隨著技術(shù)的變革和實(shí)際生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求的推動(dòng)，工廠內(nèi)部互聯(lián)架構(gòu)逐漸趨于扁平化（IT/OT融合），而TSN則是在這一背景下發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，旨在為以太網(wǎng)協(xié)議建立“通用”的時(shí)間敏感機(jī)制，以確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間確定性。

目前，Linux 生態(tài)系統(tǒng)已支持多個(gè) TSN 功能，例如基于信用的整形器（前 Qav）、調(diào)度流量增強(qiáng)（EST，前 Qbv）、通用精確時(shí)間協(xié)議（gPTP）和音頻/視頻傳輸協(xié)議（AVTP）。它還支持某些 NIC 中存在的 LaunchTime 功能，例如 Intel(R) 以太網(wǎng)控制器 I210，它使用戶應(yīng)用程序能夠卸載數(shù)據(jù)包傳輸。

在之前的文章中，我們?cè)敿?xì)介紹了如何在Linux系統(tǒng)中操作使用虹科時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)評(píng)估套件RELY-TSN-KIT。該套件包含了TSN交換機(jī)、TSN網(wǎng)卡、流量生成器和主機(jī)PC的ISO映像，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

評(píng)估基于IEEE 802.1AS同步的時(shí)間常識(shí)的重要性

借助時(shí)間感知整形器，可以確定性地交付實(shí)時(shí)流量

通過(guò)基于信用的整形器在流量類(lèi)別之間進(jìn)行帶寬分配和預(yù)留的好處

提供幀復(fù)制和消除可靠性標(biāo)準(zhǔn)的高可靠性冗余

前文回顧：

虹科教您 | 基于Linux系統(tǒng)的虹科RELY-TSN-KIT套件操作指南（1）——硬件設(shè)備與操作環(huán)境搭建

虹科教您 | 基于Linux系統(tǒng)的虹科RELY-TSN-KIT套件操作指南（2）——操作演示

本篇文章將基于Linux系統(tǒng)，使用虹科RELY-TSN-KIT進(jìn)行TSN協(xié)議測(cè)試。為了提供友好的界面，可以使用專用的 Web 界面來(lái)控制 TSN 測(cè)試，打開(kāi)firefox瀏覽器，在Web瀏覽地址上輸入輸入：192.168.4.64:1337，如圖3-13顯示了 TSN 演示的主頁(yè)，每個(gè)按鈕代表以下可以運(yùn)行的測(cè)試之一，它們已預(yù)先設(shè)置為順序執(zhí)行。

圖3-13 Demo Web演示界面

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時(shí)/間/同/步/測(cè)/試

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這項(xiàng)測(cè)試表明，在TSN網(wǎng)絡(luò)中需要一個(gè)共同的同步平面。將傳輸時(shí)間劃分為周期性窗口，這就需要有一個(gè)納秒的計(jì)時(shí)器，使所有的設(shè)備在同一時(shí)間打開(kāi)這些窗口,缺乏這種機(jī)制會(huì)引發(fā)明顯的隨機(jī)帶寬損失。如圖3-14和圖3-15所示。圖3-14 沒(méi)有時(shí)間同步的TSN網(wǎng)絡(luò)

圖3-15 具有時(shí)間同步的TSN網(wǎng)絡(luò)

（1）在TSN Demo演示界面，點(diǎn)擊圖3-13中的“TimeSynchronization Test”按鈕，它將彈出一個(gè)新頁(yè)面，如圖3-16所示。圖3-16 時(shí)間同步測(cè)試Web頁(yè)面

（2）接著上一步單擊“Start Frame Generator”按鈕。它將啟動(dòng)和配置設(shè)備 2中的流量生成器。主要參數(shù)定義了 200 字節(jié)大小，VLAN 優(yōu)先級(jí)為 5的幀傳輸。帶寬率為 10％（千兆的 10%）。

（3）如前面3.3.4節(jié)所述，輸入命令打開(kāi)Wireshark工具界面，在Wireshark 中開(kāi)始新的捕獲，點(diǎn)擊PC中設(shè)置靜態(tài)IP地址的端口打開(kāi)，然后打開(kāi) I / O 圖，并檢查是否以優(yōu)先級(jí) 5 接收了 100Mbps 的流量，如圖3-17所示。（注意這里設(shè)置的X軸單位為秒，Y軸單位為bit/s）

圖 3-17 VLAN優(yōu)先級(jí)5的流量帶寬（4）接著上一步，點(diǎn)擊“Enable TAS in Device 0”選項(xiàng)。這將把時(shí)間感知整形器的配置僅發(fā)送到設(shè)備 0，如下表所示：它的配置功能如下：

• 僅保留一個(gè)時(shí)隙用于優(yōu)先級(jí) 5 流量的傳輸
• 允許將所有剩余的流量發(fā)送到剩余的時(shí)隙中

允許在所有時(shí)隙中傳輸PTP流量（優(yōu)先級(jí)6）

（5）接著上一步，繼續(xù)觀察到 I / O 捕獲圖，并檢查帶寬是否限制為大約40％左右（由于僅為優(yōu)先級(jí) 5 的流量預(yù)留了一個(gè)插槽），如圖3-18所示。圖3-18 時(shí)間感知整形器操作（6）單擊“Enable TAS in Device 1”。時(shí)間感知整形器的配置僅發(fā)送到設(shè)備1。它的配置方式與設(shè)備0相同。（7）接著上一步，繼續(xù)觀察I / O捕獲圖。由于設(shè)備無(wú)法同時(shí)打開(kāi)窗口，因此帶寬減少了。注意：帶寬減少可能與此捕獲圖有所不同。這是因?yàn)閮蓚€(gè)設(shè)備中的窗口啟動(dòng)之間的時(shí)間差是隨機(jī)的，如圖3-19所示。圖3-19 時(shí)間感知整形器帶寬減少（8）接著上一步，點(diǎn)擊“Enable IEEE 802.1AS”按鈕。此按鈕的作用是激活兩個(gè)設(shè)備中的 IEEE 802.1AS協(xié)議，以使兩個(gè)設(shè)備之間具有同步時(shí)間。同步完成后，兩個(gè)設(shè)備將同時(shí)打開(kāi)循環(huán)窗口。（9）接著上一步，繼續(xù)觀察I / O 圖捕獲。檢查時(shí)間同步完成后，帶寬大約恢復(fù)到40％左右。如圖3-20所示。圖3-20 具有同步計(jì)時(shí)器的時(shí)間感知整形器（10）接著上一步，點(diǎn)擊“Go back”按鈕。點(diǎn)擊此按鈕后，流量生成器停止傳輸流量，并且時(shí)隙的配置被撤消。并回到Demo Web主頁(yè)。（11）觀察Wireshark工具，I/O停止捕獲。

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Negative 測(cè)試

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標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)操作基于嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)QoS機(jī)制。此機(jī)制基于在VLAN標(biāo)記中使用PCP位。因此，可以為流量分配8個(gè)不同的優(yōu)先級(jí)。在擁塞的情況下，優(yōu)先級(jí)較低的數(shù)據(jù)包將被丟棄。在該測(cè)試中，證明了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法執(zhí)行其他類(lèi)型的優(yōu)先級(jí)劃分。

（1）在TSN Demo演示界面，點(diǎn)擊圖3-13中的“Negative Test”按鈕，它將彈出一個(gè)新頁(yè)面，如圖3-21所示。這將啟用兩個(gè)VLC客戶端實(shí)例。VLC實(shí)例1（Video1）對(duì)應(yīng)于VLAN優(yōu)先級(jí)為2的流，而VLC實(shí)例2（Video2）對(duì)應(yīng)于VLAN優(yōu)先級(jí)4的流，這兩個(gè)視頻現(xiàn)在都可以播放。

圖3-21 Negative 測(cè)試頁(yè)（2）接著上一步，點(diǎn)擊“StartTraffiffiffic Generator”按鈕。它將配置和啟動(dòng)設(shè)備2中的流量生成器。主要參數(shù)定義了1500字節(jié)大小的幀的傳輸，VLAN優(yōu)先級(jí)為5。幀速率為100％，以產(chǎn)生擁塞情況。點(diǎn)擊后，VLC實(shí)例已被阻止，其原因已在上面說(shuō)明。由于它們的優(yōu)先級(jí)低于流量生成器生成的流量，并且存在擁塞情況，因此被丟棄的數(shù)據(jù)包就是屬于較小優(yōu)先級(jí)的那些數(shù)據(jù)包。（3）接著上一步，點(diǎn)擊“Go back”按鈕。點(diǎn)擊此按鈕后，流量生成器停止傳輸流量，并且VLC實(shí)例停止，并回到TSN Demo主頁(yè)。

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時(shí)/間/感/知/整/形/器/測(cè)/試

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如前面的測(cè)試所示，在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)操作中，由于流量的優(yōu)先級(jí)低于流量生成器，因此不可能對(duì)VLC實(shí)例進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。在這個(gè)測(cè)試中，它將被證明在標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.1Qbv中定義的TSN特性，它允許為不同的優(yōu)先級(jí)分配傳輸時(shí)隙。在802.1Qbv塊中配置的參數(shù)將只允許將優(yōu)先級(jí)為2的流量傳輸?shù)絾蝹€(gè)時(shí)隙中。其余的流量將被傳輸?shù)搅硪粋€(gè)時(shí)隙。為了定義一個(gè)保護(hù)帶和改善Wireshark中的圖形可視化，將會(huì)有另一個(gè)不允許任何流量的時(shí)隙。最后，第一個(gè)時(shí)隙將被保留用于優(yōu)先級(jí)0流量的傳輸，以保持演示的成功性能。如下表所示，802.1AS流量（優(yōu)先級(jí)6）將被允許在所有時(shí)隙中傳輸。（1）在TSN Demo演示界面，點(diǎn)擊圖3-13中的“Time Aware ShaperTest”按鈕，它將彈出一個(gè)新頁(yè)面，如圖3-22所示。圖3-22 時(shí)間感知整形器測(cè)試頁(yè)

這將啟用了兩個(gè)VLC客戶端實(shí)例。VLC實(shí)例1（Video1）對(duì)應(yīng)于VLAN優(yōu)先級(jí)為2的流，而VLC實(shí)例2（Video2）對(duì)應(yīng)于VLAN優(yōu)先級(jí)4的流，這兩個(gè)視頻現(xiàn)在都可以顯示。

（2）接著上一步，單擊“Enable Time Aware Shaper”按鈕。時(shí)間感知整形器（時(shí)隙）的配置參數(shù)發(fā)送到兩個(gè)設(shè)備。通過(guò)此操作，通過(guò)此操作，優(yōu)先級(jí)2(VLC實(shí)例1)的流量已經(jīng)保留了一個(gè)帶寬的百分比，因?yàn)樗锌捎糜趥鬏數(shù)膶Ｓ脮r(shí)隙。

（3）接著上一步，單擊“Start Frame Generator”按鈕。它將配置和啟動(dòng)設(shè)備2中的流量生成器。主要參數(shù)定義1500字節(jié)大小的幀的傳輸，VLAN優(yōu)先級(jí)為5。帶寬速率為100％，以產(chǎn)生擁塞情況。

點(diǎn)擊后，觀察實(shí)例播放，應(yīng)該正確接收VLC實(shí)例1，而不能正確接收VLC實(shí)例2。這是由于在同一時(shí)隙中其余優(yōu)先級(jí)的帶寬仍存在競(jìng)爭(zhēng)。（4）在Wireshark中開(kāi)始捕獲幾秒鐘，然后打開(kāi)I / O圖形并以毫秒為單位設(shè)置x標(biāo)度，然后注意傳輸時(shí)間分成多個(gè)時(shí)隙。檢查優(yōu)先級(jí)為2的流量是否從未與其余流量同時(shí)傳輸。還要檢查是否接收到任何優(yōu)先級(jí)為4的流量，如圖3-23所示。圖3-23 時(shí)間感知整形器時(shí)隙

（5）接著上一步，點(diǎn)擊“Go back”按鈕。點(diǎn)擊此按鈕后，流量生成器停止傳輸流量，VLC實(shí)例被中斷，并且時(shí)隙的配置保持不變。它帶您回到主頁(yè)。

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基/于/信/用/的/整/形/器/測(cè)/試

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使用時(shí)間感知整形器機(jī)制，由于在每個(gè)傳輸窗口中保留了一個(gè)時(shí)隙，因此可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)為2的流量?jī)?yōu)先級(jí)化。在此測(cè)試中，將使用基于信用的整形器機(jī)制，以便在多個(gè)優(yōu)先級(jí)的流量之間分配帶寬。特別是，需要為優(yōu)先級(jí)4的流量分配足夠的帶寬（VLC實(shí)例2），并將優(yōu)先級(jí)5的流量的帶寬限制為允許其余流量傳輸?shù)闹?。選擇的值限制了優(yōu)先級(jí)5流量的帶寬的20％。（1）在TSN Demo演示界面，點(diǎn)擊圖3-13中的“Time Aware ShaperTest”按鈕，它將彈出一個(gè)新頁(yè)面，如圖3-24所示。啟用了兩個(gè) VLC 客戶端實(shí)例。VLC 實(shí)例 1 對(duì)應(yīng)于 VLAN 優(yōu)先級(jí)為 2 的流，而 VLC 實(shí)例 2 對(duì)應(yīng)于 VLAN 優(yōu)先級(jí) 4 的流。這兩個(gè)視頻現(xiàn)在都可以顯示。圖3-24 基于信用整形測(cè)試Web頁(yè)（2）接著上一步，點(diǎn)擊“Enable Credit Based Shaper”按鈕?；谛庞谜纹鞯呐渲脜?shù)（帶寬分?jǐn)?shù)）被發(fā)送到兩個(gè)設(shè)備。通過(guò)此操作，由于優(yōu)先級(jí)5的流量的限制，優(yōu)先級(jí)4（VLC實(shí)例2）的流量已預(yù)留了一定百分比的帶寬。（3）接著上一步，點(diǎn)擊“Start Frame Generator”按鈕。它配置和啟動(dòng)設(shè)備2中的流量生成器。主要參數(shù)定義1500字節(jié)大小的幀的傳輸，VLAN優(yōu)先級(jí)為5。帶寬速率為100％，以產(chǎn)生擁塞情況。同時(shí)應(yīng)正確接收兩個(gè)VLC實(shí)例。（4）在Wireshark中捕獲幾秒鐘。打開(kāi)“ I / O圖”并以秒為單位設(shè)置x比例，并注意優(yōu)先級(jí)5流量的帶寬限制。它應(yīng)該僅約為50Mbps（250Mbps的20％-1個(gè)時(shí)隙）。此外，x標(biāo)度可以設(shè)置為毫秒，并且可以驗(yàn)證優(yōu)先級(jí)4的流量始終與優(yōu)先級(jí)5的流量在同一時(shí)隙中傳輸。如圖3-25和圖3-26所示。

圖3-25基于信用的整形器操作

圖3-26 基于信用的整形器操作

（5）點(diǎn)擊“Go back”按鈕。點(diǎn)擊此按鈕后，流量生成器停止傳輸流量，VLC 實(shí)例被中斷， 并且所有與 TSN 相關(guān)的功能都被禁用。此操作將返回主頁(yè)。

End