层次化QOSHQOS.docx

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

层次化QOS（HQOS）

————————————————————————————————　作者：

————————————————————————————————日期:

ＨQoS

HQoS

ＨQoS即层次化QoＳ（Hiｅrarchiｃal　Qualiｔyof　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:

ﻫ

∙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ﻫ

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　ﻫ

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　ﻫ

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　ﻫ

∙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（Grｏup　Queue）

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ﻫ

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（VirtualＯutput　Qｕｅue）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（Ｃlasｓ　Queue）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Ａ