[信息与通信]IP QoS理论.ppt

,QoS 的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调试,课程内容,QoS的基本概念,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IP QoS目标：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,3,丢包,？,Internet,4,Internet,A,A,发送的第一个bit,接收的最后一个bit,处理延时,处理延时,网络传输延时,端到端的延时,时间t,延时,IP QoS 三种模型,Best-Effort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)IntServ模型：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 DiffServ模型：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,服务模型Best-Effort Service,Best-Effort是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型。应用程序可以在任意时刻，发出任意数量的报文，而且不需要事先获得批准，也无需通知网络。网络尽最大努力来发送报文。Best-Effort不提供任何QoS保证。,服务模型IntServ,Intergrated Service(IntServ)是一个综合服务模型，可以满足多种QoS需求。这种服务模型需要通过协议（RSVP）向网络申请资源，协商带宽，时延等参数。一旦网络确认为应用程序的报文分配资源，只有应用程序的报文控制在流量参数描述的范围内，网络承诺满足应用程序的QoS需求。,我要预留2Mbps带宽,OK！,我要预留2Mbps带宽,我要预留2Mbps带宽,我要预留2Mbps带宽,OK！,OK！,OK！,要求端到端所有设备支持这一协议 网络单元为每个应用保存状态信息，可扩展性差 周期性同相邻单元交换状态信息，协议报文开销大 不适合在大型网络中应用,RSVP的问题,服务模型DiffServ,Differentiated Service(DiffServ)是一个多服务模型，可以满足不同的QoS需求。与InteServ不同，无需要信令的支持，网络也无需要为每个流维护状态。网络通过诸如IP优先级，源IP，目的IP等信息对报文进行分类，区别服务。,在网络边缘进行流分类,下游设备根据上游的分类结果为不同优先级的流提供不同的QoS服务,每一台单一的设备对数据包做出的区分服务QOS行为称为per-hop behavior.（PHB每跳行为）如果数据包从源到目的路径中所有设备都为某类数据执行相同的区分服务行为，那么就被称为end-to-end QoS(端到端QOS),DiffServ模型体系结构,现在的网络中，实施QOS时通常采用区分服务模型,QoS 的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调试,课程内容,ACL,IP优先级,报文分类及标记是QoS 执行服务的基础报文分类使用技术：ACL和IP优先级 根据分类结果交给其它模块处理或打标记（着色）供核心网络分类使用,报文的分类和标记,针对2层的数据包标记,802.1Q 使用的3个BIT来进行标记不同类型的数据流赋予不同类型的值CoS 6 和 7 保留未使用,标准的ip precedence标记方法TOS位中最高位的三个BIT作为标记字段其他的字段未使用扩展的DSCP标记方法使用TOS中的最高六个BIT作为标记字段DSCP 标记方法兼容IP Precedence,针对3层的数据包标记,QoS 的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调试,课程内容,流量监管,drop,令牌桶,流分类,CAR(Committed Access Rate):约定访问速率 令牌桶算法对流量进行控制整形（shaping）使业务流输出的速率符合业务模型的规定丢弃（droping）根据特定规则丢弃分组打标记（marking）设置报文的DS域（或IP优先级）,CAR配置命令,r1(config)#int f0/0r1(config-if)#rate-limit output CIR BC BE conform-action transmit exceed-action drop,可基于不同的种类进行限制针对所有的流量基于acl针对特定的流量基于DSCP和IP PRE基于MAC地址,令牌桶算法,Police cir bc be actionCir承诺信息速率Bc一次性加进的令牌数量Be 最大数量,令牌桶算法,例：将CIR设置为8000 bit，Be设置为2000，每一秒都会往第一个桶里加8000个令牌，每一秒结束后，所有第一个桶未使用完的令牌都将放入第二个桶，并且用户每一秒能使用的带宽总是两个桶之和。如：第一个桶令牌数 用户用掉的带宽数 第二个桶令牌数 用户可用带宽总数第1秒 8000 6000 0 8000第2秒 8000 7000 2000 10000 第3秒 8000 5000 1000 9000第4秒 8000 9000 2000 10000第5秒 8000 8000 0 8000第6秒 8000 6000 0 8000第7秒 8000 10000 2000 10000,实验,说明:配置R1，将所有从接口F0/0出去的流量全部管制到CIR 8000，超过的流量则丢弃,队列,流分类,256Kbps,128Kbps,FR,128Kbps,GTS(Generic Traffic Shaping):解决链路两边的接口速率不匹配对报文的流量进行限制,对超出流量约定的报文进行缓冲流量整形可能会增加延迟,令牌,流量整形,流量整形配置,1匹配R1到目标网络X.X.X.X/24的流量（1）通过ACL匹配到网络10.1.1.0/24的流量r1(config)#access-list 100 permit ip any X.X.X.0 0.0.0.255（2）class-map调用ACL中的流量r1(config)#class-map net10r1(config-cmap)#match access-group 1002整形到目标网络10.1.1.0/24的流量(1)在policy-map中调用class-map的流量并整形带宽r1(config)#policy-map testr1(config-pmap)#class net10r1(config-pmap-c)#shape average 8000 1000 0说明:整形的CIR为8000bit,虽然建议Bc为CIR的1/100，但Bc请不要小于1000，否则整形不会生效，而Be可以为0。3应用策略到接口（1）将policy-map应用到R1的S0/0出方向r1(config)#int s0/0r1(config-if)#service-policy output SSS,将R1到目标网络10.1.1.0/24的流量整形到CIR为8000 bit，而超额的流量不需要做其它处理，这些超额的流量默认被缓存；R1到目标网络20.1.1.0/24的流量正常通过。,23,课程内容,QoS 的基本概念报文的分类和标记流量监管及整形拥塞管理和避免QoS调试,24,拥塞管理,输出队列,流分类,网络拥塞时，保证不同优先级的报文得到不同的QoS待遇，包括时延、带宽等。将不同优先级的报文入不同的队列，不同队列将得到不同的调度优先级、概率或带宽保证算法：FIFO（First In First Out）PQ（Priority Queue）CQ（Custom Queue）WFQ（Weighted Fair Queuing）CBQ(Class Based Queue),25,先进先出队列,FIFO(First In First Out):算法简单，转发的速度快所有报文统一对待，先进先出，没有任何区别Internet 的默认服务模式Best-Effort采用的队列策略,转发数据包,test#show interface g0/1|in Queue Queueing strategy:fifo,接口速率大于2.048的，采用FIFO作为其默认队列,26,优先级队列,PQ(Priority queuing):优先队列，可以保障高优先级队列的服务质量PQ分为四个队列：High，Medium，Normal，Low较高的优先级的队列优先调度,drop,流分类,存在饿死现象,27,PQ配置命令,（1）将源IP为10.1.1.0/24的数据放入队列high中r1(config)#access-list 10 permit 10.1.1.0 0.0.0.255r1(config)#priority-list 1 protocol ip high list 10（2）将源IP为20.1.1.0/24的数据放入队列medium中r1(config)#access-list 20 permit 20.1.1.0 0.0.0.255r1(config)#priority-list 1 protocol ip medium list 20（3）将端口号为TCP 23的数据放入队列normal中r1(config)#priority-list 1 protocol ip normal tcp 23（4）默认其它数据都放入队列low中r1(config)#priority-list 1 default low（5）将PQ应用到接口F0/0r1(config)#int f0/0r1(config-if)#priority-group 1,28,自定义队列,CQ(Custom queuing):定制队列，用户可配置队列占用的带宽比例关系CQ共分为17个队列:0号队列为系统队列，优先调度;1-16为用户队列，轮询调度各队列在统计规律上满足用户配置的带宽比例,drop,流分类,29,CQ配置命令,（1）将源IP为10.1.1.0/24的数据放入1号队列中r1(config)#access-list 10 permit 10.1.1.0 0.0.0.255r1(config)#queue-list 1 protocol ip 1 list 10（2）将源IP为20.1.1.0/24的数据放入2号队列中r1(config)#queue-list 1 protocol ip 2 list 20（3）将端口号为TCP 23的数据放入3号队列中r1(config)#queue-list 1 protocol ip 3 tcp 23（4）默认其它数据都放入4号队列中r1(config)#queue-list 1 default 4（5）将CQ应用到接口F0/0r1(config)#int f0/0r1(config-if)#custom-queue-list 1,WFQ(Weighted fair queuing):加权公平队列，保证相同优先级业务间公平，不同优先级业务间加权最大队列数目可配置(16-4096)采用HASH算法尽量将不同的数据流分入不同的队列，自动完成权值依赖于IP报文头中携带的IP优先级,30,加权公平队列,drop,流分类,WFQ配置,注：所有带宽小于或等于E1(2.048 Mbps)的接口，默认都启用了WFQ，即使手工更改带宽后，仍无法改变默认队列机制。取消WFQ队列在接口下使用no fair-queue,32,基于类的队列CBWFQ(重点),CBQ（基于类的队列，Class Based Queue）是对WFQ 功能的扩展，为用户提供了定义类的支持。将PQ 特性引入CBQ，称其为LLQ（Low Latency Queuing，低延迟队列），为语音报文这样的对延迟敏感的数据流提供严格优先发送服务。,drop,流分类,LLQ,33,基于类的队列CBWFQ(重点),一个CBWFQ，最多可配置64类数据流。采用模块化的命令模式举个例子来解释WFQ和CBWFQ的区别，例如A、B、C、D、E共5个人分100斤大米，在使用WFQ时，是根据A、B、C、D、E这五个人的优先级，将100斤大米公平地分给五个人的，如果使用CBWFQ，就可以规定将80斤大米按优先级只分配给A、B、C三个人，而再将20斤大米按优先级分配给D、E两个人，可以看出，使用WFQ时，竞争大米时，是所有人分配所有的大米，而使用CBWFQ时，是不同人群，分配不同数量的大米。,34,基于类的队列CBWFQ(实验),说明：在R2上配置CBWFQ，限制源地址为10.1.1.0/24的流量，从带宽1000 Kbit中分配带宽，限制源地址为20.1.1.0/24的流量，从带宽2000 Kbit中分配带宽，而其它流量从所有剩余带宽中分配。,1配置ACL匹配相应流量（1）通过ACL匹配源地址为10.1.1.0/24的流量r2(config)#access-list 10 permit 10.1.1.0 0.0.0.255（2）通过ACL匹配源地址为20.1.1.0/24的流量r2(config)#access-list 20 permit 20.1.1.0 0.0.0.2552使用class-map对流量分类（1）通过class-map匹配源地址为10.1.1.0/24的流量r2(config)#class-map net10r2(config-cmap)#match access-group 10（2）通过class-map匹配源地址为20.1.1.0/24的流量r2(config)#class-map net20 r2(config-cmap)#match access-group 20,3使用policy-map为各流量划分带宽（1）为源地址为10.1.1.0/24的流量划分带宽r2(config)#policy-map CBWr2(config-pmap)#class net10r2(config-pmap-c)#bandwidth 1000说明:命令bandwidth就是CBWFQ为某些流量划分带宽。（2）为源地址为20.1.1.0/24的流量划分带宽r2(config)#policy-map CBWr2(config-pmap)#class net20r2(config-pmap-c)#bandwidth 2000（3）其它所有流量从所有剩余可用带宽中分配r2(config)#policy-map CBWr2(config-pmap)#class class-defaultr2(config-pmap-c)#bandwidth 900004在接口F0/0上应用CBWFQr2(config)#int f0/0r2(config-if)#service-policy input CBW,35,基于类的队列CBWFQ,流量整形 police流量管制 shape将拥塞避免在CBWFQ中应用 random-detect,CBWFQ还可能做到很多，是日常限速等配置的首选,36,拥塞避免,传统的尾丢包在网络发生拥塞时对报文全部丢弃，并不加以区分TCP慢启动导致全局同步化进行拥塞避免，在网络没有发生拥塞以前根据队列状态进行有选择性的丢包算法：RED、WRED,37,WRED,WRED(Weighted Random Early Detection):加权随机早期检测采用随机丢弃的策略，避免了尾部丢弃的方式而引起TCP全局同步根据当前队列的深度来预测拥塞的情况根据优先级定义不同的丢弃策略，定义上限阈值和下限阈值相同的优先级不同的队列，队列长度越长丢弃概率越高,drop,流分类,下限阈值,上限阈值,38,WRED配置命令,在接口下配置WRED（1）在接口F0/0下开启基于IP优先级的WREDRouter(config)#int f0/0Router(config-if)#random-detect说明:默认WRED基于IP优先级（2）在接口F0/1下开启基于DSCP的WREDRouter(config)#int f0/1Router(config-if)#random-detect dscp-based说明:指定WRED基于DSCP工作。配置CBWFQ下的WRED（1）配置WRED在CBWFQ对所有流量生效Router(config)#policy-map WWWRouter(config-pmap)#class class-default Router(config-pmap-c)#bandwidth 1000000Router(config-pmap-c)#random-detect,39,课程内容,QoS 的基本概念报文的分类和标记流量监管及整形拥塞管理和避免QoS调试,40,QoS信息的监控与维护,查看CBWFQ在接口上的应用情况show policy-map interface查看接口上的CAR应用show interfaces rate-limit查看接口上的队列和应用情况（qp cq wfq fifo）show interface Queueing strategy:priority-list 1Queueing strategy:custom-list 1Queueing strategy:weighted fairQueueing strategy:fifo,