QOS原理介绍

1.QoS（服务质量）
服务质量的衡量标准：
带宽：链路上单位时间内所能通过的最大的数据流量，最大可用带宽取决于这条路劲中的最低的带宽
延迟：是标识数据包穿越网络所需要的时间（包含交换延迟，排队延迟，串行化延迟，传输延迟）
端到端的延迟等于链路上所有的延迟之和
抖动：是指数据包穿越网络时延迟的变化，是衡量网络延迟稳定性的指标
丢包率：等于丢失的数据包/全部的报文数量


2.QoS的功能：尽力的避免网络的拥塞，在不能避免拥塞的时候对带宽进行有效的处理，降低报文的丢失率，调控ip网络的流量，并且QoS不能创造带宽，只能对贷款的分配更加合理。


3.Best Effort模型：尽最大的努力交付，是网络的缺省服务模型，通过FIFO（先进先出）队列来实现
FIFO队列：所有的数据进入同一个队列，按先进先出的原则调度，队列满后，后续的报文被丢弃。这种丢弃称为尾丢弃。
特点：所有的数据流同等的对待，对于视频，语音等对网络敏感的数据流，不能提供优先转发。


DiffServ模型：区分服务模型，对不同的业务进行分类，对报文按类进行优先级的标记，然后有差别的对其进行提供服务。
不需要跟踪每一个数据流，不能提供精确的QoS，难以提供端到端的QoS




4.边界行为：
分类器：BA分类器与MF分类器
调节器：测量器、标记器、整形器、丢弃器
先对报文进行分类，对分类之后的报文进行标记和测量，然后进行整形或是丢弃。
BA：只基于DS代码点对数据包进行分类
MF：基于包头中的一个或是多个字段以及在入接口添加的信息对数据包进行分类，例如ip五元组，DS字段，协议号，vlan tag乃至入接口


5.无突发令牌桶算法：
以令牌作为发送数据的算法，1比特的令牌对应1比特的流量
CIR：承若信息速率
CBS：承若突发尺寸
假设某一个时刻，一个大小为B字节的报文到达 ，如果令牌桶中的令牌>=B，这时就直接转发，如果令牌不够转发报文，则将该报文标记为超出承若速率。


6.带突发的单速率双令牌桶算法：
CIR：承诺信息速率
CBS：承诺突发尺寸
EBS：超额突发尺寸
假设某一时刻，一个大小为B字节的报文到达，在对其进行评估的时候，如果CBS大于B，那么就是承诺突发之内，进行正常转发，并且CBS-B
如果EBS大于B，那么就是超额突发之内，则EBS-B
其余的就被标记为超出超额突发


7.带突发的双速率双令牌桶算法：
CIR：承诺信息速率
PIR：峰值信息速率
CBS：承诺突发尺寸


注意：令牌桶中的令牌，并非是均匀的连续的放入桶中，而是有一定时间间隔的放入的，例如在每次评估的时候，C桶中的令牌增加CIR*T，T就是评估的时间间隔。


8.主要的标记方法：
RFC 791 IP ToS字段标记（也就是ip报文中的type of server字段）
RFC 1349 IP Precedence
RFC 2474 DSCP
802.1p CoS
MPLS EXP


IP Precedence
ip头中的tos字段，是8b，将其前三位定义为IP Precedence，将其4到7为定义为TOS，最后一位是MBZ（必为零），其值必须为0
DSCP
就是将ip头中的tos字段的前6位定义为DSCP，后两位未定义


802.1p CoS
在正常的以太网帧中，并不存在QOS的标记位，但是802.1Q头中保留了3位的user priority字段，用于标记帧的服务级别，802.1p作为802.1q的扩展，对tag字段中的priority字段（3b）定义，划分了8个服务等级。


MPLS EXP：
在MPLS TAG中有一个tc字段，但是在MPLS转发的时候，并不会关心其内部的QOS的标记，MPLS标签中保留了3位的EXP（实验）字段，用于实验性用途，该字段主要被应用于MPLS报文的类型进行标记。


9.整形和丢弃：
整形的目的是使网络的输出流量更加平滑
丢弃的目的是限制流量的突发性


PHB的介绍：
逐跳行为，PHB是DS节点对行为聚合分配资源的方法，PHB具有单跳性和节点独立性的特点，每个节点具有独立的PHB策略，上下游之间没有影响。
Default PHB：是默认的PHB，提供尽力而为的服务
Class Selector PHB：class selector代码点的值越高，其重要性和优先级就越高
EF PHB：提供了低延迟、低抖动、低丢包率和保证带宽的优先转发服务
加速转发
AF PHB：提供有保证的带宽服务
如果资源许可，可以提供超出承诺的额外的带宽服务
定义了四个AF类，记为AF1-AF4，每一个DS节点为每一个AF类分配一定量的转发资源。


10.intserv模型：
在报文传输之前，通过信令在传输路径上进行资源预留，提供预期的qos保证
intserv模型使用的信令协议是RSVP
可以提供端到端的QOS的保证


RSVP介绍：运行在从源端到目的端的每一个设备上，可以为每一条流提供端到端的qos保障。
从第一跳开始用path消息逐跳进行资源请求，到达目的地后再用RESV消息反向逐跳进行资源预留。
提供绝对的、准确的qos保障，不会随网络状态的变化而影响
可以提供端到端的qos服务
但是需要跟踪每一个流的状态，扩展性很差。

1.分类：

路由器和交换机可以一局条件对报文进行分类

包含自动分类和手动分类，自动分类就是根据接口上配置的信任类型分类，包括信任端口优先级或者信任报文优先级

手动分类就是通过acl对报文的ip地址，端口号，mac地址，入接口，协议类型，vlan号，cos，exp，ip precedence，dscp等。

2.流量监管：

流量监管的目的就是监督进入网络的流量大小，对超出的流量进行惩罚

流量监管通过CAR实现

用令牌桶技术进行测量流量，对符合监管条件的报文可以采取放行（pass）、丢弃（discard）、重标记（remark）、转入下一级监管操作（continue）

CAR的位置：工作于网络层，对网络层的报文进行流量监管，并且CAR可以应用在入方向又可以应用在出方向。

入方向CAR--转发进程--出方向CAR--用户队列--发送队列

CAR的原理：CAR允许配置多条规则，每一条规则对与报文的处理包括，分类、评估和处置三个步骤。当存在多条CAR规则时，报文被依次与每一条规则的分类条件相对比，符合分类条件的属于本规则的确定的类，随后，CAR将每一类报文分别进行测量，然后进行相应的处置。

CIR：承诺信息速率

CBS：承诺突发尺寸

EBS：过度突发尺寸

3.标记：

是用来对分类后的报文进行某种标识，以便下面的交换机也能分辨这个报文是哪种类型的报文。Car利用流量监管毒符合条件的报文进行remark操作，科举预先建立的各种标记间的映射关系对进入的报文进行二次标记。

CAR：流量监管的一个功能就是对符合监管条件的报文进行重标记，标记的内容可以是ATM CLP，FR DE,COS,MPLS EXP,DSCP,IP Precedence

映射表：称为优先级映射表，是一组全局配置的各种优先级之间的对应关系表。

映射表标记的原理：报文依据端口的优先级信任模式，查询相应的全局映射表，对优先级进行重标记。

接口上可以配置多种优先级信任方式：

auto：当配置auto方式时，设备会对进入的报文进行判断，对于二层报文将选择信任DOT1P，对于三层报文将选择信任DSCP。

dscp:信任报文的DSCP优先级，并以此为依据查询相关的映射表

dot1p：信任报文的802.1p优先级，并以此为依据查询相关的映射表

本地优先级（Local Precedence）是设备为报文分配的一种具有本地意义的优先级，仅在设备内部生效。

CAR标记的原理：可以对经过测量的报文进行标记/重标记，包括IP Precedence、DSCP和CoS等。

CAR标记最典型的应用就是将超出承诺速率的流量标记为低优先级，以便在发生拥塞的时候优先丢弃低优先级的这部分流量。

4.流量整形：

是一种主动调整流量输出速率的措施，一个典型的应用就是基于下游网络节点的SLA/TCA协定来控制本地流量的输出。

流量整形通过GTS实现，以令牌桶算法测量流量，对于超出承诺速率的报文会放入一个队列进行缓存。GTS只能应用在接口的出方向，GTS位于队列调度机制之前，对符合承诺速率的报文放行，将超出承诺速率的报文入队缓存，当有足够的令牌时再进行发送，当缓存队列未满时后续报文直接入队，缓存队列满时后续保温直接被丢弃。

多条GTS同时配置时，将按顺序一次匹配，符合条件的执行整形操作后跳出，当所有规则均不匹配的时候，报文绕过GTS直接进入用户队列。对于GTS来说，缓存队列的长度默认是50

5.接口限速:

接口限速（LR），限制了从一个接口发往下游报文的总速率，LR在令牌桶中引入了队列缓存的机制，因而减小了丢包率，平滑了流量，但同时和GTS一样增加了延迟。

LR位于链路层，在用户队列之后，发送队列之前，对从该接口发出的所有的ip报文和非ip报文(紧急报文除外）均能生效。LR只能应用在出方向，和GTS相同

GTS--用户队列--LR--发送队列

接口限速的原理：由于令牌不够而不能发送的报文会再次被送到用户队列，经过队列调度之后在进入令牌桶进行评估，与GTS中的简单缓存队列不同，LR的缓存几乎可以利用QOS拥塞管理中的所有队列机制。