【思唯网络学院】QoS基础理论知识详解(二)
首页 > >   作者:浙江思唯网络  2019年11月20日 18:12 星期三  字号:   评论:0 条
时间:2019-11-20 18:12   评论:0 条 
6、MQC配置流程
       
图2 MQC配置流程
MQC配置流程如上图2所示。
1、配置流分类:
按照一定规则对报文进行分类,是提供差分服务的基础。
2、配置流行为:
为符合流分类规则的报文指定流量控制或资源分配动作。
3、配置流策略:
将指定的流分类和指定的流行为绑定,形成完整的策略。
4、应用流策略:
将流策略应用到一个对象(可以是全局、单板、接口、VLAN)。
目前华为设备支持MQC的规格最大数见下表1。
表1 MQC规格
项目
规格
设备支持流分类个数
512
一个流分类支持的if-match规则数
2048
设备支持的流行为数
256
设备支持的流策略数
256
一个流策略绑定的流分类数
256


7、QoS优先级映射概述
优先级映射用来实现报文携带的QoS优先级与设备内部优先级(又称为本地优先级,是设备内部区分报文服务等级的优先级)之间的转换,从而设备根据内部优先级提供有差别的QoS服务质量。
用户可以根据网络规划在不同网络中使用不同的QoS优先级字段,例如在VLAN网络中使用802.1p,IP网络中使用DSCP,MPLS网络中使用EXP。
当报文经过不同网络时,为了保持报文的优先级,需要在连接不同网络的设备上配置这些优先级字段的映射关系。
当设备连接不同网络时,所有进入设备的报文,其外部优先级字段(包括802.1p、DSCP和MPLS EXP)都被映射为内部优先级;设备发出报文时,将内部优先级映射为某种外部优先级字段。
优先级映射实现从QoS优先级到内部优先级(或者本地优先级)或从内部优先级到QoS优先级的映射,并利用DiffServ域来管理和记录QoS优先级和服务等级之间的映射关系。
对于进入设备的报文,设备将报文携带的优先级或者端口优先级映射为内部优先级,然后根据内部优先级与队列之间的映射关系确定报文进入的队列,从而针对队列进行流量整形、拥塞避免、队列调度等处理,并可以根据配置修改报文发送出去时所携带的优先级,以便其他设备根据报文的优先级提供相应的QoS服务。
八种内部优先级
序号
优先级名
说明
1
BE
从上到下优先级越越高,丢弃优先级越低
2
AF1
3
AF2
4
AF3
5
AF4
6
EF
7
CS6
8
CS7


8、QoS优先级及字段
为了在Internet上针对不同的业务提供有差别的QoS服务质量,人们根据报文头中的某些字段记录QoS信息,从而让网络中的各设备根据此信息提供有差别的服务质量。这些和QoS相关的报文字段包括:
1、Precedence字段
根据早期的RFC791定义,IP报文头ToS(Type of Service)域由8个比特组成,其中3个比特的Precedence字段标识了IP报文的优先级,Precedence在报文中的位置如下图1所示。
图1 IP Precedence/DSCP字段
比特0~2表示Precedence字段,代表报文传输的8个优先级,按照优先级从高到低顺序取值为7、6、5、4、3、2、1和0。最高优先级是7或6,经常是为路由选择或更新网络控制通信保留的,用户级应用仅能使用0~5。
除了Predecence字段外,ToS域中还包括D、T、R三个比特:
D比特表示延迟要求(Delay,0代表正常延迟,1代表低延迟)。
T比特表示吞吐量(Throughput,0代表正常吞吐量,1代表高吞吐量)。
R比特表示可靠性(Reliability,0代表正常可靠性,1代表高可靠性)。

2、DSCP字段
RFC1349重新定义了IP报文中的ToS域,增加了C比特,表示传输开销(Monetary Cost)。之后,IETF DiffServ工作组在RFC2474中将IPv4报文头ToS域中的比特0~5重新定义为DSCP,并将ToS域改名为DS(Differentiated Service)字节。
DSCP在报文中的位置如上图1所示。
DS字段的前6位(0位~5位)用作区分服务代码点DSCP(DS Code Point),后2位(6位、7位)是保留位。
DS字段的前3位(0位~2位)是类选择代码点CSCP(Class Selector Code Point),相同的CSCP值代表一类DSCP。
DS节点根据DSCP的值选择相应的PHB(Per-Hop Behavior)。
后来在IETE RFC2597中定义了PHB(per-hop behavior,逐跳行为),通过PHB值可以确定在网关处对IP包的转发行为。在RFC2597中定义了4种确保转发(assured forwarding,AF)PHB组(称为AF PHB),在确保转发PHB中定义了4种PHB类别(也即流分类),代表流的不同优先级。
4种AF PHB(流分类)等级对照表
丢弃优先级
CS1
CS2
CS3
CS4
AF11(DSCP10)
AF21(DSCP18)
AF31(DSCP26)
AF41(DSCP34)
AF12(DSCP12)
AF22(DSCP20)
AF32(DSCP28)
AF42(DSCP36)
AF13(DSCP14)
AF23(DSCP22)
AF33(DSCP30)
AF43(DSCP38)

3、IP优先级与DSCP优先级对应关系
DSCP优先级是向后兼容IP优先级的,当支持DSCP的设备收到仅支持ToS中的IP优先级报文时,缺省情况下他们之间有一种映射关系,如下表。
IP优先级与DSCP优先级值对应关系
3位IP优先级值
6位DSCP优先级
3位IP优先级值
6位DSCP优先级
0
0
4
32
1
33
2
34
3
35
4
36
5
37
6
38
7
39
1
8
5
40
9
41
10
42
11
43
12
44
13
45
14
46
15
47
2
16
6
48
17
49
18
50
19
51
20
52
21
53
22
54
23
55
3
24
7
56
25
57
26
58
27
59
28
60
29
61
30
62
31
63
如果设备仅支持ToS的IP优先级,缺省情况下是不能识别报文中的DSCP优先级的,这时需要事先在接收设备上配置好DSCP优先级与IP优先级的映射关系。

4、VLAN帧头中的802.1p优先级
通常二层设备之间交互的是VLAN帧。
根据IEEE 802.1Q定义,VLAN帧头中的PRI字段(即802.1p优先级),或称CoS(Class of Service)字段,标识了服务质量需求。VLAN帧中的PRI字段位置如下图2所示。
图2 VLAN帧中的802.1p优先级
在802.1Q头部中包含3比特长的PRI字段。PRI字段定义了8种业务优先级CoS,按照优先级从高到低顺序取值为7、6、5、4、3、2、1和0。
0为缺省值,1-4用于受控负载应用程序、流式多媒体、关键性业务量;5-6用于延迟敏感应用程序,即交互式话音和视频;7用于网络管理和关键性网络流量。
802.1p使得二层交换机能够提供流量优先级和动态组播过滤服务,其中流量优先级规范工作在媒体访问控制(MAC)层,组播流量过滤功能可确保该流量不超出第二层交换网络范围。
802.1p优先级位于二层vlan帧头部,适用于不需要分析三层报文头,而需要在二层环境下保证qos的场合。
缺省的802.1P优先级与内部优先级映射关系
802.1p优先级
内部优先级
级别
0
BE
低到高
1
AF1
2
AF2
3
AF3
4
AF4
5
EF
6
CS6
7
CS7

5、入队列索引与内部优先级
对于进入设备的报文,可以根据报文携带的优先级映射为内部优先级,并根据内部优先级与队列之间的映射关系确认报文进入的队列,将不同的服务等级放入同一入端口队列中进行调度,从而有效节约设备缓存。设备按照内部优先级将报文送入不同的入端口队列,从而针对队列进行流量整形、拥塞避免、队列调度等处理。
内部优先级与入队列索引映射关系(举例)
入队列索引
内部优先级
说明
0
BE
华为各系列、不同单板的入队列索引与内部优先级映射关系不同,具体请参考说明文档或咨询华为官方
1
AF1
2
AF2
3
AF3
4
AF4
5
EF
6
CS6
7
CS7

6、MPLS EXP字段
MPLS报文与普通的IP报文相比增加了标签信息。标签的长度为4个字节,封装结构如下图3所示。
图3 MPLS标签的封装格式
MPLS报文标签共有4个域:
1、Label:20比特,标签值字段,用于转发的指针。
2、Exp:3比特,保留字段,用于扩展,现在通常用做CoS。
3、S:1比特,栈底标识。MPLS支持标签的分层结构,即多重标签,S值为1时表明为最底层标签。
4、TTL:8比特,和IP分组中的TTL(Time To Live)意义相同。
对于MPLS报文,通常将标签信息中的EXP域作为MPLS报文的CoS域,与IP网络的ToS域等效,用来区分数据流量的服务等级,以支持MPLS网络的DiffServ。
EXP字段表示8个传输优先级,按照优先级从高到低顺序取值为7、6、……、1和0。
在IP网络,由IP报文的IP优先级或DSCP标识服务等级。
对于MPLS网络,由于报文的IP头对LSR(Label Switching Router)设备是不可见的,所以需要在MPLS网络的边缘对MPLS报文的EXP域进行标记。
缺省的情况下,在MPLS网络的边缘,将IP报文的IP优先级直接拷贝到MPLS报文的EXP域;但是在某些情况下,如ISP不信任用户网络、或者ISP定义的差别服务类别不同于用户网络,则可以根据一定的分类策略,依据内部的服务等级重新设置MPLS报文的EXP域,而在MPLS网络转发的过程中保持IP报文的ToS域不变。
在MPLS网络的中间节点,根据MPLS报文的EXP域对报文进行分类,并实现拥塞管理,流量监管或者流量整形等PHB行为。

9、QoS优先级应用场景
        
图1 优先级映射应用组网图
如上图1所示,企业园区网络中存在语音,数据和视频等多种业务流,当企业用户的不同业务流量进入ISP网络时,需要在整个网络中对三类业务区分优先级,保证语音优先级一直最高、视频其次、数据优先级最低,这样设备可以根据优先级的高低对三类业务提供不同的QoS服务。
不同网络中的报文使用不同的优先级字段,例如二层网络中的报文使用802.1p优先级,三层网络中的报文使用DSCP优先级。
报文在进入设备时,设备将报文携带的优先级映射到内部服务等级和颜色,再根据服务等级和颜色对报文进行不同的QoS服务。
报文在出设备时,设备可以根据内部服务等级和颜色重标记报文优先级,以便后续网络根据报文优先级进行服务。
SwitchA入方向配置流策略将语音、视频、数据三类业务重标记不同的802.1p优先级,其中语音优先级最高、视频其次、数据最低。
SwitchB入方向将802.1p优先级映射为服务等级和颜色,SwitchB根据服务等级和颜色为报文提供不同的QoS服务。
SwitchB出方向根据服务等级和颜色重标记DSCP优先级,以便后续三层网络根据DSCP优先级为三类业务提供不同的QoS服务。
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