QoS专题-第4期-QoS实现之限速

QoS实现之限速

通过前面几篇介绍，大家都知道了MQC是实现QoS的技术，优先级映射是实现QoS的前提条件。读完之后也许无法直观感觉到QoS是如何提升网络服务质量。今天小编给大家介绍限速，通过实验，可以直观地感受到QoS如何提升服务质量。

1      什么是限速

有人会问了，既然是限制我的上网速度，怎么说是提高服务质量呢。举个例子，如果一个人使用BT疯狂下载视频，导致网络拥塞，严重影响了其他人的上网质量，所以在某些场景下不得不限速。限速的目的是防止有人恶意占用带宽，在保证用户正常业务前提下，保证整个网络不发生拥塞，提升整个网络的服务质量。

其实大家对限速的概念都不陌生，尤其是开车的同学，估计不少人因超速被惩罚过。流量限速也比较类似，将进/出交换机的流量的速率限制在约定的范围之内。如果不超速皆大欢喜，如果超过限定速率，则对超出部分报文进行惩罚。

l  没有超速，奖励绿卡，可畅通无阻（直接转发）。

l  稍微超速，黄牌警告（报文缓存）。

l  过分超速，红牌罚下，禁止通行（超过的报文丢弃）。

常用的流量限速有两种技术：

l  流量监管：流量监管简单粗暴，如果流量超速，则对超出部分的流量进行“惩罚”，直接丢弃。流量监管一般用于入方向，就像高速路，只有在入口限制进入高速公路车辆的数量，才能保证高速公路不变成“龟速公路”。

l  流量整形：和流量监管相比，流量整形要温柔得多，流量整形是用于限制某个或某些队列的输出速率，超速的报文不是直接丢弃，而是暂时存在缓存里，等空闲了还是会输出，只有缓存满了之后才会丢弃。这样使流量输出比较平稳，从而解决下游设备的拥塞问题，所以流量整形一般用于出方向。

也有人把接口限速作为流量限速的一种技术，在小编看来，接口限速是流量监管、流量整形的一种特殊情况，我们在后边做详细介绍。

2      如何实现限速

既然要限速，那首先要解决测量速度的问题，就像汽车限速，如果没有测速雷达等手段测试汽车速度，那限速就没有任何意义。那交换机如何判断流量是否超速呢？答案是“使用令牌桶”。令牌桶有三种测速方法，对应三种机制：单速单桶、单速双桶、双速双桶。令牌桶原理不是本文介绍的重点，如需了解令牌桶原理详细信息，请参见华为论坛“CIR,CBS,EBS,PIR,PBS傻傻分不清楚？看这里！—-揭秘令牌桶”。

下面简单介绍一下三种令牌桶的应用场景。

l  单速单桶：以CIR速率向C桶投放令牌。报文来了之后，从C桶取令牌，如果令牌够了，则进行转发，如果令牌不够，则直接丢弃。一般用于优先级较低的业务（如企业外网HTTP流量）限速，对于超过额度的流量直接丢弃保证其他业务，不考虑突发。

l  单速双桶：以CIR速率向两个桶投放令牌。先投放小桶C桶，小桶满了再投放大桶E桶。报文来了之后，先使用小桶中的令牌，小桶中令牌数量不够，则放回去，再使用大桶中的令牌。对于超过C桶，而又没有超过E桶的报文标记为***，采用BE方式或者等网络空闲后进行转发。和单桶相比，单速双桶允许突发流量，主要用于较为重要而又不太紧急的业务，比如企业邮件数据，可避免邮件发送失败。

l  双速双桶：以CIR速率向C桶投放令牌，以PIR速率向P桶投放令牌。报文进来之后，会同时取两个桶的令牌，C桶令牌够用则标记为绿色直接转发，如果连P桶的令牌都不够用，则标记为红色直接丢弃，介于C桶和P桶之间，则标记为***。和单速双桶的区别就是向两个桶投放令牌的速率不同，我们一般设置PIR>CIR，P桶投放令牌的速率更快，所以更能长时间撑住突发流量。

使用令牌桶的总体原则：如果不考虑突发流量，使用单速单桶；如果要考虑突发流量，使用单速双桶；如果考虑可能会有长时间的流量突发，使用双速双桶。

3      限速参数设置有讲究

在令牌桶算法中，CIR的值越大，即令牌产生的速率越大，报文可以获取的令牌就越多，流向网络的流量也就越大。因此，CIR的值是控制流入网络中流量多少的关键。CBS也是一个重要参数，CBS的值越大，C桶中可以积累令牌的数目也越多，允许通过的报文尺寸就越大。

由于设备进行的是逐包转发，CBS的值不应该小于当前网络上允许传输的报文的最大长度。

例如，在单速单桶模式下，假设要把流量限定在10Mbit/s，而CBS值太小（如设置成1000byte）。如果某个时间段内流量的报文，每个报文大小都大于1000byte，那么这些报文全都被丢弃。这段时间内，没有报文被转发，报文的转发速率为0，导致网络资源被浪费，业务也出现异常。

那是不是CBS的值越大就越好呢？显然不是。CBS值太大，会失去限速的意义。例如，假设要把流量限定在10Mbit/s，CBS设置成7200Mbyte。某个时刻，令牌桶中的令牌已满，如果接下来1小时内流量的报文，其报文长度不一，但共计7200Mbyte，这些报文都能获得令牌并被转发，那么这段时间内的报文速率为16Mbit/s（7200M * 8 / 3600）而不是10Mbit/s，即没有实现限速。

同理，对于双速双桶模式，PIR和PBS的值也应设置在合理范围内。

4      限速的应用

常用的流量限速技术有流量监管、流量整形。如图1所示，流量监管和流量整形在网络中的应用如图1所示。

华为交换机只支持单速单桶和双速双桶。

图1 限速应用场景

5      基于流分类（MQC）的流量监管

前面我们已经介绍过，流量监管一般用于入方向。下面举个例子，详细介绍如何在入方向配置基于MQC的流量监管。如图2所示，企业的语音业务对应的VLAN ID为120，视频业务对应的VLAN ID为110，数据业务对应的VLAN ID为100。各种业务对服务质量的要求，如表1所示。

表1 各种业务对服务质量要求

流量类型	CIR(kbps)	PIR(kbps)	说明
语音	8000	15000	语音业务对实时性要求比较高，设置大带宽的同时，将DSCP优先级标记为46，保证后续设备优先转发。
视频	10000	20000	视频业务需要大带宽，对实时性要求没语音那么敏感，可以配置大带宽，将DSCP优先级标记为30。
数据	4000	4000	数据业务对于报文丢包和实时性要求都不高，CIR和PIR设置一样，相当于使用单速单桶进行限速，将DSCP优先级标记为14。

图2 流量监管组网图

设备互通配置这里不做详细介绍，下面主要介绍限速的相关配置。

1.      配置流分类，设备根据报文VLAN进行分类。

[Switch] traffic classifier c1 operator and

[Switch-classifier-c1] if-match vlan-id 120

[Switch-classifier-c1] quit

[Switch] traffic classifier c2 operator and

[Switch-classifier-c2] if-match vlan-id 110

[Switch-classifier-c2] quit

[Switch] traffic classifier c3 operator and

[Switch-classifier-c3] if-match vlan-id 100

[Switch-classifier-c3] quit

2.      创建流行为，配置流量监管参数，并标记优先级

[Switch] traffic behavior b1

[Switch-behavior-b1] car cir 8000 pir 15000  //配置语音业务限速带宽

[Switch-behavior-b1] remark dscp 46   //标记语音报文DSCP为46

[Switch-behavior-b1] statistic enable  //用于验证配置结果

[Switch-behavior-b1] quit

[Switch] traffic behavior b2

[Switch-behavior-b2] car cir 10000 pir 20000  //配置视频业务限速带宽

[Switch-behavior-b2] remark dscp 30    //标记视频报文DSCP为30

[Switch-behavior-b2] statistic enable

[Switch-behavior-b2] quit

[Switch] traffic behavior b3

[Switch-behavior-b3] car cir 4000      //配置数据业务限速带宽

[Switch-behavior-b3] remark dscp 14   //标记数据报文DSCP为14

[Switch-behavior-b3] statistic enable

[Switch-behavior-b3] quit

3.      配置流策略，并在接口GE0/0/20入方向应用。

[Switch] traffic policy p1

[Switch-trafficpolicy-p1] classifier c1 behavior b1

[Switch-trafficpolicy-p1] classifier c2 behavior b2

[Switch-trafficpolicy-p1] classifier c3 behavior b3

[Switch-trafficpolicy-p1] quit

[Switch] interface gigabitethernet 0/0/20

[Switch-GigabitEthernet0/0/20] traffic-policy p1 inbound

[Switch-GigabitEthernet0/0/20] quit

4.      使用测试仪验证配置结果

验证数据业务限速情况：

对于数据报文CIR和PIR设置的值一样，其实现效果等同于单速单桶。对数据报文的限速为4000Kbps，4000kbps=4096000bit/s，设置报文速率为4096000bit/s，通过测试仪发送到GE0/0/20接口。

在交换机上查看报文统计信息，可以看到丢弃报文为0，不超过4000kbps，所有报文通过。

在测试器上设置报文速率为5000kbps=5120000bit/s，并发送报文到GE0/0/20。使用reset traffic policy statistics all清空统计报文，重新查看报文统计信息，可以看到入方向报文超过4000Kbps，设备开始丢弃报文。

验证视频业务限速结果：

视频业务配置的双速双桶，CIR为10000Kbps，PIR为20000Kbps。

速率小于CIR和大于PIR的情况我们不再验证，结果可以想到，速率小于CIR，所有报文允许通过，速率大于PIR就会有报文丢弃。

主要验证速率介于CIR和PIR之间会是什么效果，我们先查看下配置，如下图所示，配置信息显示，对于标记为***的报文流（即其速率大于CIR而小于等于PIR），默认是允许通过的。也就是说，设备将按照配置的PIR值进行限速。

我们用测试仪发送15000Kbps（15360000bps）的报文验证一下，可以发现丢包数为0，说明设备按照PIR进行限速。

6      流量整形

下面我们再介绍一下如何配置流量整形。如图3所示，我们会将根据报文的优先级和重要性映射到不同的队列，针对不同队列分别进行整形，要求如下：

l  语音保证带宽（CIR）为3000kbit/s，峰值带宽（PIR）为5000kbit/s。

l  视频保证带宽（CIR）为5000kbit/s，峰值带宽（PIR）为8000kbit/s。

l  数据保证带宽（CIR）为2000kbit/s，峰值带宽（PIR）为3000kbit/s。

图3 流量整形组网图

配置步骤如下：

1.      在设备上将不同优先级报文映射到不同队列，将802.1p优先级6、5、2分别映射为PHB行为CS7、EF、AF2。

[Switch] diffserv domain ds1

[Switch-dsdomain-ds1] 8021p-inbound 6 phb cs7

[Switch-dsdomain-ds1] 8021p-inbound 5 phb ef

[Switch-dsdomain-ds1] 8021p-inbound 2 phb af2

[Switch-dsdomain-ds1] quit

2.      在接口配置针对不同队列的流量整形。

[Switch] interface gigabitethernet 1/0/1

[Switch-GigabitEthernet1/0/1] trust upstream ds1

[Switch-GigabitEthernet1/0/1] quit

[Switch] interface gigabitethernet 2/0/1

[Switch-GigabitEthernet2/0/1] qos queue 7 shaping cir 3000 pir 5000

[Switch-GigabitEthernet2/0/1] qos queue 5 shaping cir 5000 pir 8000

[Switch-GigabitEthernet2/0/1] qos queue 2 shaping cir 2000 pir 3000

[Switch-GigabitEthernet2/0/1] quit

验证方式和流量监管比较类似，这里不再做详细介绍。

7      接口限速

接口限速是对一个接口上全部报文进行限速，当不需要区分报文类型，而要限制通过接口全部流量的速率时，可以使用接口限速功能简化配置。

接口限速可以用在出方向，也可以用在入方向。

l  入方向接口限速是流量监管的一种特殊情况，不需要对报文进行分类的流量监管就是接口限速，配置方法如下：

框式交换机	1.      配置CAR参数：qos car car-name cir cir-value [ cbs cbs-value [ pbs pbs-value ] | pirpir-value [cbs cbs-value pbs pbs-value ] ] 2.      进入接口视图：interface interface-type interface-number 3.      在接口下应用CAR模板：car inbound car-name
盒式交换机	1.      进入接口视图：interface interface-type interface-number 2.      配置入方向的接口限速：qos lr inbound cir cir-value [ cbs cbs-value ]。

l  出方向接口限速是流量整形的一种特殊情况，不是针对单个队列进行整形，而是针对所有的队列进行整形，如果每个队列报文优先级无差异，可以针对接口配置流量整形。配置方法如下：

框式交换机	1.      进入接口视图：执行命令interface interface-type interface-number。 2.      配置出方向接口限速：qos lr cir cir-value [ cbs cbs-value ] [ outbound ]
盒式交换机	1.      进入接口视图：interface interface-type interface-number 2.      配置入方向的接口限速：qos lr outbound cir cir-value [ cbs cbs-value ]