QOS

QOS 是服务质量的统称，好的服务质量对应低的延时、丢包率、抖动和高的带宽。QOS分为Best Effort、IntServ、DiffServ三种模型。每一种模型就是一种设计方案。

在DiffServ设计方案中，首先将报文进行分类。

1，对于二层报文的分类：是通过二层报文的tag字段里的优先级字段（priority字段）进行分类，该字段有3个bit，总共8个等级，数值范围从0-7，数值越大优先级越高。对于untag报文，会被标记为端口默认的优先级。被标记了优先级的tag报文称为802.1P报文，对二层报文打标记的机制称为COS.

2，对于三层报文的分类：是通过IP报文的TOS字段进行分类。TOS字段总共8个bit，前三位表示ip-precedence。前6位表示DSCP。在DSCP中，前3位表示优先级，后面2位表示丢弃优先级，最后一位始终为0. COS和TOS是报文标记的一种机制，一个是对二层报文，一个是对三层报文的。

3, 对于端口可以手动指定端口的trust-mode，COS模式或者DSCP模式。

这样报文就被分为不同的类，然后再对不同的类进行打标记，也就是将同一类的报文设置相同的内部DSCP值或者内部COS值；再根据内部COS-queue、或者DSCP-queue的映射表，将报文送入不同的队列，（或者通过COS-PHB, PHB-queue，DSCP-PHB,PHB-queue映射表）再通过队列的调度技术，比如PQ/WRR/WDRR技术让队列出队列。在报文被发送之前我们引入流量监管，也就是通过令牌桶算法，将报文分为红、黄、绿三种颜色，绿包转发，红包丢弃，黄包重新打标记再转发/或者丢弃，最终实现对流量的限速。这里的令牌桶算法分为SRTCM/TRTCM。对于SRTCM算法，有C桶设E桶两个桶，算法以CIR的速率向C桶里面注入令牌，C桶里的令牌数表示为Tc，C桶的深度表示为CBS;E桶里的令牌数表示为Te，E桶的深度表示为EBS.当进来的报文B长度小于Tc的时候，报文被标记为绿色，Tc减少B；当报文长度大于Tc、并且小于Te的时候，报文被标记为黄色，TE减少B，Tc不变；当报文长度大于Te的时候，报文被标记为红色，Tc、Te不减少。对于绿色报文（即conform）采取的动作是转发；对于黄包（即exceed报文）采取的动作是从新打标记或者丢弃；对于红包（即vilolate报文）采取的动作是丢弃。这里是色盲模式下对报文的标记方式，在非色盲模式下，除了考虑报文长度外，还要考虑报文的颜色，对于进来的报文时绿色，那么在根据报文长度最终把报文标记为红黄绿；对于进来的报文如果时黄色，那么报文最终的颜色只能是黄色或者红色，如果报文长度B小于Te那么就是黄色，如果B大于Te那么最终结果是红色；对于红色报文，那么不管报文长度是多少，最终结果都是红色。

至此，高优先级的报文得到了优先转发，低优先级的报文延迟发送或者丢弃，最终实现了服务质量的要求。

QOS技术之令牌桶算法有两种工作模式

色盲模式（Color-Blind mode），假定所有incoming packet是无色的。
非色盲模式（Color-Aware mode），假定所有incoming packet已经被先前的网络元素上了色。如果Meter工作在非色盲模式，它会认为每一个packet都有一种颜色，要么绿要么黄要么红。

对于srTCM（的英文全称是Single Rate Three Color Marker，单速率三颜色标记）

CIR: Committed information Rate，承诺信息速率

CBS:Committed Burst Size,承诺突发尺寸

EBS：Excess Burst Size,超额突发尺寸

为方便，将两个令牌桶称为C桶和E桶，用Tc和Te表示桶中的令牌数量，Tc和Te初始化等于CBS和EBS。CBS比EBS要小。

Tc和Te在每秒钟内更新CIR次，更新时遵循以下规则：

如果Tc < CBS，则Tc增加1，否则

如果Te < EBS，则Te增加1，否则

Tc和Te都不增加

色盲模式下，在对到达报文（假设报文大小为B）进行评估时，遵循以下规则：

如果Tc-B >= 0，则报文被标记为绿色，且Tc降低B，否则

如果Tp-B >= 0，则报文被标记为黄色，且Te降低B，否则

报文被标记为红色且Tc和Tp都不降低。

非色盲模式下，在对到达报文（假设报文大小为B）进行评估时，遵循以下规则：

如果报文已被标记为绿色且Tc-B >= 0，则报文被标记为绿色，且Tc降低B，否则

如果报文已被标记为绿色或黄色且Te-B >= 0，则报文被标记为黄色，且Te降低B，否则报文被标记为红色且Tc和Te都不降低。

对于非色盲模式：

1，如果报文已经被标记为绿色，并且B<=Tc,则最终结果是，报文被标为绿色；如果B在Tc和Te之间，那最终结果是黄色；如果B>Te那最终结果是红色。

2，如果报文已经被标记为黄色，那么最终结果只能是黄色或者红色，如果B<=Te，则最终结果是黄色，如果B>Te,则最终结果是红色；

3，如果报文已经被标记为红色，那么最终结果只能是红色。此时报文最终颜色与c桶e桶令牌数无关。

4，如果报文没有被标记颜色，那么说明报文不符合匹配规则，此时不限速。（那么会被当成是绿色报文，然后按照已经被标记为绿包的规则进行处理？）

(这里已经被标记的报文颜色（非最终颜色）是通过drop precedence来标记的，drop precedence有三个值0，1，3，分别对应绿，红，黄。交换机里面有一张DSCP/cos与drop precedence的对应表。根据DSCP的值来确定对应的drop precedence的值，再根据drop precedence的值来确定报文的颜色。这里的颜色是非最终颜色，最终颜色还得根据令牌桶算法来确定。我们公司的产品，有待考证)

当往第一个桶里加了多余的令牌，会放入到第二个桶中。这里conform、exceed、violate分别对应绿、黄、红包。

对于trTcm （全称 Two Rate Three Color Marker ，双速率三颜色标记。基本思路和srTCM相同，有一些细节上的差异。）

配置单速率三色标记器时要指定4个参数：承诺信息速率CIR 、峰值信息速率PIR、承诺突发尺寸CBS 和超额突发尺寸PBS。trTCM算法中两个令牌桶的填充令牌的速率不同，分别为承诺的平均速率CIR（Committed Information Rate）和峰值速率PIR（Peak Information Rate）。为方便将这两个令牌桶称为C桶和P桶，这两个桶的尺寸分别为承诺突发尺寸CBS（Committed Burst Size）和峰值突发尺寸PBS（Peak Burst Size）。用Tc和Tp表示桶中的令牌数量，Tc和Tp初始化等于CBS和PBS。Tc和Tp在每秒钟内分别更新CIR和PIR次，每次更新增加一个令牌（除非桶满）。

在色盲模式下，在对到达报文（假设报文大小为B）进行评估时，遵循以下规则：（这里默认CBS<PBS）

如果Tp-B < 0，则报文被标记为红色，否则

如果Tc-B < 0，则报文被标记为黄色，且Tp降低B，否则

报文被标记为绿色且Tc和Tp都降低B。

在非色盲模式下，在对到达报文（假设报文大小为B）进行评估时，遵循以下规则：

如果报文已被标记为红色或者Tp-B < 0，则报文被标记为红色，否则

如果报文已被标记为黄色或者Tc-B < 0，则报文被标记为黄色，且Tp降低B，否则

报文被标记为绿色且Tc和Tp都降低B。

对于非色盲模式：

如果报文已经被标记为绿色，并且B>=Tp,则最终结果是红色，如果Tc<=B<=Tp报文最终结果被标为黄色；如果B<Tc,则报文最终结果呗标为绿色。

如果报文已经被标记为黄色，那么最终结果只能是黄色或者红色，如果B<=Tp，则最终结果是黄色，如果B>Tp,则最终结果是红色；

如果报文已经被标记为红色，那么最终结果只能是红色。

如果报文没有被标记颜色，那么会被当成是绿色报文，然后按照已经被标记为绿包的规则进行处理

(这里已经被标记的报文颜色（非最终颜色）是通过drop precedence来标记的，drop precedence有三个值0，1，3，分别对应绿，红，黄，交换机里面有一张DSCP/cos与drop precedence的对应表。根据DSCP的值来确定对应的drop precedence的值，再根据drop precedence的值来确定报文的颜色。这里的颜色是非最终颜色，最终颜色还得根据令牌桶算法来确定。本工作产品，有待考证）

QOS术语之PHB

PHB: 是单个设备对不同的数据流采取的不同转发行为，可以是确保转发、加速转发、尽力而为。PHB体现的是报文等级的高低，而不是服务质量的好坏，QOS是端到端的服务质量，PHB是单个设备的转发行为。就像酒店分为3、4、5星级，PHB只规定了入住3星级酒店，但是没有规定是入住如家还是莫泰168.所以PHB只是个笼统的概念，不是具体实现。PHB分为4类：CS、EF、AF、BE,每一类都对应一个或者一组DSCP值。

BE:尽力而为。目标可达，不保证服务质量。

AF:确保转发：视频类的数据流，要求带宽的保证。

EF:加速转发：语音类的数据流，要求低的时延，低的抖动、低的丢包率

CS:类选择器。因为现网有些设备不支持差分服务，只解析DSCP前3位，为了后向兼容，标准预留了所有格式为XXX000的DSCP值，这类值就对应为CS PHB。其实CS的分类，最终还是对应到EF、AF、BE相对应。所以可以认为PHB只有三种行为：加速转发、确保转发、尽力而为

QOS技术之流量监管(CAR)

CAR （Committed Access Rate）：约定访问速率分类器

采用令牌桶算法对报文进行评估，对符合规定的报文采取“直接转发”；对不符合规定的报文采取“直接丢弃”；对部分符合的报文采取“重新打表记，然后再转发”

QOS技术之流量整形（GTS）

GTS （Generic Traffic Shaping）：解决链路两边的接口速率不匹配

1, 利用令牌桶算法对每一类的报文进行度量，满足约定直接发送；不满足约定，入队缓存

2, 可采用多种队列技术来缓存报文，如PQ、WFQ、CBWFQ等

QOS技术之拥塞管理，即队列调度

1，优先级队列调度（PQ Priority Queuing）
默认8个队列，0-7，优先级依次升高，只有当高优先级的队列中的报文，发送完毕，低优先级的队列报文才能发送。
缺点：低优先级的队列里的报文无法发送。

2，加权循环调度（WRR Weight Round Robin）
设备根据每个队列的权值进行调度，每调度一轮权值减1，当权值为0时，停止调度，当所有队列的权值为0时，开始下一轮调度。

缺点：WRR调度是以报文为单位，长的报文获得的带宽要要大于短报文的实际带宽。

3, 加权赤字循环调度（WDRR Weighted Deficit Round Robin）
以报文的长度为权重来进行调度，初始情况下赤字为0，发送报文，当发送完报文后，根据报文长度重新计算赤字，如果为负值则停止调度，只有当赤字大于0的时候，才能调度成功并发送报文。

假设根据权重Q7,Q6能获取的带宽分别为400byte/s , 300byte/s
第1轮调度

Deficit[7][1] = 0+400 = 400，Deficit[6][1] = 0+300 = 300，从Q7队列取出一个900byte的报文发送，从Q6队列取出一个400byte的报文发送；发送后，Deficit[7][1] = 400–900 =–500，Deficit[6][1] = 300–400 =–100。

第2轮调度

Deficit[7][2] = -500+400 = -100，Deficit[6][2] = -100+300 = 200，Q7队列Deficit值小于0，此轮不参与调度，从Q6队列取出一个300byte的报文发送；发送后，Deficit[6][2] = 200–300 =–100。

第3轮调度

Deficit[7][3] = -100+400 = 300，Deficit[6][3] = -100+300 = 200，从Q7队列取出一个600byte的报文发送，从Q6队列取出一个500byte的报文发送；发送后，Deficit[7][3] = 300–600 =–300，Deficit[6][3] = 200–500 =–300。

这样可以使队列获取一个合理的带宽。

QOS术语之队列

队列分为硬件队列和软队列，只有当硬件队列满的时候才会启用软队列。硬件队列只有FIFI，QOS调度其实是将软队列中的报文放入硬件队列。拥塞产生时，说明硬件队列已满，此时会调用软件队列，

如果队列长度过长，丢包减少，时延增大；如果队列太短，时延减少，但是丢包增多。

流量监管：用令牌桶算法对报文进行限速，让符合规则的报文进行转发，让不符合规则的报文进行丢弃

流量整形：用令牌桶算法对不符合规则的报文缓存后再发送

拥塞管理：就是队列调度

拥塞避免：通过主动丢包避免拥塞的发生

QOS技术之拥塞避免：

1，尾丢弃（Tail-Drop）：当队列已满的时候，后来的报文全部丢弃。这种拥塞避免的方式缺点：造成TCP流量忽大忽小。

2， RED（Random Early Detection）：需要设置缓存阈值，阈值有最大值和最小值，当队列长度小于缓存最小值时，不丢包；当队列长度处于缓存最大值最小值之间时，随机丢弃，按照丢包率进行丢包；
当队列长度大于缓存最大值时，全部丢弃。这里的队列长度是指报文所需要的队列长度，其实也就是报文长度。

3， WRED（Weighted Random Early Detection）：就是在RED算法前加上一个权值，让优先级高的报文不容易丢弃。

文章出处：

https://www.cnblogs.com/ZCplayground/p/9451935.html

http://www.h3c.com/cn/d_201104/922145_30005_0.htm

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