QOS原理与其应用培训

QOS原理与其应用培训第一页，共40页。目录

QOS的基本概念QOS的模型QOS的实现方法博达QOS的配置命令第二页，共40页。IPQoS 的引入QoS是Qualityofservice（服务质量）的缩写。它表明信息在数据通讯系统中传递时所获得的性能保证。QoS的概念并不是随着网络的出现而出现的，如果网络承载的业务是单一的，就不存在QoS的问题了，例如电话网和早期的IP网。近年来，以IP为基础的internet在全球范围内获得了飞速的发展，internet以其低廉的价格和全球范围内的可用性使其成为传统广域网的代替品。当前internet的状况是：报文的带宽、延时、延时抖动、丢包率不能预期,可能很好也可能很差.人们对internet的期望:报文的带宽、延时、延时抖动、丢包率都能得到一定的保证,以voip,vpn,电子商务等的要求。即期望网络在各种情况下都能提供一定的资源，使用户在使用网络时不会发生服务质量不能容忍的情况第三页，共40页。IPQoS 的引入（续）解决这个问题的一个途径是增加网络的带宽，但带宽的增加毕竟有限，而且代价昂贵，它只能从一定程度上缓解这个问题。保证服务质量的另一个途径是：执行队列机制进行拥塞管理：如FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBWFQ执行随机早期检测进行拥塞避免执行通过流量整形进行流量平滑执行约定访问速度进行流量限制在IP网络中所有的数据包都是根据所谓的尽力（BEST-EFFORT）的原则进行传送的，因此目前的internet能很好的支持Web和E-mail的服务，但不能很好的支持语音和图像的传递。提供QoS是能力对未来IP网络的基本的要求第四页，共40页。带宽（bandwidth）/吞吐量（throughout）表明一定时间内业务流的平均速率，单位通常是bps时延（delay）表明业务业务穿透网络需要的平均时间。对于网络中的一个设备来说，一般将时延的需求理解为几个等级。例如分为两个时延等级，通过队列的调度方法使得高优先级的业务尽可能快的被送到输出端口，而低优先级的业务则需要等没有高优先级业务时才能输出。时延抖动（jitter）表明业务流穿透网络的时间变化丢失率（lossrate）表明业务（分组）在传递过程中的丢失比率。由于现代的传输系统具有很高的可靠性，信息的丢失往往出现在网络拥塞时。常见的情况是队列溢出导致分组丢失。

QoS的内涵第五页，共40页。QOS的基本概念QOS的模型QOS的实现方法博达QOS的配置命令目录第六页，共40页。IETF定义了两个独立的体系结构支持端到端的QOS集成业务模型：int-serv(integratedservicesrfc1633)要求沿着一个应用流的端到端的通道的每一跳设备的业务量处理都遵循相同的规则。从而保证端到端的QoS的特性

差别业务模型：diff-serv(differentiatedservicesrfc2474和rfc2475)要求业务在入设备的时候进行分类和调整，并给出不同的行为集合，改行为集合由ds编码来标识。在网络的核心，报文根据ds编码所标识的phb（per-hopbehavior）属性来转发。

IPQoS的模型第七页，共40页。Int-serv模型的特点是在转发报文前先向网络提出申请。这个请求是通过信令来完成的，一个实例是rsvp（资源预留）协议。应用程序通过信令协议通知网络它的QoS需求（如时延、带宽、丢失率等指标）。可以提供端到端的QoS投递服务是int-serv的最大的优点。Int-serv的最大的缺点是可扩展形不好。网络设备需要为每个资源预留维护一些必要的软状态信息。要耗费网络设备较多的处理器和内存资源。intserv模型第八页，共40页。与Int-serv模型不一样，采用diff-serv模型的应用程序发送报文前无须预先向网络提出申请，它通过携带在IP报文的头部的QoS参数信息，来告知网络结点它的QoS需求。这类标识QoS需求的的信息犹如一种“带内”信令，报文传播路径上的各个网络设备都可以通过对它的分析获知报文的服务需求类别。Diff-serv提供服务时，为属于同一需求类别的分组提供同样的服务策略。Diff-serv模型以流的“聚类”（具有相同QoS需求类别的分组集合）为服务对象，对报文进行“粗粒度”的流分类

diff-serv模型第九页，共40页。Int-serv模型和diff-serv模型区别Inter-serv模型与diff-serv模型主要区别int-serv基于单个流，需要信令的支持diff-serv基于流的聚合，不需要信令的支持Int-serv模型不适宜在流量聚集的骨干网上大量的应用由于int-serv/rsvp实现起来比较复杂，占用资源较多，以其现在的形式将不会在internet中得到广泛的引用。因此现在大多厂家的QoS模型均基于diff-serv模型的第十页，共40页。DSCP在diff-serv体系中，用户通过标记分组的DS域来申请不同层次的服务。DS域前6为称为DS编码点（DScodepoint，dscp）。具有相同DSCP值的分组的结合称为BA（behavioraggregate）。路由器保留有DSCP到每一跳转发行为PHB(PER-HOPBEHAVIORS,满足某类转发需要的行为，如流量监管、流量整形、队列管理等QOS行为)的映射。分组入路由器时，根据其DSCP标记划归一个BA并选取特定的PHB进行转发。第十一页，共40页。DSCP(续)76543201dscpcuDifferentiatedservicescodepointrfc2474Ds-fieldForipv4,tosoctetandforipv6,classoctet76543201PercedenceRFC1122TypeofserviceRFC1349MBZIPv4ToSByteIptypeosserviceRFC791第十二页，共40页。标准的PHBPHB：DS节点对待定的行为集合（behabioraggregate）使用的转发行为DS节点通过判别分组头中的DS域来执行PHB。PHB的种类：默认：即besteffort，DS节点应为这种PHB预留最小带宽，默认PHB对应的DS编码<000000>.类别选择：主要用于与过去的IP头的percedence处理兼容，DS编码<xxx000>.EF(expeditedforwarding)：用于保证低丢失率、低时延、低时延抖动的业务。EF业务不排队列，DS编码<101110>;AF(assuerdforwarding):目前有四种class，每个class又有3种丢弃优先级别第十三页，共40页。推荐的dscp编码点DSCP的高3位（bit7－5）定义了qos级别，bit定义了丢弃优先级别，bit2未用，目前都设置为0；在RFC2474、2597和推荐的编码点2598中定义了6bits的DSCP域：其优先级由左到右依次增高丢弃优先级低（绿）中（黄）高（红）BEAF1AF2AF3AF4EF000000001010001100001110010010010100010110011010011100011110100010100100100110101110110000111000第十四页，共40页。IEEE802系列标准的以太网在IEEE802.1Q中使用3bit的userpriority域用于提供8个802.1p用户优先级。这样以太网就有了优先级机制。802.1Q以太网封装格式dasaTagcontrolinformation8100Cfi（1bit）优先级（3bit）vlanid（12bit）第十五页，共40页。DIFFSERV的业务分类和调整业务分类（classify）：通过业务分类可以获得不同的服务。业务调整（condition）包括：测量（metering）、标记（marking）、丢弃（dropping）、整形（shaping）等机制。可以确保进入DS域的业务流符合TCA的规则。业务的分类和调整一般发生在网络的边缘。分类测量标记整形/丢弃第十六页，共40页。目录QOS的基本概念QOS的模型QOS的实现方法博达QOS的配置命令第十七页，共40页。QOS的一些实现方法流分类流量测量流量监管拥塞管理－－队列机制FIFOPQCQWFQ拥塞避免－－随机早期检测（red）第十八页，共40页。流分类流分类规则可以是简单的，根据报文的tos字段，识别出不同优先级特征的流量可以复杂，如综合链路层、网络层、传输层信息诸如MAC地址、ip协议、源地址、目的地址、或应用层的端口号等相关信息对报文进行分类一般的分类的依据都局限在封装在报文头部的信息，使用报文的内容作为分类标准是比较少见的进行流分类是为了区别地提供服务，即要实施必要的流控动作第十九页，共40页。流量测量

在进行流量监管或整形之前，先要对流量进行测量－－对流量一定时间内（长期、短期）的速率作出评估，此后才能根据评估结果实施流控策略。对流量的评估，一般使用的令牌桶的（tokenbucket）方法第二十页，共40页。流量测量（续）令牌桶可以看作一个存放令牌的一定容量的容器，系统按设定的速率向桶中放入令牌，让桶的令牌满时，令牌溢出，桶中的令牌不再增加。第二十一页，共40页。流量测量（续）－－用令牌桶测量流量平均速率：向桶中放置令牌的输率。通常设置为承诺速率即允许流的平均速度。突发尺寸：令牌桶的容量，通常设置为承诺突发尺寸。即每个评估间隔内允许的最大的流量尺寸。突发尺寸必须设置为大于最大报文的一个尺寸。评估间隔：对流量估计的一个周期。有系统设置。每次评测，如果桶中的令牌足够用于报文的转发，则结果为“符合”，反之为“不符合”。第二十二页，共40页。流量监管流量监管（policing）典型作用是监督进入网络的某一流量的速率，使之不超过承诺的速率。如果某个流量超标，流量监管就可以选择丢弃报文，或重新设置报文的优先级（对于双桶）流量监管的一个实列是承诺访问速率car转发：评估为“符合”的丢弃：评估为“不符合”的降级处理（双桶）：评估为“部分符合”的第二十三页，共40页。流量整形

流量整形（shaping）是一种主动调整流量输出速率的措施。一个典型的应用是基于下游网络结点的car的指标控制流量的输出流量整形和流量监管的主要区别1、流量整形对流量监管中需要丢弃的包进行缓存－－通常放入缓冲区或队列如放入wfq队列。2、整形可能增加延时，而监管几乎不引入额外的延时

第二十四页，共40页。流量监管和流量整形第二十五页，共40页。队列机制

当发生拥塞的时候多个报文会同事竞争资源。此时如何定制一个资源调度策略决定报文转发的处理顺序，就是拥塞管理的中心内容对于拥塞管理一般采用排队技术，它包括队列的创建、决定报文队列归属的流分类、以及队列间的调度策略。第二十六页，共40页。几种常见的队列机制 FIFO(Firstinfirstout)：先进先出队列PQ(priorityqueue):优先级队列CQ(customqueue):定制队列WFQ(weightedfairqueue):加权公平队列第二十七页，共40页。队列机制（续）－－FIFOFIFO：通常的先进先出队列，报文的入队列顺序和出队列顺序相同Best-effort报文投递方式就是fifo队列策略第二十八页，共40页。队列机制（续）－－PQ队列PQ优先级队列，能保证高优先级队列的带宽和时延PQ分为4个队列，high、medium、normal和low较高优先级的队列优先调度PQ队列的缺点是：底优先级队列中的报文就会由于得不到服务“饿死”第二十九页，共40页。队列机制（续）－－cq队列CQ用户可配置队列间占用的带宽比例关系CQ分为17个队列：0队列为系统队列，优先调度，1－16为用户队列，根据带宽配额轮循调度。第三十页，共40页。队列机制（续）－－WPQWFQ加权公平队列，保证不同数据流之间的公平，同时也体现权值队列数目预先配置Diffservqos的权值依籁于ip头中携带的ip优先级第三十一页，共40页。拥塞避免

拥塞避免（congestionavoidance），是指通过监视网络资源（如队列或内存缓冲区）的使用情况，在网络尚未发生严重过载的情况下采取主动丢弃报文的策略，通过降低网络的负载来缓解或解除网络拥塞一种流控策略。第三十二页，共40页。传统的丢包策略 传统的丢弃策略：采用尾部丢弃的方法。当队列的长度达到某一最大值的时，对新来到的报文都丢弃。这种丢弃策略会引起TCP全局同步现象－－当队列同时丢弃多个tcp连接的报文的时候，将造成多个tcp连接同时进入拥塞避免和慢启动状态以降低并调整流量，而后又会在某个时间同时出现流量高峰，如此反复使网络流量忽大忽小，使线路上的流量总在极少和饱满之间波动。网络的吞吐量不能得到很好的利用第三十三页，共40页。RED随机早期检测RED（randomearlydetection）或WRED(weightrandomearlydetection)丢弃算法可以避免TCP全局同步现象用户可以设定队列的低限和高限1、当队列小于低限时不丢弃报文2、队列在低限和高限之间时随机的丢弃报文3、队列大于高限时，全部丢弃报文第三十四页，共40页。目录QOS的基本概念QOS的模型QOS的实现方法博达QOS的配置命令第三十五页，共40页。博达qos配置命令－－路由器WFQfair-queueCQqueue-listqueue-listnumberprotocolprotocol-typequeue-numberlistlist-namePQpriority-listlist-numberprotocolprotocol-type{high|medium|normal|low}priority-listlist-numberinterfaceinterface-typeinterface-number{high|medium|normal|low}priority-listlist-numberdefaultqueue-number

Carrate-limitinput/outputall/access-groupbit-per-secondQospolicyqospolicypolicy-nameingress/egress包头的压缩（在串口中使用）

iptcpheader-compression[{cisco-format|iphc-format|passive}]

iptcpcompression-connectionsn