附件1、QoS基础理论和测试结论
一、QoS基础理论
第一条、QoS旨在针对不同用户和不同应用的需求，为其提供不同的服务质量
保证，例如：提供专用带宽、减少延迟、降低抖动、减少丢包率、平滑网络流量等。
第二条、在每一段链路上，数据包的延迟包括串行化延迟、传播延迟和交换延迟。 第三条、串行化延迟指在输出速率一定的情况下，设备将数据包从硬件队列全部
发送到线路上的时间。串行化延迟取决于线路的带宽以及数据包的大小。例如：在64Kbps线路上发送一个1500字节数据包的串行化延迟计算如下，64Kbps的线路速率相当于每秒钟能够发送8K字节（即8192字节），也就是每毫秒发送8.192字节，因此发送一个1500字节需要的时间为1500/8.192，大约需要183毫秒。从上面的例子可知，在低速线路下数据包的串行化延迟很大，我们可以通过修改MTU等方式调整数据包的大小，减少数据包的串行化延迟，或者采用通过将小数据包放入优先队列的方式，减少大数据包的串行化延迟对小数据包延迟的影响。
第四条、传播延迟指一个数据包从发送方到达接收方所需的时间。该延迟取决于
距离和介质，而与带宽无关。在进行QoS的设计时我们不考虑传播延迟。
第五条、交换延迟指设备从收到数据包到开始传输的时间，包括路由、交换、软
件队列调度。不拥塞时交换延迟通常少于10us；拥塞时随着队列中等待调度的分组的增加，交换延迟将锐增，因此在进行QoS的设计时我们主要关注的是拥塞条件下数据包的交换延迟。
第六条、当网络不拥塞时，QoS并不起作用，所有的数据包直接进入硬件队列
等待传输而不会进入软件队列，但是show policy-map interface
第七条、当网络拥塞时，QoS才起作用，所有的数据包都会进入软件队列等待
调度。
第八条、拥塞就是指硬件队列满，即硬件队列不满时数据包直接向硬件队列发送，
硬件队列满时就向软件队列中发送，此时就产生了拥塞。拥塞状态下，硬件队列每次传送完队列中所有数据包，就产生一次中断，由cpu运行一次调度算法，将多个软件队列中的一些数据包（这些数据包的总字节数量不大于硬件队列的大小）放入硬件队列。
第九条、硬件队列的大小是由端口硬件决定的，有一个最大值，实际使用值一般
随端口的速率自动调整到合适数量（例如端口从10M改为100M时，硬件队列的个数可能会自动调整），一般不需要手工改变。软件队列的空间取自于huge/large/small buffer，而这些buffer又是从内存中获得，并且可以根据需要自动增加或减少。当硬件队列满时，后续的数据包会进入软件队列中。
第十条、硬件队列位于接口适配器或者网络模块上，只能使用FIFO队列技术，
不能使用各种QoS队列技术。软件队列位于三层处理器系统或者接口buffer上，可以使用各种QoS队列技术，例如PQ、CBWFQ、LLQ、MDRR等。
第十一条、目前QoS使用的主要模式为以下两种：Integrated Services和
Differentiated Services，简称IntServ模式和DiffServ模式。我们使用的是DiffServ模式。
第十二条、DiffServ模式的工作方式：当网络拥塞时，首先网络设备会对流经的
数据包进行分类和标识，根据分类和标识的情况数据包会进入不同的队列中，进入队列前可以对这些数据包进行流量控制和拥塞避免，进入队列后可以对这些数据包实施拥塞管理，最终数据包或者被发送出去或者被丢弃，这样就保证了整个网络的高效运行。因此，DiffServ模式只是对端口的出向流量进行QoS控制，对端口的入向流量只能在对端端口的出向做QoS控制。
第十三条、网络设备可以根据不同的信息对数据包进行分类，比如：IP
precedence值、dscp值、源/目的IP地址、协议端口、二层802.1Q的CoS值、流入端口、源/目的Mac地址等。
第十四条、标识是指通过设置不同级别数据包的IP precedence值和dscp值来
实现的，它用于把属于不同级别的数据包“染色”。
第十五条、流量控制包括流量管制和流量整形。流量管制和流量整形都是通过检
测来确定流量是否超出了限制，但对超出限制的流量采用了不同的处理方法。流量管制一方面可以通过丢弃超出限制流量的数据包把网络流量限制在一定的速率里，另一方面还可以对超出限制流量的数据包进行重新标识，例如：承诺接入速率（committed access rate，CAR）可以丢弃超出流量的数据包，也可以重写这些数据包的IP Precedence值；流量整形则将超过限制流量的数据包缓存到buffer里，通过延迟发送这些数据包把网络流量控制在一定的速率里，如果buffer满了，则丢弃后续的数据包。例如，通用流量整型（Generic Traffic Shaping，GTS）和基于类的整形（Class-Based Shaping）使用WFQ（加权公平队列）来延迟发送超出限制流量的数据包。在我行的QoS设计方案中没有使用流量管制和流量整形。
第十六条、拥塞避免包括RED和WRED两种方法，它们会在网络拥塞时根据
当前队列的平均长度随机丢弃数据包。当前队列的平均长度取决于之前队列的平均长度和当前队列的实际长度。当前队列的平均长度计算公式如下：当前队列的平均长度 ＝（之前队列的平均长度×（1－2））+（当前队列的实际长度×2）。其中n是指数权重因子，它可以由用户自己配置。n值越大，之前队列的平均长度对当前队列的平均长度的影响越大；n值越小，当前队列的实际长度对当前队列的平均长度的影响越大。数据包被丢弃的可能性基于三个参数：最低门限值、最高门限值和最大丢弃概率。对于指数权重因子n，最低门限值，最高门限值和最大丢弃概率，一般情况下使用系统的缺省值即可，用户不需要进行重新配置。
? 最低门限值：当队列的平均长度超过最低门限值时，开始丢弃数据包。随着
队列平均长度的增加，包丢弃的可能性呈线形的增长，直到队列的平均长度达到了最高门限值。
? 最高门限值：当队列的平均长度超过最高门限值时，所有后续到达的数据包
–n
–n
都会被丢弃。
? 最大丢弃概率：指当队列平均长度达到最高门限值时数据包被丢弃的概率。 例如：配置了如下的命令： policy-map QOS class OA-application random-detect dscp-based random-detect dscp 18 24 40 10
（1）random-detect dscp-based表示对OA-application这个class启用了基于
dscp值的WRED
（2）random-detect dscp 18 24 40 10表示对于dscp值为18的数据包，丢弃
的最低门限值是24个数据包，丢弃的最高门限值是40个数据包，最大丢弃概率是1/10，即当队列的平均长度达到了24个数据包时，开始丢弃dscp值为18的数据包；当队列的平均长度超过了40个数据包时，后续dscp值为18的数据包都被丢弃；当队列的平均长度在24到40之间时，dscp值为18的数据包的丢弃概率介于0到1/10之间，随着队列平均长度的增加，丢弃概率呈线性增长趋势。
第十七条、WRED可以根据IP precedence或dscp对数据包有选择的进行丢弃，
通过对不同优先级的数据包设置不同的最低门限值、最高门限值和最大丢弃概率，可以使高优先级数据包被丢弃的可能性小于低优先级数据包被丢弃的可能性。通过对非关键业务数据包的提前丢弃，可以在减少关键业务数据包丢失和降低数据包延迟的同时使网络的吞吐量达到了最大；同时也避免了使多个TCP连接同时降低发送速度，从而避免TCP的全局同步现象。
第十八条、拥塞管理是指网络在发生拥塞时，如何进行流量的管理和控制。处理
的方法是通过不同的队列调度算法，提供数据包在拥塞情况下的管理。队列包括：FIFO、PQ、WFQ、CBWFQ、LLQ、MDRR等。其中，最简单的队列调度算法是FIFO，FIFO采用的是先进先出的调度，先到的数据包将会被首先发送，其他队列的调度算法参见第19-37条。另外，当网络没有拥塞发生时，以上队列的调度算法不会生效，只有当网络发
生拥塞时，队列的调度算法才会生效。
第十九条、队列调度的单位是以数据包个数计算的，而不是以字节计算的。 第二十条、PQ 使用了4个FIFO队列，优先级分别为High、Medium、Normal、
Low，通过定义，可以将数据包按照先进先出的策略分别放入这四个优先级不同的队列。在发送数据包的时候，每次都调度高优先级队列中的数据包，当该队列中没有数据包时较低优先级队列中的数据包才得到调度。如果当较低优先级的数据包发送时高优先级的队列中又来了新的数据包，则在较低优先级队列中的该数据包发送完毕后又会去发送高优先级队列中的数据包，依此类推。没有分类的数据包缺省进入Normal队列。
第二十一条、WFQ采用的是基于流（Flow-Based）的公平队列。它通过使用
Hash算法可以将每个流的数据包映射到相应的队列中，所有的数据包在进入队列前都会计算自己的传输结束时间，在调度时数据包按照传输结束时间的大小依次进行调度，即数据包的传输结束时间越小，该数据包调度越早。数据包的传输结束时间取决于数据包的大小和数据包的IP precedence值。当前数据包的传输结束时间＝同一队列中前一数据包的传输结束时间＋当前数据包的大小×当前数据包的权值。权值与数据包的IP precedence值＋1成反比。从上述公式可以看出，数据包越小、IP precedence值越大，该数据包的传输结束时间越小，该数据包越先得到调度。
第二十二条、CBWFQ扩展了WFQ的功能，它允许用户根据协议、access list、
流入端口等信息自定义流量的类别，满足同一条件的数据包构成一类流量，进入同一个队列，没有经过分类的数据包属于缺省类别，进入缺省队列。在发送数据包的时候，所有的队列采用和WFQ一样的调度方式，但权值不再取决于数据包的IP precedence值，而是取决于数据包所属队列分配的带宽所占端口总带宽的比例，比例越大，权值越小。即数据包的传输结束时间取决于数据包的大小和所属队列分配的带宽占比。数据包越小、所属队列的带宽占比越大，该数据包的传输结束时间越小，该数据包越先得到调度。