1、2019/7/7,武汉长光科技有限公司,Quality of Service,2019/7/7,什么是QoS?,QoS(服务质量):网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。当网络过载或拥塞时，QoS能保证重要业务不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。,2019/7/7,为什么需要QoS？,应用对延时、丢包、抖动等参数非常敏感； 在网络中总有一些诸如传输时延、处理延时、CRC错误之类不可调整的因素存在； 在网络中还存在如缓冲延时、丢包率等和链路有关的因素存在； 在绝大多数的网络中都存在一定程度的拥塞； 不能总用增加带宽的方式来解决问题； 在这种情况下最好的解决方案就是应用
2、一个“可保证”的策略。,2019/7/7,衡量指标,丢包率未能到达目的数据包的比率。 传输时延一个数据包从源传输到目的的时间。 时延抖动传输时延之间的差值。 带宽一定时间段内对网上流量的度量。,2019/7/7,QoS需求,语音业务QoS需求 丢包率不超过1% 单向时延不超过150200ms 平均抖动不应超过30ms 每个呼叫需要21106kb/s的保证优先带宽,视频业务QoS需求 丢包率不应超过2 单向时延不应超过1s 平均抖动不应超过1s 带宽需求依赖于视频流的编码和速率,2019/7/7,几种主要的流量管理技术,2019/7/7,几种主要的流量管理技术,DBA 算法策略：DBA 主要用于
3、控制EPON 中各个ONU 的上行带宽。 流分类：依据一定的匹配规则识别出对象。 流量管制：通过Policing、shaping 等机制进行流量管制。 优先级与队列的影射：根据数据包的优先级进入不同优先级的出口发送阵列。 队列调度：队列调度定义OLT 和ONU 中输出队列发送时调度的策略。 拥塞管理：将报文放入队列中缓存，并采取某种调度算法安排报文的转发次序，通常作用在接口出方向。,2019/7/7,动态带宽分配,DBA的基本原理在DBA的整个实现过程中，有两种重要的MPCPDU帧负责ONU的需求和OLT的反馈。 Report帧：ONU向OLT发送的，指明针对每个802.3Q优先级队列所需的上
4、行带宽。 Gate帧：OLT向ONU发送的，指示ONU的发送窗口（包括窗口的开始时间和长度）。,2019/7/7,动态带宽分配,动态带宽分配是由OLT与ONU通过MPCP来完成的，其实现流程如下： OLT发一个Gate帧给ONU； ONU将自己的带宽需求通过Report帧发给OLT; OLT根据带宽需求进行DBA算法计算，将分配的带宽资源通过Gate帧发给该ONU. ONU在该Gate帧告知的时间片里发送上行数据给OLT。,2019/7/7,动态带宽分配,2. DBA算法实现方式DBA算法设计要求：业务透明、高带宽利用率、低时延和低时延抖动、公平分配带宽、健壮性好、实时性强。DBA算法参数设置
5、：最小带宽需求（MIN BW）；最大带宽需求（MAX BW）；最大允许时延（DELAY）；业务优先级（CLASS）。,2019/7/7,动态带宽分配,3. 经典DBA算法简介 基于轮询的DBA算法根据每个ONU缓存器中的数据容量来给ONU分配不同的时隙。 具有绝对QoS保证的DBA算法将上行带宽分成相等的带宽单元，然后进行轮询。 具有相对QoS保证的DBA算法在ONU层根据优先级来分配带宽。 基于QoS的DBA算法在PON层将数据包被分为3个等级装进不同的队列中等待调度。,2019/7/7,流分类,流分类简介 为了保证某些实时业务的QoS，在网络中需要将各种业务流分开，并对分类后的各种业务流进
6、行不同的处理，如进入不同的优先级发送队列、修改数据包的各种优先级等，这样高优先级的业务流量在传输时将被优先转发，具有较低的时延和丢包率，可以得到较好的QoS保证；而低优先级的业务流量不能保证QoS。,未 标 记 的 流,已标记的流,2019/7/7,流分类,2. 优先级优先级标记的作用：QoS实施差别服务的基础 优先级标记方法：IP优先级 、TOS优先级、DSCP优先级和802.1p优先级,2019/7/7,流分类,3. 流分类机制与组织方式流分类规则较多，每条流分类规则可能包含一个或者多个条件，满足一条规则所有条件的数据包形成一个流类型，对该流类型将进行规则指定的处理方式进行处理。优先级高（
7、优先级数值小）的规则组先进行匹配，优先级相同的规则组按规则组编号小的先进行匹配。在规则组内部规则ID小的规则先进行匹配。如果有规则匹配该数据包，则对该数据包执行规则对应的处理动作，如果没有任何规则匹配该数据包，则以普通方式处理该数据包。,2019/7/7,流量管制（Traffic policing）,1. 流量管制的基本概念 流量管制主要用来限制最大的流量速率。当流量速率达到所配置的最大速率时，超出的流量将被丢弃，结果是呈现出锯齿状的波峰和波谷的流量速率。一般采用令牌桶对流量的规格进行评估。令牌桶算法是网络流量整形和速率限制中最常使用的一种算法。典型情况下，令牌桶算法用来控制发送到网络上的数据
8、的数目，并允许突发数据的发送。,2019/7/7,流量管制（Traffic policing）,2. 令牌桶算法,令牌桶可以看作是一个存放一定数量令牌的容器。系统按设定的速度向桶中放置令牌，当桶中令牌满时，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加。通常一个令牌关联一个比特的转发权限。,2019/7/7,流量管制（Traffic policing）,3. 用令牌桶评估流量以令牌桶中的令牌数量是否足够满足报文的转发为依据来评估流量规格。如果桶中存在足够的令牌可以用来转发报文称流量遵守或符合这个规格，否则称为不符合或超标。如果发现某个连接的流量超标，流量管制可以选择丢弃报文，或重新设置报文的优先级。,201
9、9/7/7,队列调度,队列调度简介提出缘由：当网络拥塞时，必须解决多个报文同时竞争使用资源的问题，通常采用队列调度加以解决。队列调度：把输出队列进行排队，以使高优先级的报文能够被优先发送。 长光科技的OLT每个端口支持8个输出队列，ONU每个端口支持4个输出队列。长光科技EPON系统中支持SP、RR、WRR和SP+WRR调度算法。,2019/7/7,队列调度,2. 调度算法 严格优先级(SP)调度算法(Strict Priority)原理：严格按照发送队列的优先级从高到低的次序优先发送较高优先级队列中的分组，当较高优先级队列为空时，再发送较低优先级队列中的分组。优点：针对关键业务型应用设计的
10、，在拥塞发生时要求优先获得服务以减小响应的延迟。 缺点：拥塞发生时，如果较高优先级队列中长时间有分组存在，那么低优先级队列中的报文就会由于得不到服务而“饿死”。,2019/7/7,队列调度, 公平轮转(RR)调度算法(Round Robin)原理：队列调度在各个输出队列间平均分配可用带宽资源，由于各发送队列机会均等。缺点：该调度方式无法实现优先级高的业务获得优先的服务。,2019/7/7,队列调度, 加权平均(WRR)调度算法(Weighted Round Robin)原理：调度将每个端口分为多个输出队列，队列之间轮流调度，保证每个队列都得到一定的服务时间，WRR可为每个队列配置一个加权值，加
11、权值表示获取资源的比重。优点：虽然多个队列的调度是轮循进行的，但对每个队列不是固定地分配服务时间片如果某个队列为空，那么马上换到下一个队列调度，这样带宽资源得到了充分利用。,2019/7/7,队列调度, SP+WRR调度算法原理：SP+WRR调度算法结合了SP算法和WRR算法的优点，对某些输出队列（如网络控制协议报文、TDM业务等对应的队列）应采用SP调度，保证关键业务的时延、抖动等QoS特性，对于其他优先级的业务采用WRR调度机制，充分利用带宽资源。,2019/7/7,拥塞管理,拥塞管理的基本概念提出缘由：当网络严重拥塞且通过网络设备的总流量超过其链路的带宽时，数据帧就不可避免的被丢弃，网络
12、设备需要采取一定的策略来避免和控制网络拥塞，从而保证网络畅通并提供一定的QoS。解决方法：当拥塞发生时，尽快的丢包释放队列资源，同时尽量不将报文放入高延迟的队列中，以消除拥塞。,2019/7/7,拥塞管理,2. 拥塞管理的控制策略 PAUSE帧流控当流量接收端口的发送PAUSE 使能时，如果无法及时处理进入的网络流量时，将发送PAUSE 流控帧给对端流量发送端口。而当流量发送端口对PAUSE 帧的响应使能时，发送端口在接收到PAUSE 帧时将减少发送出去的流量，从而避免对端接收端口产生拥塞。,2019/7/7,拥塞管理, 尾丢弃(Tail-Drop)策略原理：当报文超过队列报文上限队列长度时，
13、系统就开始丢弃上限队列长度之后的报文 。此算法不考虑丢弃级别。 缺点：会引起TCP全局同步现象。就是在遇到尾丢包时，所有与该流有关的发送者都会因此同时重新发送。这种重新发送的全局同步化，会造成流量忽大忽小，在网络上产生很大的破坏。,2019/7/7,拥塞管理, 加权随机早期(WRED)策略原理：在按照队列对报文进行丢弃时综合考虑了丢弃级别。当红、黄、绿报文分别超过红、黄、绿队列的下限队列长度时，系统就开始以某一斜率丢弃下限队列长度与上限度列长度之间的报文。当红、黄、绿报文开始超过它们的上限队列长度时，系统就开始丢弃上限度列长度之后的所有报文。优点：WRED算法能够随机地丢弃数据包，将避免使多个TCP连接同时降低发送速度，从而避免了TCP的全局同步现象。，提高了线路带宽的利用率。,2019/7/7,拥塞管理, 加权随机早期(WRED)策略WRED是一种根据优先级处理拥塞的机制。它主要包括两个技术要素：早期检测和加权随机丢弃。早期检测在流量出现拥塞之前但超出了接口的流量阀值时，便开始从挑选的流中丢弃数据帧。加权随机丢弃可根据优先级的高低进行丢弃，根据各个优先级的权值进行丢弃，可使高优先级的业务丢弃量最小，从而保证QoS。,2019/7/7,
