层次化QOSHQOS.docx

1、层次化QOSHQOSHQoSHQoSHQoS即层次化QoS（Hierarchical Quality of 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： 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

2、发送的先后顺序。调度算法包括按优先级调度SP（Strict Priority），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

3、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

4、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

5、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（Class Queue）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WREDPort调度器可以是按优先级调度SP（Strict Priority），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H

6、QoS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4 HQoS流队列调度 叶子节点：FQ（Flow Queue）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18个优先级，即每个用户可以使用18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（Subs

7、criber Queue）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18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

8、。 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”两部分；“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

9、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

10、： 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

11、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

12、，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

13、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

14、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5 HQoS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（Target Blade）调度TB调度也称为VOQ（Virtual Output 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

15、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。V

16、OQ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AF1）和COS3（对应BE）。COS0为PQ队列，优先调度COS0队列，再在COS1COS3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

17、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

18、（FQ-SQ-GQ）+（VOQ-CQ）。表1 HQoS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LPQGQ 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。C

19、IR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COS1COS3队列之间进行WFQ调度，WFQ权值为1:2:4HQoS下行队列调度在华为路由器上，有些单板的物理接口卡（PIC, Physical Interface Card）可能嵌了一个TM（Traffic Manager）芯片，称为eTM（egress Traffic Manager）子卡。有些单板的物理接口卡没有eTM子卡。如果PIC卡

20、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、CX600LPUF-4020端口1000Base-X-SFP灵活插卡E(P40-E)03030LYUCR5D0EEGFE702端口10GBase LAN/WAN-XFP灵活插卡E(P40-E)03030MGCCR5D0L2XXE70LPUF-

21、211端口10GBase LAN/WAN-XFP灵活插卡E(P20-E)03030LVGCR5M0L1XXE2010端口1000Base-X-SFP灵活插卡E(P20-E)03030LVFCR5M0EAGFE20ME60BSUF-4020端口1000Base-X-SFP灵活插卡E(BP40-E)03030NFTME0D0EEGFE702端口10GBase LAN/WAN-XFP灵活插卡E(BP40-E)03030NFRME0D0L2XXE70BSUF-211端口10GBase LAN/WAN-XFP灵活插卡E(BP20-E)03030HEEME0M0E1XXE2010端口1000Base-X-

22、SFP灵活插卡E(BP20-E)03030LLFME0M0EAGFE206端口1000Base-X-SFP灵活插卡E(BP20-E)03030MDMME0M0E6GFE20BSUA（宽带业务处理板BSU）8端口OC-3c/STM-1c ATM-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。03030NGSME0DBSUA1020 下行TM调度图6 HQoS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

23、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2 HQoS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

24、，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LPQGQ 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

25、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7 HQoS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（Virtual Interface）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

26、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3 HQoS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

27、，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LPQGQ 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

28、）。 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。Tru

29、nk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-queue FQ queue ef shaping 10M interface gigabitethernet1/0/0 port-queue ef shaping 100M interface gigabitethernet1/0/0.1 user-queue cir 50m pir 50m

30、flow-queue FQ interface gigabitethernet1/0/0.2 /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