层次化QOSHQOS文档格式.docx
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∙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
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
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:
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。
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。
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)。
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。
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-->
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-->
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。
超过PIR的流量会被丢弃
VOQ
∙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
∙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:
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。
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
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->
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:
下行整体请求调度的过程是(FQ-->
GQ)+(CQ-->
目的端口)。
下行整体调度过程是(目的端口-->
CQ)+(GQ-->
FQ)。
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
▪CIR,可配置
▪PIR,可配置
▪可配置
▪可采用PQ或WFQ对FQ进行调度。
▪PIR,可配置。
▪不可配置
▪先在SQ之间调度CIR流量,不同SQ之间采用DRR调度。
CQ队列
Port
▪PIR,可配置(端口限速)。
∙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->
GQ调度外,还进行父GQ调度,也称为虚端口VI(VirtualInterface)调度。
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->
GQ)+(CQ->
Port)两部分。
HQoS流量先经过(FQ->
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->
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
父GQ/VI
▪在不同GQ之间进行DRR调度
▪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
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