QoS服务质量五QoS边界行为之流量整形

3、流量整形

流量整形TS（Traffic Shaping）是一种主动调整流量输出速率的措施，其作用是限制流量与突发，使这类报文以比较均匀的速率向外发送。流量整形通常使用缓冲区和令牌桶来完成，当报文的发送速度过快时，首先在缓冲区进行缓存，在令牌桶的控制下，再均匀地发送这些被缓冲的报文。

单速率双色单桶,缺点是上一秒令牌未用完，则下一秒将会被清空；单速率三色双桶，有两个令牌桶。可以有积存机制，解决超发问题；双速率三色双桶，整形红色流量进行缓存，等待下次获得令牌通过，未被丢弃。一般适用于高带宽向低带宽发送数据。

流量整形通常使用缓冲区或队列和令牌桶来完成，当报文的发送速度过快时，首先在缓冲区或队列进行缓存，在令牌桶的控制下，在均匀的发送这些缓存的报文。缓冲区的空间是有限的，如果缓冲区空间不足，则被延迟发送的报文会被丢弃。

流量监管和流量整形的比较：

名称	流量监管	流量整形
流量方向差异	应用于端口入方向	应用于端口出方向
超额流量差异	丢弃超额流量或将超额流量重标记为低优先级	缓存超额流量
内存使用差异	不需要额外的内存资源，不会带来延迟和抖动	需要缓存超额流量，可能会带来延迟和抖动
丢包率的差异	丢包可能引发重传	较少的丢包，因而较少导致重传
重标记的差异	可以重标记流量	不能重标记
双方共同点	都是监控网络流量、都是用令牌桶算法评估流量速率、用于网络边缘	一样

从上可以看出不同流量监管优点：是不需要内存，延迟小。缺点：丢包率大，抗突发能力弱；流量整形的优点：丢包率小，抗突发能力强，缺点：要内存，延迟高。两种的优点缺点互补。

从上图可以看出流量整形将上游不规整的流量进行削峰填谷，使流量输出比较平稳，从而解决下游设备的拥塞问题。

3.1、GTS的原理

GTS(Generic traffic shaping，通用流量整形)在收到报文后会先进行分类，符合GTS匹配条件的报文由GTS进行整形，不符合匹配条件的报文绕过GTS直接转发。GTS使用的令牌桶技术为单桶单速，只对出接口有作用。

解决下游设备的接口速率小于上游设备的接口速率，从而导致下游设备接口入方向丢包的问题。

GTS处理流程

GTS在收到报文后会先进行分类，使报文进入不同的队列。没有配置队列整形功能的报文绕过GTS直接转发。

符合GTS匹配条件的报文(配置队列整形功能)由GTS进行整形，GTS采用停牌桶技术对各类报文分别进行测量。

对需要流量整形的报文进行测量分为两种情况，一种是令牌桶中令牌数量足够多，也就是来的报文的符合所设置的CIR和CBS，放行此报文。

另一种情况是发送过来的报文不符合所设置的CIR和CBS，也就是令牌桶中令牌数量不足，这时报文被缓存在队列里，等待有足够令牌时再继续发送。

如果该接口和子接口同时配置了接口整形，则系统还要逐级按照子接口整形速率、接口整形速率对报文流进行速率控制。则报文全部进行流量整形。

3.2、自适应流量整形

有些场景下，下游设备的接口速率是不确定的，上游设备无法确定应该把整形参数设置为多少。此时可以配置自适应模板来实现自适应流量整形，通过在上游设备和下游设备间开启NQA检测，根据NQA检测到的下游设备丢包率动态调整整形参数。

NQA(Network Quality Analysis，网络质量分析)，是设备上集成网络检测功能，不仅可以实现对网络运行情况的准确测试，输出统计信息，有效的节约成本。NQA可以检测网络上运行的各种协议的性能，时运营商能够实时采集到各种网络运行指标，例如：HTTP的总时延、TCP连接时延、DNS解析时延、文件传输时延、FTP连接时延、DNS解析错误等等。

NQA把测试两端称为客户端和目的端，并在客户端发起测试，目的端接收报文后，返回给源端相应的回应信息。根据返回的回应信息，就可以了解相应的网络状况。

自适应模板规定了：

• NQA测试例：通过此测试例检测下游设备接口入方向丢包率，根据检测结果调整整形参数。
• 整形速率范围：上游设备接口出方向的整形速率上下限，整形速率在此范围内动态调整。
• 整形速率调整步长：动态调整整形速率时，每次调整的速率大小。
• 丢包率范围：下游设备接口入方向允许的丢包率范围。当丢包率在此范围之内时，不调整整形速率；当丢包率过大，减小上游设备整形速率；当丢包率过小，且上游设备发生拥塞，增大上游设备整形速率。
• 整形速率增大的时间间隔：当丢包率在阈值附近频繁变化时，就需要频繁调整整形速率，用户可以通过设置此参数，限制增大整形速率的时间间隔，避免频繁更新。

系统根据NQA检测结果中的丢包率等调整整形速率：

自适应模板在流行为中绑定后，将流行为与流分类在流策略下进行绑定，并在接口下应用流策略，才能使自适应模板中配置的整形参数在该接口下生效。

3.3流量监管和流量整形应用场景

企业网中语音、视频和数据等多种不同的业务，报文从高速链路进入设备，再由低速链路转发出去。可能会因为带宽不足产生拥塞，需要对三种业务提供不同的保证带宽，优先保证语音业务的带宽，其次是视频业务，最后是数据业务，因此可以对不同业务进行不同的流量监督，为语音报文提供最大保证带宽，视频报文次之，数据报文保证带宽最小，从而在网络产生拥塞时，可以保证语音报文优先通过。

流量监管

流量整形

3.4、配置限速(流量监管和流量整形)

配置限速时，需要配置cir cir-value和cbs cbs-value等参数，其中cir cir-value指承诺信息速率，即保证能够通过的平均速率；cbs cbs-value指承诺突发尺寸，即瞬间能够通过的承诺突发流量。例如，用户想要配置限速4Mbit/s，则配置cir-value=4*1024 kbit/s=4096 kbit/s。cbs-value建议配置为cir-value的100–200倍，如果用户没有配置cbs-value，则设备会自动指定其为缺省值。cbs-value缺省为cir-value的125倍。

3.4.1、配置流量整形

Switch通过接口GE0/0/2与路由器互连，局域网终端发送的语音、视频、数据，这些业务可经由交换机和路由器到达用户。各终端设备与SW2构成的局域网，速率远大于由SW1和R1构成的WAN速率，这种情况下SW1出接口GE0/0/1处容易发生带宽抖动。为减少带宽抖动，为减少抖动进行以下处理：

1、基于接口的流量整形
也叫接口限速 LR（Line rate），限制接口发送的所有报文（包括紧急报文）的总速率，是对整个出接口进行流量整形，不区分优先级。缺点：不能基于业务区别对待

在SW1入口上配置限速，进入的速率限制在20000kbit/s。在SW2上配置端口整形，将端口出口速率限制在20000kbit/s。lr针对于接口下的所有流量。LR使用单速单桶。

[SW1]interface g0/0/1
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]qos lr inbound cir 20000 cbs 2000000   //配置入方向的接口限速速率为20000kbit/s，CBS大小为2000000bit。

[SW2]interface g0/0/1
[SW2-GigabitEthernet0/0/1]qos gts cir 20000          //配置接口的发送数据的速率为20Mbps/s,对接口配置流量整形。

cbs是整形模型中使用的令牌桶的大小，cbs不是越大越好，越大则流量波动就越大：反之，流量波动就较小，但cbs一定要大于1500。cbs-value缺省为cir-value的125倍。

注意：
cbs、pbs的大小可以不用配置，系统会根据定义的cir和pir的值自动计算。

2、基于队列的流量整形
华为设备默认支持0-7共八个队列（很老的队列技术，类似于管道），可以基于每种队列定义不同的整形技术，以及队列调度技术，丢弃技术，默认八个队列的调度技术为公平WFQ，无差异行为。
为保证各类业务带宽要求，携带的802.1p优先级分别为5、4、2，现设置如下：

流量类型	CIR(kbps)	PIR(kbps)
语音	8000kbit/s	峰值带宽为12000kbit/s
视频	10000kbit/s	峰值带宽为20000kbit/s
数据	2000kbit/s	峰值带宽为3000kbit/s

在Switch上配置端口队列整形。shaping使用双速双桶，shaping可以针对于队列

[SW2]qos queue-profile gts     //创建队列模板，名为gts

[SW2-qos-queue-profile-gts] queue 2 to 5 gts cir 20000  //配置队列2到5使用gts整形，速率为20000bit/s
[SW2-qos-queue-profile-gts] queue 0 to 5 length bytes 10000  //配置队列2到5的长度为10000bit
[SW2-qos-queue-profile-gts]quit

[SW2-GigabitEthernet0/0/1] qos queue 5 shaping cir 8000 pir 12000             //在ge0/0/1上配置队列5，队列5整形6整形的为8000bit/s，峰值信息速率12000

[SW2-GigabitEthernet0/0/1] qos queue 4 shaping cir 10000 pir 20000             //在ge0/0/1上配置队列4，队列4整形为10000bit/s。

[SW2-GigabitEthernet0/0/1] qos queue 2 shaping cir 2000 pir 3000             //在ge0/0/1上配置队列2，队列2整形为2000bit/s。

缺点：方案复杂，配置端口复杂

3.4.2、基于流分类MQC的流量监管

条件如上前面图示，为了减少网络拥塞的发生，需要对SW2进行流量监管，限速到20000kbit/s，在SW1入方向配置基于MQC的流量监管，SW1为三层交换机与后面的路由器构成一个DS域，此DS域设备内部优先级以DSCP优先级用于内部资源分配和调度使用的值。

流量类型	CIR(kbps)	PIR(kbps)	DSCP优先级
语音	8000kbit/s	峰值带宽为12000kbit/s	将DSCP优先级标记为46，保证后续设备优先转发。
视频	10000kbit/s	峰值带宽为20000kbit/s	将DSCP优先级标记为30。
数据	2000kbit/s	峰值带宽为3000kbit/s	将DSCP优先级标记为14。

(1)、创建VLAN，并配置各接口

<HUAWEI> system-view
[HUAWEI] sysname SW1
[SW1] vlan batch 10 20 30 40

# 将接口GE0/0/2、GE0/0/2、GE0/0/4的接入类型分别配置为trunk，并将接口GE0/0/2、GE0/0/3、GE0/0/4加入VLAN 10、20、30。
[SW2] interface GigabitEthernet0/0/1
[SW2-GigabitEthernet0/0/1] port link-type trunk
[SW2-GigabitEthernet0/0/1] port trunk allow-pass vlan 2 to 100
 
[SW2] interface gigabitethernet 0/0/2
[SW2-GigabitEthernet0/0/2] port link-type trunk
[SW2-GigabitEthernet0/0/2] port trunk allow-pass vlan 20

[SW2] interface gigabitethernet 0/0/3
[SW2-GigabitEthernet0/0/3] port link-type trunk
[SW2-GigabitEthernet0/0/3] port trunk allow-pass vlan 30

[SW2] interface gigabitethernet 0/0/4
[SW2-GigabitEthernet0/0/4] port link-type trunk
[SW2-GigabitEthernet0/0/4] port trunk allow-pass vlan 40

(2)、入方向配置MQC的流量监管

基础配置

[SW1]interface GigabitEthernet0/0/1
[SW1-GigabitEthernet0/0/1] trust dscp
[SW1-GigabitEthernet0/0/1] port link-type trunk
[SW1-GigabitEthernet0/0/1] port trunk allow-pass vlan 2 to 100

1、配置流分类，设备根据报文VLAN进行分类。

[SW1] traffic classifier voice operator and
[SW1-classifier-voice] if-match vlan-id 20
[SW1-classifier-voice] quit

[SW1] traffic classifier video operator and
[SW1-classifier-video] if-match vlan-id 30
[SW1h-classifier-video] quit

[SW1] traffic classifier data operator and
[SW1-classifier-Data] if-match vlan-id 40
[SW1-classifier-Data] quit

2、创建流行为，配置流量监管参数，并标记优先级

[SW1] traffic behavior voice
[SW1-behavior-voice] car cir 8000 pir 12000  //配置语音业务限速带宽
[SW1-behavior-voice] remark dscp 46   //标记语音报文DSCP为46
[SW1-behavior-voice] statistic enable  //用于验证配置结果
[SW1-behavior-voice] quit

[SW1] traffic behavior video
[SW1-behavior-video] car cir 10000 pir 20000  //配置视频业务限速带宽
[SW1-behavior-video] remark dscp 30    //标记视频报文DSCP为30
[SW1-behavior-video] statistic enable
[SW1-behavior-video] quit

[SW1] traffic behavior Data
[SW1-behavior-Data] car cir 2000      //配置数据业务限速带宽
[SW1-behavior-Data] remark dscp 14   //标记数据报文DSCP为14
[SW1-behavior-Data] statistic enable
[SW1-behavior-Data] quit

注意：
cbs、pbs的大小可以不用配置，系统会根据定义的cir和pir的值自动计算。

3、配置流策略，并在接口GE0/0/1入方向应用。

[SW1] traffic policy p1

[SW1-trafficpolicy-p1] classifier voice behavior voice
[SW1-trafficpolicy-p1] classifier video behavior video
[SW1-trafficpolicy-p1] classifier Data behavior Data
[SW1-trafficpolicy-p1] quit

[SW1] interface gigabitethernet 0/0/1
[SW1-GigabitEthernet0/0/20] traffic-policy p1 inbound
[SW1-GigabitEthernet0/0/20] quit

3.4.3、自适应流量整形

采用基于流的拥塞管理来实现语音、视频和数据报文的不同处理。

NQA客户端RA配置：

• 配置配置Jitter类型的NQA测试例;
• 配置流分类，实现对数据、视频、语音报文的区分；
• 配置流行为，针对数据、视频、语音报文，指定不同的拥塞管理动作；
• 配置自适应整形模板并应用到接口GE1/0/0。

1、配置NQA测试例
配置NQA服务器服务器端

<Huawei> system-view
[Huawei] sysname RB
[RB] nqa-server udpecho 192.168.2.2 9000  //服务器端采用UDP端口9000进行NQA回复

NQA客户端，配置Jitter类型的NQA测试例。

<Huawei> system-view
[Huawei] sysname RA
[RA] nqa test-instance admin jitter1     //配置NQA管理员名称admin和实例名称jitter1
[RA-nqa-admin-jitter1] test-type jitter   //测试类型为抖动
[RouterA-nqa-admin-jitter1] destination-address ipv4 192.168.2.2   //测试server端地址
[RA-nqa-admin-jitter1] destination-port 9000     //测试server端口号
[RA-nqa-admin-jitter1] start now       //开始时间为总是
[RA-nqa-admin-jitter1] quit

2、在RA上配置自适应整形模板

[RA] qos adaptation-profile gts1         //定制自适应模板为gts1
#配置整形速率范围下限为128，上限为512
[RA-qos-adaptation-profile-gts1] rate-range low-threshold 128 high-threshold 512 
[RA-qos-adaptation-profile-gts1] rate-adjust step 32     //配置整形速率调整步长
[RA-qos-adaptation-profile-gts1] rate-adjust loss low-threshold 20 high-threshold 30 //配置丢包率最低20最高30
[RA-qos-adaptation-profile-gts1] track nqa admin jitter1   //绑定名称admin和实例名称jitter1的nqa
[RA-qos-adaptation-profile-gts1] quit

3、在RA的接口GE1/0/0上应用自适应整形模板

[RA] interface gigabitethernet 1/0/0
[RA-GigabitEthernet1/0/0] qos gts adaptation-profile gts1   //应用自适应整形模板gts1
[RA-GigabitEthernet1/0/0] quit

4、在RouterA上配置流分类，区分出数据、视频和语音业务

[RA] traffic classifier data              //创建名称为data的流分类
[RA-classifier-data] if-match dscp af11   //匹配DSCP优先级af11数据
[RA-classifier-data] quit
[RA] traffic classifier video
[RA-classifier-video] if-match dscp af21  //匹配DSCP优先级af21视频
[RA-classifier-video] quit
[RA] traffic classifier voice
[RA-classifier-voice] if-match dscp ef   //匹配DSCP优先级ef视频
[RA-classifier-voice] quit

5、配置流行为，配置匹配分类规则的报文进入指定队列并为其分配带宽

[RA] traffic behavior data         //创建名称为data的流行为
[RA-behavior-data] queue af bandwidth pct 30   //定义data行为进入af队列可确保的最小带宽为30%
[RA-behavior-data] quit
[RA] traffic behavior video
[RA-behavior-video] queue af bandwidth pct 60  //定义video行为进入af队列可确保的最小带宽为60%
[RA-behavior-video] quit
[RouterA] traffic behavior voice
[RA-behavior-voice] queue llq bandwidth pct 5   //定义voice行为进入LLQ队列配置允许的最大带宽为5%
[RA-behavior-voice] quit

6、创建流策略，将流分类和对应流行为关联起来

[RA] traffic policy p1
[RA-trafficpolicy-p1] classifier voice  behavior voice
[RA-trafficpolicy-p1] classifier video  behavior video
[RA-trafficpolicy-p1] classifier data  behavior  data
[RA-trafficpolicy-p1] quit

7、在RA上将流策略应用到接口GE1/0/0上

[RA] interface gigabitethernet 1/0/0
[RA-GigabitEthernet1/0/0] ip address 192.168.1.2 24
[RA-GigabitEthernet1/0/0] traffic-policy p1 outbound
[RA-GigabitEthernet1/0/0] quit