來源：TSNLAB 微信公眾號
本文麵向的讀者：時間敏感網絡TSN相關的研究、產品開發、方案設計等工作的從事者，或考慮使用TSN或相關網絡新技術的用戶。對TSN已有基礎的了解和認識（更多TSN基礎信息請參考作者的其它文章）。
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一、TSN的核心任務是解決網絡傳輸時延的問題？
更準確的說法是，TSN的核心任務是解決網絡中多種流量混合承載時，部分流量的時延有界的問題。
這裏有三個關鍵詞：
1.混合承載（融合承載）。如(ru)果(guo)不(bu)考(kao)慮(lv)混(hun)合(he)承(cheng)載(zai)，在(zai)兩(liang)個(ge)終(zhong)端(duan)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)，直(zhi)連(lian)一(yi)根(gen)線(xian)用(yong)於(yu)通(tong)信(xin)，那(na)就(jiu)不(bu)會(hui)引(yin)入(ru)網(wang)絡(luo)時(shi)延(yan)的(de)不(bu)確(que)定(ding)性(xing)。但(dan)是(shi)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)需(xu)要(yao)部(bu)署(shu)大(da)量(liang)線(xian)纜(lan)，帶(dai)來(lai)總(zong)成(cheng)本(ben)高(gao)、操作困難、線纜總重量大等問題。而如果用少量的大帶寬的Ethernet網線、光纖等作為網絡的“骨幹”，來混合承載多種流量，優勢顯而易見。
下圖呈現了AVB（音視頻橋接網絡，TSN前身）技術帶來的變化。而車載網絡（汽車內部的網絡）、機載網絡（飛機內部的網絡）也都已經使用Ethernet構建一個大帶寬的骨幹網絡，並引入TSN或類似TSN（AFDX）的機製。
2.部分流量。並不是所有業務的流量都對時延有要求，具體要求也各不相同。提供差異化服務是TSN的基本能力之一。
3.時延有界。即不論網絡發生怎樣的擁塞情況，都能保障特定流量的報文在網絡中傳輸的時間不超過該業務所要求的特定值。這個是TSN中所謂“時間敏感”的核心。而時延盡可能的低，或者平均時延盡可能的低，這些都不是TSN的主要目標。
當然，TSN中也有專注於低時延、低抖動、高可靠性等技術方案。在此不做展開。
二、TSN是二層局域網技術？
首先，TSN是一個不斷發展的技術族，裏麵包含多種多樣的技術，以應對在不同場景、不同需求下構建解決方案。由於TSN的標準化主要是在IEEE 802.1工作組進行的，而該工作組的任務主要是定義二層網絡橋接相關的協議標準（例如著名的VLAN標準，還有LLDP、RSTP、MSTP等，都源於IEEE 802.1），所以造成了“TSN是二層局域網技術”的誤解。
回顧下第一個問題，TSN的核心是要做混合承載，具體到網絡設備上，不同業務流量的不同報文，在網絡設備中排隊轉發時所麵臨的調度問題，即誰先走、誰後走，是影響網絡傳輸端到端時延的最重大因素。TSN設計了多種整形器機製，就是為了解決排隊調度的問題。而我們常說的，局域網二層MAC轉發，或者是三層IP轉發，隻是決定網絡設備收到報文後，要把報文發到哪裏去。如下圖中的例子，報文a、b、c的轉發機製剛好各不相同，但TSN的排隊調度依然可以正常作用在這三個報文上。
總結一下。1. TSN技術，是標準二層Ethernet局域網技術的延伸；2. TSN定義的排隊調度機製，可以正常服務於三層IP轉發等各種其它場景。換個角度來講，熟悉計算機網絡的朋友一定知道，Ethernet幀裏麵封裝IP報文那是再常見不過的事情了。而IETF的DetNet（確定性網絡）工作組，和TSN也是配合關係，如基於TSN中的調度機製，構建確定性網絡方案。
三、TSN門控給關鍵流量設計了開門時間？
對TSN有一定了解的朋友一定知道TSN有一套根據時間開關門的機製，以下我們就簡稱為TSN門控，或時間門控。開門時，報文可以通過；關門時則不可以。這樣，能夠更明確地規劃好各個隊列之間的調度關係。
但是，作者發現，很多朋友對TSN門控作為一個方案如何部署的認知上，有一個小小的偏差。正是這個小小的偏差，導致了業界對TSN的普遍誤解：“TSN時間門控的編排很難”。
還記得第一問中提到的“部分流量”吧(ba)，我(wo)們(men)簡(jian)單(dan)的(de)把(ba)網(wang)絡(luo)中(zhong)混(hun)合(he)承(cheng)載(zai)的(de)流(liu)量(liang)分(fen)為(wei)關(guan)鍵(jian)流(liu)量(liang)和(he)非(fei)關(guan)鍵(jian)流(liu)量(liang)。那(na)麼(me)這(zhe)裏(li)，作(zuo)者(zhe)希(xi)望(wang)用(yong)一(yi)句(ju)話(hua)，結(jie)合(he)下(xia)麵(mian)這(zhe)張(zhang)圖(tu)，來(lai)糾(jiu)正(zheng)這(zhe)個(ge)小(xiao)小(xiao)的(de)認(ren)知(zhi)偏(pian)差(cha)：“關鍵流量的隊列什麼時候開門不重要，非關鍵流量的隊列在關鍵流量需要調度時關門很重要！”
如果您能理解這句話，那麼恭喜，您對於TSN時間門控的認知，大抵已經達到TOP 10%的level了。在絕大多數場景下，我們並不需要絞盡腦汁給所有關鍵流量逐包的編排開門時間。
四、TSN就是一套通過時間門控來保障時延的技術？
前麵提到過，TSN是一個技術族，裏麵有時延、資源管理、可靠性、時間同步等各種技術。可以說，時間門控是TSN技術中的“網紅”。雖然上一問中我們也在講門控，但TSN絕對不能等同於門控，原因有二。
其一，TSN的調度機製有很多，其中光是整形器就有三種。按其標準製定的時間順序，分別是基於信用的整形器CBS、時間感知整形器（TAS，也就是門控）、異步流量整形器（ATS）。這些整形器還可以和絕對優先級調度、輪詢調度等常用機製組合使用。一般來講，時間門控的調度更適用於有規律周期特征的流量，而CBS、ATS更適用於規律性相對較弱、有突發特征的流量。當網絡中混合承載這些流量時，則可以考慮用優先級等機製組合多種整形器來使用。
其二，合理的資源預留和管理是TSN方(fang)案(an)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)保(bao)障(zhang)時(shi)延(yan)有(you)界(jie)的(de)必(bi)要(yao)條(tiao)件(jian)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，單(dan)獨(du)依(yi)靠(kao)時(shi)間(jian)門(men)控(kong)或(huo)者(zhe)各(ge)種(zhong)調(tiao)度(du)機(ji)製(zhi)，是(shi)不(bu)行(xing)的(de)。必(bi)須(xu)要(yao)針(zhen)對(dui)各(ge)流(liu)量(liang)的(de)特(te)征(zheng)和(he)需(xu)求(qiu)，進(jin)行(xing)針(zhen)對(dui)性(xing)的(de)網(wang)絡(luo)配(pei)置(zhi)（資源預留），確保各種報文能夠正確的進入為它設計好的隊列，並按設計好的調度機製和其它報文進行排隊的競爭。說白了，“網絡要按約定服務好用戶，用戶也得按約定、不能亂來”。具體的資源管理方法，有集中式的（如使用網絡控製器），有分布式的（如使用資源預留協議），這裏不做展開。
五、TSN門控需要網絡各節點之間配合，所以需要精準時間同步？
這麼說不準確，原因有兩方麵。
其一，門控的核心是用到IEEE 802.1Qbv定義的整形器（TAS），而使用TAS的核心是配置時間門控表（GCL），隨後，GCL就按照設備本地時鍾周期性的為各隊列執行開、關門的控製。即門控本身在TSN網絡設備上的執行是不需要時間同步的。隻不過一般意義上，大家認為TSN門控作為一個端到端方案，需要做好規劃（scheduling），讓網絡上下遊設備的開關門配置能夠協同工作，給關鍵流量構建“特快通道”。
其二，在AVB時代，為了服務於專業音視頻網絡場景，確定了以CBS作為整形器、用SRP進行資源預留的方案，加之802.1AS的廣義精準時間同步協議（gPTP）。這三個技術於是成為了TSN技術族裏最早的三項。這裏gPTP顯然不是為了服務於TSN調度機製，因為CBS是一個類似於令牌桶的整形機製。gPTP是為了實現端側設備的精準時間同步，這樣端側設備的發送端就可以通過在報文中夾帶時間戳，在接收端上實現同步的音頻視頻播放。
更典型的，在工業中，如多軸同步運動控製是對控製精度要求非常高的一種場景。簡單舉例理解，就是要在同一時刻讓設備A控製機械運動到位置a、讓設備B控製機械運動到位置b。雖然控製器的指令是同時發出，但因為發包有先後之分、傳輸路徑有長短之別、設備收到指令後到執行所花費的時間也受設備自身的周期任務調度的影響，最終很難保證機械A和B同時執行這次指令。而最簡單合理的解決辦法，就是通過精準的時間同步，保障設備A和B任務周期執行的邊界（或者說相位）一致，這個邊界對齊的誤差輕輕鬆鬆可以達到ns級別。而由於一次任務周期常常在百微秒或毫秒級，此時網絡隻需要保障us或ms級別的有界時延，也就是在下一次周期開始前的一段時間把數據傳到接收端，就可以了。
六、TSN產品和方案成本比較高？
在其它性能一致的前提下，一個通用的交換機的價格一定是小於等於一個支持TSN特性的交換機。但我們顯然不能以此來論證TSN方案的成本高，這裏至少還需要考慮以下三點：
其一，未來在同等性能下，TSN產品（不限於單硬件or各種形態的網絡設備）的價格，一定普遍性的低於其它專用實時網絡係統的產品價格。因為TSN依托於整個IP、ETH生態圈，而這個生態圈存量市場最大，產業鏈很成熟，標準生態很開放，在各國ICT頂尖專家多年的努力下其技術先進性也有足夠的保障。工業現場總線的市場份額在不停的被工業以太網取代，就是一個例證：各種工業以太網技術大多可以使用通用的PHY芯片、通用的網線，多數也可以兼容通用的交換機。
其二，TSN提供的混合承載+時延有界的能力，會從減少線纜總量、降低布線難度、提供更靈活的端設備連接能力等多方麵，為不同場景下的用戶，帶來成本與方案效率上的提升。
其三，並非所有TSN產品和應用場景都需要使用時間門控。如果說，時間門控是TSN技術上的皇冠明珠，基於時間門控可以構建A級的TSN方案，應對最嚴苛的場景；那麼，TSN異步調度等技術，也可以組合成B級的TSN方案，性價比更高，並且可以應對更大規模和範圍的、更通用的非嚴苛場景。