QOS原理及其應(yīng)用培訓(xùn)

1、20051008計(jì)成剛 tel:4111lQOS的基本概念lQOS的模型lQOS的實(shí)現(xiàn)方法l博達(dá)QOS的配置命令lQoS是Quality of service（服務(wù)質(zhì)量）的縮寫(xiě)。它表明信息在數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)中傳遞時(shí)所獲得的性能保證。lQoS的概念并不是隨著網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)而出現(xiàn)的，如果網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)是單一的，就不存在QoS的問(wèn)題了，例如電話網(wǎng)和早期的IP網(wǎng)。l近年來(lái)，以IP為基礎(chǔ)的internet在全球范圍內(nèi)獲得了飛速的發(fā)展，internet以其低廉的價(jià)格和全球范圍內(nèi)的可用性使其成為傳統(tǒng)廣域網(wǎng)的代替品。l當(dāng)前internet的狀況是：報(bào)文的帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率不能預(yù)期,可能很好也可能很差.l人們

2、對(duì)internet的期望:報(bào)文的帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率都能得到一定的保證,以voip,vpn,電子商務(wù)等的要求。即期望網(wǎng)絡(luò)在各種情況下都能提供一定的資源，使用戶(hù)在使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)不會(huì)發(fā)生服務(wù)質(zhì)量不能容忍的情況l解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)途徑是增加網(wǎng)絡(luò)的帶寬，但帶寬的增加畢竟有限，而且代價(jià)昂貴，它只能從一定程度上緩解這個(gè)問(wèn)題。l保證服務(wù)質(zhì)量的另一個(gè)途徑是： 執(zhí)行隊(duì)列機(jī)制進(jìn)行擁塞管理：如FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBWFQ 執(zhí)行隨機(jī)早期檢測(cè)進(jìn)行擁塞避免 執(zhí)行通過(guò)流量整形進(jìn)行流量平滑 執(zhí)行約定訪問(wèn)速度進(jìn)行流量限制 l在IP網(wǎng)絡(luò)中所有的數(shù)據(jù)包都是根據(jù)所謂的盡力（BEST-EFFORT）的原則進(jìn)行傳送的，因

3、此目前的internet能很好的支持Web和E-mail的服務(wù)，但不能很好的支持語(yǔ)音和圖像的傳遞。l提供QoS是能力對(duì)未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)的基本的要求l帶寬（bandwidth）/吞吐量（throughout） 表明一定時(shí)間內(nèi)業(yè)務(wù)流的平均速率，單位通常是bpsl時(shí)延（delay） 表明業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)穿透網(wǎng)絡(luò)需要的平均時(shí)間。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)設(shè)備來(lái)說(shuō)，一般將時(shí)延的需求理解為幾個(gè)等級(jí)。例如分為兩個(gè)時(shí)延等級(jí)，通過(guò)隊(duì)列的調(diào)度方法使得高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)盡可能快的被送到輸出端口，而低優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)則需要等沒(méi)有高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)時(shí)才能輸出。l時(shí)延抖動(dòng)（jitter） 表明業(yè)務(wù)流穿透網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間變化l丟失率（loss rate） 表明業(yè)務(wù)

4、（分組）在傳遞過(guò)程中的丟失比率。由于現(xiàn)代的傳輸系統(tǒng)具有很高的可靠性，信息的丟失往往出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)。常見(jiàn)的情況是隊(duì)列溢出導(dǎo)致分組丟失。 lQOS的基本概念lQOS的模型lQOS的實(shí)現(xiàn)方法l博達(dá)QOS的配置命令lIETF定義了兩個(gè)獨(dú)立的體系結(jié)構(gòu)支持端到端的QOS 集成業(yè)務(wù)模型：int-serv(integrated services rfc1633)要求沿著一個(gè)應(yīng)用流的端到端的通道的每一跳設(shè)備的業(yè)務(wù)量處理都遵循相同的規(guī)則。從而保證端到端的QoS的特性 差別業(yè)務(wù)模型：diff-serv(differentiated services rfc2474和rfc2475)要求業(yè)務(wù)在入設(shè)備的時(shí)候進(jìn)行分類(lèi)和

5、調(diào)整，并給出不同的行為集合，改行為集合由ds編碼來(lái)標(biāo)識(shí)。在網(wǎng)絡(luò)的核心，報(bào)文根據(jù)ds編碼所標(biāo)識(shí)的phb（per-hop behavior）屬性來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)。lInt-serv模型的特點(diǎn)是在轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文前先向網(wǎng)絡(luò)提出申請(qǐng)。這個(gè)請(qǐng)求是通過(guò)信令來(lái)完成的，一個(gè)實(shí)例是rsvp（資源預(yù)留）協(xié)議。應(yīng)用程序通過(guò)信令協(xié)議通知網(wǎng)絡(luò)它的QoS需求（如時(shí)延、帶寬、丟失率等指標(biāo)）。l可以提供端到端的QoS投遞服務(wù)是int-serv的最大的優(yōu)點(diǎn)。Int-serv的最大的缺點(diǎn)是可擴(kuò)展形不好。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要為每個(gè)資源預(yù)留維護(hù)一些必要的軟狀態(tài)信息。要耗費(fèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較多的處理器和內(nèi)存資源。l與Int-serv模型不一樣，采用diff-serv模

6、型的應(yīng)用程序發(fā)送報(bào)文前無(wú)須預(yù)先向網(wǎng)絡(luò)提出申請(qǐng)，它通過(guò)攜帶在IP報(bào)文的頭部的QoS參數(shù)信息，來(lái)告知網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)它的QoS需求。這類(lèi)標(biāo)識(shí)QoS需求的的信息猶如一種“帶內(nèi)”信令，報(bào)文傳播路徑上的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以通過(guò)對(duì)它的分析獲知報(bào)文的服務(wù)需求類(lèi)別。lDiff-serv提供服務(wù)時(shí)，為屬于同一需求類(lèi)別的分組提供同樣的服務(wù)策略。Diff-serv模型以流的“聚類(lèi)”（具有相同QoS 需求類(lèi)別的分組集合）為服務(wù)對(duì)象，對(duì)報(bào)文進(jìn)行“粗粒度”的流分類(lèi)lInter-serv模型與diff-serv模型主要區(qū)別 int-serv基于單個(gè)流，需要信令的支持 diff-serv基于流的聚合，不需要信令的支持lInt-serv

7、模型不適宜在流量聚集的骨干網(wǎng)上大量的應(yīng)用l由于int-serv/rsvp實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，占用資源較多，以其現(xiàn)在的形式將不會(huì)在internet中得到廣泛的引用。因此現(xiàn)在大多廠家的QoS模型均基于diff-serv模型的l在diff-serv體系中，用戶(hù)通過(guò)標(biāo)記分組的DS域來(lái)申請(qǐng)不同層次的服務(wù)。DS域前6為稱(chēng)為DS編碼點(diǎn)（DS codepoint，dscp）。l具有相同DSCP值的分組的結(jié)合稱(chēng)為BA（behavior aggregate）。l路由器保留有DSCP到每一跳轉(zhuǎn)發(fā)行為PHB(PER-HOP BEHAVIORS,滿(mǎn)足某類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)需要的行為，如流量監(jiān)管、流量整形、隊(duì)列管理等QOS行為)的映射。

8、分組入路由器時(shí)，根據(jù)其DSCP標(biāo)記劃歸一個(gè)BA并選取特定的PHB進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。7 6 5 4 3 201dscpcuDifferentiated services codepoint rfc2474Ds-fieldFor ipv4,tos octet and for ipv6,class octet7 6 5 4 3 201Percedence RFC1122Type of service RFC1349MBZIPv4 ToS ByteIp type os service RFC791lPHB：DS節(jié)點(diǎn)對(duì)待定的行為集合（behabior aggregate）使用的轉(zhuǎn)發(fā)行為lDS節(jié)點(diǎn)通過(guò)判別分組頭中

9、的DS域來(lái)執(zhí)行PHB。lPHB的種類(lèi)： 默認(rèn)：即best effort，DS節(jié)點(diǎn)應(yīng)為這種PHB預(yù)留最小帶寬，默認(rèn)PHB對(duì)應(yīng)的DS編碼. 類(lèi)別選擇：主要用于與過(guò)去的IP頭的percedence處理兼容，DS編碼. EF(expedited forwarding)：用于保證低丟失率、低時(shí)延、低時(shí)延抖動(dòng)的業(yè)務(wù)。EF業(yè)務(wù)不排隊(duì)列，DS編碼; AF(assuerd forwarding):目前有四種class，每個(gè)class又有3種丟棄優(yōu)先級(jí)別lDSCP的高3位（bit75）定義了qos級(jí)別，bit定義了丟棄優(yōu)先級(jí)別，bit2未用，目前都設(shè)置為0；l在RFC2474、2597和推薦的編碼點(diǎn)2598中定義

10、了6bits的DSCP域：其優(yōu)先級(jí)由左到右依次增高丟棄優(yōu)先級(jí)丟棄優(yōu)先級(jí) 低（綠）低（綠） 中（黃）中（黃） 高（紅）高（紅） BE AF1 AF2 AF3 AF4 EF000000001010001100001110010010010100010110011010011100011110100010100100100110101110110000111000l在IEEE802.1Q中使用3bit的user priority域用于提供8個(gè)802.1p用戶(hù)優(yōu)先級(jí)。這樣以太網(wǎng)就有了優(yōu)先級(jí)機(jī)制。l802.1Q以太網(wǎng)封裝格式da saTag controlinformation8100 Cfi（1bit

11、）優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)（3bit） vlanid（12bit）l業(yè)務(wù)分類(lèi)（classify）：通過(guò)業(yè)務(wù)分類(lèi)可以獲得不同的服務(wù)。l業(yè)務(wù)調(diào)整（condition）包括：測(cè)量（metering）、標(biāo)記（marking）、丟棄（dropping）、整形（shaping）等機(jī)制?？梢源_保進(jìn)入DS域的業(yè)務(wù)流符合TCA的規(guī)則。l業(yè)務(wù)的分類(lèi)和調(diào)整一般發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)的邊緣。分類(lèi)測(cè)量標(biāo)記整形/丟棄lQOS的基本概念lQOS的模型lQOS的實(shí)現(xiàn)方法l博達(dá)QOS的配置命令l流分類(lèi)l流量測(cè)量l流量監(jiān)管l擁塞管理隊(duì)列機(jī)制 FIFO PQ CQ WFQl擁塞避免隨機(jī)早期檢測(cè)（red）l流分類(lèi)規(guī)則可以是簡(jiǎn)單的，根據(jù)報(bào)文的tos字段，識(shí)別

12、出不同優(yōu)先級(jí)特征的流量l可以復(fù)雜，如綜合鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層信息諸如MAC地址、ip協(xié)議、源地址、目的地址、或應(yīng)用層的端口號(hào)等相關(guān)信息對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)l一般的分類(lèi)的依據(jù)都局限在封裝在報(bào)文頭部的信息，使用報(bào)文的內(nèi)容作為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是比較少見(jiàn)的l進(jìn)行流分類(lèi)是為了區(qū)別地提供服務(wù)，即要實(shí)施必要的流控動(dòng)作l在進(jìn)行流量監(jiān)管或整形之前，先要對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量對(duì)流量一定時(shí)間內(nèi)（長(zhǎng)期、短期）的速率作出評(píng)估，此后才能根據(jù)評(píng)估結(jié)果實(shí)施流控策略。l對(duì)流量的評(píng)估，一般使用的令牌桶的（token bucket）方法l令牌桶可以看作一個(gè)存放令牌的一定容量的容器，系統(tǒng)按設(shè)定的速率向桶中放入令牌，讓桶的令牌滿(mǎn)時(shí)，令牌溢出，桶中的令牌不

13、再增加。需由此接口發(fā)送的包繼續(xù)發(fā)送令牌桶按規(guī)定的速率向桶內(nèi)存放令牌分類(lèi)丟棄l平均速率：向桶中放置令牌的輸率。通常設(shè)置為承諾速率即允許流的平均速度。l突發(fā)尺寸：令牌桶的容量，通常設(shè)置為承諾突發(fā)尺寸。即每個(gè)評(píng)估間隔內(nèi)允許的最大的流量尺寸。突發(fā)尺寸必須設(shè)置為大于最大報(bào)文的一個(gè)尺寸。l評(píng)估間隔：對(duì)流量估計(jì)的一個(gè)周期。有系統(tǒng)設(shè)置。每次評(píng)測(cè)，如果桶中的令牌足夠用于報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，則結(jié)果為“符合”，反之為“不符合”。l流量監(jiān)管（policing）典型作用是監(jiān)督進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的某一流量的速率，使之不超過(guò) 承諾的速率。如果某個(gè)流量超標(biāo)，流量監(jiān)管就可以選擇 丟棄報(bào)文，或重新設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)（對(duì)于雙桶）l流量監(jiān)管的一個(gè)實(shí)列是

14、承諾訪問(wèn)速率car 轉(zhuǎn)發(fā)：評(píng)估為“符合”的 丟棄：評(píng)估為“不符合”的 降級(jí)處理（雙桶）：評(píng)估為“部分符合” 的l流量整形（shaping）是一種主動(dòng)調(diào)整流量輸出速率的措施。一個(gè)典型的應(yīng)用是基于下游網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的car的指標(biāo)控制流量的輸出l流量整形和流量監(jiān)管的主要區(qū)別 1、流量整形對(duì)流量監(jiān)管中需要丟棄的包進(jìn)行緩存通常放入緩沖區(qū)或隊(duì)列如放入wfq隊(duì)列。 2、整形可能增加延時(shí)，而監(jiān)管幾乎不引入額外的延時(shí) l當(dāng)發(fā)生擁塞的時(shí)候多個(gè)報(bào)文會(huì)同事競(jìng)爭(zhēng)資源。此時(shí)如何定制一個(gè)資源調(diào)度策略決定報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的處理順序，就是擁塞管理的中心 內(nèi)容l對(duì)于擁塞管理一般采用排隊(duì)技術(shù)，它包括隊(duì)列的創(chuàng)建、決定報(bào)文隊(duì)列歸屬的流分類(lèi)、以及隊(duì)列

15、間的調(diào)度策略。lFIFO(First in first out)：先進(jìn)先出隊(duì)列l(wèi)PQ(priority queue):優(yōu)先級(jí)隊(duì)列l(wèi)CQ(custom queue):定制隊(duì)列l(wèi)WFQ(weighted fair queue):加權(quán)公平隊(duì)列l(wèi)FIFO：通常的先進(jìn)先出隊(duì)列，報(bào)文的入隊(duì)列順序和出隊(duì)列順序相同lBest-effort報(bào)文投遞方式就是fifo 隊(duì)列策略需由此接口發(fā)送的分組隊(duì)列發(fā)送的分組發(fā)送的隊(duì)列接口lPQ優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，能保證高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的帶寬和時(shí)延lPQ分為4個(gè)隊(duì)列，high、medium、normal和lowl較高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列優(yōu)先調(diào)度lPQ隊(duì)列的缺點(diǎn)是：底優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的報(bào)文就會(huì)由于得不到服

16、務(wù)“餓死”需由此接口發(fā)送的分組high queuemiddle queue分類(lèi)發(fā)送的分組normal queuebottom queue發(fā)送隊(duì)列調(diào)度lCQ用戶(hù)可配置隊(duì)列間占用的帶寬比例關(guān)系lCQ分為17個(gè)隊(duì)列：0隊(duì)列為系統(tǒng)隊(duì)列，優(yōu)先調(diào)度，116為用戶(hù)隊(duì)列，根據(jù)帶寬配額輪循調(diào)度。需由此接口發(fā)送的分組queue1queue2分類(lèi)發(fā)送的分組queue15queue16發(fā)送隊(duì)列10%30%10%5%調(diào)度lWFQ加權(quán)公平隊(duì)列，保證不同數(shù)據(jù)流之間的公平，同時(shí)也體現(xiàn)權(quán)值l隊(duì)列數(shù)目預(yù)先配置lDiffserv qos的權(quán)值依籟于ip頭中攜帶的ip優(yōu)先級(jí)需由此接口發(fā)送的分組queue1 weight1queue2

17、 weight2分類(lèi)發(fā)送的分組queueN-1 weightN-1queueN weightN發(fā)送的隊(duì)列調(diào)度l擁塞避免（congestion avoidance），是指通過(guò)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)資源（如隊(duì)列或內(nèi)存緩沖區(qū)）的使用情況，在網(wǎng)絡(luò)尚未發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載的情況下采取主動(dòng)丟棄報(bào)文的策略，通過(guò)降低網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載來(lái)緩解或解除網(wǎng)絡(luò)擁塞一種流控策略。l傳統(tǒng)的丟棄策略：采用尾部丟棄的方法。當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度達(dá)到某一最大值的時(shí)，對(duì)新來(lái)到的報(bào)文都丟棄。這種丟棄策略會(huì)引起TCP全局同步現(xiàn)象當(dāng)隊(duì)列同時(shí)丟棄 多個(gè)tcp連接的報(bào)文的時(shí)候，將造成多個(gè)tcp連接同時(shí)進(jìn)入擁塞避免和慢啟動(dòng)狀態(tài)以降低并調(diào)整流量，而后又會(huì)在某個(gè)時(shí)間同時(shí)出現(xiàn)流量高峰，如

18、此反復(fù)使網(wǎng)絡(luò)流量忽大忽小，使線路上的流量總在極少和飽滿(mǎn)之間波動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)的吞吐量不能得到很好的利用lRED（random early detection）或WRED(weight random early detection)丟棄算法可以避免TCP全局同步現(xiàn)象l用戶(hù)可以設(shè)定隊(duì)列的低限和高限 1、當(dāng)隊(duì)列小于低限時(shí)不丟棄報(bào)文 2、隊(duì)列在低限和高限之間時(shí)隨機(jī)的丟棄報(bào)文 3、隊(duì)列大于高限時(shí)，全部丟棄報(bào)文lQOS的基本概念lQOS的模型lQOS的實(shí)現(xiàn)方法l博達(dá)QOS的配置命令lWFQ fair-queuelCQqueue-list queue-list number protocol protocol-ty

19、pe queue-number list list-namelPQ priority-list list-number protocol protocol-type high|medium|normal|low priority-list list-number interface interface-type interface-number high|medium|normal|low priority-list list-number default queue-number lCar rate-limit input/output all/access-group bit-per-secondlQos policy qos policy policy-name ingress/egressl包頭的壓縮（