报文的分类和调度
报文格式大全
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报文格式是计算机网络系统中传输数据的格式。
它定义了数据编码、传输方式以及报文管理协议，有助于数据在网络上可靠传输。
目前，有不少常见的报文格式,如HTTP、FTP、SIP、SMTP、POP3等等,每种报文格式都有其自己的特点，适应不同的网络传输需求。
1、HTTP（超文本传输协议）：是一种以文本形式传输数据的协议，它用于Web浏览器和服务器之间传输数据，是当今最流行的报文格式之一。
2、FTP（文件传输协议）：是一种基于TCP的协议，用于在互联网上传输文件。
它可以将文件从一个计算机传输到另一台计算机，也可以用于文件管理。
3、SIP（会话初始协议）：是一种用于创建、维护和终止多媒体会话的协议，它可以用于多种多媒体实时通信，如语音、视频和游戏等。
4、SMTP（简单邮件传输协议）：是为传输电子邮件设计的一种协议,它用于在不同的计算机之间传输电子邮件，可以确保邮件能够快速和安全地传输。
5、POP3（邮局协议）：是一种协议，它用于检索在服务器上的电子邮件，可以实现对邮件的管理和控制。
6、ARP（地址解析协议）：是网络通信中经常使用的协议，它可以把IP地址转换为MAC地址，以此实现网络数据包的传输。
层次化QOS(HQOS)
HQoSHQoSHQoS即层次化QoS（Hierarchical Quality of Service），是一种通过多级队列调度机制，解决Diffserv模型下多用户多业务带宽保证的技术。
传统的QoS采用一级调度，单个端口只能区分业务优先级，无法区分用户。
只要属于同一优先级的流量，使用同一个端口队列，不同用户的流量彼此之间竞争同一个队列资源，无法对端口上单个用户的单个流量进行区分服务。
HQoS采用多级调度的方式，可以精细区分不同用户和不同业务的流量，提供区分的带宽管理。
基本调度模型调度模型分为两部分：调度器：对多个队列进行调度。
调度器执行某种调度算法，决定各个队列之间报文发送的先后顺序。
调度算法包括按优先级调度SP（Strict Priority），或按权重调度（DRR、WRR、DWRR、WFQ算法的其中一种）。
调度算法详细介绍请参见“队列及拥塞管理”。
调度器就一个动作：选择队列。
队列被调度器选中时，队列最前面的报文被发送。
被调度对象：即队列。
报文根据一定的映射关系进入不同的队列。
队列被赋予3种属性：1）根据调度算法，队列被赋予优先级或权重。
2）队列整形速率PIR。
3）报文丢弃策略，包括尾丢弃（Tail-drop）或WRED。
队列有两个动作：1）入队：当系统收到报文时，根据报文丢弃策略决定是否丢弃报文。
如果报文未被丢弃，则报文入队尾。
2）出队：队列被调度器选中时，队列最前面的报文出队。
出队时，先执行队列整形，之后报文被发送。
HQoS层次化调度模型为了实现分层调度，HQoS采用树状结构的层次化调度模型，如图1。
树状结构有三种节点：叶子节点：处于最底层，表示一个队列。
叶子节点是被调度对象，而且只能被调度。
中间节点：处于中间层，既是调度器又是被调度对象。
当作为被调度对象时，一个中间节点可以看成一个虚队列。
所谓虚队列，是指仅作为调度结构中的一个层次，不是实际占用缓存的队列。
根节点：处于最高层，表示最高级别的调度器。
tsn报文解析
tsn报文解析TSN（Time-Sensitive Networking）报文解析主要涉及对实时传输数据的处理和管理。
TSN通过一系列机制和协议，确保关键数据在确定的时间内得到传输，解决了数据重叠和延时问题，为工业应用提供了可靠和实时的数据传输。
在解析TSN报文时，主要关注以下几个方面：1. 优先级与时间槽：TSN为不同的数据流分配了优先级和时间槽，确保关键数据能够得到优先处理并在规定的时间内完成传输。
这解决了传统以太网中数据重叠和延时的问题。
2. 报文类型：TSN定义了多种报文类型，如Announce、Signaling、Sync、Follow_Up和Pdelay_Resp_Follow_Up等。
这些报文在网络中传输，用于同步时钟、协商参数和传输关键数据。
3. 时钟同步：TSN通过协议实现节点间的时钟同步。
GrandMaster节点发送Sync报文，其他节点根据该报文调整本地时钟，实现与主时钟的同步。
此外，Follow_Up和Pdelay_Resp_Follow_Up报文提供了补充时间戳，有助于提高同步精度。
4. 路径与时钟测量：TSN考虑了路径上的各种因素（如时钟频率误差、链路延迟和驻留时间），通过协议进行测量，以确保数据在确定的时间内得到传输。
5. 流量整形与调度：TSN通过优先适用机制（如IEEE ）确保关键数据包得到优先处理。
这意味着关键数据不必等待所有的非关键数据完成传送后才开始，从而确保更快速的传输路径。
6. 冗余与可靠性：TSN确保关键流量的复本在网络中能以不相交集的路径进行传送，只保留首先到达目的地的任何封包，从而实现无缝冗余。
这增加了系统的可靠性。
总体而言，TSN报文解析涉及对实时数据的处理、传输和同步，确保关键数据在确定的时间内得到传输。
在解析TSN报文时，需要关注报文的类型、时钟同步、路径与时钟测量、流量整形与调度以及冗余与可靠性等方面。
QoS技术详解及实例
一般来说，基于存储转发机制的Internet(Ipv4标准)只为用户提供了“尽力而为(best-effort)”的服务，不能保证数据包传输的实时性、完整性以及到达的顺序性，不能保证服务的质量，所以主要应用在文件传送和电子邮件服务。
随着Internet的飞速发展，人们对于在Internet上传输分布式多媒体应用的需求越来越大，一般说来，用户对不同的分布式多媒体应用有着不同的服务质量要求，这就要求网络应能根据用户的要求分配和调度资源，因此，传统的所采用的“尽力而为”转发机制，已经不能满足用户的要求。
QoS的英文全称为"Quality of Service"，中文名为"服务质量"。
QoS是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。
对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。
在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。
通常 QoS 提供以下三种服务模型：Best-Effort service（尽力而为服务模型）Integrated service（综合服务模型，简称Int-Serv）Differentiated service（区分服务模型，简称Diff-Serv）1. Best-Effort 服务模型Best-Effort 是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型。
对Best-Effort 服务模型，网络尽最大的可能性来发送报文。
但对时延、可靠性等性能不提供任何保证。
Best-Effort 服务模型是网络的缺省服务模型，通过FIFO 队列来实现。
它适用于绝大多数网络应用，如FTP、E-Mail等。
2. Int-Serv 服务模型Int-Serv 是一个综合服务模型，它可以满足多种QoS需求。
该模型使用资源预留协议（RSVP），RSVP 运行在从源端到目的端的每个设备上，可以监视每个流，以防止其消耗资源过多。
调度通讯培训(三)—规约和报文解析
22 2019/2/2
主站向子站方向传输时，功能码定义
功能码序号
0 1 2
帧类型
发送/确认帧 发送/确认帧 发送/确认帧
业务功能
复位远方链路 复位远动终端的用户进程（撤消命令） 用于平衡式传输过程： 测试链路功能
FCV状态
0 0 —
3
4 5 6、 7 8 9 A B C、D E、F
文档题目
文档题目
21 2019/2/2
子站向主站方向传输，ACD和DFC的定义：
0 DIR 传输方向位 1 1 PRM 启动报文位 0 帧计数位 FCB 要求访问位 ACD 帧计数有效位 FCV 数据流控制位 DFC 23 22 功能码 21 20
帧计数位（ ACD ） ACD =0：表示子站无1级用户数据 ACD =1：表示子站希望向主站传输1级用户数据。 帧计数有效位（ DFC ） DFC =0：表示子站可以继续接收数据。 DFC =1：表示子站数据区满，无法接收新数据 。
“小电话” CommTest的使用
“小电话” CommTest的使用
3.PC做服务端时抓取网口报文：ComMax
用网络通讯时，如用104规约通调度，或用网 络方式与五防通讯，对方说已发出报文但本侧 没收到的情况下，可以用青云工具ComMax来 抓取网络报文； 需设置好PC机IP地址，然后用PC机模拟服务端， 打开ComMax，正确设置端口号，查看报文接 收情况； 除了青云调试工具ComMax外，还有其他工具 如“端口精灵”Wizport也可以抓取网络报文， 使用方法大同小异。
确认帧
功能
确认 链路忙、未接 收报文 备用 自定义
功能码序号
10
帧类型
功能
QoS队列调度算法
QoS队列调度算法队列指的是在缓存中对报⽂进⾏排序的逻辑。
当流量的速率超过接⼝带宽或超过为该流量设置的带宽时，报⽂就以队列的形式暂存在缓存中。
报⽂离开队列的时间、顺序，以及各个队列之间报⽂离开的相互关系由队列调度算法决定。
华为交换机设备的每个端⼝上都有 8 个下⾏队列，称为CQ（Class Queue）队列，也叫端⼝队列（Port-queue），在交换机内部与前⽂提到的 8 个PHB⼀⼀对应，分别为BE、 AF1、AF2、AF3、AF4、EF、CS6 和CS7。
单个队列的报⽂采⽤ FIFO（First In First Out）原则⼊队和出队。
PQ（Priority Queuing）调度PQ（Priority Queuing）调度，就是严格按照队列优先级的⾼低顺序进⾏调度。
只有⾼优先级队列中的报⽂全部调度完毕后，低优先级队列才有调度机会。
采⽤PQ 调度⽅式，将延迟敏感的关键业务放⼊⾼优先级队列，将⾮关键业务放⼊低优先级队列，从⽽确保关键业务被优先发送。
PQ调度的缺点是：拥塞发⽣时，如果较⾼优先级队列中长时间有分组存在，那么低优先级队列中的报⽂就会由于得不到服务⽽“饿死”。
假设端⼝有 3 个采⽤PQ调度的队列，分别为⾼优先（High）队列、中优先（Medium）队列、和低优先（Low）队列，它们的优先级依次降低。
如图，其中报⽂编号表⽰报⽂到达顺序。
图1 PQ调度RR（Round Robin）调度RR调度采⽤轮询的⽅式，对多个队列进⾏调度。
RR以环形的⽅式轮询多个队列。
如果轮询的队列不为空，则从该队列取⾛⼀个报⽂；如果该队列为空，则直接跳过该队列，调度器不等待。
图2 RR调度RR调度各个队列之间没有优先级之分，都能够有相等的概率得到调度。
RR调度的缺点是：所有队列⽆法体现优先级，对于延迟敏感的关键业务和⾮关键业务⽆法得到区别对待，使得关键业务⽆法及时得到处理WRR（Weighted Round Robin）调度加权轮询WRR（Weighted Round Robin）调度主要解决RR不能设置权重的不⾜。
层次化QOS(HQOS)
HQoSHQoSHQoS即层次化QoS（Hierarchical Quality of Service），是一种通过多级队列调度机制，解决Diffserv模型下多用户多业务带宽保证的技术。
传统的QoS采用一级调度，单个端口只能区分业务优先级，无法区分用户。
只要属于同一优先级的流量，使用同一个端口队列，不同用户的流量彼此之间竞争同一个队列资源，无法对端口上单个用户的单个流量进行区分服务。
HQoS采用多级调度的方式，可以精细区分不同用户和不同业务的流量，提供区分的带宽管理。
基本调度模型调度模型分为两部分：∙调度器：对多个队列进行调度。
调度器执行某种调度算法，决定各个队列之间报文发送的先后顺序。
调度算法包括按优先级调度SP（Strict Priority），或按权重调度（DRR、WRR、DWRR、WFQ算法的其中一种）。
调度算法详细介绍请参见“队列及拥塞管理”。
调度器就一个动作：选择队列。
队列被调度器选中时，队列最前面的报文被发送。
∙被调度对象：即队列。
报文根据一定的映射关系进入不同的队列。
队列被赋予3种属性：1）根据调度算法，队列被赋予优先级或权重。
2）队列整形速率PIR。
3）报文丢弃策略，包括尾丢弃（Tail-drop）或WRED。
队列有两个动作：1）入队：当系统收到报文时，根据报文丢弃策略决定是否丢弃报文。
如果报文未被丢弃，则报文入队尾。
2）出队：队列被调度器选中时，队列最前面的报文出队。
出队时，先执行队列整形，之后报文被发送。
HQoS层次化调度模型为了实现分层调度，HQoS采用树状结构的层次化调度模型，如图1。
树状结构有三种节点：∙叶子节点：处于最底层，表示一个队列。
叶子节点是被调度对象，而且只能被调度。
∙中间节点：处于中间层，既是调度器又是被调度对象。
当作为被调度对象时，一个中间节点可以看成一个虚队列。
所谓虚队列，是指仅作为调度结构中的一个层次，不是实际占用缓存的队列。
∙根节点：处于最高层，表示最高级别的调度器。
QOS各种队列详解(FIFO,FQ,CBWFQ,PQ)
QOS各种队列详解(FIFO,FQ,CBWFQ,PQ) 对于拥塞管理，一般采用队列技术，使用一个队列算法对流量进行分类，之后用某种优先级别算法将这些流量发送出去。
每种队列算法都是用以解决特定的网络流量问题，并对带宽资源的分配、延迟、抖动等有着十分重要的影响。
这里介绍几种常用的队列调度机制。
1. FIFO（先入先出队列，First In First Out Queuing）图9 先入先出队列示意图如上图所示，FIFO按照时间到达的先后决定分组的转发次序。
用户的业务流在某个设备能够获得的资源取决于分组的到达时机及当时的负载情况。
Best-Effort报文转发方式采用的就是FIFO的排队策略。
如果设备的每个端口只有一个基于FIFO的输入或输出队列，那么恶性的应用可能会占用所有的网络资源，严重影响关键业务数据的传送。
每个队列内部报文的发送（次序）关系缺省是FIFO。
2. PQ（优先队列，Priority Queuing）图10 优先队列示意图PQ队列是针对关键业务应用设计的。
关键业务有一个重要的特点，即在拥塞发生时要求优先获得服务以减小响应的延迟。
PQ可以根据网络协议（比如IP，IPX）、数据流入接口、报文长短、源地址/目的地址等灵活地指定优先次序。
优先队列将报文分成4类，分别为高优先队列（top）、中优先队列（middle）、正常优先队列（normal）和低优先队列（bottom），它们的优先级依次降低。
缺省情况下，数据流进入normal队列。
在队列调度时，PQ严格按照优先级从高到低的次序，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。
这样，将关键业务的分组放入较高优先级的队列，将非关键业务的分组放入较低优先级的队列，可以保证关键业务的分组被优先传送，非关键业务的分组在处理关键业务数据的空闲间隙被传送。
PQ的缺点是如果较高优先级队列中长时间有分组存在，那么低优先级队列中的报文将一直得不到服务。
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国防科大计算机学院网络所
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核心路由器的基本特征和发展现状
基本特征
高背板交换带宽（40G以上） 高速的网络接口（支持OC-48/OC-192） 高可靠、稳定的路由协议软件，支持服务质量控制
发展现状
cisco GSR（Gigabit Switch Router）系列 40-320G交换带宽，支持OC-192c接口、DiffServ和MPLS Juniper M40/M160 40-160G交换带宽，支持OC-192c接口、DiffServ和MPLS Pluris 20000系列TNR（Terabit Network Router） 单机架90G交换带宽，可级连至184T，支持OC-192c接口、 DiffServ和MPLS
PHB的实现
yes P位为1？ No
高优先级队列 调度器 低优先级队列
RIO队列管理
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区分服务模型（3）
DS domain DS domain
MPLS
Non DS capable domain
DS domain Marking policing scheduling
marking DS domain
报文 缓冲 和 调 度
交换开关
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第四代IP路由器
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11121314 15 16
13 14 15 16 17 18
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三、报文调度算法 四、缓冲区管理算法
国防科大计算机学院网络所
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一、路由器基本工作原理
Internet基本结构
国防科大计算机学院网络所
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路由器的分类
桌面/工作组路由器
基本接口为10/100M以太网 上行链路为ISDN、V.90、xHDL等 NAT功能，多用户共享IP地址
接入路由器
端口数目多、类型多（ISDN、V.90、xHDL等） 上行链路多为E1/T1接口
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路由器支持QoS的基本机制（5）
调度算法
基于延时的调度 EDF(Earliest Deadline First) 基于带宽的调度 WFQ(Weighted Fair Queue)
不足
假定报文在开关输出端缓冲
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报文处理流程
分类
分类表 分类决策 分类表 分类决策
转发
转发表 转发决策 转发表 转发决策
区分服务的实现
IP头中一个字节的DS域 报文分类 流量调节
metering, marking, policing
报文调度
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区分服务模型（2）
PHB (Per Hop Behavior)
确定路由器如何处理一个报文 标准PHB Expedited Forwarding (低延时，低延时抖动） Assured Forwarding （高可靠性）
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对查表性能的要求
Line T1 OC3 OC12 OC48 Line Rate Pkt-size=40B 1.5Mbps 155Mbps 622Mbps 2.5Gbps 4.68 Kpps 480 Kpps 1.94 Mpps 7.81 Mpps 31.25 Mpps Pkt-size=240B 0.78 Kpps 80 Kpps 323 Kpps 1.3 Mpps 5.21 Mpps
DMA DMA DMA
Line Card Local Buffer Memory
MAC
Line Card Local Buffer Memory
MAC
Line Card Local Buffer Memory
MAC
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Caching Addresses
LAN: Average flow < 40 packets WAN: Huge Number of flows
OC192 10 Gbps
Gigabit Ethernet (84B packets): 1.49 Mpps
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方法1: Ternary CAMs
Associative Memory Value 10.0.0.0 10.1.0.0 10.1.1.0 10.1.3.0 10.1.3.1 Mask 255.0.0.0 255.255.0.0 255.255.255.0 255.255.255.0 255.255.255.255 R1 R2 R3 R4 R4
报文的分类和调度
H P o n i f m e g r r c h e a S h n R t w c a o i i i d u n t n g g
e l T m c o C t e n r W o k s : p o h t e S ,4 .7 9 1
孙志刚
主要内容
一、路由器基本工作原理 二、报文查表和分类算法
Next Hop
Priority Encoder
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方法1: Ternary CAMs（续）
优点
一次匹配 修改简单
缺点
表项受CAM容量限制 功耗大
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方法2：Tries
0 1 Example Prefixes a) 00001 b) 00010 c) 00011 d) 001 e) 0101 f) 011 g) 100 h) 1010 i) 1100 j) 11110000
• 查找时间 • 存储空间 • 表修改时间 • 处理时间
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路由表的大小
About 10k new prefixes per year
Exponential growth before CIDR
Source: /ops/bgptable.html 国防科大计算机学院网络所
用户流量应满足A(t) <= min(M+pt,b+rt) policing 丢弃 降为best effort
国防科大计算机学院网络所 23
路由器支持QoS的基本机制（4）
缓冲区管理策略
RED(Random Early Discard )算法 RIO(RED with In and Out)算法
国防科大计算机学院网络所
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第二代IP路由器
CPU
Buffer Memory
DMA
DMA
DMA
Line Card Local Buffer Memory
MAC
Line Card Local Buffer Memory
MAC
Line Card Local Buffer Memory
MAC
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第三代IP路由器
下一跳
到达报文
基于IPv4单播目的地址的路由查表
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最长前缀匹配
Prefix 128.9.16.14
65/24 128.9/16 128.9.16/20 128.9.19/24 128.9.25/24 128.9.176/20 142.12/19
Port
3 5 2 7 10 1 3
园区路由器
端口数目多，基本为局域网接口 上行链路为千兆口或POS口 软件复杂，支持协议多，安全性要求高
核路由器工作原理
用目的IP地址查转发表. TTL减1，修改IP头校验和 将报文交换到目的输出接口 向链路发出报文
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基本组成
拥塞控制 允许控制 资源预约
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10.1.1, 10.1.2, 10.2.3
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方法4：Hash技术（续）
优点
低速、较小容量时，软件解决方案
缺点
表项修改复杂 可扩展能力差 多次hash操作
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方法5：硬件路由表Cache
Slow Path
CPU
Buffer Memory
Fast Path
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路由器支持QoS的基本机制（2）
报文分类
基于DS域的分类
简单，用于区分服务
基于多个域的分类 复杂，如利用5元组分类
分类必须线速进行
避免报文在分类前缓冲（HOL阻塞）
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路由器支持QoS的基本机制（3）
令牌桶
参数为（r, b, p, M, m)
r b p M m 平均速率 桶深 最大速率 最大包长 最小包长
存储器管理
交换
调度
分类表 分类决策
转发表 转发决策
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二、报文查表和分类算法
路由表查找过程
H E A D E R
目的地址
转发引擎 Next Hop Computation Forwarding Table Destination Next Hop -------------------
Switched Backplane
Line Card Local Buffer Memory
MAC
CPU Card
Line Card Local Buffer Memory
MAC
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11
核心路由器基本结构
协议软件 线卡 线卡 交换 开关 线卡 线卡