針對不同應用場景在不同時間內對交換功能的需求不一致的特點，FAST流水線支持利用FPGA現場可編程特性，動態增加和卸載流水線模塊以滿足不斷變化需求的特性。
一、硬件流水線的擴展
FAST基本流水線包含通用分組解析（GPP）、通用關鍵字提取（GKE）、通用匹配引擎（GME）、通用轉發動作（GAC）和通用輸出引擎（GOE）五個模塊。基于這五個模塊搭建的基本架構，FAST流水線支持動態模塊的插入和刪除，如下圖所示。
在GAC之前的流水線稱為Ingress流水線，主要在輸入端口的上下文中對分組進行轉發決策處理。由于分組元數據到達GAC模塊后，可根據GME的匹配結果查表的到分組輸出的接口號（或軟件UA編號），因此在GAC之后分組在輸出接口的上下文中處理，因此GAC模塊之后的流水線稱為Egress流水線。
FAST流水線的功能擴展主要通過增加以下幾類硬件模塊：
（1）用戶定義的解析（UDP）模塊
在GPP模塊之后增加一個或多個UDP模塊，可實現對GPP不支持的其他協議進行解析，并根據解析結果修改元數據中的協議類型字段PST。一個UDP模塊在修改完PST后，將DMID設置為GKE，旁路掉后續的UDP，即每個分組最多支持一個UDP模塊的協議分析。
（2）UKE模塊
在GKE模塊之后增加用戶定義的關鍵字提取模塊UKE，擴展支持GKE不支持的關鍵字提取能力，UKE可以修改KEY字段。通常如果一個UKE模塊完成KEY的提取和修改后，直接將DMID設置為GME，旁路掉后續的UKE（如果有的話），即每個分組最多支持一個UKE模塊的處理
（3）UDA模塊
UDA模塊主要實現用戶定義的action處理。UDA模塊插在GME和GAC之間可以擴充Ingress流水線的處理功能，插入在GAC和GOE之間可以擴充Egress流水線的處理功能。位于GAC之前和之后的UDA模塊有兩點不同。一是UDA之前的只能對分組的元數據進行操作，而GAC之后的UDA可以直接修改整個分組；二是GAC之前的UDA是在分組輸入的上下文處理分組，而GAC之后的UDA是在分組輸出端口的上下文中處理分組。
（4）UDO模塊
UDO模塊物理位置并不在FAST流水線之內，而是位于FPGA OS中分組最終從FPGA引腳輸出之前。由于UDO的位置位于分組輸出調度之后，因此UDO處理的分組在輸出時不存在任何阻塞，能夠保證分組離開后到最終輸出到鏈路上有一個確定的延時。因此UDO可以看作是FAST流水線在FPGA OS中的一個“飛地”。其主要作用是獲取精確的分組輸時間戳，可以支持IEEE 1588透明時鐘的計算或者網絡測量中精確發送時間的獲取。
FAST流水線擴展模塊的設計必須遵循標準的模塊接口定義，而且擴展插入的模塊對上下游模塊都是透明的，即流水線中原有的上下游模塊在都應該感知不到新模塊的插入。
二、硬件流水線擴展的示例
通過對FAST硬件流水線進行擴展，可以支持在原有的交換平臺中擴充支持新的協議以及新的分組處理機制。例如下圖分別介紹了通過擴展UDP和UDA模塊支持IEEE 1588，L3轉發控制以及安全網關功能的例子。
在（a）中，由于GPP協議無法識別封裝在特定UDP端口號中傳輸的IEEE 1588的PTP協議，因此GPP處理后PST字段表示的分組類型為ETH/IP/UDP，如果交換平臺需要支持IEEE 1588的PTP協議，需要插入一個UDP模塊，對使用319和320端口的UDP分組進行解析。如果UDP目地端口號為319，即UDP內部包含需要交換平臺計算透明時鐘的事件消息（sync，delay_req），這些消息可在PST中標記，UDO會根據PST的標記跟新分組的透明時鐘。如果目的端口號為320，則其中包含不需要透明時鐘計算的PTP通用消息，UDP會進一步分析消息類型，將分組轉發（follow_up消息或delay_resp消息），或送特定的軟件UA處理（BMC協議消息）。
在（b）中，增加UDA1實現輸出組播復制功能，根據組播分組元數據中Outport攜帶的組播組信息查表獲得輸出接口集合，將分組一次復制發送到每個輸出接口，而UDA1實現綁定到特定輸出接口的ACL過濾功能，UDA3實現對輸出分組的修改，例如修改目的MAC等。因此通過擴展Egress流水線中的UDA模塊，可以使FAST流水線支持三層的單播和組播轉發功能。顯然，每個新增的UDA模塊內部也包含相應的控制表格，這些表格會通過相應的軟件配置。
在（c）中，可在Ingress流水線中增加連接管理和復雜的流量統計功能，實現與特定輸入端口綁定的安全控制。利用連接管理功能，可以維護五元組標識的TCP/UDP/ICMP的連接狀態，實現狀態防火墻，并為其他基于流的middlebox功能提供流的狀態信息。而利用復雜的流量統計功能可以檢測到特定輸出接口甚至是到特定服務器流量的非對稱性，用于早期的發現DDoS攻擊。而在Egress流水線中增加流量過濾功能，可對具有特定屬性分組進行過濾，例如在“勒索病毒”爆發期間，可以針對該病毒的特點快速部署硬件過濾模塊，對傳播病毒的惡意分組進行過濾，而過了“勒索病毒”爆發期以后，該模塊可以刪除以節約資源用于其他功能的實現。
上圖中三個例子只是對通過模塊擴展實現功能擴展的示意。后續會更加深入的介紹基于軟硬件協同方式快速實現特定處理功能的方法。
