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在当今快速发展的智能通讯领域，时间敏感网络（TSN）已成为确保网络通信高可靠性和低延迟的关键技术。IEEE 802.1 Qci作为TSN的一个重要组成部分，提供了一套强大的机制来管理网络流量，确保关键数据流的优先级和带宽得到保障。本文将深入探讨IEEE 802.1 Qci协议的基本概念、工作原理以及虹科提供的Qci解决方案，帮您理解如何通过精确的流量控制来提升网络的稳定性和效率。
一、技术简介
时间敏感网络（TSN）通过IEEE 802.1 Qci标准定义了一种关键的高可用性协议。这一协议的主要目的是防止未配置或存在故障的设备发送不必要流量，避免这些流量对网络中的其他类别造成干扰。Qci利用以太网帧中的多个字段，如MAC地址和VLAN ID，来识别和区分不同的数据流。一旦数据流被准确识别，就可以为每个流独立设定规则，包括：
- 为每个流设置允许的最大数据包大小
- 规定每个流的最大带宽使用
- 控制数据包的传输，包括允许或禁止特定数据流的传输
Qci中的带宽限制采用了信用和令牌桶机制。这一机制确保了对每个数据流的带宽使用进行有效控制，防止任何单一流占用过多带宽。同时，通过VLAN TAG中的DEI字段，Qci能够在丢包发生之前，实现带宽溢出的预防性传播，从而在设备间进行流量控制。
此外，IEEE 802.1 Qci定义了一套丰富的统计计数器，使网络管理员或设计者能够检测配置问题。
二、工作原理
PSFP（Per-Stream Filtering and Policing）通过过滤和监管数据流，防止流量泛洪和恶意节点攻击。PSFP包含三个层级/功能：
1、通过Filter识别和过滤数据流，依据Stream ID和Priority选择不同的过滤器，Stream ID通过802.1CB的一个功能来识别。
2、Stream gate控制数据流量，与802.1Qbv中的gate相比，其位置在队列前，赋予通过gate的帧内部优先级值IPV，确定流量类别。
3、对进入Meter的数据进行流量监管，例如设置流量上限，并在超出时丢弃数据，监管算法不包含在802.1Q中，详见MEF10.3。
三、虹科Qci解决方案
虹科TSN交换机通过实施IEEE 802.1Qci标准，提供了一套每流过滤和监管功能，以确保调度流量不受网络基础设施入口点上可能发生的配置错误或设备故障的影响。以下是虹科Qci解决方案的关键警务行动：
1、基于帧长度的监管
这项措施允许设定基于最大帧长度的过滤标准，以规范数据帧的传输。
- 每流过滤和管理（PSPF）
PSPF由一个有序的流过滤器列表组成，这些过滤器确定将应用于在特定流上接收到的帧的过滤和监督操作。
2、针对未配置数据流的监管
对于使用相同流量类别（PCP）但未进行配置的数据流，虹科Qci解决方案将执行监管或将其重新标记为尽力而为（或赋予较低优先级）。
3、基于门状态的监管
此监管机制仅允许在流门开启状态下接收帧，关闭状态下接收到的帧将被视为无效。
- 流门表
流门表中的每个条目都包含控制流门状态的关键元素，这些元素决定了数据流的接收条件。
4、基于速率的监管
这项监管措施监控数据流的发送速率，确保不超过为特定数据流设定的流量限制。
- 流量计（表）
流量计（表）记录了每个数据流的流量信息，为监管流量提供了必要的数据支持。
扩展流量表（通过使用CLI访问）：
- PSPF统计信息
PSPF统计信息提供了对过滤和监管操作的详细记录，帮助网络管理员进行性能监控和优化。
实现PSFP需要依据IEEE Std 802.1CB标准中的流识别函数，该函数提供的流句柄用于PSFP的监督和排队决策。帧句柄的值和接收帧的优先级参数共同决定了帧将应用哪个流过滤器，以及将执行哪些过滤和监管操作。
结语
本文介绍了IEEE 802.1 Qci协议及其在构建高可靠性网络中的重要性。虹科的Qci解决方案进一步将这些理论应用于实践，通过每流过滤和监管功能，有效防止了由于配置错误或设备故障导致的网络干扰。随着工业自动化和智能制造对网络稳定性要求的不断提高，理解和应用IEEE 802.1 Qci协议及其相关技术，对于构建一个高效、可靠的网络环境至关重要。
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联系虹科工程师：https://tl-tx.dustess.com/OHRgtontq3
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