华为路由交换基础知识学习笔记-服务质量相关

服务质量相关1 QoS（Quality of Service）1.1 传统端到端⽹络的通信质量问题1.1.1 传统IP⽹络⽆区别地对待所有报⽂1.1.2 传统端到端⽹络设备依据先⼊先出（FIFO）原则分配报⽂转发所需资源1.1.3 基于以上两点，关键业务的通信质量⽆法保障（语⾳延迟、视频卡顿等）。

1.2 影响⽹络通信质量的因素1.2.1 ⽹络带宽：⽹络传输的最⼤带宽由传输路径上的最⼩链路带宽决定（瓶颈）1.2.2 ⽹络时延1.2.2.1 端到端⽹络时延等于路径上所有时延之和1.2.2.2 单个设备的时延包括：传输时延、串⾏化时延、处理时延、队列时延1.2.3 抖动：每个报⽂的端到端时延不⼀样，导致这些报⽂不能等间隔到达⽬的端。

1.2.4 丢包：1.2.4.1 丢包可能在所有环节中发⽣（处理过程、排队过程、传输过程）1.2.4.2可⽤于衡量⽹络的可靠性。

1.3 改善⽹络通信质量的⽅案1.3.1 尽⼒⽽为服务模型（Best-Effort）1.3.1.1 措施：增⼤⽹络带宽升级⽹络设备（增强数据处理能⼒）1.3.1.2 典型类型：FIFO（先进先出）1.3.2 综合服务模型（Integrated Service Model，现⽹少⻅）1.3.2.1 含义：使⽤RSVP（Resource Reservation Protocol）协议通过信令（signal）预先通知⽹络预留所需特定服务质量（带宽、时延等）1.3.2.2 优点：可以为某些特定业务提供带宽、延迟保证1.3.2.3 缺点：实现较复杂⽆流量发送时仍然独占带宽要求端到端所有节点都⽀持并运⾏RSVP1.3.3 区分服务模型（DiffServ，简称DS，⽬前应⽤最⼴泛）1.3.3.1 ⼯作过程：在⽹络⼊⼝对报⽂的分类，完成对报⽂的标记。

根据标记，将其映射成本地对其定义的服务等级值。

根据不同的服务等级值进⼊相应的缓存队列，根据队列间的调度机制，实现不同的转发服务。

1.3.3.2 优点：充分考虑IP⽹络本身所具有的灵活性、可扩展性强等特点，将复杂的服务质量保证通过报⽂⾃身携带的信息转换为单跳⾏为，从⽽⼤⼤减少了信令的⼯作。

2 报⽂的分类与标记2.1 分类依据：依据不同链路类型传输的不同类别的报⽂，且其⾃身所含有的标识QoS优先级的的字段值来分类。

2.2 简单流分类2.2.1 VLAN TAG中⽤于标识QoS服务等级的PRI字段（取值范围0~7）2.2.2 MPLS标签信息中⽤于区分数据流量服务等级的EXP域（MPLS报⽂的CoS域，相当于IP⽹络的ToS域。

）（取值范围0~7）2.2.3 IPv4报⽂的IP-Precedence字段（取值范围0~7）2.2.4 IPv4报⽂的DSCP字段值（对IP-Precedence字段的扩充，取值范围0~63。

其中DS指Differentiated Services。

）2.2.5 缺点：不够精细化2.3 复杂流分类2.3.1 含义：根据五元组（源地址、⽬的地址、源端⼝号、⽬的端⼝号、协议号）等报⽂信息对报⽂进⾏精细的分类。

2.3.2 缺省应⽤于⽹络的边缘位置。

2.3.3 分类依据链路层（各项可任意匹配）VLAN内/外层Tag的802.1p源/⽬的MAC地址IP层（各项可任意匹配）IP-Precedence源/⽬的IPv4地址TCP/UDP源端⼝TCP/UDP⽬的端⼝协议号2.4 报⽂的标记2.4.1 why：端到端部署QoS时，如果每台设备都对报⽂进⾏分类，将会耗费极⼤的设备处理资源，⽽对报⽂进⾏标记，下游设备只需识别标记即可提供差分服务。

2.4.2 where：⼀般在DS边界（如SW）节点对标记进⾏识别并提供差分服务2.4.3 下游设备可以选择接收上游设备的分类结果，也可以根据⾃⼰的分类标准对报⽂重新分类。

2.4.4 语⾳电话、视频终端等设备⼀般发送的报⽂都携带设备默认标识的优先级值，若要通过⾃定义的值来提供差分服务，可通过remark操作对报⽂进⾏重新标记。

3 拥塞管理与拥塞避免3.1 拥塞发⽣的主要场景速率不匹配：报⽂从⾼速链路进⼊设备，再由低速链路转发出去。

汇聚问题：报⽂从多个接⼝同时进⼊设备，由⼀个没有⾜够带宽的接⼝转发出去。

3.2 拥塞可能会引发的负⾯影响增加了报⽂传输的时延和抖动。

过⾼的延迟会引起报⽂重传。

⽹络的有效吞吐率降低，造成⽹络资源的损害。

加剧耗费⼤量的⽹络资源（特别是存储资源），不合理的资源分配甚⾄可能导致系统陷⼊资源死锁⽽崩溃。

3.3 拥塞管理的过程根据报⽂所携带标记对应的LP（Local Priority 本地优先级）值与队列索引号的对应关系表，来实现将不同的报⽂送⼊不同队列。

根据队列调度机制实现不同队列报⽂的差分转发。

3.4 常⻅队列调度机制3.4.1 FIFO（First In First Out 先进先出）优点：实现机制简单且处理速度快，开销⼩。

缺点：不能有差别地对待优先级不同的报⽂。

3.4.2 PQ（Priority Queuing 特权队列）四个队列：⾼优先队列、中优先队列、正常优先队列、低优先队列，每个队列报⽂发完才进⼊下⼀队列。

优点：对⾼优先级的报⽂提供了优先转发。

缺点：低优先级队列可能出现“饿死”现象，即⾼优先级队列中持续有报⽂等待发出，较低优先级队列中的报⽂迟迟不能得到发送。

3.4.3 WRR（Weighted Round Robin 加权循环调度）优点：避免了PQ调度的“饿死"现象。

缺点：基于报⽂个数来调度，容易出现包⻓尺⼨不同的报⽂出现不平等调度；低时延业务得不到及时调度。

3.4.4 WFQ（Weighted Fair Queuing 加权平均队列）WFQ对报⽂按流特征进⾏分类，对于IP⽹络，五元组和ToS相同的报⽂属于同⼀个流，对于MPLS⽹络，具有相同标签和EXP域值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，采⽤HASH算法⾃动完成。

优点：可完全按照权重分配带宽；⾃动分类，配置简单。

缺点：低时延业务仍得不到及时调度；⽆法实现⽤户⾃定义分类规则。

3.4.5 PQ+WFQ调度过程：先按PQ⽅式优先调度Queue7~5队列中的报⽂流，全部调度完毕后再以WFQ⽅式调度Queue4~0队列中的报⽂流。

优点：可保证低时延业务得到及时调度；实现按权重分配带宽等。

缺点：⽆法实现根据⽤户⾃定义灵活分类报⽂的需求。

3.4.6 CBQ（Class-based Queueing 基于类的加权公平队列）调度过程：先根据IP优先级或者DSCP优先级、⼊接⼝、IP报⽂五元组等规则对报⽂进⾏分类，然后让不同类别的报⽂进⼊不同队列。

对于不匹配任何类别的报⽂，会送⼊系统定义的缺省类。

三类队列EF队列：满⾜低时延业务AF队列：满⾜需要带宽保证的关键数据业务BE队列：满⾜不需要严格QoS保证的尽⼒发送业务3.5 拥塞避免3.5.1 Tai Drop 尾丢弃：当某⼀队列已经被装满时，传统的处理⽅法是将后续发往该队列的报⽂全部丢弃，直到拥塞解除。

3.5.2 缺点3.5.2.1 引发TCP全局同步TCP全局同步：对于TCP报⽂，如果⼤量的报⽂被丢弃，将造成TCP超时，从⽽引发TCP慢启动，使得TCP减少报⽂的发送。

当队列同时丢弃多个TCP连接的报⽂时，将造成多个TCP连接同时进⼊拥塞避免和慢启动状态以调整并降低流量，此为TCP全局同步现象。

多个TCP连接发往队列的报⽂同时减少，⽽后⼜会在某个时间同时出现流量⾼峰，如此反复，使⽹络资源利⽤率低。

TCP全局同步解决⽅法：RED（Random Early Detection 早期随机检测）RED通过随机地丢弃数据报⽂，避免多个TCP连接同时降低发送速度，从⽽避免了TCP全局同步现象。

RED为每个队列的⻓度都设定了阈值⻔限，并规定：当队列的⻓度⼩于低⻔限时，不丢弃报⽂。

当队列的⻓度⼤于⾼⻔限时，丢弃所有收到的报⽂。

当队列的⻓度在低⻔限和⾼⻔限之间时，开始随机丢弃到来的报⽂。

（⽅法：为每个到来的报⽂赋予⼀个随机数，并⽤该随机数与当前队列的丢弃概率对⽐，如果⼤于丢弃概率则报⽂被丢弃。

队列越⻓，报⽂被丢弃的概率越⾼。

）3.5.2.2 引起TCP饿死现象原因：尾丢弃⽆法对流量进⾏区分丢弃现象：队列被装满时，后续发往该队列的TCP报⽂将进⾏尾丢弃，并造成windowsize减⼩，TCP流量整体减⼩，⽽UDP流量不减，反⽽可能占满整个队列，造成TCP饿死现象。

3.5.2.3 ⽆差别地丢弃：可能导致⼤量⾮关键数据被转发，关键数据被丢弃。

3.5.3 尾丢弃解决⽅法：WRED（Weighted Random Early Detection 加权早期随机检测）基于RED，对每⼀种优先级都能独⽴设置报⽂的丢包⾼⻔限、低⻔限及丢包率，在⼀定程度上避免了尾丢弃带来的所有缺点。

4 流量监管与流量整形4.1 流量监管（Traffic Policing）典型应⽤：监督进⼊⽹络的某⼀流量规格，把它限制在⼀个合理的范围内，并对超出部分的流量进⾏“惩罚”。

意义：对接收或发送的流量进⾏限速控制，限制进⼊⽹络的突发流量，为⽹络提供基本的QoS保证。

⽅式：通常使⽤承诺访问速率CAR（Committed Access Rate）来限制某类报⽂的流量。

优点：可实现对不同类别的报⽂分别进⾏限速。

缺点：当链路空闲时，造成带宽浪费造成较⾼的丢包率，且丢弃的流量可能要进⾏重传。

4.2 流量整形（Traffic Shaping）典型应⽤：当⽹络中上游接⼝带宽资源⼤于下游时，容易在下游⽹络形成拥塞，可在上游的出接⼝配置流量整形，使上游出接⼝发送的流量与下游⼊接⼝接收的能⼒相匹配。

意义：限制流出某⼀⽹络的某⼀连接的正常流量与突发流量，使这类报⽂以⽐较均匀的速度向外发送，是⼀种主动调整流量输出速率的措施。

优点：可实现对不同类别的报⽂分别进⾏限速。

部分超出规格的报⽂不直接丢弃，⽽是进⾏缓存，待链路空闲再发出去。

缺点：可能会增加延迟和抖动需要较多的设备缓冲资源以上内容整理于幕布⽂档。