FAST基本的流水(shuǐ)線由5個(gè)通(tōng)用功能(néng)模塊組成，可支持基本的OpenFlow轉發功能(néng)。通(tōng)過對基本流水(shuǐ)線擴展，可以實現更加複雜(zá)的交換功能(néng)。 一(yī)、基本硬件(jiàn)流水(shuǐ)線結構      FAST基本流水(shuǐ)線包含通(tōng)用分組解析（GPP）、通(tōng)用關鍵字提取（GKE）、通(tōng)用匹配引擎（GME）、通(tōng)用轉發動作（GAC）和通(tōng)用輸出引擎（GOE）五個(gè)模塊，以及一(yī)個(gè)分組緩沖區（Buffer），如下(xià)圖所示。由于Buffer對軟件(jiàn)是不可見(jiàn)的，與具體的分組處理功能(néng)無關，因此不是FAST的硬件(jiàn)模塊，也沒有MID編号。      GPP将到(dào)達的分組按照(zhào)到(dào)達的先後順序将分組寫入Buffer緩存，同時提取分組的前128字節作為(wèi)分組頭向量（PHV）随分組元數據（M）在模塊間傳遞，模塊GAC以此将分組從(cóng)Buffer讀(dú)出，重新與元數據組合，發往GOE模塊。在GPP将分組緩存，隻在流水(shuǐ)線中傳遞PHV的優點是簡化流水(shuǐ)線的設計，避免變長(cháng)報(bào)文對流水(shuǐ)線處理性能(néng)的影響。      M和PHV在Verilog中分别定義為(wèi)256位和1024位的向量，KEY定義為(wèi)296位（IPv6五元組）的向量，因此上(shàng)遊模塊使用1個(gè)時鍾周期即可将M、PHV以及KEY信息傳遞到(dào)下(xià)遊模塊。 二、流水(shuǐ)線的處理流程    （1）GPP模塊
     GPP模塊解析到(dào)達分組的L2-L4層協議，将解析結果寫入分組元數據中8比特的PST字段。PST編碼中0XXXXXXX編碼對應IPv4相(xiàng)關協議，1XXX XXXX編碼對應IPv6相(xiàng)關協議。0000 0000表示未識别的協議。      目前GPP支持的PST編碼類型如下(xià)：      GPP模塊同時負責把分組送報(bào)文緩沖區按照(zhào)先進先出的方式緩存，同時生(shēng)成每個(gè)分組的PHV，與分組元數據一(yī)起向流水(shuǐ)線下(xià)遊傳送。    （2）GKE模塊
     GKE負責根據元數據中德PST值，從(cóng)PHV中提取查表關鍵字。當分組PST确定時，關鍵字在PHV中具有确定的位置。例如，對于提取IPv4/TCP/UDP報(bào)文的五元組，可離線計算(suàn)得：IPv4源IP地址到(dào)以太網幀起始的偏移量為(wèi)26（208bit）字節，目的IP偏移量為(wèi)30字節（240bit）。協議域偏移為(wèi)23字節（184bit），TCP/UDP源和目的端口号分别為(wèi)34（272bit）和36（288bit）字節。顯然，如果在關鍵字提取時需要TCP的SYN等标志(zhì)位，可以計算(suàn)這些标志(zhì)位的偏移量，直接賦值即可。用Verilog描述的IPv4五元組關鍵字提取代碼如下(xià)圖所示。      GKE支持對IPv4/IPv6的TCP/UDP/ICMP五元組提取（ICMP沒有端口号），其中IPv4和IPv6的關鍵字具有不同的格式。    （3）GME模塊
     GME模塊實現類似TCAM的功能(néng)，将包含五元組的key與TCAM中的帶掩碼的五元組規則進行匹配，返回匹配的FlowID，如果匹配不命中，FlowID為(wèi)全0。GME将返回的flowID信息填寫到(dào)元數據的FlowID字段中。      不同的FPGA平台上(shàng)，GME的匹配有不同的實現方法，以及不同的規則數目和規則寬度等。實現方式也可能(néng)是使用FPGA片外的TCAM芯片，或者FPGA片内的TCAM邏輯。      由于GME輸入的KEY可能(néng)有多(duō)種格式，因此GME講KEY與元數據中協議類型（PST）字段合并組成查表關鍵字，軟件(jiàn)在配置查表規則時，不同格式的規則前面要帶上(shàng)不同的PST編碼。    （4）GAC模塊
     GAC模塊包含Action表，通(tōng)常表項的大小(xiǎo)與FlowID的寬度有關。例如系統支持4K條五元組标識的流，那麽FlowID的寬度為(wèi)12，在GAC中的Action表也有4K項。每個(gè)Action表包含對分組的轉發操作，包括丢失，轉發到(dào)特定輸出端口，或送到(dào)特定的軟件(jiàn)UA處理等。GAC根據轉發操作相(xiàng)關更新分組元數據中的字段，信息同時将分組從(cóng)Buffer中讀(dú)出，與元數據一(yī)起發給下(xià)遊模塊。      GAC實現對分組元數據中OutPort、Discard、DMID等域的修改，決定分組的轉發交換行為(wèi)。    （5）GOE模塊
     GOE模塊負責FAST流水(shuǐ)線輸出分組的處理，主要包含以下(xià)2個(gè)功能(néng)。一(yī)是根據配置對FlowID/DMID标識流的令牌桶限速，例如作為(wèi)OpenFlow交換機(jī)實現時，GOE可以控制Packet-in分組（DMID為(wèi)OpenFlow通(tōng)道控制器(qì)）的流量，二是對丢棄分組的計數。由于分組在Buffer中是順序存儲的，因此即使GAC之前的模塊不能(néng)随意丢棄分組或者分組元數據。GPP等模塊如果決策要丢棄分組時，需将分組元數據中的Discard位置位，将DMID設置為(wèi)GOE的MID，這樣分組就(jiù)會(huì)旁路(lù)掉GOE模塊前其他模塊的處理，直到(dào)GOE模塊。GOE模塊實現對分組的丢棄，并進行統計計數。      顯然，FAST基本流水(shuǐ)線隻實現了最基本的分組處理功能(néng)，如何通(tōng)過流水(shuǐ)線擴展實現更加複雜(zá)的分組處理将在後續文章中介紹。