802.11协议精读21：802.11e的优先级

序言

我们在思考如何实现QoS的时候，一般可以把QoS模型简化为二个步骤（Remark：我们这里关注的是区分服务的QoS模型）。

1. 抓取流量，即对流量进行优先级分类，打标签，存储。
2. 设置策略，按照不同的传输规则对不同类型的流量进行传输调度。

在上一篇文章中，我们仅仅简介了IEEE 802.11e其QoS的一种基本示例（类似于上述的设置策略）。本文我们关注802.11e中的抓取流量，进行优先级分类的方法。同时本文也着重梳理很多资料中，关于802.11e优先级，802.1q，802.1d和802.1p的关系。

802.11e的优先级

802.11最初没有提供服务区分，所有的流量都被视为best-effort流量。现在为了提供优先级，我们要对数据流量进行分类。

当数据包到达MAC层时，根据802.1d的映射关系（目前看到的官方指南都是这种写法，实际上是802.1p的映射），将原始数据包中的优先级映射到802.1e的不同优先级队列中。如下图（参考自Generation Wireless LANs 802.11n and 802.11ac教材，第8.6节“Enhanced distributed channel access”）：

802.11e一共可以提供4个不同的优先级，也可以称为接入类别（Access categories），从高到低排序分别是：

• 语音服务（Voice，AC_VO）：一般为VoIP流量类型，对延迟最为敏感，同时也是优先级最高的流量。
• 视频服务（Video，AC_VI）：视频流量的优先级低于语音服务，高于其他两项。视频服务也是延迟敏感类型的服务，所以具有一定的优先级。
• 尽力传输（Best-effort，AC_BE）：默认的无线流量类型就是best-effort类型，比如网页访问的数据流量类型。对于延迟有一定需求，但是没有那么敏感。
• 背景流量（Background，AC_BK）：对于延迟要求最不敏感的流量，比如文件传输，打印作业的流量。

802.1d，802.1p和802.1q

按照802.11相关的参考书中所述，实际上仅仅提到的是802.1d。而我们一般认知上，802.1d在说的都是生成树协议，而没有包含优先级之类的内容。所以这里实际上我们要接受一个观点，也就是802.1p和802.1q都是802.1d一部分。故802.11协议中所涉及QOS部分提到都802.1d实际上所指为802.1q和802.1p，这也是从协议发行版的角度而言，可能目前的发行版中已经将802.1q和802.p并入到802.1d到最新发行版中了。这种关系在802.11的一些协议版本中也有体现。

802.11e的优先级实际通过802.1p的优先级映射的，802.1p的优先级实际上是放在802.1q定义的Q-Tag中的。802.1q是关于VLAN的协议，其定义了VLAN的Q-TAG格式。

802.3 with Q-Tag（即802.1q）是一种扩展形式的有线帧数据结构（初始的有线帧格式是在802.3中定义的），其在传统的802.3数据帧结构的Length/Type字段前面增加了一个Q-Tag字段，

该字段初始是为了VLAN的功能设计的。Q-Tag的具体结构如下（下图中是VLAN TAG）：

TPID（Tag Protocol Identifier），这个字段是16位，对应原来的802.3的Length/Type字段，其固定值为0x8100。TPID是为了协议的兼容性设计的，支持Q-Tag的节点可以解析，不支持的节点会将其当做Length/Type字段进行解析。在Ethernet中，如果Length/Type小于0x0600的时候，会被当做Length字段解析，如果Length/Type大于0x0600的时候，会被当做type字段解析。由于TPID的固定值为0x8100，所以不支持Q-Tag的节点会无法识别该type，从而不接收，不会导致误识别的问题发生。

TCI（Tag Control Information）包含了3个部分，分别是PCP，CFI/DEI（注：802.1Q里面），VID。

• PCP（Priority Code Point）：该字段就是优先级字段，通常我们也将该字段描述为cos（code of service）字段，cos这种说法更常见一点，同时cos的说法也是对应tos的说法（type of service）。PCP一共是占据3个字节，能够表示2^3=8个优先级，802.1d也就是基于这三个字节定义优先级的。
• CFI（Canonical Format Indicator） / DEI（Drop Eligible Indicator）：CFI字段是由于演进过程中，指示Ethernet和Token Ring的兼容。到了QinQ（802.1ad）中，CFI字段演进为了DEI字段。QinQ也可以说是一种二层VPN的技术，既然是二层VPN，那么就会存在公网穿越的问题，从而在传输数据帧的过程中，就需要考虑丢弃优先级了，从而DEI字段就是为了这个目的。
• VID（VLAN Identifier, VID）：该字段标识了VLAN ID，一共是12位。由于我们关注的是优先级问题，所以关于VLAN的具体内容，我们不进行扩展。

802.1q中规定了cos字段，这个cos字段具体如何使用的，如何标识优先级的，就是在802.1p协议中进行固定的。（图参考Network Warrior第425页）

在上图中，实际描述的是在区分服务场景下，不同cos对应的服务类型。该图本来是描述的是cos和tos的对应关系的，tos现在是属于dscp的一部分。有关cos，tos以及dscp由于我们这里是讨论802.11e的问题，所以就不过多展开了。

我们可以大致理解下这个流程，首先是抓取数据流，这个抓取有可能是在二层上做，也可能是在三层上做。如果是在二层做分类，那么就是抓取流量后，在不同数据包的cos上，添加上相应的标识。如果在三层上做的话，就是在dscp的位置上，做相应的标识。二层和三层的分类标识，也就是cos和tos是可以互相映射的，上一个表格就是一种映射关系。

802.1d与802.11e之间的优先级传递

在802.1d中，优先级是标识在cos位中的，并且和tos（dscp）互相映射的。在802.11e中，也是会存在的这样的映射关系，也就是cos映射到802.11e到优先级，其映射关系如下图：

图中，802.1d user priority就相当于cos，也就是有线数据帧中的优先级标识。在一个802.11终端中，其会将有线端的优先级首先转义到本地到发送队列，这里也就是不同的AC所表示的发送队列，从而对流量进行分类。由于802.11数据帧不仅仅可以工作在单跳的基础架构模式下，其还可以工作在mesh以及扩展服务集的模式，所以协议中还需要设计qos的传递属性。

qos的传递属性也就是说，在有线qos传递到无线以后，无线需要将这种qos传递到无线relay到场景下，最终保证目的节点接受的时候，这个qos是一直被保障的。在后面发送的过程中，这些信息再次映射到802.11e中所增加的qos control字段内（如上图，参考Cambridge.Next Generation Wireless LANs 802.11n），从而达到优先级传递的目的。其映射关系如下图（参考CWNA书）

从而我们以上大致介绍了802.11e的优先级，以及其优先级的映射关系（包含有线和无线部分），其余一些别的内容，比如上图的ACK policy，txop之类的，我们之后的内容再进行讨论。