H3C IP QoS原理及实现
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业务调整(condition)包括：测量(metering)、标记(marking)、丢弃 (dropping)、整形(shaping)等机制。用以确保进入DS域的业务流符合 TCA的规则
业务的分类和调整一般只发生在网络边缘。
数据包
分类
测量 标记
整形/丢弃
分类（Classifying）
含义：在特定的规则下，根据包头的某些内容选择分组。 分类有两种方式
第5章 IP Qos原理及实现
ISSUE 1.1
日期： 杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播
引入
随着计算机网络的高速发展，敏感且实时性强的语 音、图像和其它重要数据同时在网上传输，使得人 们对网络传输质量的要求也越来越高，人们期望报 文在吞吐量、延迟、延迟抖动和丢包率等方面获得 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 。
PT
DATA FCS
3个bit用于802.1p优先级
IP包封装的报文格式
Version
TOS
Len ID Offset TTL Proto FCS IP-SA IP-DA DATA
IP优先级或DSCP
以太网中的优先级 ——C以O太网S帧
Pream. SFD DA
SA TYPE
Tag 4bytes
PT DATA FCS
100M
2M
RTA
RTB
10M
RTC
PC2 1000M
数据流
PC1
BWmax=min(100M, 2M, 10M, 1000M)=2M
网络带宽用于衡量网络的吞吐能力，单位为bps。 网络带宽的最大值为数据转发路径上最小链路的带宽值。 如果网络上存在多个数据流，它们将互相竞争带宽。 网络带宽取决于物理链路的速率，通过QoS技术可以提高网络
目录
网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例
DiffServ服务模型
报文分类 队列技术 拥塞避免 流量监管与流量整形 信令和资源预留 ATM接口QOS FR QOS
入接口 接收报文
源地址 目的地址 源端口 目的端口
整形（Shaping）
– 使业务流中的分组延时输出以符合业务模型的 规定。
丢弃（Dropping）
– 根据特定规则丢弃分组。
封装的报文报格式 文的封装格式
二层头 IP头 数据
802.1Q/p帧封装的报文格式
Preamble.
Start Frame delimiter
DA
SA TYPE
Tag 4bytes
– DSCP为“101110”；代表DiffServ网络中最高的服务质量，在有 带宽确保的情况下，发包速度大于收包速度，适用于VOIP、虚 拟租用线等实时业务；可通过优先队列、低时延队列或RTP实时 队列等多种队列机制来实现
AssurIeEd FTorFwar目ding前PH定B，义RFC的2597四；代种表带PH宽有B保（证、续时）延可控的
RFC2474
DSCP
CU
FIFO
拥塞管理
– 是队列机制中最简单的，只按照到达的先后 决定分组的转发次序 。
PQ
– PQ严格按照优先级别来对数据进行转发。优 先发送较高优先级队列中的分组；当较高优 先级队列为空时，再发送较低优先级队列中 的分组。
CQ
– CQ采用Round Robin调度方式，从每个队列 取出指定字节的报文发送，克服了PQ的“饿 死”问题。
TOS
分类
丢弃
RED WRED
拥塞检测 /避免
FIFO PQ CQ
WFQ CBWFQ
入队
丢弃
令牌
CAR GTS
流量整形 /监管
出队
令牌桶
出接口
DiffServ的业务分类与调整 业务分类(classifying)：通过业务分类可以使其获得不同的服务。这 种不同的服务通过对业务进行调整以及设置一定的DS值来实现
需由此接口 发送的报文
分类
流量整形. 按规定速度向 . 桶中存放令牌 . 令牌
GTS队列
令牌桶
继续发送 通过
GTS（Generic Traffic Shaping，通用流量整形）
通过限制流出某一网络的某连接的流量和突发，使这类报文在 某个接口以比较均匀的速度向外发送
通常使用缓冲区和令牌桶来实现。令牌桶以来控制发送速度， 超过流量的报文放在缓冲区中缓存，以后再定时发送
信令 IETF DiffServ工作组将IP报文头ToS字节的6比特重新定义
为DSCP，ToS字节改名为DS字节。
DiffServ需IP要网P络re根c据e分de组n报c头e中v的s信D息为S分C组P提供服务，
这个信息就是DiffServ解决方案中的带内信令。
最初使用3比特的IP Precedence作为DiffServ的带内信令
DSCP 0-7 = COS 0 DSCP 8-15 = COS 1 DSCP 16-23 = COS 2 DSCP 24-31 = COS 3 DSCP 32-39 = COS 4 DSCP 40-47 = COS 5 DSCP 48-55 = COS 6 DSCP 56-63 = COS 7
单中继段行为 PHB（Per-Hop Behaviors） —— PHB
现在IP Precedence和DSCP都可用来支撑DiffServ，DSCP 的定义也向前兼容IP Precedence。
各厂家的IP QoS都同时支持IP Precedence、DSCP及相互 之间的转换。
目前IP Precedence和DSCP在现实网络中都有实际的应用。
COS与DSCP的映射关系
– PHB是网络节点对报文调度、丢包、监管和 整形的处理
– 每类PHB都对应一组DSCP – PHB只定义了一些外部可见的转发行为，没
有指定特定的实现方式 – IETF DiffServ工作组目前定义了四种PHB
• Default PHB
• Class-Selector PHB • EF
• AF
Default PIHEBTF 目前定义的四种PHB
COS 到DSCP的映射 DSCP 到COS的映射
COS 0 = DSCP 0 COS 1 = DSCP 8 COS 2 = DSCP 16 COS 3 = DSCP 24 COS 4 = DSCP 32 COS 5 = DSCP 40 COS 6 = DSCP 48 COS 7 = DSCP 56
报文分D类i和ff标S记erv模型的服务
流量监管 流量整形 拥塞管理 拥塞避免
报文分类 报文分类也称为流分类，是将报文分为多个优先级或多
个服务类。
如使用IP报文头的TOS字段（Type of Service，服务类型 ），可以将报文最多分成六类（另外两个值保留为其他 用途）。
在报文分类后，就可以将其它的QoS特性应用到不同的 分类，如拥塞管理、带宽分配等。
IPv4报文头 报文标记
Version ToS Len ID Offset TTL Proto FCS IP-SA IP-DA Data Length 1Byte
D T RC 7 6 5 4 3 2 1 0 RFC1349
IP Precedence
DSCP 76 5 4
ToS 32
MBZ
CU 10
WFQ 拥塞管理（续）
– WFQ对报文按流进行分类，采用HASH算法将每个流被分配到 一个队列。优先级数值越小，所得带宽越少；优先级的数值越 大，所得带宽越多。
CBQ
– CBQ是对WFQ功能的扩展，为用户提供了定义类的支持。 – 包括提供EF的LLQ、提供AF的BQ、对缺省类的WFQ服务。 – CBQ首先根据IP优先级或者DSCP、输入接口、IP报文的五元组
带宽的利用效率。
网络延迟（Delay）
传输延迟T1
传输延迟T2
源自文库
传输延迟T3
调度延迟P1
调度延迟P2
调度延迟P3
串行延迟S1
串行延迟S2
串行延迟S3
PC2
RTA
RTB
RTC
数据流
PC1
Delay=(T1+P1+S1)+(T2+P2+S2)+(T3+P3+S3)
网络延迟用于衡量网络传输时间长短，单位为ms。 单个网络设备的延迟包括传输延迟、调度延迟、串行延迟。 网络延迟为数据转发路径上所有网络设备延迟的总和。 实时应用比较关注延迟大小，如语音、视频等应用。
– DSCP为“000000”；代表当前Internet尽力而为的服务
Class-Selector PHB，
– DSCP为“XXX000”，X为0或1；代表的服务等级与在现有网络 中使用的IP Precedence保持相同，当X为全0时，就是Default PHB
Expedited Forwarding PHB，
– BA（Behavior Aggregate）：基于IP包头中的DS 域。
– MF（Multi Field）：基于IP包头中的某些域的 集合，例如：源/地址、DS、协议号、源/目的 端口号等等。
标记/整形/丢弃
标记（Marking）
– 设置报文的DS域。 – DS域的设置一般只发生在网络边缘。
等规则来对报文进行分类。
– 不同类别的报文进入不同的队列。对于不匹配任何类别的报文 ，报文被送入系统定义的缺省类。
需由此接口 发送的报文
流量监管 .
按规定速度向 . 桶中存放令牌 . 令牌
分类
令牌桶
继续发送 通过
丢弃
流量监管（Policing）通过监督进入网络的某一流量的规格，限制它 在一个允许的范围内。若某个连接的报文流量过大，就丢弃报文， 或重新设置该报文的优先级，以保护网络资源和运营商的利益不受 损害。
IntServ模型是端到端的基于流的QoS技术，它通过信令向网络
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。
DiffServ模型是一种基于类的QoS技术，它在网络边界将数据
流按QoS要求进行简单分类，并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。
课程目标
学习完本课程，您应该能够：
掌握QoS的基本概念 掌握报文的分类和标记方法 掌握流量整形与监管 掌握拥塞避免与队列调度技术 掌握QoS的基本应用
目录
网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例
网络带宽（Bandwidth ）
目录
网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例
IP QoS两大模型 QoS的实现模型主要有IntServ（Integrated Service，集成服务）和
DiffServ（Differentiated Service，区分服务）。
3个bit用于802.1p优先级
PRI CFIVLAN ID
COS值 7 6 5 4 3 2 1 0
典型的应用 保留 保留
语音传送 视频会议 呼叫信令 高优先级数据 中等优先级数据 普通传送数据
802.1Q/p的头
DSCP DSCP（DiffServ Code Point，差分服务编码点）- DiffServ的
抖动（Jitter ）
PC2
21
RTA
RTB
1
PC1
2
数据包一
数据包二
Jitter=abs(T1-T2)
RTC
时延T1 时延T2
抖动用于衡量网络时延的稳定性，单位为ms。
同一个数据流的不同数据包，在网络中经历的延迟可能不同，从而 产生抖动。
抖动对实时应用的影响较大（如语音、视频等应用），会造成失真。
网络丢包（Packet Loss ）
100M
4
10M FIFO Queue
4 321
Queue Length=3 Drop
网络丢包用于衡量网络的可靠性，单位为pps或者百分比。 网络发生拥塞的情况下，由于所有队列被占满，必然导致部分数据包
被丢弃。 通过拥塞管理技术可以实现区分式服务，保证关键数据流优先转发。 通过早期丢弃技术可以平滑网络流量，防止网络流量的全局同步问题。
需由此接口 发送的报文
拥塞避免 WRED
丢弃
queue 1
..
queue 2
出队调度
分类
.
. .
.
离开接口的报文
queue N1
拥塞避免技术一般用于网络的瓶颈处。
监控网络流量，避免在网络瓶颈处发生拥塞，防止出现 TCP全局同步现象，提高资源使用效率。
通过丢弃报文可以达到避免拥塞的目的。 包括RED、WRED、尾丢弃等技术。
业务的分类和调整一般只发生在网络边缘。
数据包
分类
测量 标记
整形/丢弃
分类（Classifying）
含义：在特定的规则下，根据包头的某些内容选择分组。 分类有两种方式
第5章 IP Qos原理及实现
ISSUE 1.1
日期： 杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播
引入
随着计算机网络的高速发展，敏感且实时性强的语 音、图像和其它重要数据同时在网上传输，使得人 们对网络传输质量的要求也越来越高，人们期望报 文在吞吐量、延迟、延迟抖动和丢包率等方面获得 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 。
PT
DATA FCS
3个bit用于802.1p优先级
IP包封装的报文格式
Version
TOS
Len ID Offset TTL Proto FCS IP-SA IP-DA DATA
IP优先级或DSCP
以太网中的优先级 ——C以O太网S帧
Pream. SFD DA
SA TYPE
Tag 4bytes
PT DATA FCS
100M
2M
RTA
RTB
10M
RTC
PC2 1000M
数据流
PC1
BWmax=min(100M, 2M, 10M, 1000M)=2M
网络带宽用于衡量网络的吞吐能力，单位为bps。 网络带宽的最大值为数据转发路径上最小链路的带宽值。 如果网络上存在多个数据流，它们将互相竞争带宽。 网络带宽取决于物理链路的速率，通过QoS技术可以提高网络
目录
网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例
DiffServ服务模型
报文分类 队列技术 拥塞避免 流量监管与流量整形 信令和资源预留 ATM接口QOS FR QOS
入接口 接收报文
源地址 目的地址 源端口 目的端口
整形（Shaping）
– 使业务流中的分组延时输出以符合业务模型的 规定。
丢弃（Dropping）
– 根据特定规则丢弃分组。
封装的报文报格式 文的封装格式
二层头 IP头 数据
802.1Q/p帧封装的报文格式
Preamble.
Start Frame delimiter
DA
SA TYPE
Tag 4bytes
– DSCP为“101110”；代表DiffServ网络中最高的服务质量，在有 带宽确保的情况下，发包速度大于收包速度，适用于VOIP、虚 拟租用线等实时业务；可通过优先队列、低时延队列或RTP实时 队列等多种队列机制来实现
AssurIeEd FTorFwar目ding前PH定B，义RFC的2597四；代种表带PH宽有B保（证、续时）延可控的
RFC2474
DSCP
CU
FIFO
拥塞管理
– 是队列机制中最简单的，只按照到达的先后 决定分组的转发次序 。
PQ
– PQ严格按照优先级别来对数据进行转发。优 先发送较高优先级队列中的分组；当较高优 先级队列为空时，再发送较低优先级队列中 的分组。
CQ
– CQ采用Round Robin调度方式，从每个队列 取出指定字节的报文发送，克服了PQ的“饿 死”问题。
TOS
分类
丢弃
RED WRED
拥塞检测 /避免
FIFO PQ CQ
WFQ CBWFQ
入队
丢弃
令牌
CAR GTS
流量整形 /监管
出队
令牌桶
出接口
DiffServ的业务分类与调整 业务分类(classifying)：通过业务分类可以使其获得不同的服务。这 种不同的服务通过对业务进行调整以及设置一定的DS值来实现
需由此接口 发送的报文
分类
流量整形. 按规定速度向 . 桶中存放令牌 . 令牌
GTS队列
令牌桶
继续发送 通过
GTS（Generic Traffic Shaping，通用流量整形）
通过限制流出某一网络的某连接的流量和突发，使这类报文在 某个接口以比较均匀的速度向外发送
通常使用缓冲区和令牌桶来实现。令牌桶以来控制发送速度， 超过流量的报文放在缓冲区中缓存，以后再定时发送
信令 IETF DiffServ工作组将IP报文头ToS字节的6比特重新定义
为DSCP，ToS字节改名为DS字节。
DiffServ需IP要网P络re根c据e分de组n报c头e中v的s信D息为S分C组P提供服务，
这个信息就是DiffServ解决方案中的带内信令。
最初使用3比特的IP Precedence作为DiffServ的带内信令
DSCP 0-7 = COS 0 DSCP 8-15 = COS 1 DSCP 16-23 = COS 2 DSCP 24-31 = COS 3 DSCP 32-39 = COS 4 DSCP 40-47 = COS 5 DSCP 48-55 = COS 6 DSCP 56-63 = COS 7
单中继段行为 PHB（Per-Hop Behaviors） —— PHB
现在IP Precedence和DSCP都可用来支撑DiffServ，DSCP 的定义也向前兼容IP Precedence。
各厂家的IP QoS都同时支持IP Precedence、DSCP及相互 之间的转换。
目前IP Precedence和DSCP在现实网络中都有实际的应用。
COS与DSCP的映射关系
– PHB是网络节点对报文调度、丢包、监管和 整形的处理
– 每类PHB都对应一组DSCP – PHB只定义了一些外部可见的转发行为，没
有指定特定的实现方式 – IETF DiffServ工作组目前定义了四种PHB
• Default PHB
• Class-Selector PHB • EF
• AF
Default PIHEBTF 目前定义的四种PHB
COS 到DSCP的映射 DSCP 到COS的映射
COS 0 = DSCP 0 COS 1 = DSCP 8 COS 2 = DSCP 16 COS 3 = DSCP 24 COS 4 = DSCP 32 COS 5 = DSCP 40 COS 6 = DSCP 48 COS 7 = DSCP 56
报文分D类i和ff标S记erv模型的服务
流量监管 流量整形 拥塞管理 拥塞避免
报文分类 报文分类也称为流分类，是将报文分为多个优先级或多
个服务类。
如使用IP报文头的TOS字段（Type of Service，服务类型 ），可以将报文最多分成六类（另外两个值保留为其他 用途）。
在报文分类后，就可以将其它的QoS特性应用到不同的 分类，如拥塞管理、带宽分配等。
IPv4报文头 报文标记
Version ToS Len ID Offset TTL Proto FCS IP-SA IP-DA Data Length 1Byte
D T RC 7 6 5 4 3 2 1 0 RFC1349
IP Precedence
DSCP 76 5 4
ToS 32
MBZ
CU 10
WFQ 拥塞管理（续）
– WFQ对报文按流进行分类，采用HASH算法将每个流被分配到 一个队列。优先级数值越小，所得带宽越少；优先级的数值越 大，所得带宽越多。
CBQ
– CBQ是对WFQ功能的扩展，为用户提供了定义类的支持。 – 包括提供EF的LLQ、提供AF的BQ、对缺省类的WFQ服务。 – CBQ首先根据IP优先级或者DSCP、输入接口、IP报文的五元组
带宽的利用效率。
网络延迟（Delay）
传输延迟T1
传输延迟T2
源自文库
传输延迟T3
调度延迟P1
调度延迟P2
调度延迟P3
串行延迟S1
串行延迟S2
串行延迟S3
PC2
RTA
RTB
RTC
数据流
PC1
Delay=(T1+P1+S1)+(T2+P2+S2)+(T3+P3+S3)
网络延迟用于衡量网络传输时间长短，单位为ms。 单个网络设备的延迟包括传输延迟、调度延迟、串行延迟。 网络延迟为数据转发路径上所有网络设备延迟的总和。 实时应用比较关注延迟大小，如语音、视频等应用。
– DSCP为“000000”；代表当前Internet尽力而为的服务
Class-Selector PHB，
– DSCP为“XXX000”，X为0或1；代表的服务等级与在现有网络 中使用的IP Precedence保持相同，当X为全0时，就是Default PHB
Expedited Forwarding PHB，
– BA（Behavior Aggregate）：基于IP包头中的DS 域。
– MF（Multi Field）：基于IP包头中的某些域的 集合，例如：源/地址、DS、协议号、源/目的 端口号等等。
标记/整形/丢弃
标记（Marking）
– 设置报文的DS域。 – DS域的设置一般只发生在网络边缘。
等规则来对报文进行分类。
– 不同类别的报文进入不同的队列。对于不匹配任何类别的报文 ，报文被送入系统定义的缺省类。
需由此接口 发送的报文
流量监管 .
按规定速度向 . 桶中存放令牌 . 令牌
分类
令牌桶
继续发送 通过
丢弃
流量监管（Policing）通过监督进入网络的某一流量的规格，限制它 在一个允许的范围内。若某个连接的报文流量过大，就丢弃报文， 或重新设置该报文的优先级，以保护网络资源和运营商的利益不受 损害。
IntServ模型是端到端的基于流的QoS技术，它通过信令向网络
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。
DiffServ模型是一种基于类的QoS技术，它在网络边界将数据
流按QoS要求进行简单分类，并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。
课程目标
学习完本课程，您应该能够：
掌握QoS的基本概念 掌握报文的分类和标记方法 掌握流量整形与监管 掌握拥塞避免与队列调度技术 掌握QoS的基本应用
目录
网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例
网络带宽（Bandwidth ）
目录
网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例
IP QoS两大模型 QoS的实现模型主要有IntServ（Integrated Service，集成服务）和
DiffServ（Differentiated Service，区分服务）。
3个bit用于802.1p优先级
PRI CFIVLAN ID
COS值 7 6 5 4 3 2 1 0
典型的应用 保留 保留
语音传送 视频会议 呼叫信令 高优先级数据 中等优先级数据 普通传送数据
802.1Q/p的头
DSCP DSCP（DiffServ Code Point，差分服务编码点）- DiffServ的
抖动（Jitter ）
PC2
21
RTA
RTB
1
PC1
2
数据包一
数据包二
Jitter=abs(T1-T2)
RTC
时延T1 时延T2
抖动用于衡量网络时延的稳定性，单位为ms。
同一个数据流的不同数据包，在网络中经历的延迟可能不同，从而 产生抖动。
抖动对实时应用的影响较大（如语音、视频等应用），会造成失真。
网络丢包（Packet Loss ）
100M
4
10M FIFO Queue
4 321
Queue Length=3 Drop
网络丢包用于衡量网络的可靠性，单位为pps或者百分比。 网络发生拥塞的情况下，由于所有队列被占满，必然导致部分数据包
被丢弃。 通过拥塞管理技术可以实现区分式服务，保证关键数据流优先转发。 通过早期丢弃技术可以平滑网络流量，防止网络流量的全局同步问题。
需由此接口 发送的报文
拥塞避免 WRED
丢弃
queue 1
..
queue 2
出队调度
分类
.
. .
.
离开接口的报文
queue N1
拥塞避免技术一般用于网络的瓶颈处。
监控网络流量，避免在网络瓶颈处发生拥塞，防止出现 TCP全局同步现象，提高资源使用效率。
通过丢弃报文可以达到避免拥塞的目的。 包括RED、WRED、尾丢弃等技术。