適用于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的流量捕獲工具

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的興起，在如今的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)τ谘舆t的要求更加嚴(yán)格。但現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)大多是用傳統(tǒng)的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，無法滿足未來的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求。幸運(yùn)的是時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)滿足了這一需求，代表了可靠的標(biāo)準(zhǔn)化的通信技術(shù)的發(fā)展。TSN為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供了穩(wěn)定的性能，如今TSN越來越多的受到各個(gè)行業(yè)工程師的關(guān)注。

以太網(wǎng)在上世紀(jì)80年代被逐漸開始大規(guī)模使用，但是以太網(wǎng)在實(shí)時(shí)的應(yīng)用程序中并不實(shí)用，其一傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用的是“Best Effort”，但是這樣的轉(zhuǎn)發(fā)方式往往缺乏確定性，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)的發(fā)送的速度有許多的不確定的因素，如排隊(duì)等待的時(shí)間等。如果網(wǎng)絡(luò)流量過大便會(huì)出現(xiàn)擁塞或者丟包的等情況，這樣就會(huì)引起流量調(diào)度，時(shí)間同步等問題。

其二，因?yàn)樗褂昧艘环N稱為party line的通用介質(zhì)，這個(gè)介質(zhì)在網(wǎng)絡(luò)高負(fù)荷情況下容易發(fā)生沖突，雖然在后來的發(fā)展中引入了分組交換網(wǎng)絡(luò)解決了沖突問題，還提出服務(wù)質(zhì)量(QoS)的概念。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，保證延遲十分重要，雖然有了QoS，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)利用率很高的情況下，延遲依舊非常嚴(yán)重。

雖然在寬帶足夠的情況下，以太網(wǎng)可以滿足于大多數(shù)的應(yīng)用。但是在某些領(lǐng)域這樣的延遲是無法容忍的，如車載網(wǎng)絡(luò)和小規(guī)模機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程醫(yī)療或者網(wǎng)絡(luò)輔助的自動(dòng)駕駛等。在這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中太大網(wǎng)絡(luò)延遲或網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)的傳輸?shù)牟淮_定性都會(huì)帶來嚴(yán)重后果。

我們都知道，不同的行業(yè)的不同應(yīng)用對(duì)于時(shí)延的要求是不同的，特別是那些需要確定傳輸?shù)南滦蟹?wù)領(lǐng)域，對(duì)時(shí)延和抖動(dòng)的要求更加嚴(yán)格。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)相比于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)可以與具有高優(yōu)先級(jí)確定性信息流等共享網(wǎng)絡(luò)。服務(wù)于時(shí)間敏感應(yīng)用及系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)以最小的時(shí)間抖動(dòng)進(jìn)行傳輸，是TSN的重要目的之一。

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）就是一組低延遲一組IEEE標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)定義了這些標(biāo)準(zhǔn)定義了高度確定性和冗余的網(wǎng)絡(luò)操作，有利于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的控制和其他對(duì)延遲敏感的流量。TSN可以有效地調(diào)度流量以提升網(wǎng)絡(luò)性能，如有限的等待時(shí)間和最小的數(shù)據(jù)包丟失。像汽車行業(yè)的工業(yè)應(yīng)用，都需要控制流量，那么這些領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)中必須用到TSN。

那么，怎樣滿足在時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中對(duì)延遲、抖動(dòng)和捕獲能力方面有特殊要求是我們需要解決的問題。

ProfiShark系列是Profitap便攜式和小型故障診斷儀系列的一部分，是用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視，流量捕獲和分析的專用網(wǎng)絡(luò)TAP。ProfiShark幫助網(wǎng)絡(luò)工程師輕松訪問網(wǎng)絡(luò)并以正確的時(shí)間戳記捕獲每個(gè)單個(gè)數(shù)據(jù)包。這樣可以得到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可在數(shù)據(jù)包分析器軟件（如Wireshark）中用于網(wǎng)絡(luò)分析，或直接存儲(chǔ)到磁盤以供以后分析。ProfiShark完全可以滿足TSN，TAP在延遲、抖動(dòng)和捕獲能力方面的特殊要求。

1.透明內(nèi)聯(lián)

和所有其他內(nèi)聯(lián)的分路器(TAP)一樣，Profishark是協(xié)議不可知的，對(duì)所有幀，標(biāo)簽和封裝都是L1直通。這包括搶占幀，分段幀和CRC無效幀。內(nèi)聯(lián)電路引入的內(nèi)聯(lián)延遲和抖動(dòng)最小，因此適用于IEEE 802.1AS和1588 v2。

2.捕獲性能

ProfiShark 1G能捕獲任何類型的幀，包括搶占幀，分段幀和CRC無效幀。此外，Profishark管理器還提供了直接捕獲整個(gè)L1以太網(wǎng)幀的選項(xiàng)。當(dāng)啟用“Capture Full Frame”選項(xiàng)時(shí)，將使用preamble碼(0x55)、SMD和CRC捕獲幀。

2.Wireshark集成

啟用”capture full frames”選項(xiàng)后，PCAP-NG的Link-Layer報(bào)頭設(shè)置為L(zhǎng)INKTYPE_ETHERNET_MPACKET。從2.6.0開始，Wireshark完全支持此Link-Layer類型，并允許正確解析L1幀（請(qǐng)參閱下面的wireshark視圖）。一旦被解析，附加的L1數(shù)據(jù)將顯示在數(shù)據(jù)包詳細(xì)信息視圖中，并且不會(huì)與更高的協(xié)議沖突。分段的搶占幀可以在Wireshark中重新組裝。