第八章：网络系统建设与运维（高级）—— 服务质量

指标	定义	关键影响
带宽	链路数据传输能力（单位：bps）	端到端带宽由路径最小带宽决定（木桶原理）
时延	报文从发送端到接收端的总延迟（传输 + 处理 + 队列 + 串行化时延）	实时业务（VoIP、视频）对时延敏感
抖动	最大时延与最小时延的差值	导致实时业务卡顿、音视频不同步
丢包率	丢失报文占总报文的百分比	少量丢包对数据业务影响小，对实时业务影响大

常见业务的 QoS 需求

业务类型	带宽需求	时延敏感度	抖动敏感度	丢包率敏感度
电子邮件、FTP	低	低	低	低
网页浏览（HTML）	不定	中	中	低
电子商务	中	高	高	高
VoIP、实时视频	低	极高	极高	高
流媒体	高	极高	极高	高

QoS 模型对比

模型	核心思想	优点	缺点	适用场景
Best-Effort（尽力而为）	无差别对待所有报文	实现简单、开销低	无法保障实时业务	普通数据业务（FTP、Email）
IntServ（综合服务）	提前预留资源（RSVP 信令）	端到端 QoS 保障	需跟踪每个流状态，扩展性差	对 QoS 要求极高的专用网络
DiffServ（差分服务）	分类流量 + 域内差分处理	无需跟踪单流，扩展性强	需端到端手工部署	企业网、运营商网络（主流选择）

DiffServ 模型核心组件

分类与标记：识别流量并标记优先级。
流量监管与整形：限制流量速率，避免带宽滥用。
拥塞管理：通过队列调度分配带宽。
拥塞避免：主动丢弃报文，防止拥塞加剧。

二、分类与标记

核心概念

分类：按业务特征划分流量（简单分类：基于优先级；复杂分类：基于五元组、VLAN 等）。
标记：修改报文优先级字段，为后续 QoS 处理提供依据（不改变报文内容）。

标记依据

标记字段	位置	取值范围	核心用途
IP Precedence（IP 优先级）	IP 头 ToS 域前 3 位	0-7（8 个等级）	早期简单优先级标记
DSCP（差分服务代码点）	IP 头 DS 域前 6 位	0-63（64 个等级）	主流标记方式，兼容 IP 优先级
802.1p（CoS）	VLAN 帧头 PRI 字段	0-7（8 个等级）	二层网络优先级标记

DSCP 关键分类

BE（尽力而为）：DSCP=000000（默认）。
EF（加速转发）：DSCP=101110（低时延、低丢包，适用于 VoIP）。
AF（保证转发）：分 4 类（AF1-AF4），每类 3 个丢弃优先级（如 AF11=001010，低丢弃）。
CS（类选择器）：兼容 IP 优先级（CS1=001000，对应 IP 优先级 1）。

核心配置框架：MQC（模块化 QoS 命令行）

MQC 是 QoS 配置的统一框架，包含 3 个核心要素：

流分类（Traffic Classifier）：定义流量匹配规则（如基于 ACL、VLAN、优先级）。
流行为（Traffic Behavior）：定义对匹配流量的动作（如标记、限速、队列调度）。
流策略（Traffic Policy）：绑定流分类与流行为，应用到接口。

MQC 配置步骤（华为设备）

bash

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# 1. 配置流分类
traffic classifier 分类名 [ operator { and | or } ]
 if-match 匹配规则  # 如if-match acl 3000、if-match dscp ef、if-match vlan-id 10

# 2. 配置流行为
traffic behavior 行为名
 remark 8021p 5  # 标记802.1p优先级
# 或remark dscp ef  # 标记DSCP
# 或queue af bandwidth 100  # 绑定队列（后续拥塞管理用）

# 3. 配置流策略
traffic policy 策略名
 classifier 分类名 behavior 行为名  # 绑定分类与行为

# 4. 应用流策略到接口
interface 接口名
 traffic-policy 策略名 { inbound | outbound }  # 入/出方向应用

配置案例：标记 VoIP 流量为 802.1p=5

bash

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# 分类：基于UDP端口（VoIP常用端口5060、10000-20000）
acl number 3000
 rule 1 permit udp destination-port eq 5060
 rule 2 permit udp destination-port range 10000 20000

traffic classifier voip operator or
 if-match acl 3000

# 行为：标记802.1p=5
traffic behavior voip-mark
 remark 8021p 5

# 策略绑定+接口应用
traffic policy qos-voip
 classifier voip behavior voip-mark

interface GigabitEthernet0/0/1
 traffic-policy qos-voip inbound

三、拥塞管理

核心定义

拥塞管理是当网络带宽不足时，通过队列调度算法分配带宽，优先保障高优先级业务转发。

主流队列调度算法

算法	核心逻辑	优点	缺点	适用场景
FIFO（先进先出）	按报文到达顺序转发	实现简单、开销低	无差别对待，实时业务无保障	无 QoS 需求的简单网络
PQ（优先级队列）	高优先级队列耗尽后，才调度低优先级	保障低时延业务	低优先级队列 "饿死"	少量高优先级业务（如 VoIP）
WFQ（加权公平队列）	按流优先级分配带宽，公平调度	兼顾公平与优先级	不支持自定义类	需公平分配带宽的场景
PQ+WFQ	高优先级队列 PQ 调度，低优先级 WFQ 调度	兼顾实时业务与公平性	配置复杂	混合业务（实时 + 数据）
CBQ（基于类的加权公平）	自定义类，支持 EF/AF/BE 队列	灵活适配多业务	开销略高	企业网、多业务场景（主流选择）

CBQ 队列类型

EF 队列：低时延、高优先级，限速转发（避免占用全部带宽）。
AF 队列：保证最小带宽，空闲带宽按权重共享。
BE 队列：尽力转发，适配普通数据业务。

核心配置方法

1. 基于队列模板的配置（简单场景）

bash

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# 创建队列模板
qos queue-profile 模板名
 schedule pq 7  # Queue7（高优先级）PQ调度
 schedule wfq 0-6  # Queue0-6 WFQ调度
 queue 7 length packets 20  # 配置队列长度
 queue 7 weight 30  # 配置WFQ权重

# 接口应用
interface GigabitEthernet0/0/1
 qos queue-profile 模板名

2. 基于 MQC 的 CBQ 配置（复杂场景）

bash

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# 分类：VoIP（EF）、视频（AF41）、数据（BE）
traffic classifier voip if-match dscp ef
traffic classifier video if-match dscp af41
traffic classifier data if-match dscp be

# 行为：绑定CBQ队列
traffic behavior voip-behavior
 queue ef bandwidth 100  # 保障100kbit/s带宽，限速转发
traffic behavior video-behavior
 queue af bandwidth 200  # 保障200kbit/s带宽
traffic behavior data-behavior
 queue wfq  # BE队列WFQ调度

# 策略绑定+接口应用
traffic policy cbq-policy
 classifier voip behavior voip-behavior
 classifier video behavior video-behavior
 classifier data behavior data-behavior

interface GigabitEthernet0/0/1
 traffic-policy cbq-policy outbound

四、拥塞避免

核心目标

通过主动丢弃报文，防止队列溢出导致的严重拥塞，避免 TCP 全局同步（多个 TCP 连接同时降速 / 提速）。

两种丢弃策略

策略	逻辑	优点	缺点
尾丢弃（Tail Drop）	队列满后，丢弃所有新报文	实现简单	引发 TCP 全局同步，带宽利用率低
WRED（加权早期随机检测）	队列长度超 "低门限" 时随机丢弃，超 "高门限" 时尾丢弃	避免 TCP 同步，提高带宽利用率	配置参数多，需适配业务

WRED 核心参数

低门限：开始随机丢弃的队列长度阈值。
高门限：触发尾丢弃的队列长度阈值。
丢弃概率：队列长度在低 - 高门限之间时，报文被丢弃的概率（0-100%）。

核心配置（基于 MQC）

bash

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# 1. 创建丢弃模板
drop-profile wred-profile
 wred dscp  # 基于DSCP优先级丢弃
 dscp ef low-limit 30 high-limit 60 discard-percentage 5  # EF队列晚丢弃
 dscp be low-limit 10 high-limit 40 discard-percentage 20  # BE队列早丢弃

# 2. 流行为绑定丢弃模板
traffic behavior af-behavior
 queue af bandwidth 200
 drop-profile wred-profile  # 绑定WRED模板

# 3. 策略应用（同拥塞管理配置）
traffic policy wred-policy
 classifier video behavior af-behavior

interface GigabitEthernet0/0/1
 traffic-policy wred-policy outbound

五、流量监管与流量整形

核心区别

技术	核心逻辑	处理方式	适用场景
流量监管（Policing）	限制流量速率，超标流量直接丢弃 / 降优先级	硬限制，无缓存	入口流量控制、边缘网络限速
流量整形（Shaping）	限制流量速率，超标流量缓存后均匀发送	软限制，有缓存	出口流量平滑、适配下游低速链路

核心原理：令牌桶算法

1. 单速率令牌桶（常用）

核心参数：CIR（承诺信息速率）、CBS（承诺突发尺寸）、EBS（超额突发尺寸）。
评估结果：绿色（未超 CIR）、黄色（超 CIR 但未超 EBS）、红色（超 EBS）。
处理：绿色转发、黄色转发 / 降优先级、红色丢弃。

2. 双速率令牌桶（高精度场景）

核心参数：CIR（承诺速率）、CBS（承诺突发）、PIR（峰值速率）、PBS（峰值突发）。
评估结果：绿色（未超 CIR）、黄色（超 CIR 但未超 PIR）、红色（超 PIR）。

核心配置

1. 流量监管配置（MQC）

bash

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traffic classifier vlan10 if-match vlan-id 10
traffic behavior police-vlan10
 car cir 1000 pir 2000 cbs 125000 pbs 250000  # 单速率双桶：CIR=1M，PIR=2M
 green pass yellow pass red discard  # 绿色/黄色转发，红色丢弃

traffic policy police-policy
 classifier vlan10 behavior police-vlan10

interface GigabitEthernet0/0/1
 traffic-policy police-policy inbound

2. 流量整形配置（MQC）

bash

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复制代码

traffic classifier vlan20 if-match vlan-id 20
traffic behavior shape-vlan20
 gts cir 500 cbs 62500 queue-length 30  # 整形速率500kbit/s，缓存30个报文

traffic policy shape-policy
 classifier vlan20 behavior shape-vlan20

interface GigabitEthernet0/0/2
 traffic-policy shape-policy outbound  # 出口整形，适配下游低速链路

六、补充知识点

1. QoS 部署核心原则

边缘分类标记，核心调度转发：在网络边缘（接入层 / 汇聚层）完成流量分类和标记，核心层仅基于标记调度，减少开销。
按需保障，不浪费带宽：仅对关键业务（VoIP、视频）配置严格 QoS，普通数据业务采用尽力而为。
端到端一致性：所有网络设备（交换机、路由器）的 QoS 配置需一致，避免标记丢失或调度冲突。

2. 常见业务 QoS 配置建议

业务类型	标记建议	队列类型	带宽占比	关键参数
VoIP	DSCP=EF（46）、802.1p=5	EF 队列	10-15%	时延 < 150ms，抖动 < 30ms
视频会议	DSCP=AF41（34）、802.1p=4	AF 队列	20-30%	时延 < 300ms，丢包率 < 1%
办公数据（OA、邮件）	DSCP=AF21（18）、802.1p=2	AF 队列	20-30%	无严格时延要求
普通上网（网页、下载）	DSCP=BE（0）、802.1p=0	BE 队列	剩余带宽	尽力转发

3. QoS 排障核心思路

检查分类标记：通过display traffic-policy statistics确认流量是否正确匹配分类。
检查队列状态：通过display qos queue statistics查看队列长度、丢弃计数。
检查令牌桶参数：CIR/CBS 配置是否适配链路带宽（CBS 建议≥最大报文长度 ×10）。
排除链路故障：QoS 无法解决物理链路中断、带宽瓶颈过大的问题，先保障链路连通性。

4. 与其他技术的联动

与 VLAN 联动：基于 VLAN ID 分类，实现不同业务 VLAN 的差分服务。
与路由协议联动：OSPF、BGP 可基于 DSCP 标记路由优先级，优先转发高优先级业务流量。
与可靠性技术联动：BFD/NQA 检测链路故障后，QoS 策略自动切换至备份链路，保障关键业务连续性。