虹科教您 | 虹科RELY-TSN-KIT操作指南（3）——基于Linux系统进行TSN协议测试

随着技术的变革和实际生产业务需求的推动，工厂内部互联架构逐渐趋于扁平化（IT/OT融合），而TSN则是在这一背景下发展起来的新兴技术，旨在为以太网协议建立“通用”的时间敏感机制，以确保网络数据传输的时间确定性。

目前，Linux 生态系统已支持多个 TSN 功能，例如基于信用的整形器（前 Qav）、调度流量增强（EST，前 Qbv）、通用精确时间协议（gPTP）和音频/视频传输协议（AVTP）。它还支持某些 NIC 中存在的 LaunchTime 功能，例如 Intel(R) 以太网控制器 I210，它使用户应用程序能够卸载数据包传输。

在之前的文章中，我们详细介绍了如何在Linux系统中操作使用虹科时间敏感网络评估套件RELY-TSN-KIT。该套件包含了TSN交换机、TSN网卡、流量生成器和主机PC的ISO映像，可实现以下功能：

评估基于IEEE 802.1AS同步的时间常识的重要性

借助时间感知整形器，可以确定性地交付实时流量

通过基于信用的整形器在流量类别之间进行带宽分配和预留的好处

提供帧复制和消除可靠性标准的高可靠性冗余

前文回顾：

虹科教您 | 基于Linux系统的虹科RELY-TSN-KIT套件操作指南（1）——硬件设备与操作环境搭建

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

本篇文章将基于Linux系统，使用虹科RELY-TSN-KIT进行TSN协议测试。为了提供友好的界面，可以使用专用的 Web 界面来控制 TSN 测试，打开firefox浏览器，在Web浏览地址上输入输入：192.168.4.64:1337，如图3-13显示了 TSN 演示的主页，每个按钮代表以下可以运行的测试之一，它们已预先设置为顺序执行。

图3-13 Demo Web演示界面

HONGKE

时/间/同/步/测/试

RELY-TSN-KIT

这项测试表明，在TSN网络中需要一个共同的同步平面。将传输时间划分为周期性窗口，这就需要有一个纳秒的计时器，使所有的设备在同一时间打开这些窗口,缺乏这种机制会引发明显的随机带宽损失。如图3-14和图3-15所示。图3-14 没有时间同步的TSN网络

图3-15 具有时间同步的TSN网络

（1）在TSN Demo演示界面，点击图3-13中的“TimeSynchronization Test”按钮，它将弹出一个新页面，如图3-16所示。图3-16 时间同步测试Web页面

（2）接着上一步单击“Start Frame Generator”按钮。它将启动和配置设备 2中的流量生成器。主要参数定义了 200 字节大小，VLAN 优先级为 5的帧传输。带宽率为 10％（千兆的 10%）。

（3）如前面3.3.4节所述，输入命令打开Wireshark工具界面，在Wireshark 中开始新的捕获，点击PC中设置静态IP地址的端口打开，然后打开 I / O 图，并检查是否以优先级 5 接收了 100Mbps 的流量，如图3-17所示。（注意这里设置的X轴单位为秒，Y轴单位为bit/s）

图 3-17 VLAN优先级5的流量带宽（4）接着上一步，点击“Enable TAS in Device 0”选项。这将把时间感知整形器的配置仅发送到设备 0，如下表所示：它的配置功能如下：

• 仅保留一个时隙用于优先级 5 流量的传输
• 允许将所有剩余的流量发送到剩余的时隙中

允许在所有时隙中传输PTP流量（优先级6）

（5）接着上一步，继续观察到 I / O 捕获图，并检查带宽是否限制为大约40％左右（由于仅为优先级 5 的流量预留了一个插槽），如图3-18所示。图3-18 时间感知整形器操作（6）单击“Enable TAS in Device 1”。时间感知整形器的配置仅发送到设备1。它的配置方式与设备0相同。（7）接着上一步，继续观察I / O捕获图。由于设备无法同时打开窗口，因此带宽减少了。注意：带宽减少可能与此捕获图有所不同。这是因为两个设备中的窗口启动之间的时间差是随机的，如图3-19所示。图3-19 时间感知整形器带宽减少（8）接着上一步，点击“Enable IEEE 802.1AS”按钮。此按钮的作用是激活两个设备中的 IEEE 802.1AS协议，以使两个设备之间具有同步时间。同步完成后，两个设备将同时打开循环窗口。（9）接着上一步，继续观察I / O 图捕获。检查时间同步完成后，带宽大约恢复到40％左右。如图3-20所示。图3-20 具有同步计时器的时间感知整形器（10）接着上一步，点击“Go back”按钮。点击此按钮后，流量生成器停止传输流量，并且时隙的配置被撤消。并回到Demo Web主页。（11）观察Wireshark工具，I/O停止捕获。

HONGKE

Negative 测试

RELY-TSN-KIT

标准以太网操作基于严格优先级QoS机制。此机制基于在VLAN标记中使用PCP位。因此，可以为流量分配8个不同的优先级。在拥塞的情况下，优先级较低的数据包将被丢弃。在该测试中，证明了标准以太网网络无法执行其他类型的优先级划分。

（1）在TSN Demo演示界面，点击图3-13中的“Negative Test”按钮，它将弹出一个新页面，如图3-21所示。这将启用两个VLC客户端实例。VLC实例1（Video1）对应于VLAN优先级为2的流，而VLC实例2（Video2）对应于VLAN优先级4的流，这两个视频现在都可以播放。

图3-21 Negative 测试页（2）接着上一步，点击“StartTraffiffiffic Generator”按钮。它将配置和启动设备2中的流量生成器。主要参数定义了1500字节大小的帧的传输，VLAN优先级为5。帧速率为100％，以产生拥塞情况。点击后，VLC实例已被阻止，其原因已在上面说明。由于它们的优先级低于流量生成器生成的流量，并且存在拥塞情况，因此被丢弃的数据包就是属于较小优先级的那些数据包。（3）接着上一步，点击“Go back”按钮。点击此按钮后，流量生成器停止传输流量，并且VLC实例停止，并回到TSN Demo主页。

HONGKE

时/间/感/知/整/形/器/测/试

RELY-TSN-KIT

如前面的测试所示，在以太网网络的标准操作中，由于流量的优先级低于流量生成器，因此不可能对VLC实例进行优先级排序。在这个测试中，它将被证明在标准IEEE802.1Qbv中定义的TSN特性，它允许为不同的优先级分配传输时隙。在802.1Qbv块中配置的参数将只允许将优先级为2的流量传输到单个时隙中。其余的流量将被传输到另一个时隙。为了定义一个保护带和改善Wireshark中的图形可视化，将会有另一个不允许任何流量的时隙。最后，第一个时隙将被保留用于优先级0流量的传输，以保持演示的成功性能。如下表所示，802.1AS流量（优先级6）将被允许在所有时隙中传输。（1）在TSN Demo演示界面，点击图3-13中的“Time Aware ShaperTest”按钮，它将弹出一个新页面，如图3-22所示。图3-22 时间感知整形器测试页

这将启用了两个VLC客户端实例。VLC实例1（Video1）对应于VLAN优先级为2的流，而VLC实例2（Video2）对应于VLAN优先级4的流，这两个视频现在都可以显示。

（2）接着上一步，单击“Enable Time Aware Shaper”按钮。时间感知整形器（时隙）的配置参数发送到两个设备。通过此操作，通过此操作，优先级2(VLC实例1)的流量已经保留了一个带宽的百分比，因为它有可用于传输的专用时隙。

（3）接着上一步，单击“Start Frame Generator”按钮。它将配置和启动设备2中的流量生成器。主要参数定义1500字节大小的帧的传输，VLAN优先级为5。带宽速率为100％，以产生拥塞情况。

点击后，观察实例播放，应该正确接收VLC实例1，而不能正确接收VLC实例2。这是由于在同一时隙中其余优先级的带宽仍存在竞争。（4）在Wireshark中开始捕获几秒钟，然后打开I / O图形并以毫秒为单位设置x标度，然后注意传输时间分成多个时隙。检查优先级为2的流量是否从未与其余流量同时传输。还要检查是否接收到任何优先级为4的流量，如图3-23所示。图3-23 时间感知整形器时隙

（5）接着上一步，点击“Go back”按钮。点击此按钮后，流量生成器停止传输流量，VLC实例被中断，并且时隙的配置保持不变。它带您回到主页。

HONGKE

基/于/信/用/的/整/形/器/测/试

RELY-TSN-KIT

使用时间感知整形器机制，由于在每个传输窗口中保留了一个时隙，因此可以实现优先级为2的流量优先级化。在此测试中，将使用基于信用的整形器机制，以便在多个优先级的流量之间分配带宽。特别是，需要为优先级4的流量分配足够的带宽（VLC实例2），并将优先级5的流量的带宽限制为允许其余流量传输的值。选择的值限制了优先级5流量的带宽的20％。（1）在TSN Demo演示界面，点击图3-13中的“Time Aware ShaperTest”按钮，它将弹出一个新页面，如图3-24所示。启用了两个 VLC 客户端实例。VLC 实例 1 对应于 VLAN 优先级为 2 的流，而 VLC 实例 2 对应于 VLAN 优先级 4 的流。这两个视频现在都可以显示。图3-24 基于信用整形测试Web页（2）接着上一步，点击“Enable Credit Based Shaper”按钮。基于信用整形器的配置参数（带宽分数）被发送到两个设备。通过此操作，由于优先级5的流量的限制，优先级4（VLC实例2）的流量已预留了一定百分比的带宽。（3）接着上一步，点击“Start Frame Generator”按钮。它配置和启动设备2中的流量生成器。主要参数定义1500字节大小的帧的传输，VLAN优先级为5。带宽速率为100％，以产生拥塞情况。同时应正确接收两个VLC实例。（4）在Wireshark中捕获几秒钟。打开“ I / O图”并以秒为单位设置x比例，并注意优先级5流量的带宽限制。它应该仅约为50Mbps（250Mbps的20％-1个时隙）。此外，x标度可以设置为毫秒，并且可以验证优先级4的流量始终与优先级5的流量在同一时隙中传输。如图3-25和图3-26所示。

图3-25基于信用的整形器操作

图3-26 基于信用的整形器操作

（5）点击“Go back”按钮。点击此按钮后，流量生成器停止传输流量，VLC 实例被中断， 并且所有与 TSN 相关的功能都被禁用。此操作将返回主页。

End