FAST基本的流水線(xiàn)由5个通用(yòng)功能(néng)模块组成，可(kě)支持基本的OpenFlow转发功能(néng)。通过对基本流水線(xiàn)扩展，可(kě)以实现更加复杂的交换功能(néng)。 一、基本硬件流水線(xiàn)结构      FAST基本流水線(xiàn)包含通用(yòng)分(fēn)组解析（GPP）、通用(yòng)关键字提取（GKE）、通用(yòng)匹配引擎（GME）、通用(yòng)转发动作（GAC）和通用(yòng)输出引擎（GOE）五个模块，以及一个分(fēn)组缓冲區(qū)（Buffer），如下图所示。由于Buffer对软件是不可(kě)见的，与具體(tǐ)的分(fēn)组处理(lǐ)功能(néng)无关，因此不是FAST的硬件模块，也没有(yǒu)MID编号。      GPP将到达的分(fēn)组按照到达的先后顺序将分(fēn)组写入Buffer缓存，同时提取分(fēn)组的前128字节作為(wèi)分(fēn)组头向量（PHV）随分(fēn)组元数据（M）在模块间传递，模块GAC以此将分(fēn)组从Buffer读出，重新(xīn)与元数据组合，发往GOE模块。在GPP将分(fēn)组缓存，只在流水線(xiàn)中传递PHV的优点是简化流水線(xiàn)的设计，避免变長(cháng)报文(wén)对流水線(xiàn)处理(lǐ)性能(néng)的影响。      M和PHV在Verilog中分(fēn)别定义為(wèi)256位和1024位的向量，KEY定义為(wèi)296位（IPv6五元组）的向量，因此上游模块使用(yòng)1个时钟周期即可(kě)将M、PHV以及KEY信息传递到下游模块。 二、流水線(xiàn)的处理(lǐ)流程    （1）GPP模块
     GPP模块解析到达分(fēn)组的L2-L4层协议，将解析结果写入分(fēn)组元数据中8比特的PST字段。PST编码中0XXXXXXX编码对应IPv4相关协议，1XXX XXXX编码对应IPv6相关协议。0000 0000表示未识别的协议。      目前GPP支持的PST编码类型如下：      GPP模块同时负责把分(fēn)组送报文(wén)缓冲區(qū)按照先进先出的方式缓存，同时生成每个分(fēn)组的PHV，与分(fēn)组元数据一起向流水線(xiàn)下游传送。    （2）GKE模块
     GKE负责根据元数据中德PST值，从PHV中提取查表关键字。当分(fēn)组PST确定时，关键字在PHV中具有(yǒu)确定的位置。例如，对于提取IPv4/TCP/UDP报文(wén)的五元组，可(kě)离線(xiàn)计算得：IPv4源IP地址到以太网帧起始的偏移量為(wèi)26（208bit）字节，目的IP偏移量為(wèi)30字节（240bit）。协议域偏移為(wèi)23字节（184bit），TCP/UDP源和目的端口号分(fēn)别為(wèi)34（272bit）和36（288bit）字节。显然，如果在关键字提取时需要TCP的SYN等标志(zhì)位，可(kě)以计算这些标志(zhì)位的偏移量，直接赋值即可(kě)。用(yòng)Verilog描述的IPv4五元组关键字提取代码如下图所示。      GKE支持对IPv4/IPv6的TCP/UDP/ICMP五元组提取（ICMP没有(yǒu)端口号），其中IPv4和IPv6的关键字具有(yǒu)不同的格式。    （3）GME模块
     GME模块实现类似TCAM的功能(néng)，将包含五元组的key与TCAM中的带掩码的五元组规则进行匹配，返回匹配的FlowID，如果匹配不命中，FlowID為(wèi)全0。GME将返回的flowID信息填写到元数据的FlowID字段中。      不同的FPGA平台上，GME的匹配有(yǒu)不同的实现方法，以及不同的规则数目和规则宽度等。实现方式也可(kě)能(néng)是使用(yòng)FPGA片外的TCAM芯片，或者FPGA片内的TCAM逻辑。      由于GME输入的KEY可(kě)能(néng)有(yǒu)多(duō)种格式，因此GME讲KEY与元数据中协议类型（PST）字段合并组成查表关键字，软件在配置查表规则时，不同格式的规则前面要带上不同的PST编码。    （4）GAC模块
     GAC模块包含Action表，通常表项的大小(xiǎo)与FlowID的宽度有(yǒu)关。例如系统支持4K条五元组标识的流，那么FlowID的宽度為(wèi)12，在GAC中的Action表也有(yǒu)4K项。每个Action表包含对分(fēn)组的转发操作，包括丢失，转发到特定输出端口，或送到特定的软件UA处理(lǐ)等。GAC根据转发操作相关更新(xīn)分(fēn)组元数据中的字段，信息同时将分(fēn)组从Buffer中读出，与元数据一起发给下游模块。      GAC实现对分(fēn)组元数据中OutPort、Discard、DMID等域的修改，决定分(fēn)组的转发交换行為(wèi)。    （5）GOE模块
     GOE模块负责FAST流水線(xiàn)输出分(fēn)组的处理(lǐ)，主要包含以下2个功能(néng)。一是根据配置对FlowID/DMID标识流的令牌桶限速，例如作為(wèi)OpenFlow交换机实现时，GOE可(kě)以控制Packet-in分(fēn)组（DMID為(wèi)OpenFlow通道控制器）的流量，二是对丢弃分(fēn)组的计数。由于分(fēn)组在Buffer中是顺序存储的，因此即使GAC之前的模块不能(néng)随意丢弃分(fēn)组或者分(fēn)组元数据。GPP等模块如果决策要丢弃分(fēn)组时，需将分(fēn)组元数据中的Discard位置位，将DMID设置為(wèi)GOE的MID，这样分(fēn)组就会旁路掉GOE模块前其他(tā)模块的处理(lǐ)，直到GOE模块。GOE模块实现对分(fēn)组的丢弃，并进行统计计数。      显然，FAST基本流水線(xiàn)只实现了最基本的分(fēn)组处理(lǐ)功能(néng)，如何通过流水線(xiàn)扩展实现更加复杂的分(fēn)组处理(lǐ)将在后续文(wén)章中介绍。