FAST基本的流水線由5個通用功能模塊組成，可支持基本的OpenFlow轉發功能。通過對基本流水線擴展，可以實現更加複雜(zá)的交換功能。 一(yī)、基本硬件流水線結構      FAST基本流水線包含通用分(fēn)組解析（GPP）、通用關鍵字提取（GKE）、通用匹配引擎（GME）、通用轉發動作（GAC）和通用輸出引擎（GOE）五個模塊，以及一(yī)個分(fēn)組緩沖區（Buffer），如下(xià)圖所示。由于Buffer對軟件是不可見的，與具體(tǐ)的分(fēn)組處理功能無關，因此不是FAST的硬件模塊，也沒有MID編号。      GPP将到達的分(fēn)組按照到達的先後順序将分(fēn)組寫入Buffer緩存，同時提取分(fēn)組的前128字節作爲分(fēn)組頭向量（PHV）随分(fēn)組元數據（M）在模塊間傳遞，模塊GAC以此将分(fēn)組從Buffer讀出，重新與元數據組合，發往GOE模塊。在GPP将分(fēn)組緩存，隻在流水線中(zhōng)傳遞PHV的優點是簡化流水線的設計，避免變長報文對流水線處理性能的影響。      M和PHV在Verilog中(zhōng)分(fēn)别定義爲256位和1024位的向量，KEY定義爲296位（IPv6五元組）的向量，因此上遊模塊使用1個時鍾周期即可将M、PHV以及KEY信息傳遞到下(xià)遊模塊。 二、流水線的處理流程    （1）GPP模塊
     GPP模塊解析到達分(fēn)組的L2-L4層協議，将解析結果寫入分(fēn)組元數據中(zhōng)8比特的PST字段。PST編碼中(zhōng)0XXXXXXX編碼對應IPv4相關協議，1XXX XXXX編碼對應IPv6相關協議。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(fēn)組送報文緩沖區按照先進先出的方式緩存，同時生(shēng)成每個分(fēn)組的PHV，與分(fēn)組元數據一(yī)起向流水線下(xià)遊傳送。    （2）GKE模塊
     GKE負責根據元數據中(zhōng)德PST值，從PHV中(zhōng)提取查表關鍵字。當分(fēn)組PST确定時，關鍵字在PHV中(zhōng)具有确定的位置。例如，對于提取IPv4/TCP/UDP報文的五元組，可離(lí)線計算得：IPv4源IP地址到以太網幀起始的偏移量爲26（208bit）字節，目的IP偏移量爲30字節（240bit）。協議域偏移爲23字節（184bit），TCP/UDP源和目的端口号分(fēn)别爲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(zhōng)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，将包含五元組的key與TCAM中(zhōng)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(zhōng)，FlowID爲全0。GME将返回的flowID信息填寫到元數據的FlowID字段中(zhōng)。      不同的FPGA平台上，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。實現方式也可能是使用FPGA片外(wài)的TCAM芯片，或者FPGA片内的TCAM邏輯。      由于GME輸入的KEY可能有多種格式，因此GME講KEY與元數據中(zhōng)協議類型（PST）字段合并組成查表關鍵字，軟件在配置查表規則時，不同格式的規則前面要帶上不同的PST編碼。    （4）GAC模塊
     GAC模塊包含Action表，通常表項的大(dà)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的寬度爲12，在GAC中(zhōng)的Action表也有4K項。每個Action表包含對分(fēn)組的轉發操作，包括丢失，轉發到特定輸出端口，或送到特定的軟件UA處理等。GAC根據轉發操作相關更新分(fēn)組元數據中(zhōng)的字段，信息同時将分(fēn)組從Buffer中(zhōng)讀出，與元數據一(yī)起發給下(xià)遊模塊。      GAC實現對分(fēn)組元數據中(zhōng)OutPort、Discard、DMID等域的修改，決定分(fēn)組的轉發交換行爲。    （5）GOE模塊
     GOE模塊負責FAST流水線輸出分(fēn)組的處理，主要包含以下(xià)2個功能。一(yī)是根據配置對FlowID/DMID标識流的令牌桶限速，例如作爲OpenFlow交換機實現時，GOE可以控制Packet-in分(fēn)組（DMID爲OpenFlow通道控制器）的流量，二是對丢棄分(fēn)組的計數。由于分(fēn)組在Buffer中(zhōng)是順序存儲的，因此即使GAC之前的模塊不能随意丢棄分(fēn)組或者分(fēn)組元數據。GPP等模塊如果決策要丢棄分(fēn)組時，需将分(fēn)組元數據中(zhōng)的Discard位置位，将DMID設置爲GOE的MID，這樣分(fēn)組就會旁路掉GOE模塊前其他模塊的處理，直到GOE模塊。GOE模塊實現對分(fēn)組的丢棄，并進行統計計數。      顯然，FAST基本流水線隻實現了最基本的分(fēn)組處理功能，如何通過流水線擴展實現更加複雜(zá)的分(fēn)組處理将在後續文章中(zhōng)介紹。