2.7 数据网-IP高级知识

数据网—IP 高级知识中国电信维护岗位认证教材编写小组编制目录第1章QoS技术 (4)1.1IP QoS的基本概念 (4)1.1.1 基本概念 (4)1.1.2 IP QoS 的三种模型 (4)1.2QoS的分类与标记 (5)1.3QoS的拥塞管理及避免 (5)1.3.1 先进现出队列－FIFO (5)1.3.2 优先队列－PQ (5)1.3.3 定制队列－CQ (6)1.3.4 加权公平队列—WFQ (7)1.4QoS流量监管及整形 (8)1.4.1 流量监管－CAR (8)1.4.2 流量整形－GTS (9)1.4.3 物理接口总速率限制－LR (10)第2章IPv6技术 (11)2.1IPv6基本原理 (11)2.1.1 IPv6概述 (11)2.2.2 IPv6包结构 (12)2.2OSPFv3协议原理 (13)2.2.1 IPV6对OSPFv3的影响 (13)2.2.2 OSPFv3报文变化 (14)2.2.3 OSPFv3 LSA变化 (15)2.2.4 OSPFv3的配置 (15)2.3ISISv6协议原理（待定） (16)2.3.1 ISIS支持IPv6的两种TLV (16)2.3.2 单拓扑部署IS-IS IPv4和IPv6的约束 (17)2.3.3 IS-IS IPv6的配置 (17)2.4MP-BGP对IPV6的特殊扩展 (20)第3章组播技术 (21)3.1组播基本原理 (21)3.1.1 IP组播基本构架 (21)3.1.2 组播地址 (21)3.2组播路由协议 (23)3.3组播业务模型和路由转发 (24)3.3.1 IP组播模型分类 (24)3.3.2 组播路由与转发 (25)3.4组播VPN (32)3.4.1 MPLS/BGP VPN概述 (32)3.4.2 在VPN中运行组播业务 (33)第4章流量工程 (35)4.1流量工程基本概念和工作机制 (35)4.2RSVP协议原理 (36)第1章QoS技术1.1 IP QoS的基本概念1.1.1 基本概念Qos：Quality of Service（服务质量）是指网络通信过程中，允许用户业务在丢包率、延迟、抖动和带宽等方面获得可预期的服务水平。

更简单地说：QoS就是针对各种不同需求，提供不同服务质量的网络服务。

在传统IP网络中，对所有报文都无区别地等同对待，每个路由器对所有报文都采用先入先出的策略（FIFO）处理，也就是说：它尽力而为（Best-effort）地将报文送到目的地，但是对报文的吞吐量、延迟、延迟抖动、丢包率等都不能预期，可能很好，也可能极差，一切都要视网络状况而定。

随着计算机网络的高速发展，对带宽、延迟、抖动敏感的且实时性强的语音、图像、重要数据同时在网上传输，使得网络资源极大地丰富。

但是同时人们对于网络传输数据质量的要求也越来越高，人们期望报文在吞吐量、延迟、延迟抖动、丢包率等方面获得一定程度上的服务保证，期望可以根据客户类型提供有差别的服务。

解决这些问题的一个途径是增加网络的带宽，但带宽的增加毕竟是有限的，且代价昂贵，它也只能在一定程度上缓解这个问题。

提供QoS将是人们对未来IP网络的基本要求。

为实现上述目的，QoS需要提供以下功能：➢避免并管理IP网络拥塞➢减少IP报文的丢失率➢调控IP网络的流量➢为特定用户或特定业务提供专用带宽➢支撑IP网络上的实时业务1.1.2 IP QoS 的三种模型服务模型，是指一组端到端的QoS功能，通常QoS提供以下三种服务模型：·Best-Effort service（尽力而为服务模型）: 是目前Internet的缺省服务模型，主要实现技术是先进先出队列(FIFO)·Integrated service（综合服务模型，简称Intserv）: 业务通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺满足该请求·Differentiated service（区分服务模型，简称Diffserv）：当网络出现拥塞时，根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题1.2 QoS的分类与标记报文分类可以把有相似QoS要求的业务的报文聚合成相应的类。

分类的结果就是给报文打上某种标记，即着色。

如果使用IP报文头的Precedence字段（TOS的高3个bit）进行着色，用户可以将报文最多分成8类。

当然也可以按照RFC2474的定义，用DSCP（TOS的高6个bit）进行着色。

报文着色以后，就可以方便下游节点进行相应的QoS处理，如拥塞管理、流量整形等。

网络管理者可以设置报文分类的策略，这个策略可以包括物理接口、源地址、目的地址、MAC地址、IP协议或应用程序的端口号等。

一般的分类算法都局限在IP报文的头部所携带的信息，使用如链路层（Layer 2）、网络层（layer 3）、甚至传输层（layer 4）的信息。

所以，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）确定的流这样狭小的范围，也可以是到某某网段的所有报文。

通常我们可以使用ACL来实现。

一般在网络边界，对报文进行着色，在网络的内部则简单的使用着色的结果作为队列调度、流量整形等处理的依据。

QoS中用CAR来实现报文的分类及着色功能。

下游（Downstream）网络可以选择接受上游（Upstream）网络的着色结果，也可以按照自己的分类标准重新进行着色。

CAR是支持报文分类的主要技术，它同时承担流量监管的功能。

用户可以通过不同的配置，让CAR只进行着色功能，让CAR只进行流量监管功能，或让CAR在进行流量监管的同时进行着色。

CAR可以使用Precedence或DSCP进行着色。

1.3 QoS的拥塞管理及避免1.3.1 先进现出队列－FIFO先进先出队列（First In First Out Queuing, FIFO）：先进先出队列（以后简称FIFO）不对报文进行分类，当报文进入接口的速度大于接口能发送的速度时，FIFO按报文到达接口的先后顺序让报文进入队列，同时，FIFO在队列的出口让报文按进队的顺序出队，先进的报文将先出队，后进的报文将后出队。

Internet的默认服务模式—Best-Effort采用FIFO队列策略。

1.3.2 优先队列－PQ优先队列（Priority Queuing，PQ）：PQ对报文进行分类，将所有报文分成最多至4类，分别属于PQ的4个队列中的一个，然后，按报文的类别将报文送入相应的队列。

PQ的4个队列分别为高优先队列（high）、中优先队列（medium）、正常优先队列normal）和低优先队列（low），它们的优先级依次降低。

发送报文时将按照等级顺序依次发送，即先发送完所有high队列中的报文后，再发送所有medium队列中的报文，然后再发送所有normal队列中的报文，最后才发送low队列中的报文。

这样，分类时属于较高优先级队列的报文将会得到优先发送，并且较低优先级的报文将会在发生拥塞时被较高优先级的报文抢先，使得关键业务（如视频业务，语音业务）的报文能够得到优先处理，非关键业务（如E-Mail）的报文在网络处理完关键业务后的空闲中得到处理，既保证了关键业务的优先，又充分利用了网络资源。

1.3.3 定制队列－CQCQ最多可包含16个组，在每个组中指明了什么样的数据包进入什么样的队列、各队列的长度和每次轮询各队列所能连续发送的字节数等信息。

CQ对报文进行分类，将所有报文分成最多至17类，分别属于CQ的17个队列中的一个，然后，按报文的类别将报文进入相应的队列。

CQ的17个队列中，0号队列是优先队列，路由器总是先把0号队列中的报文发送完，然后才处理1到16队列中的报文，所以0号队列一般作为系统队列，把实时性要求高的交互式协议报文放到0号队列。

1到16号队列可以按用户的定义分配它们能占用接口带宽的比例，在报文出队的时候，CQ按定义的带宽比例分别从1到16号队列中取一定量的报文在接口上发送出去。

其中，按带宽比例分别发送的实现过程是这样的，16个普通队列采用轮询的方式进行调度，当调度到某一个队列时，从这个队列取出一定字节数的报文发送，用户通过指定这个字节数，就可以控制不同队列之间的带宽分配比例。

用户在指定每个队列每次调度时发送的字节数时，需要把握所配数值的大小，因为这关系到轮询中配置增加的粒度。

例如，为了实现4个队列间的1：2：2：4的关系，我们可以配置这4个队列发送字节数为：1、2、2、4，也可以配置为：500、1000、1000、2000。

但在考虑了线路的MTU后，若MTU为500，则后一种方式较好。

因为在轮询时，所剩配额不够发送当前报文时，会只累加配额，然后等下次调度，显然当前条件下，第二种方案浪费在轮询空转上的时间要少。

PQ赋予较高优先级的报文绝对的优先权，这样虽然可以保证关键业务的优先，但在较高优先级的报文的速度总是大于接口的速度时，将会使较低优先级的报文始终得不到发送的机会。

采用CQ，将可以避免这种情况的发生。

CQ可以把报文分类，然后按类别将报文被分配到CQ的一个队列中去，对每个队列，可以规定队列中的报文应占接口带宽的比例，这样，就可以让不同业务的报文获得合理的带宽，从而既保证关键业务能获得较多的带宽，又不至于使非关键业务得不到带宽。

当然CQ中的实时业务不能获得象PQ一样好的时延指标。

1.3.4 加权公平队列—WFQ加权公平队列（Weighted Fair Queuing, WFQ）是一个复杂的排队过程，可以保证相同优先级业务间公平，不同优先级业务间加权。

在保证公平（带宽、延迟）的基础上体现权值，权值大小依赖于IP报文头中携带的IP优先级（Precedence）。

WFQ对报文按流进行分类（相同源IP地址，目的IP地址，源端口号，目的端口号，协议号，Precedence的报文属于同一个流），每一个流被分配到一个队列，该过程称为散列。

WFQ入队过程采用HASH算法来自动完成，尽量将不同的流分入不同的队列。

在出队的时候，WFQ按流的优先级（precedence）来分配每个流应占有出口的带宽。

优先级的数值越小，所得的带宽越少。

优先级的数值越大，所得的带宽越多。

这样就保证了相同优先级业务之间的公平，体现了不同优先级业务之间的权值。

如：接口中当前有8个流，它们的优先级分别为0，2，2，3，4，5，6，7。

则带宽的总配额将是：所有（流的优先级+ 1）的和。

即：1 + 3 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 = 37每个流所占带宽比例为：（自己的优先级数+ 1）/（所有（流的优先级+ 1）的和）。

即，每个流可得的带宽分别为：1/37，3/37，3/37，4/37，5/37，5/37，6/37，7 /37，8/37。