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02-QoS配置
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QoS即服务质量。对于网络业务，影响服务质量的因素包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。网络资源总是有限的，在保证某类业务的服务质量的同时，可能就是在损害其它业务的服务质量。因此，网络管理者需要根据各种业务的特点来对网络资源进行合理的规划和分配，从而使网络资源得到高效利用。
通常QoS提供以下三种服务模型：
· Best-Effort service（尽力而为服务模型）
· Integrated service（综合服务模型，简称IntServ）
· Differentiated service（区分服务模型，简称DiffServ）
Best-Effort是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型。对Best-Effort服务模型，网络尽最大的可能性来发送报文。但对时延、可靠性等性能不提供任何保证。
Best-Effort服务模型是网络的缺省服务模型，通过FIFO队列来实现。它适用于绝大多数网络应用，如FTP、E-Mail等。
IntServ是一个综合服务模型，它可以满足多种QoS需求。该模型使用RSVP协议，RSVP运行在从源端到目的端的每个设备上，可以监视每个流，以防止其消耗资源过多。这种体系能够明确区分并保证每一个业务流的服务质量，为网络提供最细粒度化的服务质量区分。
但是，IntServ模型对设备的要求很高，当网络中的数据流数量很大时，设备的存储和处理能力会遇到很大的压力。IntServ模型可扩展性很差，难以在Internet核心网络实施。
DiffServ是一个多服务模型，它可以满足不同的QoS需求。与IntServ不同，它不需要通知网络为每个业务预留资源。区分服务实现简单，扩展性较好。
本文提到的技术都是基于DiffServ服务模型。
QoS技术包括流分类、流量监管、流量整形、限速、拥塞管理、拥塞避免等。下面对常用的技术进行简单地介绍。
图1-1 常用QoS技术在网络中的位置
如图1-1所示，流分类、流量监管、流量整形、拥塞管理和拥塞避免主要完成如下功能：
· 流分类：采用一定的规则识别符合某类特征的报文，它是对网络业务进行区分服务的前提和基础。
· 流量监管：对进入或流出设备的特定流量进行监管，以保护网络资源不受损害。可以作用在接口入方向和出方向。
· 流量整形：一种主动调整流的输出速率的流量控制措施，用来使流量适配下游设备可供给的网络资源，避免不必要的报文丢弃，通常作用在接口出方向。
· 拥塞管理：当拥塞发生时制定一个资源的调度策略，决定报文转发的处理次序，通常作用在接口出方向。
· 拥塞避免：监督网络资源的使用情况，当发现拥塞有加剧的趋势时采取主动丢弃报文的策略，通过调整队列长度来解除网络的过载，通常作用在接口出方向。
图1-2简要描述了各种QoS技术在网络设备中的处理顺序。
(1) 首先通过流分类对各种业务进行识别和区分，它是后续各种动作的基础；
(2) 通过各种动作对特定的业务进行处理。这些动作需要和流分类关联起来才有意义。具体采取何种动作，与所处的阶段以及网络当前的负载状况有关。例如，当报文进入网络时进行流量监管；流出节点之前进行流量整形；拥塞时对队列进行拥塞管理；拥塞加剧时采取拥塞避免措施等。
QoS的配置方式分为MQC方式（模块化QoS配置，Modular QoS Configuration）和非MQC方式。
MQC方式通过QoS策略定义不同类别的流量要采取的动作，并将QoS策略应用到不同的目标位置（例如接口）来实现对业务流量的控制。
非MQC方式则通过直接在目标位置上配置QoS参数来实现对业务流量的控制。例如，在接口上配置流量监管功能来达到限制接口流量的目的。
如果不限制用户发送的流量，那么大量用户不断突发的数据只会使网络更拥挤。为了使有限的网络资源能够更好地发挥效用，更好地为更多的用户服务，必须对用户的流量加以限制。流量监管可以实现流量的速率限制功能，而要实现此功能就必须对通过设备的流量进行度量。一般采用令牌桶（Token Bucket）对流量进行度量。
令牌桶可以看作是一个存放一定数量令牌的容器。系统按设定的速度向桶中放置令牌，当桶中令牌满时，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加。
在用令牌桶评估流量规格时，是以令牌桶中的令牌数量是否足够满足报文的转发为依据的。如果桶中存在足够的令牌可以用来转发报文，称流量遵守或符合这个规格，否则称为不符合或超标。
评估流量时令牌桶的参数包括：
· 平均速率：向桶中放置令牌的速率，即允许的流的平均速度。通常配置为CIR。
· 突发尺寸：令牌桶的容量，即每次突发所允许的最大的流量尺寸。通常配置为CBS，突发尺寸必须大于最大报文长度。
每到达一个报文就进行一次评估。每次评估，如果桶中有足够的令牌可供使用，则说明流量控制在允许的范围内，此时要从桶中取走满足报文的转发的令牌；否则说明已经耗费太多令牌，流量超标了。
为了评估更复杂的情况，实施更灵活的调控策略，可以使用两个令牌桶（分别称为C桶和E桶）对流量进行评估。主要有如下三种算法。
(1) 单速率单桶双色算法
· CIR：表示向C桶中投放令牌的速率，即C桶允许传输或转发报文的平均速率；
· CBS：表示C桶的容量，即C桶瞬间能够通过的承诺突发流量。
每次评估时，依据下面的情况，可以分别实施不同的流控策略：
· 如果C桶有足够的令牌，报文被标记为green，即绿色报文；
· 如果C桶令牌不足，报文被标记为red，即红色报文。
(2) 单速率双桶三色算法
· CIR：表示向C桶中投放令牌的速率，即C桶允许传输或转发报文的平均速率；
· CBS：表示C桶的容量，即C桶瞬间能够通过的承诺突发流量；
· EBS：表示E桶的容量的增量，即E桶瞬间能够通过的超出突发流量，取值不为0。E桶的容量等于CBS与EBS的和。
每次评估时，依据下面的情况，可以分别实施不同的流控策略：
· 如果C桶有足够的令牌，报文被标记为green，即绿色报文；
· 如果C桶令牌不足，但E桶有足够的令牌，报文被标记为yellow，即黄色报文；
· 如果C桶和E桶都没有足够的令牌，报文被标记为red，即红色报文。
(3) 双速率双桶三色算法
· CIR：表示向C桶中投放令牌的速率，即C桶允许传输或转发报文的平均速率；
· CBS：表示C桶的容量，即C桶瞬间能够通过的承诺突发流量；
· PIR：表示向E桶中投放令牌的速率，即E桶允许传输或转发报文的最大速率；
· EBS：表示E桶的容量，即E桶瞬间能够通过的超出突发流量。
每次评估时，依据下面的情况，可以分别实施不同的流控策略：
· 如果C桶有足够的令牌，报文被标记为green，即绿色报文；
· 如果C桶令牌不足，但E桶有足够的令牌，报文被标记为yellow，即黄色报文；
· 如果C桶和E桶都没有足够的令牌，报文被标记为red，即红色报文。
流量监管支持应用在入方向和出方向，即对设备接收或发出的流量生效。
流量监管就是对流量进行控制，通过监督进入网络的流量速率，对超出部分的流量进行“惩罚”，使进入的流量被限制在一个合理的范围之内，以保护网络资源和运营商的利益。例如可以限制HTTP报文不能占用50%以上的网络带宽。如果发现流量超出规格，流量监管可以选择丢弃超规格报文，或重新配置超规格报文的优先级。
图1 TP示意图
流量监管广泛的用于监管进入Internet服务提供商ISP的网络流量。流量监管还包括对所监管流量的流分类服务，并依据不同的评估结果，实施预先设定好的监管动作。这些动作可以是：
· 转发：比如对评估结果为“符合”的报文继续转发。
· 丢弃：比如对评估结果为“不符合”的报文进行丢弃。
· 改变优先级并转发：比如对评估结果为“符合”的报文，将其优先级进行重标记后再进行转发。
· 改变优先级并进入下一级监管：比如对评估结果为“符合”的报文，将其优先级进行重标记后再进入下一级的监管。
· 进入下一级的监管：流量监管可以进行分级，每级关注和监管更具体的目标。
仅E3207及其以上版本支持流量监管。
设备仅支持通过非MQC方式配置基于ACL的流量监管。
(1) 进入系统视图。
system-view
(2) 进入接口视图。
interface interface-type interface-number
(3) 在接口上配置基于ACL规则的CAR策略。
qos car { inbound | outbound } acl acl-number cir committed-information-rate [ cbs committed-burst-size [ ebs excess-burst-size ] ] [ green action | red action | yellow action ] *
qos car { inbound | outbound } acl acl-number cir committed-information-rate [ cbs committed-burst-size ] pir peak-information-rate [ ebs excess-burst-size ] [ green action | red action | yellow action ] *
缺省情况下，接口上未应用CAR策略。
可在任意视图下执行以下命令：
显示接口的流量监管配置情况和统计信息。
display qos car interface [ interface-type interface-number ]
· 设备Device A通过接口Ten-GigabitEthernet1/0/3和设备Device B的接口Ten-GigabitEthernet1/0/1互连
· Server、Host A、Host B可经由Device A和Device B访问Internet
要求对设备Device B的Ten-GigabitEthernet1/0/1和Ten-GigabitEthernet1/0/2接口收发报文有如下要求：经由Device B的Ten-GigabitEthernet1/0/2接口进入Internet的HTTP报文流量限制为10240kbps，如果超过流量限制则将违规报文丢弃。
图2 流量监管配置组网图
(4) 配置设备Device B
# 配置高级ACL3001，匹配HTTP报文。
<DeviceB> system-view
[DeviceB] acl advanced 3001
[DeviceB-acl-adv-3001] rule permit tcp destination-port eq 80
[DeviceB-acl-adv-3001] quit
# 在接口Ten-GigabitEthernet1/0/2的出方向上对ACL3001匹配的HTTP报文应用流量监管，cir为10240kbps，由于默认对红色报文的处理方式就是丢弃，因此无需配置。
[DeviceB] interface ten-gigabitethernet 1/0/2
[DeviceB-Ten-GigabitEthernet1/0/2] qos car outband acl 3001 cir 10240
[DeviceB-Ten-GigabitEthernet1/0/2] quit
表3-1 附录 A 缩略语表
|
缩略语 |
英文全名 |
中文解释 |
|
AF |
Assured Forwarding |
确保转发 |
|
BE |
Best Effort |
尽力转发 |
|
BQ |
Bandwidth Queuing |
带宽队列 |
|
CAR |
Committed Access Rate |
承诺访问速率 |
|
CBQ |
Class Based Queuing |
基于类的队列 |
|
CBS |
Committed Burst Size |
承诺突发尺寸 |
|
CBWFQ |
Class Based Weighted Fair Queuing |
基于类的加权公平队列 |
|
CE |
Customer Edge |
用户边缘设备 |
|
CIR |
Committed Information Rate |
承诺信息速率 |
|
CQ |
Custom Queuing |
定制队列 |
|
DAR |
Deeper Application Recognition |
深度应用识别 |
|
DCBX |
Data Center Bridging Exchange Protocol |
数据中心桥能力交换协议 |
|
DiffServ |
Differentiated Service |
区分服务 |
|
DoS |
Denial of Service |
拒绝服务 |
|
DSCP |
Differentiated Services Code Point |
区分服务编码点 |
|
EACL |
Enhanced ACL |
增强型ACL |
|
EBS |
Excess Burst Size |
超出突发尺寸 |
|
ECN |
Explicit Congestion Notification |
显示拥塞通知 |
|
EF |
Expedited Forwarding |
加速转发 |
|
FEC |
Forwarding Equivalance Class |
转发等价类 |
|
FIFO |
First in First out |
先入先出 |
|
FQ |
Fair Queuing |
公平队列 |
|
GMB |
Guaranteed Minimum Bandwidth |
最小带宽保证队列 |
|
GTS |
Generic Traffic Shaping |
通用流量整形 |
|
IntServ |
Integrated Service |
综合服务 |
|
ISP |
Internet Service Provider |
互联网服务提供商 |
|
LFI |
Link Fragmentation and Interleaving |
链路分片与交叉 |
|
LLQ |
Low Latency Queuing |
低时延队列 |
|
LR |
Line Rate |
限速 |
|
LSP |
Label Switched Path |
标签交换路径 |
|
MPLS |
Multiprotocol Label Switching |
多协议标签交换 |
|
P2P |
Peer-to-Peer |
对等 |
|
PE |
Provider Edge |
服务提供商网络边缘 |
|
PHB |
Per-hop Behavior |
单中继段行为 |
|
PIR |
Peak Information Rate |
峰值信息速率 |
|
PQ |
Priority Queuing |
优先队列 |
|
PW |
Pseudowire |
伪线 |
|
QoS |
Quality of Service |
服务质量 |
|
QPPB |
QoS Policy Propagation Through the Border Gateway Protocol |
通过BGP传播QoS策略 |
|
RED |
Random Early Detection |
随机早期检测 |
|
RSVP |
Resource Reservation Protocol |
资源预留协议 |
|
RTP |
Real-time Transport Protocol |
实时传输协议 |
|
SLA |
Service Level Agreement |
服务水平协议 |
|
SP |
Strict Priority |
严格优先级队列 |
|
TE |
Traffic Engineering |
流量工程 |
|
ToS |
Type of Service |
服务类型 |
|
TP |
Traffic Policing |
流量监管 |
|
TS |
Traffic Shaping |
流量整形 |
|
VoIP |
Voice over IP |
在IP网络上传送语音 |
|
VPN |
Virtual Private Network |
虚拟专用网络 |
|
VSI |
Virtual Station Interface |
虚拟服务器接口 |
|
WFQ |
Weighted Fair Queuing |
加权公平队列 |
|
WRED |
Weighted Random Early Detection |
加权随机早期检测 |
|
WRR |
Weighted Round Robin |
加权轮询队列 |
带颜色（绿色报文/黄色报文/红色报文）优先级映射表dot1p-dot1p、dot1p-exp、dscp-dscp、exp-lp、exp-dot1p、exp-exp、lp-lp、lp-exp、up-dot1p、up-up映射表的缺省映射关系为：映射输出值等于输入值。
表3-2 绿色报文的dscp-dot1p、dscp-dp、dscp-exp、dscp-lp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
dscp-dot1p映射 |
dscp-dp映射 |
dscp-exp映射 |
dscp-lp映射 |
|
绿色报文的dscp |
dot1p |
dp |
exp |
lp |
|
0～7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
8～15 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
16～23 |
2 |
0 |
2 |
2 |
|
24～31 |
3 |
0 |
3 |
3 |
|
32～39 |
4 |
0 |
4 |
4 |
|
40～47 |
5 |
0 |
5 |
5 |
|
48～55 |
6 |
0 |
6 |
6 |
|
56～63 |
7 |
0 |
7 |
7 |
表3-3 黄色报文的dscp-dot1p、dscp-dp、dscp-exp、dscp-lp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
dscp-dot1p映射 |
dscp-dp映射 |
dscp-exp映射 |
dscp-lp映射 |
|
黄色报文的dscp |
dot1p |
dp |
exp |
lp |
|
0～7 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
8～15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
16～23 |
2 |
1 |
2 |
2 |
|
24～31 |
3 |
1 |
3 |
3 |
|
32～39 |
4 |
1 |
4 |
4 |
|
40～47 |
5 |
1 |
5 |
5 |
|
48～55 |
6 |
1 |
6 |
6 |
|
56～63 |
7 |
1 |
7 |
7 |
表3-4 红色报文的dscp-dot1p、dscp-dp、dscp-exp、dscp-lp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
dscp-dot1p映射 |
dscp-dp映射 |
dscp-exp映射 |
dscp-lp映射 |
|
红色报文的dscp |
dot1p |
dp |
exp |
lp |
|
0～7 |
0 |
2 |
0 |
0 |
|
8～15 |
1 |
2 |
1 |
1 |
|
16～23 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
24～31 |
3 |
2 |
3 |
3 |
|
32～39 |
4 |
2 |
4 |
4 |
|
40～47 |
5 |
2 |
5 |
5 |
|
48～55 |
6 |
2 |
6 |
6 |
|
56～63 |
7 |
2 |
7 |
7 |
表3-5 绿色报文的exp-dp、exp-dscp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
exp-dp映射 |
exp-dscp映射 |
|
绿色报文的exp优先级 |
dp |
dscp |
|
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
8 |
|
2 |
0 |
16 |
|
3 |
0 |
24 |
|
4 |
0 |
32 |
|
5 |
0 |
40 |
|
6 |
0 |
48 |
|
7 |
0 |
56 |
表3-6 黄色报文的exp-dp、exp-dscp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
exp-dp映射 |
exp-dscp映射 |
|
黄色报文的exp优先级 |
dp |
dscp |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
8 |
|
2 |
1 |
16 |
|
3 |
1 |
24 |
|
4 |
1 |
32 |
|
5 |
1 |
40 |
|
6 |
1 |
48 |
|
7 |
1 |
56 |
表3-7 红色报文的exp-dp、exp-dscp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
exp-dp映射 |
exp-dscp映射 |
|
红色报文的exp优先级 |
dp |
dscp |
|
0 |
2 |
0 |
|
1 |
2 |
8 |
|
2 |
2 |
16 |
|
3 |
2 |
24 |
|
4 |
2 |
32 |
|
5 |
2 |
40 |
|
6 |
2 |
48 |
|
7 |
2 |
56 |
表3-8 绿色报文的lp-dp、lp-dot1p、lp-dscp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
lp-dp映射 |
lp-dot1p映射 |
lp-dscp映射 |
|
绿色报文的lp |
dp |
dot1p |
dscp |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
2 |
8 |
|
2 |
0 |
0 |
16 |
|
3 |
0 |
3 |
24 |
|
4 |
0 |
4 |
32 |
|
5 |
0 |
5 |
40 |
|
6 |
0 |
6 |
48 |
|
7 |
0 |
7 |
56 |
表3-9 黄色报文的lp-dp、lp-dot1p、lp-dscp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
lp-dp映射 |
lp-dot1p映射 |
lp-dscp映射 |
|
黄色报文的lp |
dp |
dot1p |
dscp |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
2 |
8 |
|
2 |
1 |
0 |
16 |
|
3 |
1 |
3 |
24 |
|
4 |
1 |
4 |
32 |
|
5 |
1 |
5 |
40 |
|
6 |
1 |
6 |
48 |
|
7 |
1 |
7 |
56 |
表3-10 红色报文的lp-dp、lp-dot1p、lp-dscp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
lp-dp映射 |
lp-dot1p映射 |
lp-dscp映射 |
|
红色报文的lp |
dp |
dot1p |
dscp |
|
0 |
2 |
1 |
0 |
|
1 |
2 |
2 |
8 |
|
2 |
2 |
0 |
16 |
|
3 |
2 |
3 |
24 |
|
4 |
2 |
4 |
32 |
|
5 |
2 |
5 |
40 |
|
6 |
2 |
6 |
48 |
|
7 |
2 |
7 |
56 |
表3-11 绿色报文/黄色报文/红色报文的up-dscp、up-exp、up-lp缺省映射关系
|
映射输入索引 |
up-dscp映射 |
up-exp映射 |
up-lp映射 |
|
up |
dscp |
exp |
lp |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
8 |
1 |
1 |
|
2 |
16 |
2 |
2 |
|
3 |
24 |
3 |
3 |
|
4 |
32 |
4 |
4 |
|
5 |
40 |
5 |
5 |
|
6 |
48 |
6 |
6 |
|
7 |
56 |
7 |
7 |
图3-1 ToS和DS域
如图3-1所示，IP报文头的ToS字段有8个bit，其中前3个bit表示的就是IP优先级，取值范围为0～7。RFC 2474中，重新定义了IP报文头部的ToS域，称之为DS（Differentiated Services，差分服务）域，其中DSCP优先级用该域的前6位（0～5位）表示，取值范围为0～63，后2位（6、7位）是保留位。
表3-12 IP优先级说明
|
IP优先级（十进制） |
IP优先级（二进制） |
关键字 |
|
0 |
000 |
routine |
|
1 |
001 |
priority |
|
2 |
010 |
immediate |
|
3 |
011 |
flash |
|
4 |
100 |
flash-override |
|
5 |
101 |
critical |
|
6 |
110 |
internet |
|
7 |
111 |
network |
表3-13 DSCP优先级说明
|
DSCP优先级（十进制） |
DSCP优先级（二进制） |
关键字 |
|
46 |
101110 |
ef |
|
10 |
001010 |
af11 |
|
12 |
001100 |
af12 |
|
14 |
001110 |
af13 |
|
18 |
010010 |
af21 |
|
20 |
010100 |
af22 |
|
22 |
010110 |
af23 |
|
26 |
011010 |
af31 |
|
28 |
011100 |
af32 |
|
30 |
011110 |
af33 |
|
34 |
100010 |
af41 |
|
36 |
100100 |
af42 |
|
38 |
100110 |
af43 |
|
8 |
001000 |
cs1 |
|
16 |
010000 |
cs2 |
|
24 |
011000 |
cs3 |
|
32 |
100000 |
cs4 |
|
40 |
101000 |
cs5 |
|
48 |
110000 |
cs6 |
|
56 |
111000 |
cs7 |
|
0 |
000000 |
be（default） |
802.1p优先级位于二层报文头部，适用于不需要分析三层报头，而需要在二层环境下保证QoS的场合。
图3-2 带有802.1Q标签头的以太网帧
如图3-2所示，4个字节的802.1Q标签头包含了2个字节的TPID（Tag Protocol Identifier，标签协议标识符）和2个字节的TCI（Tag Control Information，标签控制信息），TPID取值为0x8100，图3-3显示了802.1Q标签头的详细内容，Priority字段就是802.1p优先级。之所以称此优先级为802.1p优先级，是因为有关这些优先级的应用是在802.1p规范中被详细定义的。
图3-3 802.1Q标签头
表3-14 802.1p优先级说明
|
802.1p优先级（十进制） |
802.1p优先级（二进制） |
关键字 |
|
0 |
000 |
best-effort |
|
1 |
001 |
background |
|
2 |
010 |
spare |
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3 |
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为了在无线网络中提供QoS服务，802.11e标准被提出。802.11e是802.11协议的MAC层增强协议，和802.11相比，在802.11e的MAC帧头中，增加了2个字节的QoS Control域，其中优先级位为3bit。802.11e优先级取值范围为0～7。
图3-4 802.11e的帧结构
EXP优先级位于MPLS标签内，用于标记MPLS QoS。
图3-5 MPLS标签的封装结构
在图3-5中，Exp字段就是EXP优先级，长度为3比特，取值范围为0～7。
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