3550交換機QoS時序及隊列討論（一）

2019-11-05 01:34:20

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　　簡介
　　輸出時序被用來確保重要的業務不會在端口流量在某些嚴重超出預定流量時的狀況下導致數據丟包。本文檔討論了Catalyst 3550 交換機有關輸出時序的所有技術和算法。本文檔著重于介紹如何配置及驗證Catalyst 3550 交換機上的輸出時序。
　　
　　用到的組件
　　本文檔的運行環境為 Catalyst 3550交換機，軟件版本 12.1(12c)EA1.
　　
　　本文檔所表述的信息均是通過在非凡的實驗室環境下的設備所創建的。文檔中所用到的所有設備都是采用明確的（缺省的）配置命令。若你是在一個現實的網絡環境下工作，在使用一些簡寫命令時應確保你已經完全理解了該命令的含義。
　　
　　Cisco Catalyst 3550 交換機QoS 時序及隊列
　　
　　交換機
　　3550 交換機有兩種不同類型的端口：千兆端口和非千兆端口（10/100M端口）
　　
　　兩種端口具有不同的性能，這些性能下面會作簡單描述，而且相關的描述會貫穿整篇文檔。
　　
　　兩種端口均支持的性能
　　
　　每個3550的端口上都有4個不同的輸出隊列。這些隊列中的一個可以被配置為優先級隊列。余下的幾個端口被配置為非絕對的優先級隊列，并使用Weighted Round Robin (WRR)。所有的端口上，數據包根據各自的服務類別（CoS）被分配為四中可能的類別之一。
　　
　　千兆端口支持的特性
　　
　　千兆端口還能支持每個隊列的治理機制。每個隊列可以使用Weighted Random Early Discard (WRED)或者雙線程的tail drop 。隊列大小可調（每個隊列均分配相應的緩沖區）。
　　
　　非千兆端口支持的特性
　　
　　非千兆端口不支持任何隊列治理機制，例如WRED或者雙線程tail drop
　　
　　10/100M端口支持FIFO 隊列。每個端口隊列的大小都不可改變。但是你可以為每個隊列分配最小的保留帶寬。
　　
　　CoS 到隊列映射
　　本節討論3550如何決定將每個數據包放置到隊列中去。數據包隊列取決于服務類別（CoS ）。通過使用CoS 到隊列的接口映射命令，每個八種可能的Cos數值將被映射到相應的四個隊列。下面是該命令的示例：
　　
　　(config-if)# wrr-queue cos-map queue-id cos1... cos8
　　
　　下面是一個例子：
　　
　　3550(config-if)# wrr-queue cos-map 1 0 1
　　
　　3550(config-if)# wrr-queue cos-map 2 2 3
　　
　　3550(config-if)# wrr-queue cos-map 3 4 5
　　
　　3550(config-if)# wrr-queue cos-map 4 6 7
　　
　　該示例將 CoS 0 和1映射到 Q1, CoS 2 和3 映射到 Q2, CoS 4和5 映射到 Q3, CoS 6 和7映射到Q4。
　　
　　每個端口的CoS到隊列的映射情況可以通過使用下面的命令來進行驗證：
　　
　　cat3550# sh mls qos int gig 0/1 queueing
　　
　　GigabitEthernet0/1
　　
　　...Cos-queue map:
　　
　　cos-qid
　　
　　0 - 1
　　
　　1 - 1
　　
　　2 - 2
　　
　　3 - 2
　　
　　4 - 3
　　
　　5 - 3
　　
　　6 - 4
　　
　　7 - 4...
　　
　　絕對的優先級隊列
　　絕對的優先級隊列在初始狀態下通常是空的。這就意味著一旦有數據包進入隊列，該包將馬上被轉發。當WRR 隊列中所有的數據包都被轉發后，優先級隊列根據需要關閉并清空。
　　
　　絕對的優先級隊列被非凡設計來處理對延遲/抖動比較敏感的數據流，例如語音。絕對的優先級隊列將導致其他隊列嚴重滯后。在其他三個WRR中的數據包在絕對的優先級隊列中數據傳輸完成之前，將不會被轉發。
　　
　　注重
　　要避免其他隊列的嚴重滯后，要非凡注重放到優先級隊列中的流量。
　　
　　該隊列通常用于語音數據流，而此類型應用并不占用很高的帶寬。但是若有人將一些占用帶寬較多的應用（例如數據轉移或備份）放到絕對的優先級隊列，這將引起其他流量的嚴重滯后。要避免該問題，非凡的數據流應被放置在分類/準入，并在網絡中標記該數據流。例如，你可能需要采取一下預防措施：
　　
　　l 在非可信的源端口使用非可信的端口QoS狀態；
　　
　　l 在使用Cisco ip電話端口可靠的邊界特性時，確信IP電話配置于其它應用是可信的
　　
　　l 修正進入絕對優先級隊列的數據流。在千兆端口上修正數據流的流量限制為100M。
　　
　　在3550上，可以配置一個隊列為優先隊列，（總是Q4），在端口模式下使用如下命令：
　　
　　3550(config-if)# PRiority-queue out
　　
　　假如某個端口沒有配置優先隊列，則Q4被當做標準的WRR 隊列（下節將具體描述）。你可以通過輸入和下面一樣的IOS命令來驗證某端口是否被配置為絕對優先級隊列，命令如下：
　　
　　NifNif#sh mls qos interface gig 0/1 queueing
　　
　　GigabitEthernet0/1
　　
　　Egress eXPedite queue: ena
　　
　　Catalyst 3550上的WRR(Weighted Round Robin)
　　
　　在3550上，WRR是一個對輸出時間序列進行治理的機制。WRR在三個或四個隊列（假如沒有絕對優先級隊列）之間工作。使用WRR模式的隊列在循環方式下是置空的，可以為每個隊列配置相應的權值。
　　
　　例如，配置了不同的權值，不同的隊列將提供不同的服務，如下所示：
　　
　　Serving WRR Q1 : 10% of time
　　
　　Serving WRR Q2 : 20% of time
　　
　　Serving WRR Q3 : 60% of time
　　
　　Serving WRR Q4 : 10% of time
　　
　　對每個隊列，你可以在端口模式使用以下命令來配置四個權值（各自相對于一個隊列）：
　　
　　(config-f)#wrr-queue bandwidth weight1 weight2 weight3 weight4
　　
　　示例如下：
　　
　　3550(config)# interface gigabitethernet0/1
　　
　　3550(config-if)# wrr-queue bandwidth 1 2 3 4
　　
　　注重：權值是相對的，下面是計算方式
　　
　　Q1 = weight 1 /(weight1 + weight2 + weight3 + weight4) = 1/(1+2+3+4) = 1/10
　　
　　Q2 = 2/10
　　
　　Q3 = 3/10
　　
　　Q4 = 4/10
　　
　　WRR可通過以下兩種方式執行：
　　
　　1. WRR per bandwidth: 每個權值描述了可以用于發送的非凡帶寬。權Q1答應使用大約 10％的帶寬， Q2 將獲得大約20％的帶寬，以此類推。改方案目前僅在Catalyst 6000 系列交換機上實現。
　　
　　2. WRR per packet: 該算法在 3550 交換機上實現。這表示每個權值表示了某個數量的數據包將被發送，而不管包的大小如何。
　　
　　3550上實現WRR per packet表現為如下形式：
　　
　　l Q1 傳輸 1/10 的數據包
　　
　　l Q2 傳輸 2/10 的數據包
　　
　　l Q3 傳輸 3/10 的數據包
　　
　　l Q4 傳輸 4/10 的數據包
　　
　　假如被傳送的包是同樣大小則是最理想的情況。在4個隊列中你依然能夠獲得理想的共享帶寬。然而，假如隊列間的平均包大小有差異，則會在擁塞事件發生時對傳輸產生巨大的影響。
　　
　　例如，假設當前交換機只有兩個數據流，同時假設處于以下的情形：
　　
　　一個千兆口的隊列2（Q2）以Cos 3類別方式每秒傳輸少量的交互應用數據流（80字節/幀）
　　
　　一個千兆口的隊列1（Q1）以Cos 0類別方式每秒傳輸大型文件數據流（1518字節/幀）
　　
　　兩個隊列都將以傳輸1 Gbps 的速率傳輸數據。
　　
　　兩個數據流需要共享同一個輸出的千兆口。假設我們已經為Q1 和 Q2 設置了同樣的權值， WRR 應用到每個數據包，并且每個隊列內傳輸的數據量不同于兩個隊列之間的數據量。每個隊列都轉發了同樣數量的數據包，然而交換機實際上發送了下面數量的數據：
　　
　　77700 包/秒由Q2輸出 = (77700 x 8 x 64) bits/sec (大約 52 Mbps)
　　
　　77700 包/秒由Q1輸出= (77700 x 8 x 1500) bits/sec (大約 948 Mbps)
　　
　　注重：
　　
　　假如你想要每個隊列都公平的接入網絡，需要考慮每個數據包的平均值。每個數據包都被假設放置在同一個隊列，因而權值得到改善。
　　
　　例如：假如你想要為四個隊列賦予相同的接入（每個隊列各自分配到1/4的帶寬），流量表現為如下形式：
　　
　　¨ Q1: 最佳的互聯網數據流量。假定數據流的平均包大小為256字節。
　　
　　¨ Q2 : 文件備份形成的文件傳輸，主要由1500字節構成的數據包。
　　
　　¨ Q3 : 視頻流，每個包被分成192字節。
　　
　　¨ Q4 : 交互應用，主要由64字節構成的數據包。
　　
　　這就產生了以下的情形：
　　
　　¨ Q 1消耗 4 倍于Q 4的帶寬
　　
　　¨ Q 2消耗 24 倍于Q 4的帶寬
　　
　　¨ Q 3消耗 3 倍于Q 4的帶寬
　　
　　· 若要以同樣的帶寬接入網絡，采用如下的配置：
　　
　　¨ Q1 權值設為6
　　
　　¨ Q2 權值設為1
　　
　　¨ Q3 權值設為8
　　
　　¨ Q4 權值設為24
　　
　　· 假如分配了以上的權值，則在擁塞事件發生時，四個隊列將分享到同樣的帶寬。
　　
　　· 假如設置了絕對優先級隊列，WR權值將在其余三個隊列中重新分配。下面是一個設置了絕對優先級，而Q4沒有進行配置的情況下，隊列1, 2, 3, 和
　　
　　¨ Q1 = 1 / (1+2+3) = 1/6數據包輸出
　　
　　¨ Q2 = 2/6數據包輸出
　　
　　¨ Q3 = 3/6數據包輸出

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