QualityofService(QoS)詳解

1、QoS優(yōu)先級詳解   在QoS的分類流程中最關(guān)鍵的是對各種不同包配置不同的優(yōu)先級，對流入交換機的數(shù)據(jù)包按優(yōu)先級排列，然后交換機就會根據(jù)這個優(yōu)先級值執(zhí)行相應(yīng)的QoS行為。而對數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先級排列的第一步就要對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類。分類規(guī)則可以使用VLAN幀中的802.1p優(yōu)先級、IP報文頭的ToS（Type of Service，服務(wù)類型）字段的優(yōu)先級位，識別出不同優(yōu)先級特征的流量；也可以由網(wǎng)絡(luò)管理者設(shè)置流分類的策略，例如綜合源地址、目的地址、MAC地址、IP協(xié)議或應(yīng)用程序的端口號等信息對流進(jìn)行分類。一般的分類依據(jù)封裝報文的頭部信息，使用報文的內(nèi)容作為分類的標(biāo)準(zhǔn)是比較少見的。分類的

2、結(jié)果是沒有范圍限制的，它可以是一個由五元組（源地址、源端口號、協(xié)議號、目的地址、目的端口號）確定的狹小范圍，也可以是到某網(wǎng)段的所有報文。10.1.2 二層VLAN幀中的優(yōu)先級      二層幀中的優(yōu)先級是專門針對VLAN幀的，因為普通二層幀中是不攜帶有優(yōu)先級字段的。VLAN幀中的優(yōu)先級那就是我們通常所說的802.1p優(yōu)先級（由IEEE 802.1p協(xié)議定義），位于VLAN幀中的“802.1Q Tag”字段的“PRI”子字段中，如圖10-1所示。圖10-1 VLAN幀中的802.1p優(yōu)先級字段      IEEE 802.1p是IEEE

3、 802.1Q（VLAN標(biāo)簽技術(shù)）標(biāo)準(zhǔn)的擴充協(xié)議，它們協(xié)同工作。IEEE 802.1p的出現(xiàn)，使得第二層交換機能夠提供流量優(yōu)先級和動態(tài)組播過濾服務(wù)，其中流量優(yōu)先級規(guī)范工作在媒體訪問控制（MAC）層，組播流量過濾功能可確保該流量不超出第二層交換網(wǎng)絡(luò)范圍。     IEEE 802.1Q標(biāo)準(zhǔn)定義了為以太網(wǎng) MAC 幀添加的標(biāo)簽，但并沒有定義和使用優(yōu)先級字段，而使用IEEE 802.1p修改后的以太網(wǎng)MAC幀的以太網(wǎng)協(xié)議頭中則定義了該字段。802.1p優(yōu)先級位于二層VLAN幀頭部，適用于不需要分析三層報文頭，而需要在二層環(huán)境下保證QoS的場合。4個字節(jié)的802.1Q標(biāo)簽

4、頭包含了2個字節(jié)的TPID（Tag Protocol Identifier，標(biāo)簽協(xié)議標(biāo)識，取值為0x8100）和2個字節(jié)的TCI（Tag Control Information，標(biāo)簽控制信息），參見圖10-1。      TCI部分中PRI子字段就是802.1p優(yōu)先級，也稱為CoS優(yōu)先級。它由3位組成，取值范圍為07，共可表示8個優(yōu)先級。其中，最高優(yōu)先級為7，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)管理和關(guān)鍵性網(wǎng)絡(luò)流量，如路由選擇信息協(xié)議（RIP）和開放最短路徑優(yōu)先（OSPF）協(xié)議的路由表更新；優(yōu)先級6和5主要用于延遲敏感（delay-sensitive）應(yīng)用程序，分別對應(yīng)交互式語音和視頻；優(yōu)

5、先級4到1主要用于受控負(fù)載（controlled-load）應(yīng)用程序、流式多媒體（streaming multimedia）、關(guān)鍵性業(yè)務(wù)流量（business-critical traffic），如SAP 數(shù)據(jù)和后臺流量。優(yōu)先級0是默認(rèn)值，并在沒有設(shè)置其它優(yōu)先級值的情況下自動啟用。10.1.3 三層IP報文中的優(yōu)先級      上面介紹的二層VLAN幀優(yōu)先級比較簡單，就是由PRI子字段的三位來標(biāo)識，共有8種優(yōu)先級，但在三層IP報文中，優(yōu)先級的描述就要復(fù)雜許多，并且在不同時期出現(xiàn)了兩種不同的優(yōu)先級類型和不同的標(biāo)識方法。1ToS字段標(biāo)的IP優(yōu)先級  

6、0;   在早期的RFC 791標(biāo)準(zhǔn)中，IP數(shù)據(jù)包是依賴ToS（Type of Service，服務(wù)類型）字段來標(biāo)識數(shù)據(jù)優(yōu)先級值的。ToS是IP數(shù)據(jù)包中的IP報頭中的一個字段（共1個字節(jié)），用來指定IP包的優(yōu)先級，設(shè)備會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)ToS值高的數(shù)據(jù)包。ToS字段共一個字節(jié)（8位），包括三個部分：02共三位用來定義數(shù)據(jù)包的IP優(yōu)先級（IP Precedence）、ToS和最后一個固定為0的位，如圖10-2所示。圖10-2  IP包頭中的ToS字段結(jié)構(gòu)l  IP Precedence部分     IP優(yōu)先級部分共三位，取值范圍為07（值越大，

7、優(yōu)先級越高）。用名稱表示時，這8個取值分別為routine（普通，值為000）、priority（優(yōu)先，值為001）、immediate（快速，值為010）、flash（閃速，值為011）、flash-override（急速，值為100）、critical（關(guān)鍵，值為101）、internetwork control （網(wǎng)間控制，值為110）和network control（網(wǎng)絡(luò)控制，值為111），分別對應(yīng)于數(shù)字07。      在以上IP優(yōu)先級值中，6和7一般保留給網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)使用，比如路由；5推薦給語音數(shù)據(jù)使用；4推薦由視頻會議和視頻流使用；3推薦給語音控制數(shù)

8、據(jù)使用；1和2推薦給數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用；0為默認(rèn)標(biāo)記值。在IP優(yōu)先級配置時，既可以使用07這樣的數(shù)值，也可以使用上述對應(yīng)的優(yōu)先級名稱。l  ToS      在IP包頭的ToS字段中緊接著IP優(yōu)先級字段后面的四位是ToS部分，代表需要為對應(yīng)報文提供的服務(wù)類型（標(biāo)識報文所注重的特性要求）。一開始，在RFC 791中是只用到了第35位，分別代表IP包在Delay（延時），Throughput（吞吐量），Reliability（可靠性）這三方面的特性要求（每個報文在這三位中只有一位可能置1，此時表示IP包在對應(yīng)方面有特別要求）。后來在RFC1349標(biāo)準(zhǔn)中又?jǐn)U展到第6

9、位，表示IP包在路徑開銷（cost）方面的特性要求。      要注意的是，雖然ToS部分共有四位，但每個IP包中這四位中只能有一位為1，所以實際只有五個取值（包括全為0的值）。這五個值所對應(yīng)的名稱和數(shù)值分別為：normal（一般服務(wù)，取值為0000）、min-monetary-cost（最小開銷，取值為0001，確保路徑開銷最?。?、max-reliability（最高可靠性，0010，確?？煽啃宰罡撸?、max-throughput（最大吞吐量，取值為0100，確保傳輸速率最高）、min-delay（最小時延，取值為1000，確保傳輸延時最?。?。2. DS字段的D

10、SCP優(yōu)先級和PHB      在后來新的RFC 2474標(biāo)準(zhǔn)中，重新定義了原來IP包頭部的ToS字段，并改稱之為DS（Differentiated Services，差分服務(wù)）字段，也是共一個字節(jié)（8位）?？偟膩碚f，第05位（共六位）用來表示DSCP（Differentiated Services Code Point，差分服務(wù)代碼點）優(yōu)先級，取值范圍為063，共能標(biāo)識出64個優(yōu)先級值（值越大，優(yōu)先級越高），最后兩位保留，用于顯示擁塞通知（Explicit Congestion Notification，ECN），如圖10-3所示。圖10-3 IP包頭中的DS字

11、段結(jié)構(gòu)后來在IETF RFC 2597標(biāo)準(zhǔn)中定義了PHB（Per-Hop Behavior，逐跳行為），通過PHB值可以確定在網(wǎng)關(guān)處對IP包的轉(zhuǎn)發(fā)行為。這個PHB值是通過前面介紹DSCP優(yōu)先級部分的第04位來標(biāo)識的，其中第02位用來標(biāo)識PHB類別（PHB Class）值，共8個值，對應(yīng)表示為CS0CS7，對應(yīng)在RFC 791定義的8個IP優(yōu)先級值，而第34位用來標(biāo)識PHB類別選擇（PHB Class Selector）值，參見圖10-3。PHB類別值和PHB類別選擇值共同組成PHB值。DSCP值是由PHB的五位再加上第5位（固定為0），但在PHB類別中的三位不能全為0。在RFC 2597中定義

12、了四種確保轉(zhuǎn)發(fā)（Assured Forwarding，AF）PHB組（稱之為AF PHB）。它使用了DS字段中的第02位定義PHB類別，而使用DS字段中的第3和4位代表報文的“丟棄優(yōu)先級”，用AF（x,y）表示，其中x表示流分類，y表示對應(yīng)的丟棄優(yōu)先級。   【說明】所謂“確保轉(zhuǎn)發(fā)”就是允許管理員在沒有超過線路允許速率的情況下提供盡可能的傳輸質(zhì)量保證，但如果超出用戶線路速率則可能在出現(xiàn)擁塞時丟棄數(shù)據(jù)包。   在確保轉(zhuǎn)發(fā)PHB中，定義了四種PHB類別（也即“流分類”），它們的值分別為001、010、011和100（對應(yīng)CS1CS4），它們本身代表了流的不同

13、優(yōu)先級（值越大轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級越高），然后通過第3和4位的丟棄優(yōu)先級值（取非0的三個值，分別為01、10和11，值越大丟棄優(yōu)先級越高）進(jìn)一步區(qū)分同一類流不同IP包的丟棄優(yōu)先級。它們共同針對四種PHB分類組成了四組AF等級，它們所對應(yīng)的AF值和對應(yīng)的DSCP值如表10-1所示（此時第5位的值固定為0）。表10-1  四組AF PHB等級丟棄優(yōu)先級Class 1Class 2Class 3Class 4低丟棄優(yōu)先級AF11 (DSCP 10)：001010AF21 (DSCP 18)：010010AF31 (DSCP 26)：011010AF41 (DSCP 34)：100010中丟棄優(yōu)先級A

14、F12 (DSCP 12)：001100AF22 (DSCP 20)：010100AF32 (DSCP 28)：011100AF42 (DSCP 36)：100100高丟棄優(yōu)先級AF13 (DSCP 14)：001110AF23 (DSCP 22)：010110AF33 (DSCP 30)：011110AF43 (DSCP 38)：100110    再后來在RFC 3246標(biāo)準(zhǔn)中，又定義一個加速轉(zhuǎn)發(fā)（Expedited Forwarding，EF）PHB，對應(yīng)CS5，即在DS字段中的第02位取值為101，第34位取值固定為11，第5位固定為0，這樣一來對應(yīng)的DSCP值就為

15、46（101110）。EF PHB具有低延時、低開銷和低抖動特性，適用于語音、視頻和其他實時服務(wù)，一般具有比其他通信類型更加優(yōu)先的隊列。     除了前面介紹的AF和EF外，還有一個缺省的PHB，那就是盡力服務(wù)類型，它所對應(yīng)的DSCP值為000000，即十進(jìn)制的0。另外還定義了CS6和CS7，CS6用于網(wǎng)間控制，對應(yīng)的DSCP為110000，即十進(jìn)制的48；CS7用于網(wǎng)內(nèi)控制，對應(yīng)的DSCP值為111000，即十進(jìn)制的56。    在配置DSCP優(yōu)先級時，既可以使用對應(yīng)的DSCP名稱，如CS6、CS7、AF11、AF12（在CS1CS4中每個包含了一組DSCP值，所以要指定具體的DSCP名稱），又可使用對應(yīng)的DSCP十進(jìn)制值，如48、56等。