2.8.3 确定性网络技术
确定性网络是近几年来产业界研究的热点，是一项实现IP 网络从“尽力而为（best-ffort）”到“准时、准确、快速”，并有效控制抖动、降低端到端时延的技术。2015 年，国际互联网工程任务组（IETF，The Internet Engineering Task Force）成立确定性网络工作组，在第二层桥接和第三层IP 上实现确定的传输路径，这些路径可以提供时延、丢包和抖动的最差界限，以此提供确定的传送服务。确定性网络是通过二、三层协同完成的。二层是通过时间敏感型网络（TSN，Time Sensitive Network）来实现确定性的，而三层则由确定性网络进行保障，从而在广域网上（如IP/MPLS）实现确定性的传输。
1．确定性网络的基本特征
确定性网络主要需要具备高精度时钟同步、零拥塞丢失、超可靠的数据包交付等基本特性。
（1）高精度时钟同步：所有网络设备和主机都可以使用IEEE 1588 精确网络时间协议将其内部时钟同步到1μs ～ 10 ns 的精度。大多数确定性网络应用程序都要求终端支持同步，一些队列算法也要求网络节点实现同步。
（2）零拥塞丢失：拥塞丢失是网络节点中输出缓冲区的分组溢出，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需要提供确定性转发的业务流（也被称为关键业务流）分配足够的资源，可以有效地消除拥塞。
（3）超可靠的数据包交付：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，
并在接收端删除多余的副本，规避因设备故障引起的丢包风险。这种方式通常也被称为“双发选收”，是一种利用路径冗余实现业务可靠性传送的技术，如图2-48 所示。
图2-48 预防丢包风险的双发选收机制
（4）与尽力而为的服务共存：虽然关键业务流会消耗更多的特定资源（如链路的宽），
但在确定性网络中，“尽力而为”的业务也可以采用一定的规则进行正常传送，如采用优先级调度、分层QoS、加权公平队列等方式进行队列的调度，只是关键业务流降低了这些传统业务的可用带宽。因此，确定性网络可以被看作是在“尽力而为”网络上提供的一种QoS 确定性保障服务。
2．二层确定性网络
IEEE 802.1 于2007 年创建了音频视频桥接任务组。其目标是用以太网取代家庭中的高清多媒体接口（HDMI，High Definition Multimedia Interface）、扬声器和同轴电缆。2012 年，该任务组在时间同步、时延保证等确定性的功能方面进行了扩充，并正式更名为TSN 任务组，制订了以以太网为基础的新一代网络标准，在工业互联网等方面获得了大量的应用。
为了支持确定性，802.1 TSN 任务组又诞生了多个标准，主要有四大类：时间同步、有界低时延、超高可靠性和资源管理，如图2-49 所示。IEEE 802.1 标准大部分都局限于二层确定性网络，因此被称为二层确定性网络技术，只支持桥接网络，不支持端到端需要路由器的数据流。
图2-49 TSN 的标准体系
3．三层确定性网络
2015 年，IETF 成立了确定性网络工作组，致力于将TSN 中开发的技术扩展到路由器，让这些技术可以扩展到跨域的WAN 中，从而支持更大规模的确定性网络，以满足未来5G/6G 的各种垂直行业应用。同IEEE 802.1cb 类似的是，当要保障业务的可靠性时，确定性网络也定义了双发选收机制，如图2-50 所示。
图2-50 确定性网络中的双发选收机制
尽管图2-50 是确定性网络中的可靠性保障，但是也体现了IETF 在低时延和可靠性等方面的设计思路，主要包括3 方面的内容：通过显式路由（Explicit Route）确保转发路径上
的低时延；通过资源预留（Resource Allocation）防止丢包并进行拥塞控制；通过业务保护（Service Protection）防止线路故障等原因造成的丢包。
目前，IETF 关注确定性网络的整体架构、数据平面规范、数据流量信息模型、YANG模型等；IEEE 802.1 TSN 工作组关注具体的技术及其算法。当二者结合起来就可以保障域内和跨域业务的确定性传送。
