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  • QoS优先级映射

    千次阅读 2019-03-27 14:45:51
    QoS优先级映射 (2018-06-04 14:45:45) 不同的报文使用不同的QoS优先级,例如VLAN报文使用802.1p,IP报文使用DSCP,MPLS报文使用EXP。为了保证不同报文的服务质量,在报文进设备时,需要将报文携带的QoS优先级统一...

    QoS优先级映射

      (2018-06-04 14:45:45)

    不同的报文使用不同的QoS优先级,例如VLAN报文使用802.1p,IP报文使用DSCP,MPLS报文使用EXP。为了保证不同报文的服务质量,在报文进设备时,需要将报文携带的QoS优先级统一映射到设备内部的服务等级Service Class(也叫做调度优先级PHB)和丢弃优先级(也叫颜色Color),在设备内部,根据报文的服务等级进行拥塞管理,根据报文的颜色进行拥塞避免;在报文出设备时,需要将内部的服务等级和颜色映射为QoS优先级,以便后续网络设备能够根据QoS优先级提供相应的服务质量。QoS优先级映射

    将QoS优先级映射到服务等级和颜色是在报文上行方向进行,而服务等级和颜色映射为QoS优先级则是在下行方向进行。

    图1 QoS优先级映射QoS优先级映射
     

    Service Class

    Service Class是指报文在设备内部的服务等级,支持8种取值,优先级从高到低依次为CS7、CS6、EF、AF4、AF3、AF2、AF1、BE。Service Class决定了报文在设备内部所属的队列类型。

    服务等级的高低取决于具体的队列调度算法配置:

    • 如果8种类型的队列都配置为PQ调度,则CS7>CS6>EF>AF4>AF3>AF2>AF1>BE;
    • 如果BE配置为PQ调度(一般不会这么配置),其余7种类型的队列配置为WFQ调度,则BE的优先级比其余7个都高;
    • 如果8种类型的队列都配置成WFQ调度,则相互之间无优先级高低之分。

     说明:

    关于队列调度,请参见本文后面的介绍。

    Color

    Color是指报文在设备内部的丢弃优先级,用于实现同一个队列内部,当队列发生拥塞时报文丢弃顺序。Color支持3种取值,IEEE定义的优先级从低到高依次为Green、Yellow、Red。

    丢弃优先级的高低实际取决于对应参数的配置,例如:配置Green最大只能使用50%缓存,Red最大可以使用100%缓存,则Green的丢弃优先级比Red高。

    端口信任

    在“流分类与流动作”中介绍流分类时提到:“当报文在DiffServ域边界被分类之后,网络的中间节点可以根据分类结果对不同类别的流量给予差别服务。下游节点可以选择使用上游节点的分类结果,也可以按照自己的分类标准对数据流重新进行分类”。那么,如果选择使用上游节点的分类结果,则表示该节点信任上游节点的分类结果,即信任(trust)从连接上游节点的端口接收的报文所携带的QoS标记。因此,设备在实现QoS优先级映射时,可以选择信任端口的上行报文携带的优先级标记(包括DSCP、IP Precedence、802.1p、MPLS Exp),这种模式称为端口信任模式。

    NE40E缺省情况下不信任接口,即不关心报文携带的优先级信息,统统将报文的服务等级标记为BE,报文颜色标记为Green。

    DS域与优先级映射表

    在NE40E上,设备根据优先级映射表实现QoS优先级映射。而在DiffServ模型中,不同DS域允许有不同的PHB映射关系,以实现不同的服务提供策略,因此设备需要允许管理员定义DS域并针对不同的DS域设定不同的优先级关系。

    NE40E允许管理员自定义DS域,同时系统预定义了如下域:

    • Default域:描述了缺省情况下IP报文、VLAN报文、MPLS报文的外部优先级和服务等级、颜色之间的映射关系。
    • 5p3d域:描述了VLAN报文802.1p优先级和设备内部服务等级、颜色之间的映射关系,应用于仅支持5种服务等级(Service Class)和3种丢弃优先级的802.1ad局域网。 说明:

      IEEE定义了8种调度优先级的PHB(CS7、CS6、EF、AF4~AF1、BE),对于AF4~AF1又定义了3种丢弃优先级的PHB。因此,PHB数量是4 + 4*3 = 16种。

      而DSCP有64个取值,可以涵盖这16种PHB。但VLAN优先级的802.1p只有8个取值,无法涵盖这16种PHB。通常是将VLAN的8个值与8个调度优先级对应。但IEEE 802.1ad协议定义的STAG格式与CTAG不同,STAG支持DEI(Drop Eligible Indicator)但CTAG不支持DEI。为此IEEE 802.1ad同时提供了对CTAG和STAG都适用的一种利用3Bit的PCP(Priority Code Point)来进行Priority和丢弃优先级(Drop Eligibility)的设定,即要求一个802.1p值能同时表达调度优先级+丢弃优先级的含义,因此诞生了8p0d、7p1d、6p2d和5p3d的概念。其中的“p”是指服务等级(Service Class),“d”是指丢弃优先级。5p3d含义是支持5种服务等级(Service Class)和3种丢弃优先级。

    这两个域默认存在,不允许删除。允许用户对Default域中的映射关系进行修改,5p3d域的映射关系不允许修改。

    Default域的默认优先级映射表

    在NE40E上,默认的外部优先级和内部优先级之间的映射关系如下。

    表1 DSCP到服务等级的缺省映射表
    DSCP Service Color DSCP Service Color
    0~7 BE Green 28 AF3 Yellow
    8 AF1 29 BE Green
    9 BE 30 AF3 Red
    10 AF1 31 BE Green
    11 BE 32 AF4
    12 AF1 Yellow 33 BE
    13 BE Green 34 AF4
    14 AF1 Red 35 BE
    15 BE Green 36 AF4 Yellow
    16 AF2 37 BE Green
    17 BE 38 AF4 Red
    18 AF2 39 BE Green
    19 BE 40 EF
    20 AF2 Yellow 41~45 BE
    21 BE Green 46 EF
    22 AF2 Red 47 BE
    23 BE Green 48 CS6
    24 AF3 49~55 BE
    25 BE 56 CS7
    26 AF3 57~63 BE
    27 BE
    表2 服务等级到DSCP的缺省映射表
    Service Color DSCP
    BE Green 0
    AF1 Green 10
    AF1 Yellow 12
    AF1 Red 14
    AF2 Green 18
    AF2 Yellow 20
    AF2 Red 22
    AF3 Green 26
    AF3 Yellow 28
    AF3 Red 30
    AF4 Green 34
    AF4 Yellow 36
    AF4 Red 38
    EF Green 46
    CS6 Green 48
    CS7 Green 56
    表3 IP Precedence/MPLS EXP/802.1p到服务等级的缺省映射表
    IP Precedence/MPLS EXP/802.1p Service Color
    0 BE Green
    1 AF1 Green
    2 AF2 Green
    3 AF3 Green
    4 AF4 Green
    5 EF Green
    6 CS6 Green
    7 CS7 Green
    表4 服务等级到IP Precedence/MPLS EXP/802.1p的缺省映射表
    Service Color IP Precedence/MPLS EXP/802.1p
    BE Green、Yellow、Red 0
    AF1 Green、Yellow、Red 1
    AF2 Green、Yellow、Red 2
    AF3 Green、Yellow、Red 3
    AF4 Green、Yellow、Red 4
    EF Green、Yellow、Red 5
    CS6 Green、Yellow、Red 6
    CS7 Green、Yellow、Red 7

    5p3d域的默认优先级映射表

    IEEE 802.1ad中对PCP的定义如下图。

    图2 PCP encoding/decoding
     

    图2中,数字x(0<=x<=7)表示802.1p Priority为x,drop_eligible为false,即不可设定丢弃优先级;数字+字母形式的xDE表示802.1p Priority为x,drop_eligible为true,即可设定丢弃优先级。

    NE40E的5p3d域默认优先级映射表遵从IEEE 802.1ad协议的定义,其与IEEE 802.1ad协议的对应关系如下:

    表5 NE40E5p3d域与IEEE 802.1ad协议的对应关系
    802.1p到Color的映射 从Color到802.1p的映射
    IEEE 802.1ad的drop_eligible NE40E报文颜色 NE40E报文颜色 IEEE 802.1ad的drop_eligible
    false Green Green false
    true Yellow Yellow、Red true

    NE40E的5p3d域优先级映射关系如下。

    表6 802.1p到服务等级的映射表
    802.1p Service Color
    0 BE Yellow
    1 BE Green
    2 AF2 Yellow
    3 AF2 Green
    4 AF4 Yellow
    5 AF4 Green
    6 CS6 Green
    7 CS7 Green

     说明:

    从802.1p到内部服务等级的正向映射时(表6),入接口可能处于非5p3d域而出接口处于5p3d域,非5p3d域可能有8种优先级,因此映射前的802.1p有8种可能的取值,映射入5p3d域只能有五种优先级,因此映射到的内部Service只有BE、AF2、AF4、CS6和CS7五种;

    从内部服务等级到802.1p的反向映射时(表7),入接口可能是根据DSCP/Exp/IP preference或者是非5p3d域的802.1p做的正向映射,因此可能出现8种服务等级。而出接口可能处于非5p3d域,因此映射后的802.1p可能有8种取值。

    表7 服务等级到802.1p的映射表
    Service Color 802.1p
    BE Green 1
    BE Yellow 0
    BE Red 0
    AF1 Green 1
    AF1 Yellow 0
    AF1 Red 0
    AF2 Green 3
    AF2 Yellow 2
    AF2 Red 2
    AF3 Green 3
    AF3 Yellow 2
    AF3 Red 2
    AF4 Green 5
    AF4 Yellow 4
    AF4 Red 4
    EF Green 5
    EF Yellow 4
    EF Red 4
    CS6 Green、Yellow、Red 6
    CS7 Green、Yellow、Red 7

    IETF RFC的建议

    IETF的相关标准根据业务属性和对服务质量的要求,将业务分为12类(表8),并给出了这12类业务到DSCP的映射建议(表9)。

    表8 业务分类建议(摘自RFC4594 - Figure 2)
    业务分类 业务特征 QoS指标
    时延容忍度 抖动容忍度 丢包率容忍度
    Network Control 网络控制平面的业务流,如路由协议、VRRP、RSVP-TE Low Low Yes
    Telephony VoIP电话业务(G.711、G.729等语音流) Very Low Very Low Very Low
    Signaling IP语音和视频业务的信令流。如SIP, SIP-T, H.323, H.248 Low Low Yes
    Multimedia Conferencing 桌面多媒体会议(仅包括语音和视频,其数据归到Low-Latency Data类)

    Low

    -

    Medium

    Very Low Low
    Real-Time Interactive 视频会议(仅包括语音和视频,其数据归到Low-Latency Data类)、高清视频、交互式游戏(使用RTP/UDP) Low Very Low Low
    Multimedia Streaming VoD视频点播

    Low

    -

    Medium

    Medium Yes
    Broadcast Video 广播电视、实时视频监控业务 Very Low Medium Low
    Low-Latency Data 交互式的重要数据业务,要求响应时间短,如VCX IP消息业务、ERP、CRM、DB。 Low

    Low

    -

    Medium

    Yes
    OAM 网络运维、维护和管理业务,例如SNMP、Syslog、SSH Low Medium Yes
    High-Throughput Data 非交互性的背景业务,其用户不着急等待业务响应,如E-mail、FTP。 Low

    Medium

    -

    High

    Yes
    Standard 默认的Internet业务(Best-Effort业务)。如果业务没有标记优先级,可将其归为此类。 Not Specified
    Low-Priority Data 非实时的弹性的业务,如娱乐视频流量。当网络拥塞,这类业务首先被丢弃。 High High Yes

    表9 业务类型到DSCP的映射(摘自RFC4594 - Figure 3)
    业务类型 DSCP Name DSCP Value Application Examples
    Network Control CS6 110000(48) Network routing
    Telephony EF 101110(46) IP Telephony bearer
    Signaling CS5 101000(40) IP Telephony signaling
    Multimedia Conferencing

    AF41

    AF42

    AF43

    100010(34)

    100100(36)

    100110(38)

    H.323/V2 video conferencing (adaptive)
    Real-Time Interactive CS4 100000(32) Video conferencing and Interactive gaming
    Multimedia Streaming

    AF31

    AF32

    AF33

    011010(26)

    011100(28)

    011110(30)

    Streaming video and audio on demand
    Broadcast Video CS3 011000(24) Broadcast TV & live events
    Low-Latency Data

    AF21

    AF22

    AF23

    010010(18)

    010100(20)

    010110(22)

    Client/server transactions Web-based ordering
    OAM CS2 010000(16) OAM & P
    High-Throughput Data

    AF11

    AF12

    AF13

    001010(10)

    001100(12)

    001110(14)

    Store and forward applications
    Standard CS0 000000(0) Undifferentiated applications
    Low-Priority Data CS1 001000(8) Any flow that has no BW assurance

    3GPP的流分类建议

    3GPP TS23.203协议将无线业务分成9类,并定义了对应的QCI(QoS class identifier)。每个QCI指示每类业务的资源类型、优先级、时延、丢包率等质量要求。QCI标准化了业务的QoS要求。EPS按照QCI来控制QoS。QCI在EPS中各个网元中传递,避免了协商和传递大量具体的QoS参数。QCI只作用于无线网元,对承载层面不可见。

    3GPP的建议

    表10 3GPP的流分类建议(摘自3GPP TS23.203 - Table 6.1.7)
    QCI 资源类型 优先级 数据包时延 数据包错误率&丢失率 典型业务
    1 GBR 2 100 ms 10-2 会话语音
    2 4 150 ms 10-3 会话视频(实时体)
    3 3 50 ms 10-3 实时游戏
    4 5 300 ms 10-6 非会话视频 (缓冲流)
    5 Non-GBR 1 100 ms 10-6 IMS信令
    6 6 300 ms 10-6 视频(缓冲流)、基于TCP的应用(例如,WWW、电子邮件、聊天、FTP、p2p文件共享、逐行扫描视频等)
    7 7 100 ms 10-3 语音、视频(实时流)、交互式游戏
    8 8 300 ms 10-6 视频 (缓冲流)、基于TCP的应用(例如WWW上网、电子邮件、聊天、FTP、p2p文件共享、逐行扫描视频等)
    9 9

    3GPP没有给出QCI与DSCP之间的映射关系。华为的建议请参见表11

    表11 LTE业务优先级映射建议
    业务类型 QCI 资源类型 典型业务 DSCP 802.1p/MPLS EXP PHB
    User Plane 1 GBR 会话语音 0x2E(46) 5 EF
    2 会话视频 0x1A(26) 3 AF31
    3 实时游戏 0x22(34) 4 AF41
    4 非会话视频 0x1A(26) 3 AF31
    5 non-GBR IMS信令 0x30(48) 5 EF
    6 视频(缓冲流)、基于TCP的应用(例如,WWW、电子邮件、聊天、FTP、p2p文件共享、逐行扫描视频等) 0x12(18) 2 AF21
    7 语音、视频(实时流)、交互式游戏 0x12(18) 2 AF21
    8 视频(缓冲流)、基于TCP的应用(例如,WWW、电子邮件、聊天、FTP、p2p文件共享、逐行扫描视频等) 0x0A(10) 1 AF11
    9 0x00(00) 0 BE
    Control Plane -   SCTP 0x2E(46) 5 EF
    OM -   MML(Man-Machine Language,人机交互语言) 0x2E(46) 5 EF
    -   FTP 0x0E(14) 1 AF11
    IP Clock -     0x2E(46) 5 EF

    GSMA的流分类建议

    GSMA将流量分为四类:会话类、流媒体、交互类和背景类。GSMA推荐将这4种类型映射为IETF推荐的6类DSCP值,见表12表13

    表12 流量类型与DSCP值的映射(摘自GSMA IR34 - table6)
    流量类型 QoS信息
    THP(Traffic Handing Priority) PHB DSCP
    会话类 N/A EF 101110 (46)
    流媒体 N/A AF41 100010 (34)
    交互类 1 AF31 011010 (26)
    2 AF21 010010 (18)
    3 AF11 001010 (10)
    背景类 N/A BE 000000 (0)

    表13 业务应用与DSCP值的映射(摘自GSMA IR34 - table7)
    业务应用 Diffserv PHB 流量类型
    视频共享 EF 会话类
    VoIP EF 会话类
    即按即说(Push-to-Talk) AF4 流媒体
    视频流 AF4 流媒体
    无法识别的GTP流量 AF3 交互类
    DNS AF3 交互类
    在线游戏 AF3 交互类
    网页浏览(Browsing) AF2 交互类
    即时消息(Instant Message) AF1 交互类
    远程连接 AF1 交互类
    Email, MMS BE 背景类

    IEEE 802.1的流分类建议

    IEEE 802.1标准(包括802.1D、802.1Q和802.1ad)利用VLAN Tag的PCP字段(3Bit)定义了以下8种流量类型。

    表14 IEEE 802.1的分类建议
    流量类型 优先级 协议举例 业务特征
    Network Control 7 BGP, PIM, SNMP 网络维护与管理报文的可靠传输,要求低丢包率
    Internet Work Control 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 5 SIP, MGCP 适用于语音业务,一般要求时延小于10 ms
    Video 4 RTP 适用于视频业务,一般要求时延小于 100 ms
    Critical Applications 3 NFS, SMB, RPC 适用于要求确保最小带宽的业务
    Excellent Effort 2 SQL 用于一般的信息组织向最重要的客户发送信息
    Best Effort 0(default) HTTP, IM, X11 缺省业务类型,只要求"尽力而为"的服务质量
    Background 1 FTP, SMTP 适用于不影响用户或关键应用的批量传输业务

    MEF的流分类建议

    MEF23.1标准根据以太二层传输的业务特征和QoS需求,将业务分为高(H)、中(M)、低(L)3类优先级,使用COS Label标记,并使用DEI (drop eligibility identifier)标记丢弃优先级,请参见表15

    MEF23.1同时也给出了COS Label和DSCP之间的映射关系建议,请参见表16表17

    表15 业务优先级划分(摘自MEF 23.1 - Table 36)
    业务类型 COS Label
    VoIP H
    VoIP & videoconf signaling M
    Videoconf data M
    IPTV data M
    IPTV control M
    Streaming media L
    Interactive gaming H/M
    SANs synch replication M
    SANs asynch replication M
    Network attached storage L
    Text & graphics terminals L
    T.38 fax over IP M
    Database hot standby M
    Database WAN replication M
    Database client/server L
    Financial/Trading H
    CCTV H
    Telepresence H
    Circuit Emulation H
    Mobile BH H H
    Mobile BH M M
    Mobile BH L L

    表16 COS ID类型仅为EVC或OVC EP时的Color ID值(摘自MEF23.1的Table 3)
    CoS标签 CoS ID类型 Color标识
    C-Tag PCP PHB (DSCP)
    Color Green Color Yellow Color Green Color Yellow
    H EVC or OVC EP 5, 3 or 1 N/S in Phase 2 EF or AF (10, 26 or 46) N/S in Phase 2
    M EVC or OVC EP 5, 3 or 1 2 or 0 EF or AF (10, 26 or 46) AF (0, 12, 14, 28 or 30)
    L EVC or OVC EP 5, 3 or 1 2 or 0 EF or AF (10, 26 or 46) AF (0, 12, 14, 28 or 30)

    表17 CoS标识和Color标识 (摘自MEF23.1的Table 4)
    CoS标签 CoS和Color标识
    C-Tag PCP PHB (DSCP) S-Tag PCP(不支持DEI) S-Tag PCP
    Color Green Color Yellow Color Green Color Yellow Color Green Color Yellow 支持DEI
    H 5 N/S in phase 2 EF(46) N/S in phase 2 5 N/S in phase 2 5
    M 3 2 AF31(26) AF32(28) 3 2 3
    AF33(30)
    L 1 0 AF11(10) AF12(12) 1 0 1
    AF13(14)
    DF(0)

    ITU-T的建议

    ITU-T的Y.1541根据IPTD(传输时延)、IPDV(时延变化)、IPLR(丢包率)、IPER(错误率)四个参数,将业务分为Class0~5,共6类(见表18),同时给出了IP QoS分类指导(见表19图3)。

    表18 IP网络QoS类型定义及网络性能指标(摘自ITU-T Y.1541 - Table 1)
    网络性能参数 网络性能目标值 QoS类别
    Class 0 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Class 5 Unspecified
    IPTD 平均IPTD的上限值 100 ms 400 ms 100 ms 400 ms 1 s 不要求
    IPDV IPTD×(1-10-3)-IPTD的最小值 50 ms 50 ms 不要求 不要求 不要求 不要求
    IPLR IPLR的上限值 1 × 10–3 1 × 10–3 1 × 10–3 1 × 10–3 1 × 10–3 不要求
    IPER IPER的上限值 1 × 10–4 不要求

    表19 IP QoS分类指导(摘自ITU-T Y.1541 - Table 2)
    QoS分类 应用 网络节点机制 技术
    0 实时性、抖动敏感、高交互性的业务(如VoIP、VTC) 独立队列,高服务优先级、traffic grooming 约束
    1 实时性、抖动敏感、交互性的业务( 如VoIP、VTC) 对其路由和距离有一定的约束
    2 事务(办理)数据、高交互性的业务(如信令) 独立队列、低丢包率 约束其路由和距离
    3 事务(办理)数据、交互性的业务 对其路由和距离有一定的约束
    4 仅要求低丢包率的业务(如 (简短的事务(办理、批量数据、视频流) 长队列、低丢包率 任意路由/路径
    5 IP网络缺省的传统应用 独立队列(服务优先级最低) 任意路由/路径

    图3 用较少QoS类型对多业务的分类原则 (摘自ITU-T Y.1541 - Figure 2)

    MPLS DiffSev

    由于MPLS网络使用Exp标示业务优先级,Exp最多只能标示8种优先级。如果业务类型超过8种,则需要将多个类型聚合到同一个PHB中。

    标准协议将业务重新分为四种,并给出了对应的DSCP和Exp推荐值,见表20

    表20 "Treatment Aggregate and MPLS EXP Field Usage"(摘自RFC5127 -Figure 2和Figure 3)
    业务类型 PHB DSCP 四大类型 QoS指标 Exp
    二进制(十进制) 时延容忍度 抖动容忍度 丢包率容忍度 二进制(十进制)
    Network Control CS6 110000(48) Network Control Low Low Yes 110(6)
    Telephony EF 101110(46) Real-Time Very Low Very Low Very Low 100(4)
    CS5 101000(40)
    AF41 100010(34)
    Signaling AF42 100100(36)
    Multimedia Conferencing AF43 100110(38)
    Real-Time Interactive CS4 100000(32)
    Broadcast Video CS3 011000(24)
    Multimedia Streaming CS2 010000(16) Assured Elastic Low Low – Medium Yes 010(2)
    AF31 011010(26)
    AF21 010010(18)
    Low-Latency Data AF11 001010(10)
    OAM AF32 011100(28) 011(3)
    AF22 010100(20)
    AF12 001100(12)
    AF33 011110(30)
    AF23 010110(22)
    High-Throughput Data AF13 010110(14)
    Standard Default(CS0) 000000(0) Elastic Not Specified 000(0)
    Low-Priority Data CS1 001000(8) 001(1)
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  • QoS优先级详解

    千次阅读 2013-10-23 08:34:55
    非常多读者对QoS的多种二层和三层优先级分辨不清,更不清它们之间的对应关系,以及与QoS策略中的PHB(逐跳行为)之间的对应关系,这就为正确理解QoS的工作原理和配置方法带来了巨大的困难。现摘录正在全面热销的最新...

    非常多读者对QoS的多种二层和三层优先级分辨不清,更不清它们之间的对应关系,以及与QoS策略中的PHB(逐跳行为)之间的对应关系,这就为正确理解QoS的工作原理和配置方法带来了巨大的困难。现摘录正在全面热销的最新Cisco/H3C交换机|路由器配置豪华四件套之一——《Cisco交换机配置与管理完全手册》(第二版该部分内容,希望对大家有用。本套丛书的其余三本分别是:《Cisco路由器配置与管理完全手册》(第二版《H3C交换机配置与管理完全手册》(第二版《H3C路由器配置与管理完全手册》(第二版 )。目前在京东网、当当网、卓越网、互动出版网等书店全面热销中,现在购买该套装将直减30元,详情点击

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    QoS的分类流程中最关键的是对各种不同包配置不同的优先级,对流入交换机的数据包按优先级排列,然后交换机就会根据这个优先级值执行相应的QoS行为。而对数据包进行优先级排列的第一步就要对数据包进行分类。分类规则可以使用VLAN帧中的802.1p优先级、IP报文头的ToSType of Service,服务类型)字段的优先级位,识别出不同优先级特征的流量;也可以由网络管理者设置流分类的策略,例如综合源地址、目的地址、MAC地址、IP协议或应用程序的端口号等信息对流进行分类。一般的分类依据封装报文的头部信息,使用报文的内容作为分类的标准是比较少见的。分类的结果是没有范围限制的,它可以是一个由五元组(源地址、源端口号、协议号、目的地址、目的端口号)确定的狭小范围,也可以是到某网段的所有报文。
    10.1.2 二层VLAN帧中的优先级

    二层帧中的优先级是专门针对VLAN帧的,因为普通二层帧中是不携带有优先级字段的。VLAN帧中的优先级那就是我们通常所说的802.1p优先级(由IEEE 802.1p协议定义),位于VLAN帧中的“802.1Q Tag”字段的“PRI”子字段中,如图10-1所示。

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    10-1 VLAN帧中的802.1p优先级字段

    IEEE 802.1pIEEE 802.1QVLAN标签技术)标准的扩充协议,它们协同工作。IEEE 802.1p的出现,使得第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。

    IEEE 802.1Q标准定义了为以太网 MAC 帧添加的标签,但并没有定义和使用优先级字段,而使用IEEE 802.1p修改后的以太网MAC帧的以太网协议头中则定义了该字段。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。4个字节的802.1Q标签头包含了2个字节的TPIDTag Protocol Identifier,标签协议标识,取值为0x8100)和2个字节的TCITag Control Information,标签控制信息),参见图10-1

    TCI部分中PRI子字段就是802.1p优先级,也称为CoS优先级。它由3位组成,取值范围为0~7,共可表示8个优先级。其中,最高优先级为7,应用于网络管理和关键性网络流量,如路由选择信息协议(RIP)和开放最短路径优先(OSPF)协议的路由表更新;优先级65主要用于延迟敏感(delay-sensitive)应用程序,分别对应交互式语音和视频;优先级41主要用于受控负载(controlled-load)应用程序、流式多媒体(streaming multimedia)、关键性业务流量(business-critical traffic),如SAP 数据和后台流量。优先级0是默认值,并在没有设置其它优先级值的情况下自动启用。

    10.1.3 三层IP报文中的优先级

    上面介绍的二层VLAN帧优先级比较简单,就是由PRI子字段的三位来标识,共有8种优先级,但在三层IP报文中,优先级的描述就要复杂许多,并且在不同时期出现了两种不同的优先级类型和不同的标识方法。

    1ToS字段标的IP优先级

    在早期的RFC791标准中,IP数据包是依赖ToSType of Service,服务类型)字段来标识数据优先级值的。ToSIP数据包中的IP报头中的一个字段(共1个字节),用来指定IP包的优先级,设备会优先转发ToS值高的数据包。

    ToS字段共一个字节(8位),包括三个部分:0~2共三位用来定义数据包的IP优先级(IP Precedence)、ToS和最后一个固定为0的位,如图10-2所示。

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    图10-2 IP包头中的ToS字段结构

    l IP Precedence部分

    IP优先级部分共三位,取值范围为0~7(值越大,优先级越高)。用名称表示时,这8个取值分别为routine(普通,值为000)、priority(优先,值为001)、immediate(快速,值为010)、flash(闪速,值为011)、flash-override(急速,值为100)、critical(关键,值为101)、internetwork control (网间控制,值为110)和network control(网络控制,值为111),分别对应于数字0~7

    在以上IP优先级值中,67一般保留给网络控制数据使用,比如路由;5推荐给语音数据使用;4推荐由视频会议和视频流使用;3推荐给语音控制数据使用;12推荐给数据业务使用;0为默认标记值。在IP优先级配置时,既可以使用0~7这样的数值,也可以使用上述对应的优先级名称。

    l ToS

    IP包头的ToS字段中紧接着IP优先级字段后面的四位是ToS部分,代表需要为对应报文提供的服务类型(标识报文所注重的特性要求)。一开始,在RFC 791中是只用到了第3~5位,分别代表IP包在Delay(延时),Throughput(吞吐量),Reliability(可靠性)这三方面的特性要求(每个报文在这三位中只有一位可能置1,此时表示IP包在对应方面有特别要求)。后来在RFC1349标准中又扩展到第6位,表示IP包在路径开销(cost)方面的特性要求。

    要注意的是,虽然ToS部分共有四位,但每个IP包中这四位中只能有一位为1,所以实际只有五个取值(包括全为0的值)。这五个值所对应的名称和数值分别为:normal(一般服务,取值为0000)、min-monetary-cost(最小开销,取值为0001,确保路径开销最小)、max-reliability(最高可靠性,0010,确保可靠性最高)、max-throughput(最大吞吐量,取值为0100,确保传输速率最高)、min-delay(最小时延,取值为1000,确保传输延时最小)。

    2. DS字段的DSCP优先级和PHB

    在后来新的RFC 2474标准中,重新定义了原来IP包头部的ToS字段,并改称之为DSDifferentiated Services,差分服务)字段,也是共一个字节(8位)。总的来说,第0~5位(共六位)用来表示DSCPDifferentiated Services Code Point,差分服务代码点)优先级,取值范围为0~63,共能标识出64个优先级值(值越大,优先级越高),最后两位保留,用于显示拥塞通知(Explicit Congestion NotificationECN),如图10-3所示。

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    10-3 IP包头中的DS字段结构

    后来在IETF RFC 2597标准中定义了PHBPer-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。这个PHB值是通过前面介绍DSCP优先级部分的第0~4位来标识的,其中第0~2位用来标识PHB类别(PHB Class)值,共8个值,对应表示为CS0~CS7,对应在RFC791定义的8个IP优先级值,而第3~4位用来标识PHB类别选择(PHB Class Selector)值,参见图10-3PHB类别值和PHB类别选择值共同组成PHB值。DSCP值是由PHB的五位再加上第5位(固定为0),但在PHB类别中的三位不能全为0

    RFC 2597中定义了四种确保转发(Assured ForwardingAFPHB组(称之为AF PHB)。它使用了DS字段中的第0~2位定义PHB类别,而使用DS字段中的第34位代表报文的“丢弃优先级”,用AFx,y)表示,其中x表示流分类,y表示对应的丢弃优先级。

    【说明】所谓确保转发就是允许管理员在没有超过线路允许速率的情况下提供尽可能的传输质量保证,但如果超出用户线路速率则可能在出现拥塞时丢弃数据包。

    在确保转发PHB中,定义了四种PHB类别(也即“流分类”),它们的值分别为001010011100(对应CS1~CS4),它们本身代表了流的不同优先级(值越大转发优先级越高),然后通过第34位的丢弃优先级值(取非0的三个值,分别为011011值越大丢弃优先级越高)进一步区分同一类流不同IP包的丢弃优先级。它们共同针对四种PHB分类组成了四组AF等级,它们所对应的AF值和对应的DSCP值如表10-1所示(此时第5位的值固定为0)。

    表10-1 四组AF PHB等级

    丢弃优先级

    Class 1

    Class 2

    Class 3

    Class 4

    低丢弃优先级

    AF11 (DSCP 10)001010

    AF21 (DSCP 18)010010

    AF31 (DSCP 26)011010

    AF41 (DSCP 34)100010

    中丢弃优先级

    AF12 (DSCP 12)001100

    AF22 (DSCP 20)010100

    AF32 (DSCP 28)011100

    AF42 (DSCP 36)100100

    高丢弃优先级

    AF13 (DSCP 14)001110

    AF23 (DSCP 22)010110

    AF33 (DSCP 30)011110

    AF43 (DSCP 38)100110

    再后来在RFC 3246标准中,又定义一个加速转发(Expedited ForwardingEFPHB,对应CS5,即在DS字段中的第0~2位取值为101,第3~4位取值固定为11,第5位固定为0,这样一来对应的DSCP值就为46101110)。EF PHB具有低延时、低开销和低抖动特性,适用于语音、视频和其他实时服务,一般具有比其他通信类型更加优先的队列。

    除了前面介绍的AFEF外,还有一个缺省的PHB,那就是尽力服务类型,它所对应的DSCP值为000000,即十进制的0。另外还定义了CS6CS7CS6用于网间控制,对应的DSCP110000,即十进制的48CS7用于网内控制,对应的DSCP值为111000,即十进制的56

    在配置DSCP优先级时,既可以使用对应的DSCP名称,如CS6CS7AF11AF12(在CS1~CS4中每个包含了一组DSCP值,所以要指定具体的DSCP名称),又可使用对应的DSCP十进制值,如4856等。

    3IP优先级与DSCP优先级的对应关系

    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优先级的报文时,缺省情况下它们之间是有一种映射关系的,具体如表10-2所示。当然,如果设备仅支持ToSIP优先级,缺省情况下是不能识别报文中的DSCP优先级值的,这时需要事先在接收设备配置好DSCP优先级与IP优先级的映射关系。这方面具体在本章后面介绍。

    表10-3 IP优先级与DSCP优先级值的对应关系

    IP

    对应的66

    IP

    对应的66



    6

    4

    2


    6

    4

    2

    <span "="" style="word-wrap: break-word;">








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  • 通信流的QoS优先级类别

    万次阅读 2012-04-14 08:20:03
    QoS一直是许多读者朋友感到非常头痛的一项设备技术,也很少有书进行了比较全面、系统的介绍。笔者也是经过相当长时间的研究,才最终把这部分内容进行了消化,并在我的最新著作——《Cisco/H3C交换机高级配置与管理...

          QoS一直是许多读者朋友感到非常头痛的一项设备技术,也很少有书进行了比较全面、系统的介绍。笔者也是经过相当长时间的研究,才最终把这部分内容进行了消化,并在我的最新著作——《Cisco/H3C交换机高级配置与管理技术手册》一书中全面剖析。本书是目前国内唯一一本专门介绍Cisco和H3C交换机高级功能配置与管理的大型手册。目前该书已在京东网、卓越网、当当网上有售:

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        本文仅就通信过程中的几种QoS优先级类型进行系统地介绍,它们是进行QoS策略配置的基础。

        在QoS的分类流程中最关键的是对各种不同包配置不同的优先级,对流入交换机的数据包按优先级排列,然后交换机就会根据这个优先级值执行相应的QoS行为。而对数据包进行优先化排列的第一步就要对数据包进行分类。

       分类规则可以使用IP报文头的ToS(Type of Service,服务类型)字段的优先级位,识别出不同优先级特征的流量;也可以由网络管理者设置流分类的策略,例如综合源地址、目的地址、MAC地址、IP协议或应用程序的端口号等信息对流进行分类。一般的分类依据都局限在封装报文的头部信息,使用报文的内容作为分类的标准是比较少见的。分类的结果是没有范围限制的,它可以是一个由五元组(源地址、源端口号、协议号、目的地址、目的端口号)确定的狭小范围,也可以是到某网段的所有报文。这个优先级信息所在的位置要区分是二层通信流还是三层通信流。

    1. 三层通信流中的优先级信息

         三层IP包可以携带IP优先级值,或者DSCP (Differentiated Services Code Point,区分服务代码点)值。QoS支持使用任何一种优先级值,因为DSCP值向后兼容IP优先级值的。IP包头的ToS字段有8位,如图6-2左图所示。其中:0~2这两位表示的是IP优先级,取值范围为0~7;3~6这四位表示的是ToS优先级,取值范围为0~15;最后一位为固定的0值。

        RFC2474又重新定义了原来IP包头部的ToS字段,称之为DS字段,其中0~5这六位用来表示DSCP(Differentiated Services Code Point,差分服务代码点)优先级,取值范围为0~63,最后两位保留,如图6-2右图所示。IPv4和IPv6包中的IP优先级和DSCP优先级位在IP包的包头位置如图6-3所示。

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    图6-2 ToS字段中的IP优先级和DS字段中的DSCP优先级

    clip_image004

    图6-3 IP优先级和DSCP优先级位在包头中的位置

         总的来说,也就是在IPv4协议包头的ToS字段(1个字节)中定义了最高3个有效位作为IP优先级位,其取值范围为0(最低)~7(最高)。而三层的区分服务代码点(DSCP)是由IETF发布的,它是利用ToS字段中的最高的6个有效位作为DSCP的。路由包的每跳行为是由配置的DSCP值来表示,DSCP的取值范围为0~63。前面说了,DSCP优先级是向后兼容IP优先级的,IP优先级与DSCP优先级值的对应关系如表6-1所示。


    2. 二层帧的优先级  

         在二层帧的帧头中也有用来对通信进行分类的优先级位。如果是二层ISL(Inter-Switch Link,交换机内链路)帧,则其帧头有一个1字节的用户(User)字段,在其中的最低3个有效位中就携带了IEEE 802.1p CoS(class of service,服务分类)值。这个CoS值就是用来对通信进行分类的其取值范围为0(最低)~7(最高)。如果是二层802.1Q或802.1p帧,则其帧头中有一个2个字节的Tag协议标识(TPID)字段,其中最高的3个有效位(称为“用户优先级位”——User Priority)中携带了CoS值。ISL和802.1Q、802.1p帧中的CoS优先级所在位置如图6-4所示。其他帧类型不能携带二层CoS值。

    clip_image006

    图6-4 ISL和802.1Q、802.1p帧中的CoS优先级所在位置

          802.1p优先级位于二层报文头部(如图6-4所示),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。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,取值为0x8100)和2个字节的TCI(Tag Control Information,标签控制信息),如图6-5所示。TCI部分中Priority字段(完整表述应为“User Priority”)就是802.1p优先级,也称为CoS优先级,如图6-6所示。它由3个bit位组成,取值范围为0~7。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。

    clip_image007

    图6-5带有802.1Q标签头的以太网帧

    clip_image008

    图6-6 802.1Q标签头格式

    3. 本地优先级  

        除了前面所说的802.1p优先级外,交换机的二层帧还有一个本地优先级。它是交换机为报文分配的一种具有本地意义的优先级,对应queue0~queue7八个出端口队列,本地优先级值大的报文将被安排在优先级高的队列被优先处理。本地优先级只在本端口的队列调度时有效。帧在进入交换机以后,交换机会根据自身支持的情况和相应的规则为报文标记802.1p优先级(它决定了报文在队列中的优先级高低)、本地优先级(它决定了报文所在端口队列的优先级高低)等参数。

        对端口接收到的不带有802.1Q标签头的报文,交换机使用接收端口的优先级(也就是“端口优先级”,来自优先级高的端口的报文将优先处理)作为报文的802.1p优先级,然后根据802.1p优先级和本地优先级映射关系,为报文分配本地优先级进行队列调度。

         对端口接收到的带有802.1Q标签头的报文,用户可以配置优先级信任模式:信任端口优先级模式和信任报文优先级模式。当选择信任端口优先级模式时,在交换机端口接收到带有802.1Q标签头的报文时,会使用接收端口的端口优先级值替换接收到的报文的802.1p优先级值,然后根据802.1p优先级和本地优先级映射关系,为报文分配本地优先级进行队列调度;当选择信任报文优先级模式时,交换机根据报文自身携带的802.1p优先级建立802.1p优先级到本地优先级映射表,然后为报文分配本地优先级进行队列调度。 交换机提供缺省的802.1p优先级到本地优先级映射表,如表6-2所示。

    6-2 802.1p优先级到本地优先级映射表

    802.1p优先级(CoS)

    本地优先级(local precedence)

    0

    2

    1

    0

    2

    1

    3

    3

    4

    4

    5

    5

    6

    6

    7

    7

         所有访问Internet的交换机和路由器都依赖分类信息来为具有相同分类信息的包提供相同优先级对待,为具有不同分类信息的包提供不同的优先级对待。包中的分类信息可以由转发路径中的终端主机,或者交换机,或者路由器来赋值,依据是所配置的策略,详细的包检查,或者同时依据两者。包的详细检查将会发生在网络边缘,以便核心交换机和路由器不会因为当前路径下的转发任务而超载。

        转发路径中的交换机和路由器可以使用分类信息来限制分配给每个类别通信的资源量。每个设备在处理不同区分服务架构通信的行为称之为每跳(per-hop)行为。如果整个路径中的所有设备都能提供一致的每跳行为,则你可以构成端到端(end-to-end)的QoS解决方案。

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    在IP网络中,IPv4报文中有三种承载QoS优先级标签的方式,分别为基于二层的CoS字段(IEEE802.1p)的优先级、基于IP层的IP优先级字段ToS优先级和基于IP层的DSCP(Differentiated Services Codepoint)字段优先级。...

          在IP网络中,IPv4报文中有三种承载QoS优先级标签的方式,分别为基于二层的CoS字段(IEEE802.1p)的优先级、基于IP层的IP优先级字段ToS优先级和基于IP层的DSCP(Differentiated Services Codepoint)字段优先级。每种优先级的定义如下:
      (1) IEEE802.1p优先级
      它是位于二层带标签的以太网帧的CoS字段,和VLAN ID在一起使用,在字节中的位置如下:
           引用 <wbr>cos,tos,qos优先级
          其中:IEEE802.1p优先级:3bit(P2-P0)
      未用(CU):1bit
      VLAN ID:12bit(V11-V0)
      IEEE802.1p优先级值有8个(0-7),0优先级最低,7优先级最高。报文分为三种情况:带优先级和VLAN ID的标签报文,其优先级值是自身带的值;只带优先级的标签报文,此时VLAN ID为0,其优先级值是自身带的值;未带标签的报文,一般默认的优先级值为0,也可以进行更改指定新的优先级。
      (2) IP优先级
      它由IP分组报头中的服务类型(ToS)字节中的3位组成,其在字节中的位置如下:
      P2 P1 P0 T3 T2 T1 T0 CU
      其中:IP优先级:3bit(P2-P0)
      服务类型(ToS):4bit(T3-T0)
      未用(CU):1bit
      IP优先级值有8个(0-7),0优先级最低,7优先级最高。在默认情况下,IP优先级6和7用于网络控制通讯使用,不推荐用户使用。ToS字段的服务类型未能在现有的IP网络中普及使用。
      (3) DSCP优先级
      它由IP分组报头中的6位组成,使用的是ToS字节,因此在使用DSCP后,该字节也被称为DSCP字节。其在字节中的位置如下:
      DS5 DS4 DS3 DS2 DS1 DS0 CU CU
      其中:DSCP优先级:6bit(DS5-DS0)
      未用(CU):2bit
      DSCP优先级值有64个(0-63),0优先级最低,63优先级最高。事实上DSCP字段是IP优先级字段的超集,DSCP字段的定义向后与IP优先级字段兼容。目前定义的DSCP有默认的DSCP,值为0;类选择器DSCP,定义为向后与IP优先级兼容,值为(8,16,24,32,40,48,56);加速转发(EF),一般用于低延迟的服务,推荐值为46(101110);确定转发(AF),定义了4个服务等级,每个服务等级有3个下降过程,因此使用了12个DSCP值((10,12,14),(18,20,22),(26,28,30),(34,36,38))。

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