初识DetNet：确定性网络的前世今生

在刚刚落幕的2019中国 SDN/NFV/AI大会上，确定性网络（Deterministic Networking）成为了大家讨论的热点话题之一。随着工业物联网（IIoT）的兴起和工业4.0的提出，TSN的风正悄悄刮来，DetNet也悄然进入了大家的视线。那么，DetNet究竟是什么？它与TSN又有什么联系？它能够给我们带来什么？下面跟小编一起来学习吧！

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什么是DetNet？

DetNet是一项帮助实现IP网络从“尽力而为（best-effort）”到“准时、准确、快速”， 控制并降低端到端时延的技术。2015年，IETF成立DetNet工作组，专注于在第2层桥接和第3层路由段上实现确定传输路径，这些路径可以提供延迟、丢包和抖动的最坏情况界限，以此提供确定的延迟。DetNet工作组的目标在于将确定性网络通过IP/MPLS等技术扩展到广域网上。

DetNet的演进史

IEEE 1588委员会成立于2000年，2002年发布了第一个标准，该标准与IEEE 802的工作结合使得构建标准以太网接口和软件成为可能，并支持企业级网络的时间同步，实现高于1µs的精度。

AVB的提出

IEEE 802.1于2007年创建了音频视频桥接（AVB）任务组。其目标是用以太网取代家庭中的HDMI、扬声器和同轴电缆。 AVB仅适用于桥接的第2层网络。

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AVB ->TSN

虽然IEEE 802.1 AVB标准没有占领家庭娱乐市场，但它们已经成功应用于工作室、体育和娱乐场所。有人可能会注意到，所有苹果笔记本电脑都支持AVB标准。这一成功吸引了工业界和汽车界的关注。2012年，IEEE 802.1 AVB任务组更名为时间敏感网络（TSN）任务组。

TSN标准扩展了AVB的技术，成为以以太网为基础的新一代网络标准，具有时间同步、延时保证等确保实时性的功能。

确定性网络的诞生

802.1 TSN TG诞生了许多标准，其中IEEE 802.1标准大部分都局限于第2层。也就是说，只支持桥接网络，端到端不支持需要路由器的数据流。

2015年，互联网工程任务组(IETF)成立了确定性网络(DetNet)工作组，致力于将TSN中开发的技术扩展到路由器，这样在TSN中开发的技术就可以扩展到路由数据流。确定性网络还有一个目标是扩大TSN技术的规模，使它们能够在比以太网桥支持的更大的网络中工作。

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确定性网络的基本特征

确定性网络是由网络提供的一种特性，这里的网络指的是主要由网桥、路由器和MPLS标签交换机组成的尽力而为的分组网络。确定性网络的基本特征是：

1.时钟同步。所有网络设备和主机都可以使用IEEE 1588精确时间协议将其内部时钟同步到1µs-10 ns的精度。大多数（不是全部）确定性网络应用程序都要求终端站及时同步。一些队列算法还要求网络节点同步，而有些则不需要。

2.零拥塞丢失。拥塞丢失是网络节点中输出缓冲区的统计溢出，是尽力而为网络中丢包的主要原因。通过调整数据包的传送并为临界流（critical flow）分配足够的缓冲区空间，可以消除拥塞。

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确定性网络数据包延迟计算模型

3.超可靠的数据包交付。丢包的另外一个重要原因是设备故障。确定性网络可以通过多个路径发送序列数据流的多个副本，并消除目的地处或附近的副本。不存在故障检测和恢复周期 - 每个数据包都被复制并被带到或接近其目的地，因此单个随机事件或单个设备故障不会导致丢失任何一个数据包。

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数据包复制和消除

4.与尽力而为（best-effort）的服务共存。除非临界流的需求消耗了过多的特定资源（例如特定链路的带宽），否则可以调节临界流的速度，这样，尽力而为的服务质量实践，例如优先级调度、分层QoS、加权公平队列等仍然按照其惯常的方式运行，但临界流降低了这些功能的可用带宽。

从某种意义上说，DetNet只是尽力而为网络提供的另一种QoS。 DetNet服务最大的作用在于整个网络的大部分流量都是尽力而为的。

DetNet+TSN ： L2/L3的结合

目前，IETF（DetNet）工作组和IEEE802.1 TSN 任务组正在合作推进解决方案：

• IETF关注DetNet的整体架构、数据平面规范、数据流量信息模型、YANG模型
• IEEE802.1 TSN 任务组关注具体技术及其算法

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确定性网络工作组侧重于在第2层桥接和第3层路由段上运行的确定性数据路径，致力于支持需要确定性网络应用的第3层。同时，确定性网络工作组与负责第2层操作的IEEE802.1 时间敏感网络（TSN）合作，为第2 层和第3 层定义通用的体系架构。

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L2/L3混合参考网络

确定性网络的用例

1.专业的音频和视频（ProAV）：4K/8K/AR/VR音视频行业包括音视频制作工作室、直播、广播、电影院、现场音乐会、大型场所（机场，体育场馆，教堂，主题公园）的公共广播媒体和应急系统。一方面该行业出现了不间断流播放、同步播放、消除回声等网络应用需求；另一方面，这个行业正在从点对点的硬件互连转向无线互联，从而降低成本，提高灵活性。因此，该行业未来对确定性网络有较大需求。

2.电力公用事业：电力公用事业部署中的许多系统都依赖于底层网络的高可用性和确定性行为。廉价的以太网设备可以取代专用数字系统，将实时控制和企业流量结合在一个网络中。

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