常见QoS功能概要分析

YES东

主要内容涉及PQ、CQ、WFQ、CBWFQ、LLQ等几种，欢迎大家参与讨论。

1、PQ（绝对）优先队列
PQ使用了4个子队列，优先级分别是high，medium，normal，low。PQ会先服务高优先级的子队列，若高优先级子队列里没有数据后，再服务中等优先级子队列，依次类推。如果PQ正在服务中等优先级子队列，但是高优先级里又来了数据包，则PQ会中断中等优先级子队列的服务，转而服务高优先级子队列。每一个子队列都有一个最大队列深度(queue-size)，如果达到了最大队列深度，则进行尾丢弃。

PQ优点：
1.对高优先级的数据流提供了低延迟的转发
2.大多数平台上都支持该队列机制
3.支持所有的IOS版本(10.0以上)

PQ缺点：
1.对单一子队列而言，会继承FIFO队列的所有缺点
2.对低优先级的数据流而言，可能会被“饿死”，因为只有高优先级队列里有数据，PQ就不会服务低优先级队列
3.需要在每一跳上都手工的配置分类

参考配置（cisco）：
PQ(config)#priority-list 1 protocol ip high list 101                //把Acl101定义的数据映射到high优先级队列//
PQ(config)#priority-list 1 interface s0/0 medium                //把来自s0/0口的流量映射到Medium优先级队列//
PQ(config)#priority-list 1 default normal                //所有其它流量映射到Normal优先级队列//
PQ(config)#priority-list 1 queue-limit 20 30 40 50                //分别设置高，中，普通，低优先级队列长度//
PQ(config)#
PQ(config)#int s0/1
PQ(config-if)#priority-group 1                //把PQ映射到接口s0/1上//


2、CQ用户定制队列

CQ使用了17个子队列（其中0子队列是PQ队列，优先级很高，留给系统使用），CQ使用RR(Round-Robin)机制。首先谈谈RR机制：RR在处理完一个队列的一个数据包之后，会接着处理另一个队列的一个数据包，一直下去，最后又从第一个队列开始轮流处理每个队列中的数据包，RR中的每个队列的优先级都是一样的。RR的改进版是WRR（Weighted-Round-Robin），WRR允许用户为每个队列分配一个权值，根据这个权值，每个队列都能获得一定的接口带宽。在CQ中，权值就是一次轮循中可以转发的字节数。

前面说到了0队列是PQ队列，实际上可以把其他队列也设置成PQ队列：

可以通过以下命令来设置：
queue-list list-number lowest-custom queue-number
比如命令：
queue-list 1 lowest-custom 3                //说明0，1，2都是优先级队列，3以及3以上编号的队列都是定制队列。

参考配置：
r2(config)#access-list 101 permit ip any any precedence 5
r2(config)#
r2(config)#queue-list 16 protocol ip 1 list 101                //把ACL101定义的数据流映射到子队列1中//
r2(config)#queue-list 16 queue 1 limit 40                //设置子队列1的队列深度为40个数据包//
r2(config)#
r2(config)#queue-list 16 lowest-custom 2                 //设置queue 0,1为优先级队列PQ，其余的为CQ//
r2(config)#
r2(config)#queue-list 16 interface s0/0 2                 //把s0/0接口进入的流量映射到子队列2中//
r2(config)#queue-list 16 queue 2 byte-count 3000                 //设置子队列2在一个轮循内可以传输3000字节数据包
r2(config)#
r2(config)#queue-list 16 protocol ip 3                 //把所有IP流量映射到子队列3中//
r2(config)#queue-list 16 queue 3 byte-count 5000
r2(config)#
r2(config)#queue-list 16 default 4                  //其它所有流量映射到子队列4中//
r2(config)#
r2(config)#int s0/1
r2(config-if)#custom-queue-list 16                  //应用CQ到接口s0/1上//
r2(config)#


3、WFQ加权公平队列

Weighted Fair Queue，加权公平队列。WFQ将分组按照不同的业务流、不同的IP优先级，自动按照HASH算法，划分成不同的队列，在保证高优先级业务的同时，按照配置权重，将带宽公平地分给低优先级别的业务。Quidway路由器在每个接口上最大支持4096个队列，在此范围之内，网络治理员可以配置队列的数目和相应权值。WFQ的优点是对所有应用都能比较公平地提供服务质量，对于要求较高的业务可以通过设置权重保障优先级，能智能划分队列和调度，配置相对简单，对网络治理员要求相对较低；缺点是由于相对公平，对于QOS要求极高的应用，不能象PQ那样绝对保证，策略计算复杂，比较消耗路由器处理能力。它适用于应用较复杂，并且应用相对公平的网络，如Internet网。

WFQ的思想：
i.为每个流创建一个专用的队列，避免队列的饥饿，延迟，抖动等
ii.在所有流间公平，正确地分配带宽
iii.WFQ使用（IP优先级）作为分配带宽的权重 在CISCO路由器上，接口小于E1的链路会默认启用WFQ
注：在WFQ中，weight的计算方式为4096/(IP优先级+1)或者32384r/(IP优先级+1)
因此在show queue中看到的weight值越大，表示权重越低。

WFQ优点：
1.配置简单(不用手工分类)
2.保证所有的流都有一定的带宽
3.丢弃野蛮流量
4.大多数平台上都支持
5.支持所有IOS版本(11.0以上)

WFQ缺点：
1.每个子队列都继承了FIFO的缺点
2.多个不同的流可能会被分入同一个队列(流的数量超过了配置的队列数)
3.不支持手工分类
4.不能提供固定带宽保证
5.因为使用了复杂的分类和调度机制，对系统资源有一定的限制

配置命令：
route(config-if):fair-queue cdt dynamic-queues reservable-queues
参数解释：
reservable-queues－－－－保留队列个数：针对RSVP流,可以保留一定的队列，缺省是0，范围0~1000
dynamic-queues－－－－动态队列个数: 缺省是256,流确实很多，可以调大，最大4096
cdt－－－－每个队自己的长度。一个数据排到第一个队中，cdt=64，如果该队的报文己达到64，新的报文丢包！

每个队中排的报文数量是有限的，所有队列加起来，上限：
router(config-if)#hold-queue max-limit out 缺省1000

一个报文是否在WFQ中排到队列中的二个因素:
1)–本队列是否己满
2)–所有队列是否超出队列上限   —-超出报文丢弃

参考配置：
WFQ(config)#int s0/1
WFQ(config-if)#fair-queue                //表面接口启用WFQ，CISCO路由器小于E1会默认启用//
WFQ(config-if)#fair-queue 128 1024 100        //设置CDT为128，动态队列数量为1024个，保留队列个数100//
WFQ(config-if)#hold-queue 1200 out        //所有队列加起来CDT上限是1200//
WFQ(config-if)#

案例查看：
WFQ#show int s0/1
Serial0/1 is up, line protocol is up
Queueing strategy: weighted fair
Output queue: 0/1200/64/0 (size/max total/threshold/drops)
Conversations   0/1/256 (active/max active/max total)
Reserved Conversations 0/0 (allocated/max allocated)
Available Bandwidth 1158 kilobits/sec
5 minute input rate 3000 bits/sec, 3 packets/sec
5 minute output rate 3000 bits/sec, 3 packets/sec
1001 packets input, 97009 bytes, 0 no buffer
Received 0 broadcasts, 0 runts, 0 giants, 0 throttles
0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored, 0 abort
1004 packets output, 96674 bytes, 0 underruns
0 output errors, 0 collisions, 3 interface resets
0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out
3 carrier transitions     DCD=up   DSR=up   DTR=up   RTS=up   CTS=up



4、基于类的加权公平队列

CBWFQ是基于类别的加权公平排队，通常使用ACL定义数据流类别，并将注入宽带和队列限制等参数应用于这些类别。

CBWFQ特点：
1)能够给不同的类保障一定的带宽
2)对传统的WFQ作了扩展支持用户自己定义流量的分类
3)队列的个数和类别是一一对应，给每个class保留带宽

CBWFQ与WFQ的区别：
WFQ：用户无法控制分类，由HASH算法自己决定
CBWFQ：让用户对流量自己来分类
WFQ：对正常流量处理没问题，但是对语音流量显得“太公平”(语音要求低延迟)
CBWFQ：考虑到公平特性，并没有考虑到语音的应用

配置实例：
一家公司需求；HTTP流量保障256Kbps带宽，FTP流量保证512Kbps带宽，禁止BT流量。
CBWFQ(config)#
CBWFQ(config)#class-map class_HTTP                //定义一个匹配HTTP的类//
CBWFQ(config-cmap)#match protocol http
CBWFQ(config)#
CBWFQ(config)#class-map class_FTP
CBWFQ(config-cmap)#match protocol ftp
CBWFQ(config)#
CBWFQ(config)#class-map class_BT
CBWFQ(config-cmap)#match protocol bittorrent
CBWFQ(config)#
CBWFQ(config)#policy-map CBWFQ                //定义策略，调用类class//
CBWFQ(config-pmap)#class class_HTTP
CBWFQ(config-pmap-c)#bandwidth 256
CBWFQ(config-pmap)#
CBWFQ(config-pmap)#class class_FTP
CBWFQ(config-pmap-c)#bandwidth 512
CBWFQ(config-pmap)#
CBWFQ(config-pmap)#class class_BT
CBWFQ(config-pmap-c)#drop
CBWFQ(config-pmap)#
CBWFQ(config-pmap)#class class-default
CBWFQ(config-pmap-c)#fair-queue                //网络中剩下的流量除了HTTP,FTP之使用WFQ放到fair-queue中了//
CBWFQ#
CBWFQ(config)#int s0/0
CBWFQ(config-if)#service-policy output CBWFQ
CBWFQ(config)#



5、LLQ低延迟队列

i、LLQ的特点
在CBWFQ中添加一个优先级队列用于实时的流量。
* 高优先级队列得到如下保障：
a）低延迟的报文转发
b）带宽
注：在拥塞发生时，高优先级的流量同时受到管制—即它们占用的带宽不能超过它们所保障的带宽。
* 低优先级队列使用CBWFQ。

ii、配置LLQ
priority 带宽值—-为一个类分配固定的带宽值确保快速转发；若拥塞时，超过该带宽的流量将被丢弃。（若没有拥塞，将不会使用管制）
LLQ基本可以满足企业中融合的网络应用
支持语音对网络的低延迟，抖动小，保障带宽
对其它流量提供公平处理

LLQ= CBWFQ+PQ


配置案例：
LLQ(config)#
LLQ(config)#class-map VOIP
LLQ(config-cmap)#match ip precedence 5
LLQ(config)#
LLQ(config)#class-map cbwfq1
LLQ(config-cmap)#match ip precedence 3 4
LLQ(config)#
LLQ(config)#class-map cbwfq2
LLQ(config-cmap)#match ip precedence 1 2
LLQ(config)#
LLQ(config)#policy-map LLQ
LLQ(config-pmap)#class VOIP
LLQ(config-pmap-c)#priority percent 10                //针对VOIP类流量使用PQ，这路流量在任何情况下都优先发送；同时最大带宽可以为接口带宽的10%//
LLQ(config-pmap)#class cbwfq1
LLQ(config-pmap-c)#bandwidth percent 30
LLQ(config-pmap-c)#
LLQ(config-pmap)#class cbwfq2
LLQ(config-pmap-c)#bandwidth percent 20                //CBWFQ方式进行调度，分别保障30%和20%接口带宽//
LLQ(config-pmap-c)#
LLQ(config-pmap)#class class-default
LLQ(config-pmap-c)#fair-queue                //剩下其它队列采用缺省的WFQ调度//
LLQ(config-pmap-c)#
LLQ(config)#
LLQ(config)#int s0/0
LLQ(config-if)#service-policy output LLQ
LLQ(config)#