QOS-基本拥塞管理机制（PQ CQ WFQ RTPQ）

2018年7月7日    20:29

拥塞：是指当前供给资源相对于正常转发处理需要资源的不足，从而导致服务质量下降的一种现象

拥塞管理概述：

• • 需要发送的数据流量大于设备发送接口的发送能力时，会产生拥塞。
  • 拥塞管理是指在网络发生拥塞时，进行管理和控制，合理分配资源。通常采用队列技术实现
  • 报文按一定的策略缓存到队列中，然后按一定的调度策略把报文从队列中取出，在接口上发送出去

路由器拥塞管理：

• • 接口不拥塞，报文直接入发送队列
  • 接口拥塞，报文按规则入软件队列
  • 路由器软件队列包括：系统队列和 用户队列
  • 系统队列包括：紧急队列（PPP协议等）和协议队列（OSPF  hello报文等），不会修改
  • 系统队列优先于用户队列调度

交换机拥塞管理：

• • 报文在入端口，根据映射表入本地队列
  • 报文在出端口，进行队列调度后发送
  • 常用的队列：SPQ、WRR

FIFO队列 原理：（IP网络中默认的队列）

• • 所有报文按转发到达出接口的先后顺序入队
  • 队列满后，进行尾丢弃
  • 按进入 队列的先后顺序出队列，先入先出

FIFO队列配置命令：

增加FIFO队列的长度可以减少丢包，但同时也可以增加延迟

PQ队列原理：（优先队列）是针对关键业务设计的，Top（高优先队列）、Middle（中优先队列）、Normal（正常优先队列）和boottom（低优先队列）

• • 按类别入队，队列满后尾丢弃
  • 优先级高的队列先调度
  • 加入top队列一直是满的，会导致优先级低的队列，一直得不到调度（Normal为默认队列）

PQ队列调度：

• • 高优先级业务的带宽和时延得到最大限度的保证
  • 如果高优先级业务持续占据带宽，会导致低优先级业务一直得不到调度

PQ队列配置任务：

• • 配置PQL（优先队列列表）
    • 配置默认情况下，流量进入的队列
    • 配置PQ队列的分类规则（acl）
    • 配置PQL各队列的长度
    • 默认队列配置
  • 将PQL应用到接口

配置无对应规则的报文所入的缺省队列：（默认队列为PQ的4个队列之一，是普通队列）

配置PQ队列长度：

配置基于接口的分类规则：

配置基于协议的分类规则：

同一个PQL内可以配置多个分类规则，各规则可以使用不同的分类方式。报文入队的时候，按规则的配置顺序进行匹配，如果发现报文与某个规则匹配，则入该规则对应的队列。

在接口上应用PQL：

dis qos pql 5                //显示PQL配置信息

dis  qos pq int e9/0                   //显示PQ统计信息

CQ队列原理：（定制队列）提供了16个 队列

CQ允许根据 报文的特征建立匹配规则，将报文分为16类，没类报文对应CQ中的一个队列。接口拥塞时，报文按匹配规则被送入对应队列；如果报文不匹配任何规则，则被送入默认队列。默认队列默认为CQ的队列1，可以修改。

• • 按类别入队，队列满后尾丢弃
  • 各队列轮询调度
  • 其实有17个队列，0是给系统队列使用的，用户不能修改。
  • 默认每个队列传1500个队列（阈值）

CQ队列调度：

由于CQ不能对数据包进行分片，之前有个数据包1499Byte，不到1500，当有个1500个字节的数据包过来，它还会传这1500Byte，所以有可能一次最多转发1500+1499个字节，所以每个队列传数据包可能为1500—2999Byte。大于1500Byte才会发。

CQ队列配置任务：

• • 配置CQL（定制队列 列表）。系统预定义了16个CQL，用户可以选择其中的一个来配置自己需要的定制队列。
    • CQ中各队列的匹配规则
    • CQ中各队列的长度与发送额度
    • 默认队列
  • CQ队列应用到接口。应用配置好的CQL，在接口应用CQ队列。

• • 配置无对应分类报文所入的缺省队列

• • 配置CQ队列长度：

• • 配置CQ队列份额（修改队列缓存的大小）连续发送字节数（默认1500）

• • 配置基于接口的分类

• • 配置基于协议的分类规则

• • 接口上应用CQL

 dis  qos cql  1                            //显示CQL配置信息

dis   qos  cq  int   e9/0            //显示CQ统计信息

WFQ队列原理：（加权公平队列）对报文按流特征进行分类。

在IP报文中，根据源IP地址、目的IP地址、源端口号，目的端口号、协议号、优先级等特征，采用Hash算法，尽量将不同特征的流分入不同的队列类别中，这个过程称为散列。

• • 流量五元组散列入队，加权公平出队，丢弃策略为尾丢弃或WRED丢弃
  • 出队时，WFQ按队列优先级的比例来分配各个队列应占有的出口带宽

WFQ入队机制：

• • 先按五元组哈希成组，组内优先级（IP或DSCP）相同的报文被分配到相同的队列
  • 受资源限制，五元组不同的报文可以哈希到相同的组

WFQ队列调度：

• • WFQ队列调度时，系统队列优先调度；当系统队列空时，才调度WFQ队列
  • WFA队列间的调度方式也是轮询调度，同一个队列内部出队方式时FIFO队列

WFQ队列特点：

• • 优点：
    • 配置简单，各个流都可以获得公平的服务
    • 有利于小包转发，降低交互式操作的响应时间
    • 可以与WRED丢弃策略组合应用
  • 缺陷
    • 不能对流的分类进行手工干预
    • 不适合时延敏感的应用

WFQ配置：

WFQ队列长度的配置范围为1~1024,默认为64，最大队列数为16~4096，默认为256.

• • 配置WFQ的权重类型、队列长度、队列总数

权重类型：对于使用IP precedence的IP报文，当配置WFQ队列数为16时，WFQ对报文根据五元组特征Hash时最大能分成2个组，每个组里包含8个队列。如果使用DSCP优先级作为权重，则WFQ队列数最小要配置成64，此时所有报文都属于一个组。

dis  qos  wfq  int  e0/0            //wfq队列显示

RTPQ队列原理：即RTP（实时传输协议）优先对列，是一种保证实时业务（包括语音与视频业务）服务质量的队列急速。（应用层）UDP

• • 原理：将承载语音或视频的RTP报文送入高优先级队列，使其得到优先发送，保证延迟和抖动降为最低限度
  • 匹配的实时业务入RTPQ队列，其他业务入其他数据队列处理
  • 实时业务入队前按配置的带宽进行限速处理
  • RTPQ队列满后进行丢弃
  • RTPQ将RTP报文定义为端口在一定范围内并且为偶数的UDP报文，并以此归类依据。
  • RTP队列可以通FIFO、PQ、CQ和WFQ结合使用，而它的优先级最高

• • 为了防止RTPQ队列报文占据全部带宽，导致其他队列“饿死”，RTPQ在报文入队前先进行流量监管处理，超过RTPQ预留带宽的流量直接丢弃，在预留带宽以内的流量才能入队。

RTPQ队列调度：

RTPQ队列的优先级仅次于紧急队列，等同于协议队列，高于其他的数据队列。队列调度时，先检查紧急队列是否为空，如果不空，调度紧急队列报文发送，否则轮询调度RTPQ和协议队列。RTPQ队列内部采用FIFO的出队方式。RTPQ队列每一个报文出队转发后，将调度全交给紧急队列，如果紧急队列不空，发送紧急队列报文，否则发送协议队列的调度。协议队列调度完成后，开始下一轮的调度。如果RTPQ和协议队列都为空，开始调度其他数据队列，其他数据队列为空，或者一次调度完成后，开始下一轮的队列调度。

RTPQ的配置与显示：

• • 配置RTPQ队列：

• • RTPQ队列显示：

可以与CQ、PQ、WFQ共用，但是不能与CBQ共用，因为CBQ里面有EF队列