层次化QOSHQOS.docx
《层次化QOSHQOS.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《层次化QOSHQOS.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
层次化QOSHQOS
HQoS
HQoS
HQoS即层次化QoS（HierarchicalQualityofService），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（StrictPriority），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。
根节点只是调度器，不是调度对象。
根节点通常被赋予PIR属性，用于限制输出总带宽。
图1层次化调度模型
调度器可以对多个队列进行调度，也可以对多个调度器进行调度。
其中，调度器可以看成父节点，被调度的队列/调度器看成子节点。
父节点是多个子节点的流量汇聚点。
每个节点可以指定分类规则和控制参数，对流量进行一次分类和控制。
不同层次的节点，其分类规则可以面向不同的分类需求（如用户、业务类型等），并且在不同的节点上可以对流量做不同的控制动作，从而实现了对流量进行多层次、多用户、多业务的管理。
HQoS的层次划分
HQoS层次化调度中，可以只有一层中间节点，实现三层调度结构；也可以有多层中间节点，实现多层调度结构。
甚至可以将两个或多个层次化调度模型叠加，通过制定映射规则，将一个调度模型输出的报文映射到另一个调度模型的叶子节点，如图2，从而实现更加灵活的调度需求。
图2灵活的调度层次划分
不同厂家、不同芯片，实现的调度层次不同。
华为路由器的调度结构
在华为路由器上，没有配置HQoS的情况下，只有类队列CQ（ClassQueue）和Port调度器，其调度结构如图3。
图3没有配置HQoS时的队列调度结构
CQ队列的属性包括：
∙队列优先级、队列权重
∙队列整形速率PIR
∙报文丢弃策略，尾丢弃（Tail-drop）或WRED
Port调度器可以是按优先级调度SP（StrictPriority），或按权重调度（WRR、DWRR、WFQ算法的其中一种）。
说明：
WRR、DWRR、WFQ都是按权重调度，为方便，本文将按权重的调度统称为WFQ。
在配置HQoS的情况下，路由器另外划分缓存，用于缓存需要层次化调度的业务流队列，并对这些流队列先进行一轮多层次调度，再将HQoS流与非HQoS流统一入CQ队列，进行统一调度，如图4。
图4HQoS流队列调度
∙叶子节点：
FQ（FlowQueue）队列
用于暂存一个用户各个优先级中的一个优先级的数据流。
每个用户的数据流都可以划分为1~8个优先级，即每个用户可以使用1~8个FQ。
不同用户之间不能共享FQ。
每个FQ可以配置shaping值来限制该队列的最大带宽。
FQ队列与CQ队列具有相同属性：
▪队列优先级、队列权重
▪队列整形速率PIR
▪报文丢弃策略，尾丢弃（Tail-drop）或WRED
∙中间节点：
SQ（SubscriberQueue）
一个SQ代表一个用户（例如，一个VLAN，或一个LSP，或一个PVC），每个SQ可定义其CIR和PIR。
每个SQ固定对应8种FQ业务优先级，这1～8个FQ共享该SQ的带宽。
如果哪个FQ空闲，则其他FQ可以占用空闲出来的带宽，但是受限于FQ自己的PIR，最大不能超过FQ自己的PIR。
SQ既是调度器，又是虚队列作为被调度对象。
▪作为调度器：
对多个FQ队列进行调度。
FQ队列可以配置为PQ、WFQ和LPQ。
优先级为EF、CS6和CS7的FQ队列默认采用SP调度算法；优先级为BE、AF1、AF2、AF3、AF4的流队列默认采用WFQ调度算法，调度权重为10:
10:
10:
15:
15。
▪作为被调度对象的虚队列：
被赋予了两个属性，CIR和PIR。
通过流量测速（Metering），将输入流量分流成“<=CIR”与“>CIR”两部分；“<=CIR”的部分是指用户付费的部分，“>CIR”的那部分流量称为EIR，EIR=PIR-CIR。
EIR是指突发量，允许用户流量突发至最大值PIR。
∙根节点：
GQ（GroupQueue）
为了简便处理，可以把多个用户定义为一个用户组GQ，类似于在配置BGP对等体时把多个具有共同特点的对等体配置为一个组。
例如，可以把相同总带宽需求的用户归为一个GQ，或把所有金牌级用户归为一个GQ。
一个GQ可以绑定多个SQ，但一个SQ最多只能绑定到一个GQ内。
GQ作为调度器，对多个SQ队列进行调度。
先采用DRR算法在SQ之间调度小于CIR的那部分流量，不同SQ之间采用DRR调度。
如果有剩余带宽，再采用DRR算法调度超过CIR但小于PIR的那部分流量（即EIR）。
CIR和EIR之间采用SP调度算法，优先保证CIR的带宽；超过PIR的流量会被丢弃。
因此，如果GQ能获得PIR带宽，则GQ下每个SQ的CIR带宽都可以得到保证，且SQ最大可以获得PIR带宽。
此外，GQ作为根节点，可以赋予最大带宽PIR属性，用于对多个用户的流量进行整体限速。
该GQ下的所有用户都受限于这个最大带宽。
GQ的PIR值只是用于整体限速，并不用来保证带宽，GQ的PIR值建议不小于GQ中所有SQ的CIR之和，否则单个用户（SQ）的流量无法得到保证。
说明：
对GQ的PIR的补充说明：
当设备支持SQ动态调整带宽特性时，
▪如果所有SQ的CIR之和超过GQ带宽，按CIR:
CIR的比例分配带宽。
如果所有SQ的PIR之和超过GQ带宽时，先满足各SQ的CIR带宽，再按EIR:
EIR的比例分配剩余带宽（EIR=PIR-CIR）。
▪如果所有SQ的CIR之和超过GQ带宽，按CIR:
CIR的比例分配带宽。
例如，SQ1的CIR=100Mbps，SQ2的CIR=50Mbps，而GQ带宽只有100Mbps，则最终SQ1和SQ2按照100M:
50M的比例输出。
▪如果所有SQ的PIR之和超过GQ带宽，先满足各SQ的CIR带宽，再按EIR:
EIR的比例分配剩余带宽。
例如，SQ1的CIR=100Mbps，PIR=150Mbps；SQ2的CIR=0Mbps，PIR=100Mbps；GQ带宽是200Mbps。
首先，SQ1获得100M的CIR，剩余100M带宽按SQ1、SQ2的EIR比例分配。
SQ1的EIR=50M；SQ2的EIR=100M，两者会近似按照1:
2的比例分剩余的100M。
最终，SQ1获得133Mbps，SQ2获得66Mbps。
为了帮助理解，下面举例说明FQ、SQ、GQ及其关系。
假设一栋楼有20个家庭，每个家庭购买的带宽是20M，则只需要为每个家庭创建一个SQ，设置CIR和PIR均为20M即可，满足了保证每个家庭20M带宽的要求，同时这里的PIR也是限定用户最大可使用的带宽为20M。
但随着VoIP、IPTV业务的开通，加上已有的个人上网HSI业务，运营商实时推出了新的带宽套餐，带宽仍然为20M，其中包含了VoIP，IPTV等增值业务。
这样，每个家庭可以使用VoIP电话，机顶盒看电视（IPTV），同时还使用电脑上网冲浪（HSI）。
此需求的HQoS配置方法是：
∙配置3个FQ，对应3种业务（VoIP、IPTV、HSI）；
∙配置20个SQ，分别对应20个家庭用户。
每个SQ配置CIR和PIR，CIR保证带宽，PIR限定最大带宽。
∙配置1个GQ对应一栋楼，将20个用户的带宽汇总，将20个用户视为“用户组”，整合20个用户的总带宽作为GQ的PIR，让这20个用户实现带宽共享。
20个用户相对独立，但是总带宽又受到GQ的限制。
分层模型为：
∙FQ用于对用户的各种业务进行细分，控制用户的业务类型和带宽在各个业务之间的分配；
∙SQ用于区分用户，对每个用户的带宽进行限速；
∙GQ用于区分用户组，对5个SQ的流量进行整体限速。
FQ的作用是保证各类业务的带宽分配关系；SQ的作用是将每一个用户单独标识出来；而GQ的作用是使得各个用户之间的CIR能够得到保证，同时又达到带宽共享的目的。
超过CIR部分的带宽是不保证的，这是合理的，因为超过CIR部分的带宽实际上是用户并未付费的部分，是属于额外的。
而重要的是，必须保证CIR，因为CIR的带宽是客户购买的。
按照图4的SQ调度可以看到，用户的CIR总是可以保证的，因为用户的CIR是被单独标识出来优先被调度的，因此不会被其它用户超过CIR部分的流量抢占。
华为路由器上，HQoS可实现上、下行方向的调度，且上、下行的调度结构不同。
HQoS上行队列调度
图5HQoS上行调度结构
HQoS的上行队列调度，HQoS流经过FQ->SQ->GQ的调度之后，与非HQoS流会合，统一进行如下两层调度：
∙目的板TB（TargetBlade）调度
TB调度也称为VOQ（VirtualOutputQueue）调度。
TB调度的作用可以借用比喻来理解：
如下图为一个十字路口，A路口来了3辆车（汽车、铲车和卡车），分别去往B、C、D。
如果此时B路口堵车，则汽车不能动，由于它排在前面，后面的铲车和卡车也不能动，尽管C、D路口是畅通的。
如果在A路口针对目的地B、C、D路口分别设立三条车道，则上面的问题就可以解决了。
同理，对于路由器的交换网板，上面的A、B、C、D路口相当于不同的单板。
如果每块单板都为去往的不同目的单板的报文分配队列，这种队列称为VOQ，可以预防因某块目的单板拥塞而影响去往其他目的单板的报文。
VOQ是设备自动划分的，用户无法更改VOQ队列属性和调度器属性。
说明：
组播报文上行还没有复制，还不确定去往哪个目的单板，所以组播报文单独一个VOQ队列。
对于单播，有多少个目的单板，就有多少个单播VOQ队列。
VOQ调度中，先在单播VOQ队列之间进行DRR调度，再在单播和组播两者之间进行DRR调度。
∙类队列CQ（ClassQueue）调度
对于上行调度，有4个CQ队列，分别叫做COS0（对应CS7、CS6和EF）、COS1（对应AF4和AF3）、COS2（对应AF2和AF1）和COS3（对应BE）。
COS0为PQ队列，优先调度COS0队列，再在COS1~COS3队列之间进行WFQ调度，WFQ权值为1:
2:
4。
用户无法更改上行CQ队列属性和调度器属性。
对于非HQoS的流量，则直接进入4个上行CQ队列，不经过FQ队列。
对于HQoS的流量，则经过FQ队列和CQ队列。
上行调度过程如下：
1.报文入队：
报文首先入FQ队列。
报文入FQ队列时，系统检查队列状态，确定是否进行尾丢弃或WRED丢弃，如果报文未被丢弃，则入FQ队尾。
2.请求调度：
报文入FQ队列后，向SQ调度器报告队列状态变化并请求调度。
SQ调度器再向其上一级GQ调度器报告队列状态变化并请求调度；请求调度的过程是FQ-->SQ-->GQ。
3.逐级调度：
GQ调度器收到请求后开始向下选择SQ，被选中的SQ则选择FQ，调度过程是GQ-->SQ-->FQ。
4.报文出队：
FQ被选中后，FQ队列最前面的报文出队，进入VOQ队尾。
VOQ向CQ调度器报告队列状态变化并请求调度。
CQ收到请求向下选择VOQ，被选中的VOQ队列最前面的报文出对，送入交换网板。
因此整体调度过程是（FQ-->SQ-->GQ）+（VOQ-->CQ）。
表1HQoS上行各级调度汇总
队列/调度器
队列属性
调度器属性
FQ队列
∙队列优先级、队列权重，可配置
∙队列整形速率PIR，可配置，缺省情况，不设置PIR
∙报文丢弃策略，缺省为尾丢弃，可配置为WRED
-
SQ
∙CIR，可配置
∙PIR，可配置
∙可配置
∙可采用PQ或WFQ对FQ进行调度。
缺省情况下，EF、CS6和CS7采用PQ，AF2、AF3和AF4采用WFQ，BE和AF1采用LPQ
GQ
∙PIR，可配置。
只是用于整体限速，并不用来保证带宽
∙不可配置
∙先在SQ之间调度CIR流量，不同SQ之间采用DRR调度。
如果有剩余带宽，再调度EIR流量，SQ之间也是采用DRR。
CIR和EIR之间采用SP调度算法，优先保证CIR的带宽；超过PIR的流量会被丢弃
VOQ
∙不可配置
∙不可配置
∙先在单播VOQ队列之间进行DRR调度，再在单播和组播两者之间进行DRR调度
CQ
∙不可配置
∙不可配置
∙COS0为PQ队列，优先调度COS0队列，再在COS1~COS3队列之间进行WFQ调度，WFQ权值为1:
2:
4
HQoS下行队列调度
在华为路由器上，有些单板的物理接口卡（PIC,PhysicalInterfaceCard）可能嵌了一个TM（TrafficManager）芯片，称为eTM（egressTrafficManager）子卡。
有些单板的物理接口卡没有eTM子卡。
如果PIC卡嵌了eTM，下行调度在eTM上进行；如果PIC卡未嵌eTM，则下行调度在下行TM上进行，这两种方式的调度过程有差异。
说明：
V600R002及之后版本才支持eTM子卡。
嵌有eTM子卡的单板包括LPUF-40/BSUF-40、LPUF-21/BSUF-21、BSUA，对应的eTM子卡详细信息如下：
产品
母板
eTM子卡
BOM编码
订购名称
NE40E、NE80E、CX600
LPUF-40
20端口1000Base-X-SFP灵活插卡E（P40-E）
03030LYU
CR5D0EEGFE70
2端口10GBaseLAN/WAN-XFP灵活插卡E（P40-E）
03030MGC
CR5D0L2XXE70
LPUF-21
1端口10GBaseLAN/WAN-XFP灵活插卡E（P20-E）
03030LVG
CR5M0L1XXE20
10端口1000Base-X-SFP灵活插卡E（P20-E）
03030LVF
CR5M0EAGFE20
ME60
BSUF-40
20端口1000Base-X-SFP灵活插卡E（BP40-E）
03030NFT
ME0D0EEGFE70
2端口10GBaseLAN/WAN-XFP灵活插卡E（BP40-E）
03030NFR
ME0D0L2XXE70
BSUF-21
1端口10GBaseLAN/WAN-XFP灵活插卡E（BP20-E）
03030HEE
ME0M0E1XXE20
10端口1000Base-X-SFP灵活插卡E（BP20-E）
03030LLF
ME0M0EAGFE20
6端口1000Base-X-SFP灵活插卡E（BP20-E）
03030MDM
ME0M0E6GFE20
BSUA（宽带业务处理板BSU）
8端口OC-3c/STM-1cATM-SFP宽带业务处理板
说明：
BSUA是集成板，其eTM子卡不是灵活插卡。
03030NGS
ME0DBSUA1020
∙下行TM调度
图6HQoS下行TM调度结构
下行TM调度，除了FQ->SQ->GQ调度，还包括CQ->Port的调度。
下行有8个CQ队列，分别为CS7、CS6、EF、AF4、AF3、AF2、AF1和BE，其队列参数及调度参数允许用户修改。
下行TM调度过程：
1.报文入队：
报文首先入FQ队列。
2.请求调度：
下行整体请求调度的过程是（FQ-->SQ-->GQ）+（CQ-->目的端口）。
3.逐级调度：
下行整体调度过程是（目的端口-->CQ）+（GQ-->SQ-->FQ）。
4.报文出队：
FQ被选中后，FQ队列最前面的报文出队，进入CQ队列。
CQ队列报文出队后送入目的端口。
对于非HQoS的报文，则直接进入8个下行CQ队列，不经过FQ队列。
表2HQoS下行TM各级调度汇总
队列/调度器
队列属性
调度器属性
FQ队列
▪队列优先级、队列权重，可配置
▪队列整形速率PIR，可配置，缺省情况，不设置PIR
▪报文丢弃策略，缺省为尾丢弃，可配置为WRED
-
SQ
▪CIR，可配置
▪PIR，可配置
▪可配置
▪可采用PQ或WFQ对FQ进行调度。
缺省情况下，EF、CS6和CS7采用PQ，AF2、AF3和AF4采用WFQ，BE和AF1采用LPQ
GQ
▪PIR，可配置。
只是用于整体限速，并不用来保证带宽
▪不可配置
▪先在SQ之间调度CIR流量，不同SQ之间采用DRR调度。
如果有剩余带宽，再调度EIR流量，SQ之间也是采用DRR。
CIR和EIR之间采用SP调度算法，优先保证CIR的带宽；超过PIR的流量会被丢弃
CQ队列
▪队列优先级、队列权重，可配置
▪队列整形速率PIR，可配置，缺省情况，不设置PIR
▪报文丢弃策略，缺省为尾丢弃，可配置为WRED
-
Port
▪PIR，可配置（端口限速）。
▪可配置
▪可采用PQ或WFQ对FQ进行调度。
缺省情况下，EF、CS6和CS7采用PQ，AF2、AF3和AF4采用WFQ，BE和AF1采用LPQ
∙下行eTM调度
图7HQoS下行eTM调度结构
与下行TM调度相比，下行eTM调度是一个五级调度结构，不是两个多级调度结构的叠加。
下行eTM调度只有FQ一种实体队列，没有CQ队列。
对FQ队列，除了FQ->SQ->GQ调度外，还进行父GQ调度，也称为虚端口VI（VirtualInterface）调度。
说明：
此处的虚端口只是调度器的名称，并不是通常说的“虚拟端口”。
具体应用时，虚端口可以对应子接口，也可以对应物理接口或其他。
不同应用，虚端口所指的对象不同。
下行TM调度和下行eTM调度的区别在于：
▪下行TM是两个调度结构的叠加，其五级调度可划分为（FQ->SQ->GQ）+（CQ->Port）两部分。
HQoS流量先经过（FQ->SQ->GQ），再与非HQoS流量在CQ队列会合，进行（CQ->Port）的调度。
▪下行eTM是一级实体队列的调度，其五级调度为FQ->SQ->GQ->VI->Port。
对于非HQoS流量的8个CQ队列，系统设置了一个默认的SQ队列。
该SQ队列直接参与最高级的Port调度。
表3HQoS下行eTM各级调度汇总
队列/调度器
队列属性
调度器属性
FQ队列
▪队列优先级、队列权重，可配置
▪队列整形速率PIR，可配置，缺省情况，不设置PIR
▪报文丢弃策略，缺省为尾丢弃，可配置为WRED
-
SQ
▪CIR，可配置
▪PIR，可配置
▪可配置
▪可采用PQ或WFQ对FQ进行调度。
缺省情况下，EF、CS6和CS7采用PQ，AF2、AF3和AF4采用WFQ，BE和AF1采用LPQ
GQ
▪PIR，可配置。
只是用于整体限速，并不用来保证带宽
▪不可配置
▪先在SQ之间调度CIR流量，不同SQ之间采用DRR调度。
如果有剩余带宽，再调度EIR流量，SQ之间也是采用DRR。
CIR和EIR之间采用SP调度算法，优先保证CIR的带宽；超过PIR的流量会被丢弃
父GQ/VI
▪PIR，可配置。
只是用于整体限速，并不用来保证带宽
▪不可配置
▪在不同GQ之间进行DRR调度
Port
▪PIR，可配置（端口限速）。
▪不可配置
▪在不同父GQ/VI之间进行DRR调度
∙下行TM调度和eTM调度的差异
表4下行TM调度和eTM调度的差异
差异项
下行TM调度
下行eTM调度
port-queue命令行
针对整个端口某个优先级的流量。
针对非流队列的某个优先级的流量。
GQ带宽共享
GQ带宽可以基于TM共享，只要GQ模板名字相同。
GQ带宽只能基于接口共享，即使GQ模板名字相同。
SQ带宽共享
同一GQ下的多个SQ跨物理口共享。
只能同一GQ下的多个SQ跨子接口共享，不能实现跨物理口共享。
Trunk和成员口
Trunk接口及其成员接口都可以配置port-queue，成员口的配置优先生效。
成员口的配置对该成员口的所有流量进行调度。
Trunk接口及其成员接口都可以配置port-queue，但port-queue只对所有成员口的非流队列生效，不对流队列生效。
∙下文以端口整形为例详细说明下行TM调度和eTM调度的差异。
假设某接口的主接口配置对port-queue的整形，子接口配置对flow-queue/user-queue整形：
∙flow-queueFQ
∙queueefshaping10M
∙
∙interfacegigabitethernet1/0/0
∙port-queueefshaping100M
∙
∙interfacegigabitethernet1/0/0.1
∙user-queuecir50mpir50mflow-queueFQ
∙
∙interfacegigabitethernet1/0/0.2
∙//注：
gigabitethernet1/0/0.3不配置user-queue和qos-profile
▪对于下行TM调度，port-queue配置的shaping值即为物理接口的总带宽，包括HQoS和非HQoS流量。
以上配置表示：
▪从子接口GE1/0/0.1输出的EF流不超过10Mbps；
▪从物理接口GE1/0/0输出的EF不超过100Mbps，包括从主接口GE1/0/0、子接口GE1/0/0.1、GE1/0/0.2的EF流。
▪对于下行eTM调度，port-queue配置的shaping值仅为非HQoS流量的总带宽，即默认SQ的带宽。
上述配置表示：
▪从主端口GE1/0/0和子接口GE1/0/0.2输出的EF流为非HQoS流，一共不超过100Mbps；
▪从子接口GE1/0/0.1输出的EF流不超过10Mbps；
▪从物理端口GE1/0/0输出的EF最大可到110Mbps。
HQoS优先级映射
HQoS上、下行调度体系都有2种实体队列，上行有8个FQ队列和4
升级会员 