(wǎng)絡(luò)接口連接到FPGA上
     進(jìn)入交換平臺(tái)的分組首先送FPGA處理，離開(kāi)交換平臺(tái)的分組最后由FPGA發(fā)出。這樣有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一是交換平臺(tái)可精確獲取分組接收時(shí)間以及控制發(fā)送時(shí)間，實(shí)現(xiàn)類似1588透明時(shí)鐘的控制，支持時(shí)間敏感交換；二是平臺(tái)可以支持各種新型的分組格式，支持內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)（ICN）等非IP交換。    （2）FPGA通過(guò)高帶寬總線與CPU連接
     與傳統(tǒng)交換芯片通過(guò)低帶寬的SPI總線、以太網(wǎng)或是單Lane的PCIE總線與控制CPU連接不同，F(xiàn)AST平臺(tái)中FPGA通過(guò)高帶寬的總線與CPU連接，提升軟硬件協(xié)同分組處理的性能，支持通過(guò)CPU軟件對(duì)數(shù)據(jù)平面處理功能進(jìn)行擴(kuò)展。      FAST交換平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如下圖所示。FPGA邏輯分為平臺(tái)相關(guān)的FPGAOS（類似微軟數(shù)據(jù)中心加速FPGA中的Shell）和FAST流水線兩部分。FPGA OS主要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)相關(guān),交換功能無(wú)關(guān)的分組處理，如網(wǎng)絡(luò)接口的接收與發(fā)送、CPU的DMA引擎以及FPGA片外或片內(nèi)實(shí)現(xiàn)的TCAM查表功能等。FAST 流水線實(shí)現(xiàn)交換相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能，如分組解析、關(guān)鍵字提取、轉(zhuǎn)發(fā)查表、動(dòng)作執(zhí)行和輸出控制等。用戶可通過(guò)擴(kuò)展流水線實(shí)現(xiàn)不同的交換功能。      FAST流水線可將特定類型的分組定向發(fā)往CPU進(jìn)行處理。CPU上FPGA接口驅(qū)動(dòng)稱為FAST驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)識(shí)別FAST分組，根據(jù)分組攜帶Metadata中的內(nèi)容將分組交協(xié)議棧或FAST內(nèi)核處理。如果分組交協(xié)議棧（例如發(fā)往本地控制平面的分組），則分組格式要首先轉(zhuǎn)換成為skb-buf的格式。FAST內(nèi)核實(shí)現(xiàn)Linux用戶空間中不同的FAST應(yīng)用程序（UA）以及FAST硬件流水線之間FAST格式分組的交換。FAST UA通過(guò)FAST 編程庫(kù)提供的API與FAST硬件流水線或其他UA交換FAST分組以及管理配置FAST流水線。      FAST UA實(shí)現(xiàn)用戶定義的分組處理功能，如與外部SDN控制器連接的OpenFlow通道，軟件實(shí)現(xiàn)的新型轉(zhuǎn)發(fā)交換（如LISP、段路由等）以及各類有狀態(tài)Middlebox功能等。FAST流水線中的硬件模塊可以通過(guò)查表決定直接轉(zhuǎn)發(fā)分組或者把分組重新定向到特定的軟件UA上。 二、支持FAST的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)      為支持基于FAST的教學(xué)與科研，F(xiàn)AST開(kāi)源社區(qū)聯(lián)合湖南新實(shí)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司推出多款FAST交換平臺(tái)，支持Intel/ARM CPU，以及Altera/Xilinx公司的多個(gè)型號(hào)的FPGA。 OpenBox-S4      采用Zynq-7000 SOC芯片，內(nèi)嵌雙核Cortex-A9 處理器，512MB DDR3內(nèi)存；支持4路千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口及一路千兆管理以太網(wǎng)接口。適合基于FAST的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和新型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)制的驗(yàn)證。      OpenBox-S4z平臺(tái)支持NetEXP教學(xué)案例，可用于研究生和本科生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。高校教師與研究人員可免費(fèi)申請(qǐng)?jiān)囉肙penBox-S4z平臺(tái)。 OpenBox-S28      基于Intel Atom CPU和Altera Arria V FPGA實(shí)現(xiàn)，支持8個(gè)千兆以太網(wǎng)和2個(gè)萬(wàn)兆以太網(wǎng)接口，以及一個(gè)千兆管理以太網(wǎng)接口。適合中等端口密度的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)組網(wǎng)和新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備原型驗(yàn)證。 OpenBox-S56      采用Zynq-7000 SOC芯片，內(nèi)嵌雙核Cortex-A9 處理器，1GB DDR3內(nèi)存；支持16個(gè)千兆以太網(wǎng)接口和4個(gè)萬(wàn)兆接口，適合高端口密度的試驗(yàn)網(wǎng)組網(wǎng)和新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備原型驗(yàn)證。   FAST開(kāi)源社區(qū)為所有OpenBox系列設(shè)備提供：
     （1）平臺(tái)無(wú)關(guān)的FAST硬件流水線，F(xiàn)AST內(nèi)核，F(xiàn)AST編程庫(kù)以及OpenFlow通道等典型UA的源代碼；
     （2）平臺(tái)相關(guān)的FPGA OS以及FAST驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行代碼；
     （3）基于OpenBox平臺(tái)的用戶需求定制與技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)。