前言
QoS(Quality of Service)，服务质量指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，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。QoS的保证对于容量有限的网络来说是十分重要的，特别是对于流多媒体应用，例如VoIP和IPTV等，因为这些应用常常需要固定的传输率，对延时也比较敏感。
衡量网络质量的四个指标
带宽 bandwidth
是连路上单位时间所能通过的最大数据流量 其单位为bps（bit per second） 在一条端到端的链路中，最大可用带宽等于路径上带宽最低的链路的带宽
延迟 delay
是标识数据包穿越网络所用时间的指标
- 交换延迟 设备收到一个数据要进行处理 （查询路由表或者路由策略）
- 排队延迟 平时不排队 当数据阻塞处理不过来需要排队
- 设备发送电信号和光信号为串行化延迟
- 数据在传输为传输延迟
- 端到端延迟等于所有图中链路和设备造成的延时的总和
抖动 Jitter
抖动是指数据标穿越网络时延迟的变化，是衡量网络延迟稳定性的指标
抖动是由于延迟的随机性造成的，主要原因是数据包排队延迟的不确定性
丢包 packet loss
丢包是指数包在传输过程中的丢失，是衡量网络可靠性的重要指标
丢包的主要原因
- 网络拥塞时，当队列满了后，后续的报文将由于无法入队而被丢弃
- 流量超过限制时 设备对其进行丢包 （acl等）
丢包 以丢包率作为衡量指标
丢包率=被丢弃的报文数量/全部报文数量
Qos模型
Best-Effort 尽力而为服务 （默认）
网络尽最大的可能性来发送报文，但对时间、可靠性等性能不供任何保证，是internet的缺省服务模型。它适用于绝大多数网络应用，如FTP E-mail，他通过FIFO（first in first out）队列来实现 所有数据进入同一队列，按先进先出的原则调度，队列满后，后续报文被丢弃
Integrated Service 集成服务
使用RSVP（资源预留协议）要求用户要事先申请声明想要什么样的服务。在资源满足的情况下，预留资源以满足该需求
Differentiated Service差分服务
先对流量进行分类，然后把类别标记在报文头中，网络各节点只需要简单地识别报文中的这些标记，进行相应的处理，即将网络中的流量分为多个类，不同的类采用不同的处理方式
Qos技术分类
分类与标记 [进行流量区分 打标签]
根据一定的匹配规则识别出对象，是对网络业务进行区分服务的前提和基础，通常作用在接口入方向
拥塞管理 [设置流量转发优先级]
当拥塞发生时，制定一个资源的调度策略，以决定报文转发的处理次序，通常作用在接口出方向
拥塞避免
监管网络资源的使用情况，当发现拥塞有加剧的趋势，采取主动丢弃报文策略，通过调整队列长度来解除网络的过载，通常作用在接口出方向
流量监管 [进行流量限速 例如接口流量限速20M 超出丢包]
对进入或流出设备的特定流量进行监管，当流量超出设定值时，可以采取限制或惩罚措施，以保护网络资源不受损害，可以作用在接口入方向和出方向
流量整形 [进行流量限速 例如接口流量限速18M 超出延迟高]
主动调整流的输出速率的流量控制措施，用来使流量适配下游设备可供给的网络资源，避免不必要的报文丢弃，通常作用在接口出方向
- 首先通过流分类对各种业务进行识别和区分，它是后续各种动作的基础
- 通过各种动作对特定的业务进行处理。这些动作需要和流分类关联起来才有意义。具体采取何种动作，与所处的阶段以及网络当前的负载状况有关。例如，当报文进入网络时进行流量监管；流出节点之前进行流量整形；拥塞时对队列进行拥塞管理；拥塞加剧时采取拥塞避免措施等.
技术
分类与标记
根据acl或者报文自身信息等对流量进行分类
基于DSCP/IP Precedence/ 802.1p/mpls exp等信息对报文进行标记
PHB
Per Hop Behavior ,每跳行为，即设备对报文的处理，根据那些可见的服务特征，如时延、抖动或丢包率，分为以下几类:
第三层标记[ip优先级,DSCP]
DSCP前三位为CE1-7 ip优先级 前六位为DSCP 后两位为预留位
第二层标记[802.1p]
数字越大 优先级越高
qos流量统计[华三模拟器不支持qos]
# 创建流分类
[Switch]traffic classifier classifier_1 <Name of classifier>
[Switch-classifier-classifier_1]if-match dscp default // 创建匹配原则
# 创建流行为
[Switch]traffic behavior behavior_1 <Name of behavior>
[Switch-behavior-behavior_1]accounting packet // 流量统计
# 创建流策略
[Switch]qos policy policy <Policy name>
[Switch-qospolicy-policy]classifier classifier_1 behavior behavior_1 // 流分类关联流行为
# 应用流策略
[Switch-GigabitEthernet1/0/1]qos apply policy policy inbound
# 查看配置后流量统计的情况
[Switch] display qos policy interface gigabitethernet 1/0/1
Interface: GigabitEthernet1/0/1
Direction: Inbound
Policy: policy
Classifier: classifier_1
Operator: AND
Rule(s) :
If-match dscp default
Behavior: behavior_1
Accounting enable:
28529 (Packets)
流量监管car与流量整形gts/lr
- 对于ISP来说,对用户送入网络的流量控制是十分必要的
- 对于企业网,对某些应用的流量进行控制也是一个有力的控制网络状况的工具
- 监督进入网络的某一个流量的规格,把他限制在一个合理的范围之内,或者对超出的部分流量惩罚,以保护网络资源和运营商的利益
| 流量监管 | 丢包,没有延迟 |
|---|---|
| 流量整形 | 缓存,增加延迟 |
- 单桶单速
cir (committed infotmation rate) 承诺信息速率 [令牌进令牌桶的速度] cbs (committed burst size) 承诺突发尺寸 [存放令牌的令牌桶的容量]
单桶单速 c桶
一个令牌桶，容量是CBS一个填充令牌的速率CIR。当有B字节的报文传过来的时候，根据桶的当前容量来对这个报文进行处理 超出丢弃 未超出转发
- 双桶单速
双桶单速 e桶 e桶>c桶 取令牌 优先c桶 c桶不够再e桶 ebs (extended burst size) 超额突发尺寸
设备执行car的时候 流量是逐包转发的
- 经验公式
- CIR<=100Mbps时，CBS(Bytes)=CIR(kbps)x1.5(s)/8
- CIR>100Mbps时，CBS(Bytes)=100,000(kbps)x1.5(s)/8
两个令牌桶，一个的容量是CBS一个的容量是EBS ，一个填充令牌的速率CIR，两个令牌桶使用同一个填充速率。当有B字节的报文传过来的时候，根据两个桶的当前容量来对这个报文进行处理。
- 双桶双速
双速双桶 c桶 p桶 PIR (peak information rate) 峰值信息速率 [最高速率是多少] 先p桶后c桶 pbs (peak burst size) 峰值突发尺寸
两个令牌桶，一个的容量是CBS，一个的容量是PBS。这两个令牌桶分别使用两个填充令牌的速率，一个填充速率是CIR，一个填充速率是PIR。当有B字节的报文传过来得时候，根据两个桶的当前容量来对这个报文进行处理。
| --- | 双速双桶 | 单速双桶 |
|---|---|---|
| --- | 先p桶后c桶 | 先c桶后e桶 |
| 绿灯 | 两桶都拿 | 只拿c桶 |
| 黄灯 | 只拿p桶 | 只拿e桶 |
| 红灯 | 都没拿 | 都没拿 |
- 应用场景
- 只限速,用单桶单速
- 限速+区分突发量,用单速双桶
- 限速+区分突发量+区分带宽是否超出峰值,用双速双桶
配置命令
# 创建流行为
[Switch]traffic behavior behavior_1 <Name of behavior>
[Switch-behavior-behavior_1]car cir 8 cbs 512 ebs 65536 // 限速8kbps 最高通行65536kbps大小的数据
拥塞与管理
- 需要发送的数据流量大于设备发送接口的发送能力时，会产生拥塞。
- 拥塞管理是指在网络发生拥塞时，进行管理和控制合理分配资源。通常采用队列技术实现。
- 报文按一定的策略缓存到队列中，然后再按一定的调度策略把报文从队列中取出，在接口上发送出去。
队列
默认队列 FIFO先入先出
PQ(Priority Queuing) 优先队列
缺陷 如果高级别流量一直存在 那么低级别流量将一直排队
CQ(Custom Queuing) 定制队列
优先转发优先队列 优先队列转发完毕 其他队列按照比例进行转发 最多16个队列
WFQ(Weightted Fair Queuing) 加权公平队列
可以设置N个队列
CBWFQ(Class Based Weighted Fair Queuing) 基于类的加权公平队列
RTP(Real-time Transport Protocol) 优先队列
RTP优先队列是一种解决实时业务（包括语音与视频业务）服务质量的简单的队列 技术。其原理就是将承载语音或视频的RTP报文送入高优先级队列，使其得到优先 发送，保证时延和抖动降低为最低限度，从而保证了语音或视频这种对时延敏感业 务的服务质量。
队列对比
拥塞避免
通过监视网络资源（如队列或内存缓冲区）的使用情况，在 拥塞有加剧的趋势时，主动丢弃报文，通过调整网络的流量来解除网络过载 主要技术Tail-Drop(尾丢弃),RED,WRED
Tail-Drop传统丢包策略
传统的丢包策略采用尾部丢弃（Tail-Drop）的方法。当队列的长度达到某一最大值 后，所有新到来的报文都将被丢弃。 这种丢弃策略会引发TCP全局同步现象——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降低并调整流量，而后 又会在某个时间同时出现流量高峰，如此反复，使网络流量不停震荡。
