2025年QoS技术白皮书-新华三

QoS技术白皮书目录概述 1产生背景 1技术优点 1QoS服务模型简介 1Best-Effort服务模型 1IntServ服务模型 2DiffServ服务模型 2IntServ与DiffServ之间的互通 3IPQoS术3IPQoS功能综述 3流量分类和标记 4IPv4QoS业务分类 5IPv6QoS业务分类 6以太网QoS业务分类 6拥塞管理 8先进先出队列（FIFO） 9优先队列（PQ） 10定制队列（CQ） 11加权公平队列（WFQ） 12基于类的加权公平队列（CBWFQ） 12RTP优先队列 14队列技术对比 14拥塞避免 15传统的丢包策略 16RED与WRED 16WRED和队列机制的关系 16流量监管与流量整形 17约定访问速率（CAR） 17通用流量整形（GTS） 18物理接口总速率限制（LR） 19链路效率机制 19链路分片与交叉（LFI） 20IP报文头压缩（IPHC） 20MPLSQoS术20MPLSDiffServ 20MPLS-TE 22典组网案 23企业VPNQoS实施 23VoIPQoS网络设计 23参文献 25概述产生背景IPinFirstIPIPoverIPIP）（FTP敏感。为了支持具有不同服务需求的语音、视频以及数据等业务，要求网络能够区分出不同的通IPQoS（QualityofService，服务质量）技术的出现便致力于解决这个问题。技术优点QoS旨在针对各种应用的不同需求，为其提供不同的服务质量。如：可以限制骨干网上FTP对于（neneteicePoide，enetQoSISPQoS服务模型简介服务模型是指一组端到端的QoS功能。QoS提供以下三种服务模型：Best-EffortserviceIntegratedserviceIntServDifferentiatedserviceDiffServBest-Effort服务模型Best-EffortBest-EffortBest-EffortInternetFTPE-Mail等，FIFOIntServ服务模型IntServQoSReservationRSVP（Flow，IPQoSIntServ可以提供以下两种服务：10M带宽和要求不超过1秒的时延。DiffServ服务模型DiffServQoSIntServRSVP，DiffServ（PCP值在实施DiffServ的网络中，每一个转发设备都会根据报文的DSCP（DifferentiatedServicesCodepoint）FExeidFoadigFAssuedoadig43AF1xAF2x、AF3x和AF4x312PHB（Per-hopBehaviorIP。EBestIPQoSIETFPHBDSCPDSCPPHBDiffServDiffServDSCPPHBIntServDiffServ之间的互通IPQoSIPDiffServIPDiffServIntServIP哪一种QoSIPIP边缘网采用DiffServIPIPIPIntServIntServDiffServRSVP在DiffServDiffServPHB在DiffServ域，RSVP支持多种处理方式。例如下面两种：RSVP对DiffServIntServIntServ域采DiffServDiffServRSVPDiffServIntServDiffServ根据nSevifSevBnSev支持的服务与ifSevB之间的映射问题可以通过下面方式解决：IntServDiffServ中的EF。IntServDiffServ中的AF。IPQoS技术实现在IP网络中，H3C设备仅支持DiffServ服务模型，不支持IntServ服务模型。目前，H3C的IP网络产品已经全面提供对DiffServ服务模型的支持：完全兼容DiffServRFC2474RFC2475RFC25972598等。IPPrecedence或DSCPQoS支持DiffServ）PHB（。IPQoS功能综述IPQoSQoS针对QoSQoSQoSQoS1QoS图QoS令牌CAR源地址目的地址源端口号协议类型TOS其他处理CAR源地址目的地址源端口号协议类型TOS其他处理...Remark接口接收的报文 分

令牌桶

流量监管 流量标记令牌源地址目的地址源端口号协议类型TOS出队Queue2Queue1FIFOPQCQWFQCBWFQQueueN源地址目的地址源端口号协议类型TOS出队Queue2Queue1FIFOPQCQWFQCBWFQQueueNQueue0 CARGTS其他处理...WREDCARGTS其他处理...WRED需由此接口发送的报文 分

令牌桶

流量监管流量整形

拥塞避免

发送...队列...拥塞管理如图1所示，各种QoS技术在网络设备中的处理顺序为：流量分类和标记IPIPDSCP802.1pCoSIPIPIPIPIP号）下游网络可以选择接受上游网络的分类结果，也可以按照自己的分类标准对数据流量重新进行分类。下面分别介绍一下在IPv4、IPv6、二层以太网中如何对流量进行分类和标记。IPv4QoS业务分类IPDSCP2所示。图2IP/DSCPVersionLengthToS1ByteLENIDOffsetTTLProtoFCSIP-SAIP-DAData001234567IPprecedence Unusedbits:FlowcontrolforDSCPDSCPStandardIPv4:ThreeMSBcalledIPprecedence(DiffServmayusesixD.S.bitsplustwoforflowcontrol)IPIPv4报文在IP报文头的ToS域中定义了8种IP业务类型，如表1所示。表18种IP业务类型定义业务类型IP优先级NetworkControl7InternetworkControl6CRITIC/ECP5FlashOverride4Flash3Immediate2Priority1Routine0DSCPDiffServ模型定义了64种业务类型，其中典型的业务类型定义如表2所示。表DSCPPHB业务类型DSCPPHBDSCP值NetworkControlCS7(111000)56IPRoutingCS6(110000)48InteractiveVoiceEF(101110)46InteractiveVideoAF41(100010)34VideocontrolAF31(011010)26Transactional/Interactive(对应高优先级应用)AF2x(010xx0)18、20、22BulkData(对应中优先级应用)AF1x(001xx0)10、12、14StreamingVideoCS4(000100)4TelephonySignalingCS3(000011)3NetworkManagementCS2(000010)2ScavengerCS1(000001)1BestEffort00IPv6QoS业务分类P6在报头中保留了类似P4的o（peofSeiceC。TCIPv6QoSIPv6TCIPv6报头20（FlowLabel）QoS业务分类以太网在以太网帧头的VANAG8oClssfSeice图3所示。图3802.1QCoSPREAMSFDDASATypeTAG4BytesPTDataFCSPRICFIVLANIDThreebitsusedforCoS(Userpriority)8种以太网业务类型定义如表3所示。表38种以太网CoS业务类型定义业务类型业务特征以太网CoS协议举例NetworkControl适用于网络维护与管理报文的可靠传输，要求低丢包率7BGP、PIM、SNMPInternetworkControl适用于大型网络中区分于普通流量的网络协议控制报文，要求低丢包率和低时延6STP、OSPF、RIPVoice适用于语音业务，一般要求时延小于10ms5SIP、MGCP业务类型业务特征以太网CoS协议举例Video适用于视频业务，一般要求时延小于100ms4RTP（RealTimeProtocol，实时协议）CriticalApplications适用于要求确保最小带宽的业务3NFS、SMB、RPCExcellentEffortCEO’sbestbesteffort的传输客户发送信息2SQLBestEffort缺省使用的业务类型，无优先发送的要求，只要求“尽力而为”的服务质量1HTTP、IM、X11Background适用于不影响用户或关键应用的批量传输业务0FTP、SMTP每一种业务映射到出端口的哪个队列转发将关系到该业务的时延、抖动和可获得的带宽。IEEE802.1Q推荐的业务类型到队列的映射关系定义如表4所示。表4IEEE802.1Q推荐的CoS类型与队列的映射关系NumberofqueuesQueueID业务类型11BestEffort、Background、Excellenteffort、CriticalApplications、Voice、Video、InternetworkControl、NetworkControl21BestEffort、Background、Excellenteffort、CriticalApplications2Voice、Video、InternetworkControl、NetworkControl31BestEffort、Background、Excellenteffort、CriticalApplications2Voice、Video3NetworkControl、InternetworkControl41BestEffort、Background2CriticalApplications、Excellenteffort3Voice、Video4NetworkControl、InternetworkControl51BestEffort、Background2CriticalApplications、Excellenteffort3Voice、Video4InternetworkControl5NetworkControl61Background2BestEffort3CriticalApplications、Excellenteffort4Voice、VideoNumberofqueuesQueueID业务类型5InternetworkControl6NetworkControl71Background2BestEffort3Excellenteffort4CriticalApplications5Voice、Video6InternetworkControl7NetworkControl81Background2BestEffort3Excellenteffort4CriticalApplications5Video6Voice7InternetworkControl8NetworkControl拥塞管理图4网络拥塞示意图...2M2MS1Router1Router2Ethernet10M10MEthernet12PC1 Server1 PC2 Server241210M的速度发送数据时，将会使Router1S1FIFO、PQCQ、WFQ、CBWFQ先进先出队列（FIFO）图5先进先出队列示意图FIFO队列 出队调度FIFO需由此接口发送的报文

离开接口的报文说明：

紧急报文如5（FIFO）FIFOFIFO41的Server12的Server21PC12PC2FIFO优先队列（PQ）图6PQ队列示意图队列lownormalmediumlownormalmediumhigh分类需由此接口发送的报文

离开接口的报文说明：

紧急报文普通报文非紧急报文如6以后简称IPIPIP/DSCPMPLS（MultiprotocolLabelSwitchingMPLSEXP4PQ4PQ4（如（如E-Mail）41的Server12的Server21PC12PC2Router1S1配置PQServerPQServerRouterPC定制队列（CQ）图7定制队列示意图需由此接口发送的报文说明：

分类各类报文

队列queue2queue110queue2queue1...10％...queue1630％queue16

出队调度 离开接口的报文如7CQ，CustomQueuing）IPIPIP/DSCPMPLSMPLSEXP16CQ16CQ116116现在我们将CQ和PQ做个比较：PQCQCQ由于CQPQ。41的Server12的Server21PC12PC2Router1的串口S1CQ配置Server1160%6000。配置PC220%2000。20%（2000。那么，CQ160002中的报文，直到此队列中的报文被发送的字节数不少于2000字节，再发送其他队列的报文。各种数据报文占用带宽的情况如下：Router1S11.2M（20604（202S11（206（0260（202（026当S12M。加权公平队列（WFQ）图8加权公平队列示意图queue1队列queue1需由此接口发送的报文说明：

分类分类queueN各类报文queueN

...出队调度 离开接口的报文...queue2queue2如8（以后简称WFQ，WeightedFairQueuing）IPIPIPIPDSCP）MPLSEXPWFQNIPDSCPEXP80、、234、、、712345683（（之和2/363/36、4/365/366/36、7/36、8/36。431（43+456/21。由此可见，WFQ在保证公平的基础上对不同优先级的业务体现权值，而权值依赖于报文所携带的优先级。基于类的加权公平队列（CBWFQ）图9基于类的加权公平队列示意图丢包丢包64AF1AFEF入队丢包测量出队调度测量丢包分类器丢包......IP&MPLS64AF1AFEF入队丢包测量出队调度测量丢包分类器丢包......发送DefaultClassDefaultClass如9（以后简称CBWFQ，ClassBasedWeightedFairQueuing）IPDSCPIPMPLSLSREXPCBWFQ分为三类队列：EF队列、AF队列、BE队列，下面分别进行介绍。EF如9EFLLQ，LowLatencyQueuingEF通过此方式模拟出多个EF）。在调度出队的时候，若EFEFEF队列中没有报文时，或者超过为EF进入EF（此时所有队列中都没有报文）都可以被发送；EFEFEFVoIP对于EF队列，由于在接口拥塞的时候流量限制开始起作用，所以用户不必设置队列的长度。由于优先队列中的报文一般是语音报文（VoIP），采用的是UDP报文，所以没有必要采用WRED（WeightedRandomEarlyDetection，加权随机早期检测）的丢弃策略，采用尾丢弃策略即可。AF9AF164AF队对于AFWRED2.4WRED）。BEBE队列。BE队列使用WFQ调度，对于BEWRED2.4WRED）。（EFEF（AFAF（BE）BE对于进入EFAFATM）EFAF80%。RTP优先队列图10RTP优先队列示意图IP报文

丢弃其它队列机制，如FIFO、PQ、CQ、WFQ测量丢弃其它队列机制，如FIFO、PQ、CQ、WFQ测量分类器

RTP优先队列优先出队调度发送丢包RTP优先出队调度发送丢包如10UDP16384～32767。FFPCWWQ中的LLQQoSCBWFQ由于对进入RTP优先队列的报文进行了限速，超出规定流量的报文将被丢弃，这样在接口拥塞的情况下，可以保证属于RTP优先队列的报文不会占用超出规定的带宽，保护了其他报文的应得带宽，解决了RTP优先队列的流量可能“饿死”其他数据流量的问题。队列技术对比IPFIFOQoSIP表5队列技术对比队列名队列数优点缺点FIFO1易于使用处理简单，处理延迟小报文的丢失对不匹配的数据源（UDP报文发送）无约束力，不匹配的数据源会造成匹配的数据源（TCP报文发送）带宽受损失（迟得不到保证PQ4可对不同业务数据提供绝对的优先，对时需配置，处理速度慢队列名队列数优点缺点（如占用如果不对高优先级的报文的带宽加限CQ16配带宽增加现存类别的报文可占的带宽需配置，处理速度慢不适于处理对时延敏感的实时业务WFQ用户决定配置简单，流量分类自动完成（交互（如TCP报文发送）的带宽可以使延迟的抖动减小延迟带宽存流可占的带宽FIFOPQ、CQ要快（在分类规则较多的情况下）不适于处理对时延敏感的实时业务RTPQ1时延流分类方式不及CBWFQ丰富CBWFQ用户决定可以对数据根据灵活、多样的分类EF（发AF（确保转发BE（发）业务提供不同的队列调度机制AFAF根据权值按一定的比例关系进行队列调度EFPQ“饿死”的弊病对于尽力转发的缺省类数据，提供当配置的类较多时，系统开销比较大拥塞避免（比如TCP传统的丢包策略TCPTCPTCPRED与WRED为避免TCP全局同步现象，可使用RED（RandomEarlyDetection，随机早期检测）或WRED。在RED类算法中，为每个队列都设定上限和下限，对队列中的报文进行如下处理：RED（112的n（1（2的n次方nWREDREDIPDSCPMPLS的丢弃策略，那么WREDRED。REDWREDTCPTCPTCPTCPWREDWRED和队列机制的关系如图11所示。图11WRED和队列机制关系示意图分类......需由此接口发送的报文分类......

WRED丢弃 队

queue1出队调度 离开接口的报文queue1 queue2queue2queueN1queueN1当队列机制采用WFQ时：WRED可以实现基于流的WRED当队列机制采用FIFO、PQ、CQ时：WRED流量监管与流量整形CAR（CommittedAccessRate某类报文的流量，例如限制HTTP50%约定访问速率（CAR）ISPCAR）CAR利用令牌桶进行流量控制。图12CAR进行流量控制的基本处理过程示意图需由此接口发送的报文

按规定速度向桶中存放令牌令牌按规定速度向桶中存放令牌令牌分类通过令牌桶... 丢弃如12CAR量时，令牌不再增加。桶中的令牌数表示可借贷的数据突发量，这样可以允许数据的突发性传输。在实际应用中，CAR不仅可以用来进行流量控制，还可以进行报文的标记或重新标记。即，通过CARIPIP515在网络不拥塞的情况下，也发送优先级为1的报文；当网络拥塞时，首先丢弃优先级为1的报文，然后才丢弃优先级为5的报文。此外，CAR还可以对流量进行多次分类处理。例如，可以限制部分报文的流量符合某个流量特性，然后限制所有报文的总流量。通用流量整形（GTS）GTS，CommittedAccessRate）GTSCARGTSCARCAR进GTS的基本处理过程如图13所示，其中用于缓存报文的队列称为GTS队列。图13GTS处理过程示意图需由此接口发送的报文分类

按规定速度向...桶中存放令牌 令...

继续发送GTS队列 GTS队列令牌桶GTS配规则来对报文进行分类，对于不符合分类规则的报文，就继续发送，不需要经过令牌桶的处理；GTS中（GTS4Router1GTSGTSRouter1Router2Router2量规定，从而减少报文在Router2Router1GTSRouter2CARRouter2丢弃。物理接口总速率限制（LR）（LRLRQoS图14LR处理过程示意图...按规定速度向桶中存放令牌...LR令牌入队LR令牌入队缓存令牌桶QoS队列发送的报文 发送LR14LR简单。GTSGTS链路效率机制S（、目前有LFI（LinkFragmentationandInterleaving，链路分片与交叉）和IPHC（IPHeaderCompression，IP链路分片与交叉（LFI）如TPLLFI（LLQLFI图15LFI工作原理示意队列管理及拥塞避免模块其他队列机制LFI队列管理及拥塞避免模块其他队列机制LFITempQRTP优先队列或LLQ出队发送调度分类器IP&MPLS报文 入队分类器如15LFILLQIP报文头压缩（IPHC）IP1220IP8字UDP40IP/UDP/RTPRTP20160IPHCIPHCIP/UDP/RTP～5240540040518HC（尤MPLSQoS技术实现目前，IP网络仅支持DiffServ服务模型，但MPLS网络可以同时支持DiffServ服务模型和IntServ服务模型：MPLSDiffServIPDiffServMPLSMPLS报文头中的EXPDiffServPHBMPLSIntServMPLS-TEMPLSQoSMPLSDiffServDiffServIPDS（）DiffServMPLSMPLS的DiffServ就是通过将DSMPLSMPLSDiffServMPLSEXPDiffServPHB（LSR）MPLSEXPDiffServPHB643bitEXPMPLSDiffServE-LSPEXPPHB的Switched适用于支持少于8个BSP直接映射为特定的EPB。EXPLSRLSP8PHBMPLSEXPEXP可DSCPPHBL-LSPEXPPHBLSPPHBLSREXP位则LSPH3C网络产品提供的MPLSDiffServ技术采用E-LSP解决方案：EXPQoSMPLSEXP（DiffServPHB与EXP6DiffServ（PHB）EXP表DiffServPHB与EXPDSCPPHBEXP优先级CS7(111000)111CS6(110000)110EF(101110)101AF4X(100xx0)100AF3X(011xx0)011AF2X(010xx0)010AF1X(001xx0)001BestEffort000Non-MPLSDiffServMPLSDiffServDomainMPLSHeaderNon-MPLSDiffServMPLSDiffServDomainMPLSHeaderDSCPDSCP019222331IPv4PacketLabelEXPSTTL如16MPLSIPIPMPLSEXPISPISPIPIPDSCPIPMPLSMPLSEXPMPLSMPLSMPLSEXPPHB。MPLS-TEMPLS-TEMPLSQoSOSPFSPF流量工程的性能指标包括两个方面：面向业务的性能指标：增强业务的QoS协定SLA（ServiceLevelAgreement）MPLSTEMPLSMPLS-TE（PDP可以指定LSP所需要的带宽；CSPF进行计算时会计算出满足带宽、时延等要求的路径；最后RSVP-TETEmetricMPLS-TE的链路优先级可以用于将某些LSP标记为比其他LSP更重要，允许其抢占低优先级LSP的带宽资源，这样就确保了：LSPLSPLSPMPLS-TE用建立优先级和保持优先级这两个优先级属性来决定是否可以进行抢占，并定义了8个优先级，优先级的范围是0～7，0最重要。建立优先级用于在建立LSP时控制对资源的接入，而LSPPath1争夺资源，只有当Path1的建立优先级高于Path2Path1MPLS-TE宽，可以达到当用户业务增多时，自动调整分配给这些LSP的带宽。典型组网方案企业VPNQoS实施ISPIPVPN（VirtualPrivateNetwork）VPNVPNoS保证VNE-MailWWWBest-EffortH3C提供的丰富QoS机制完全能够满足企业VPN的上述要求：IP优先级/DSCPIP/DSCP通过CBWFQQoS通过WRED/VPN通过流量监管机制限制VPNVPNCEWWWCARVPNCECARGTSVPNLR则可以应用在CECE的带宽，保护VPNVPNPEMPLSEXPIP样可以在VPNPEPWFQCBWFQWREDTCPISPIPPEMPLSEXPVoIPQoS网络设计oPoS15m（30ms2