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QOS
详解
相关协议
1) 802.1Q
Virtual Bridged Local Area Networks
2)
MEF5 Traffic Management
3) MEF10.2
Ethernet Services Attributes
4) RFC2697
srTCM - Single Rate Three Color Marker
5) RFC2698 trTCM - Two Rate Three
Color Marker
服务模型
通常
QoS
提供以下三种服务模型(服务模型,是指一组端到端的
QoS
功能):
1)Best-
Effort service
(尽力而为服务模型)
2)Integrated service
(综合服务模型,
简称
IntServ
)
3)Differentiated service
(区分服
务模型,简称
DiffServ
)
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
服务是现在
I
nternet
的缺省服务模型,它适用于绝大多数网络应
用,
如
FTP
、
E-Mail
等,它通过
FIFO
队列来实现。
< br>
IntServ
服务模型,在发送报文前,需要向网络
申请特定的服务。
这个请求是通过信令
RSVP(Resource
Reservation Protocol)
来完成的。
<
/p>
DiffServ
服务模型,网络不需要为每个流维护状态,它根
据每个报文的差分服
务类,来提供特定的服务。
QoS
技术包括流分类、
流量监管、
流量整形、
接口限速、
拥塞管理、
拥塞避免等。
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。
当流量超出设定
值时,
可以
采取限制或惩罚措施,
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
不必要的报文丢弃和延迟,通常作用在接口出方向。
拥塞管理
:
就是当拥塞发生时如何制定一个资源的调度策略,
以决定报文
转发的
处理次序,通常作用在接口出方向。
< br>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。
QoS
策略包含了三个要素:类、流行为、策略。
用户可以
通过
QoS
策略将指定的类和流行为绑定起来,灵活地进行
p>
QoS
配置。
用
户可以通过命令定义一系列的规则来对报文进行分类。
同时用户可以指定规则
之间的关系:
and
或者
or
。
流行为用来定义针对报文所做
的
QoS
动作。
用户可以通过命令在一
个流行为中定
义多个动作。
策略用来
将指定的类和流行为绑定起来,
对分类后的报文执行流行为中定义的动
< br>作。用户可以在一个策略中定义多个类与流行为的绑定关系。
1.
流分类
(Traffic Classification)
流分类策略除可以包括
IP
报文的
p>
IP
优先级或
DSCP
值、
802.1Q
的
VLAN
Priority
Code Point (PCP)
值等带内信令,还可以包括输入接口、源
IP
地址、目的
IP
地址、
MAC
地址、
IP
协议或应用程序的端口号等。
(1)
基于
IP
优先级的业务分类
IPv4
报文在
IP
报文头的
T
oS(Type of Service)
域中定义了
8
种
IP
业务类型。
(2)
基于
DSCP(Differentiated
Services Codepoint)
的业务分类
p>
DiffServ
模型定义了
64
种业务类型。
(3)
以太网
QoS
业务分类
802.1Q VLAN Tag
的
P
CP
字段
(3Bit)
定义了以下
p>
8
种
Traffic
types
。
==========
=============================================
Traffic Types
Acronym
Priority
协议举例
业务
特征
Network Control
NC
7
BGP, PIM, SNMP
网络维护与
管理报文的可靠传输,要求低丢包率
InternetWork
Control
IC
6
STP,
OSPF,
RIP
大型网络中
区分于普通流量的网络协
议控制报文
Voice
VO
5
SIP, MGCP
适用于
语音业务,一般要求时延小于
10 ms
Video
VI
4
RTP
适用
于视频业务,一般要求时延小于
100 ms
Critical
Applications
CA
3
NFS,
SMB,
RPC
适用于
要求确保最小带宽的业务
Excellent Effort
EE
2
SQL
用于<
/p>
一般的信息组织向最重要的客户发送信息
Best Effort
BE
0(default) HTTP, IM, X11
缺省
业务
类型,只要求
尽力而为
的服务质量
Background
BK
1
FTP, SMTP
适用于不
影响用户或关键应用的批量传输业务
===========
============================================
关于
Traffic
Type
p>
和
Priority
的默认对应关系,
p>
注意由于缺省的发送
Priority
是<
/p>
0
,缺省的
Traffic
Type
是
Best
Effort
,所以
Best Effort
< br>的
Priority
为
0
。
(The default priority used for
transmission by end stations is 0.
Changing this default would result in
confusion and likely in
interoperability
problems.
At
the
same
time,
the
default
traffic
type
is
definitely Best Effort.
0
is thus
used
both
for default
priority and for
Best
Effort,
and
Background
is
associated
with
a
priority
value
of
1.
This
means
that
the
value
1
effectively
communicates
a
lower
priority
than
0.)
802.1Q
推荐的
Traffic
Type
到队列的映射关系的映射关系定义。
Number of queues / Traffic types
1
{Best Effort,
Background, ..., Network Control}
2
{Best
Effort,
Background,
Excellent
effort,
Critical
Applications}
{Voice, Video, Internetwork
Control, Network Control}
3
{Best
Effort,
Background,
Excellent
effort,
Critical
Applications}
{Voice, Video}
{Network
Control, Internetwork Control}
4
{Best Effort, Background}
{Critical Applications, Excellent
effort}
{Voice, Video}
{Network Control,
Internetwork Control}
5
{Best Effort, Background}
{Critical
Applications, Excellent effort}
{Voice, Video}
{Internetwork Control}
{Network
Control}
6
{Background}
{Best Effort}
{Critical
Applications, Excellent effort}
{Voice, Video}
{Internetwork Control}
{Network
Control}
7
{Background}
{Best Effort}
{Excellent
effort}
{Critical Applications}
{Voice, Video}
{Internetwork Control}
{Network
Control}
8
{Background}
{Best Effort}
{Excellent
effort}
{Critical Applications}
{Video}
{Voice}
{Internetwork Control}
{Network Control}
2
.流量监管
(Traffic
Policing)
约定访问速率(
Committed Access
Rate: CAR
)
采用令牌桶(
Token
Bucket
)对流量的规格进行评估。
< br>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<
/p>
令牌,当桶中令牌满时,多出的令牌溢出,桶中令牌不再增加。
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,
此时要从桶中取走与报文转发权限相当
的令牌
数量;否则说明已经耗费太多令牌,流量超标了。
MEF
制定了
Bandwidth Profile
parameters
1)Committed Information Rate(CIR)
,承诺信息速率,单位
bits/
秒,正常情
况下业务的平均速率,
>=0
。
2)Committed Burst Size(CBS)
,承诺突发长度,单位
bytes
,正常情况下业
务
的突发报文大小,
当
CIR
大于
0
时
CBS
必须大于或等于业务中最大报文长度
(MTU)
。
3)Excess Information
Rate(EIR)
,扩展信息速率,单位
bits/
秒,业务可以
占用的扩展带宽,
>=0
。
4)Excess Burst
Size(EBS)
,扩展突发长度,单位
bytes
,占用扩展带宽的业
务的突发报文大小,当
E
IR
大于
0
时
EBS
必须大于或等于业务中最大报文长度。
5)Coupling Flag(CF)
,耦合标志,一个
bool
型参数,取值为
0
或
1
。
6)Color Mode(CM)
,颜色识别模式,只有两个取值,
color-
blind
或者
color-
aware
。
每个从
UNI
进入的业务报文都会依照带宽限制的执行准则
根据一定的带宽限制
算法被判断、标记不同的服务级别:绿色、黄色或者红色。
CIR
是业务帧根据业务性能进行传递的平均
速率,
CIR
必须大于等于
0
。
把和
CIR
一致的业
务帧标记为绿色。
平均速率超过
CIR
的业务帧与
CIR
不一致,
可以把它<
/p>
们标记为黄色
(
如果
EIR
非
0)
,也可以丢弃
(
如果
EIR
等于<
/p>
O)
。
CIR
为
0
意味着
业务供应商没有提供带宽或者
没有为传递用户业务帧提供性能保证。
这就是通常
所说的
尽力而为
业务,
p>
此时所有的业务帧都被标记为黄色。
非
O<
/p>
的
CIR
可以定
义为小于或者等于
UNI(User Network Interface)
速率。如果在
UNI
上应用多个
带宽轮廓,那么每个带宽轮廓的
CIR
值的总和必须小
于或者等于
UNI
速率。
CBS
是和
CIR
一致的
业务帧的最大字节数。
CBS
的值和应用的类型或者业务支持<
/p>
的的流量有关系。例如,对于一个支持具有突发性的基于
TCP<
/p>
的数据应用来讲,
CBS
会远远大于支持
速率比较恒定的基于用户数据报协议
(UDP)
的应用的业务,
例如
VoIP
。
EIR
定义了大于等于
CIR
p>
的可以进入供应商网络的业务帧。
注意这些业务帧和
CIR
不一致因此它会没有任何性能保证地进行传递。
EBS
是指和
EIR
一致的业务帧最<
/p>
大的字节数。
和
EIR
< br>一致的业务帧被标记为黄色。
平均速率大于
EIR
的业务帧属
于和
EIR
不一致的业务帧被标记为红色,会被丢弃。
从用户的角度,
带宽轮廓定义了在
UNI
允许进入供应商网络的满足
承诺信息速
率
(CIR)
以及
超额信息速率
(EIR)
的以太网业务帧。允许没有超过
承诺
信息
速率的业务帧进入供
应商网络并且根据业务性能指标进行传递,
需要承诺保证这
部分
报文的服务质量
,
例如时延、
丢失率以
及可用性等。
这些业务帧属于
轮廓内<
/p>
或者和带宽轮廓
一致的
业务帧。到达时高于
CIR
p>
但是没有超出
EIR
的业务帧
也允许进入网络,
但是不承诺这部分报文的服务质量,
报文的延迟、
抖动可能很
大,甚至会被大量丢弃。这些业务帧
属于
轮廓外
或
者和带宽轮廓
不一致的
业务帧。
MEF
规定的
Bandwidth
Profile
算法如下:
p>
但事实上上述算法只是一套理论上的执行过程,
实际的网络设备或许
无法完全按
照上述过程执行,
所以只要设备能够使执行结果和上
述算法的结果近似即可。
这
样我们可以用两个简单的公式来实现
类似的效果,
即在任何时间段
ti
到
tj
内:
进入
U
NI
的绿色报文数量不超过
WG
,其中
WG≥Bc(ti)+CIR×(
tj
-
ti
);
进入
UNI
的黄色报文数量不超过
WY
,其中
WY≥Be(ti)+EIR×(
tj
-
ti
);
针对黄色报文的带宽限制方式有两种,
CF
标志位的作用就是确定该
UNI
使用哪
一种。具体来说,当
CF
位被置
0
的情况下,黄色报文的长期平均进入速率只要
不超过
p>
EIR
即可;当
CF
被置
1
的情况下,黄色报文的长期平均进入速率被限制
在
CIR+EIR
减去绿色报文的进入速率。
不管采用那种方式,
黄色报文的突发速率
总不超过
EBS
。
(The
Coupling Flag CF is set to either 0 or 1. The
choice
of
the
value
for
CF
has
the
effect
of
con-trolling
the
volume
of
the
Service
Frames
that
are
declared
Yellow.
When
CF
is
set
to
0,
the
long
term
average
bit rate of Service
Frames that are declared Yellow is bounded by EIR.
When
CF
is
set
to
1,
the
long
term
average
bit
rate
of
Service
Frames
that
are declared Yellow is
bounded by CIR + EIR depending on volume of the
offered Service Frames that are
declared Green. In both cases the burst
size of the Service Frames that are
declared Yellow is bounded by EBS.)
简单来
讲,
CF
置
1
等同于
C
桶溢出的令牌可以加到
E
p>
桶。
RFC
2697 srTCM
单速
率三色标记指定
3
个参数:承诺信息速率
CIR
、承诺突发
尺寸
CBS <
/p>
和超额突发尺寸
EBS
。