QoS服务质量三DiffServ模型报文的标记及PHB

2.3.5、报文的标记方法

对报文的标记方法包括以下几种：
(1)、RFC791定义的IP头中有一个８位长的ToS(Type of Service)字段。用于区分IP包的服务类型。对这一字段的标记方法主要有以下两种。
①、RFC1394 IP Prececence(IP优先级)标记。
②、RFC2474 DSCP(DiffServ Code Point，区分服务代码点)标记。早期Qos分类简单，使用Tos字段的高3个bit作为TTP的不同组合值（定义IP优先级方案，后来发现不够，IETF对TOS字段重新分配，提出了DSCP，用6比特取代了原来的3比特。

(2)、IEEE802.1p定义了CoS(Class of Service，服务等级)标记，用于对以太网帧的类型进行区分。

(3)、MPLS标签中保留了3位的EXP(expermental，实验)字段，用于实验性用途。该字段主要被用于对MPLS报文的类型进行标记。

2.3.5.1、IP Prececence

对于 IP 报文，基于 IP 包首部中的 ToS 域的前三位（即 IP Precedence）或前 6 位（即 DSCP 域）来标记报文。

比特 0～2 表示 Precedence 字段。代表报文传输的 8 个优先级，按照优先级从高到低顺序取值为 7、6、……、1 和 0，与 802.1p 字段对应的报文优先级对应。

IP优先级十进制	IP优先级二进制	含义	应用
0	000	Routine 普通	缺省标记值
1	001	Priority 优先	数据业务
2	010	Immediate快速	数据业务
3	011	Flash 闪速	语音控制数据
4	100	Flash Override 疾速	视频会议和视频流
5	101	Critic 关键	语音数据
6	110	Internetwork Control 网间控制	网络控制数据
7	111	Network Control 网络控制	网络控制数据

ToS占用ToS字段中第3~6位，用于衡量包的延迟、吞吐量、可靠性、花费。

• 延迟 D 比特表示延迟要求（Delay，0 代表正常延迟，1 代表低延迟）
• 吞吐量 T 比特表示吞吐量（Throughput，0 代表正常吞吐量，1 代表高吞吐量）
• 可靠性 R 比特表示可靠性（Reliability，0 代表正常可靠性，1 代表高可靠性）
• 花费 C 比特表示传输开销（Monetary Cost，0 代表正常传输开销，1 代表低传输开销）
  ToS字段第7位为MBZ(Must Be Zero，必为零)，其值必须为零。

2.3.5.2、DSCP

由于对区分服务类型的多样化的要求，IP优先级的8个优先级是远远不够的，在之后的RFC2474文档中对TOS字段进行了重新的分配，命名为DSCP，取值范围为0~63，共能标识出64个优先级值（值越大，优先级越高），最后两位保留，用于显示拥塞通知（Explicit Congestion Notification，ECN）。

RFC 2474 则定义比特 0—5表示 DSCP 域，在IPv4报文中，DS（Differentiated Service）字节的低6位（比特0～5）用作区分服务代码点DSCP，高2位（比特6、7）是保留位。DSCP中的低3位（比特0～2）是类选择代码点CSCP（Class Selector Code Point），它表示了一类DSCP。网络中支持DiffServ技术的各设备根据DSCP值选择相应的转发行为。

总结：前3bit用来标识不同类型，默认可以分为8种不同类别的标识；后3bit用来比较丢弃值，数值越大丢弃率也越高，并且最后1bit为0。

DSCP字段有64个可能代码点。在这个码值空间划分为三个池。第一个池末位为0，用作标准标记操作。其余两个池为EXP/LU(Expermental/Local Use，实验/本地使用)预留，其中第三个池可能会在第一个池的代码点耗尽后作为补充使用。

三个池：

三个池	代码点空间	分配策略
1	XXXXX0	标准操作
2	XXXX11	EXP/LU实验/本地使用
3	XXXX01	EXP/LU补充使用

第一池目前定义的DSCP总共分成了4类：

• 类选择器CS(Class Selector) aaa 000 RFC2597标准
• 加速转发 EF(Expedited Forwarding) 101 110 RFC3246标准
• 确保转发AF(Assured Forwarding) aaa bb0 RFC2597标准
• 尽力而为BE (Default) 000 000 RFC3246标准

2.3.5.3、IPv6报文

在IPv6报文中，有两个字段与QoS有关，分别为流量类别TC（Traffic Class）和流标签FL（Flow Label）字段。流量类别字段有8位，和IPv4的服务类型(ToS)字段功能相同，用于对报文的业务类别进行标识；流标签字段有20位，用于标识属于同一业务流的包。流标签和源、目的地址一起，惟一标识了一个业务流。同一个流中的所有包具有相同的流标签，以便对有同样QoS要求的流进行快速、相同的处理。

2.3.5.4、MPLS EXP

在MPLS网络中，路由器不会检查IP报文头的内容，因此无法通过ToS或DSCP字段来进行流量分类。相关标准定义了两种方案实现MPLS网络的流量分类。

• 第一种方案：E-LSP
  第一种方案是使用MPLS报文首部的3bit的Exp字段来承载DiffServ信息。转发时报文根据标签转发，而由Exp字段决定PHB。

• 第二种方案：L-LSP
  第二种解决方案适用于超过8个PHB的网络。由于Exp只有3bit，不能仅用Exp来区分超过8个的PHB，而MPLS报头其他字段中，可用于区分PHB的唯一一个字段只有标签。标签有20bit，可以与IP QoS完全映射。这种使用标签来传输所需PHB信息的LSP被称为L-LSP（Label-Only-Inferred-PSC LSP）。

一般目前网络上提供最多4种类型的服务，E-LSP就可以满足了。

由于IP报文的优先级字段是3bits，与EXP的长度相同，可以直接形成一对一的映射。但IP报文的DSCP字段是6bits，与EXP的长度不一样，因此E-LSP与IP QoS不能完全映射。在IEEE标准的实现中，将DSCP的前3bits（即CSCP）与EXP进行映射，而忽略DSCP的后3bits。

2.3.5.4、802.1Q

VLAN帧头中的802.1P字段（取值范围0~7）。根据IEEE 802.1Q的定义， 优先级从高到低顺序取值为7、6、……、1 和 0。

TPID（Tag ProtocolIdentifier标签协议标识）：2字节的定值0X8100，表明这是一个加了802.1Q标签的帧。
TCI（Tag Control Information）：2字节，包含了帧的控制信息。
Priority：802.1P优先级，3bit，取值0-7。
CFI：1bit，暂时保留未用，为0说明是规范格式，1为非规范格式，被用在令牌环/源路由FDDI介质访问方法中来指示封装帧中所带地址的比特次序信息。
VLANID：12bit，取值范围0-4095，由于0 和4095保留，实际取值范围是1-4094，每个支持802.1Q协议的交换机发送出来的数据包都会包含这个域，以指明自己属于哪一个VLAN。

流量类型	优先级	协议举例	业务特征
Network Control	7	BGP, PIM, SNMP	网络维护与管理报文的可靠传输，要求低丢包率
Internet Work Control	6	STP, OSPF, RIP	大型网络中区分于普通流量的网络协议控制报文
Voice	5	SIP, MGCP	适用于语音业务，一般要求时延小于10 ms
Video	4	RTP	适用于视频业务，一般要求时延小于 100 ms
Critical Applications	3	NFS, SMB, RPC	适用于要求确保最小带宽的业务
Excellent Effort	2	SQL	用于一般的信息组织向最重要的客户发送信息
Background	1	FTP, SMTP	适用于不影响用户或关键应用的批量传输业务
Best Effort	0	HTTP, IM, X11	缺省业务类型，只要求"尽力而为"的服务质量

2.3.6、Diffserv PHB

IETF RFC2597标准中定义了PHB（Per-HopBehavior，逐跳行为），PHB是DS节点对行为聚合分配资源的方法。通过PHB值可以确定在网关处对IP包的转发行为。

PHB具有单跳性和独立性的特点，就是说每个节点具有独立的PHB策略，各节点、各域之间相互没有影响。DS节点上，通过一定的缓冲区管理和分组调度策略实现的。DS节点根据入站报文携带的标记为其提供适当的PHB。一个DS节点可以实现多种PHB。代码点到PHB的映射关系可以是一对一的，也可以是多对一的。

DSCP取值范围为0-63，共能标识出64个优先级值，值越大，优先级越高。各种转发类别以DSCP优先级值为标准的优先级高低。IEEE定义了8种调度优先级的PHB（CS7、CS6、EF、AF4-AF1、BE），对于AF4~AF1又定义了3种丢弃优先级的PHB。因此，PHB数量是4 + 4*3 = 16种。

在DSCP分类中，将PHB分为四种类型：
(1)、在RFC2597中定义了CS (Class Selector，类选择符)PHB ，一个CLass Selector代码点的值越高，其重要性和优先级也越高，CLass Selector PHB的存在是为了兼容普通存在的IP Precedence实现，因此CS也分为8类，分别是CS0、CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7。CS对应DSCP取值XXX000，其中X取值0或1。当X为全0时，就是Default PHB，即BE类型PHB。

(2)、在RFC2597中定义了4种AF（AssureForwarding，确保转发）PHB，允许管理员在没有超过线路允许速率的情况下提供尽可能的传输质量保证，但如果超出用户线路速率则可能在出现拥塞时丢弃数据包。AF确保转发分为4类：AF1、AF2、AF3、AF4。AF对应DSCPXXX YY0，其中X取值0或1，XXX对应IP Precedence，XXX由于有三个bit，最大取值为8，但是目前只用到了1～4。YY有二个bit,最大是3，代表三个丢弃优先级。

AF确保转发分为4类：AF1类、AF2类、AF3类、AF4类。丢弃优先级三类对应表

丢弃优先级	AF1	AF2	AF3	AF4	Color
低丢弃优先级	AF11	AF21	AF31	AF41	Green
中丢弃优先级	AF12	AF22	AF32	AF42	Yellow
高丢弃优先级	AF13	AF23	AF33	AF43	Red

Color是指报文在设备内部的丢弃优先级，IEEE定义的优先级从低到高依次为Green、Yellow、Red。

(3)、在RFC2598标准中，定义了EF (Expedited Forwarding，加速转发)PHB，此类PHB具有低延时、低开销和低抖动特性，适用于话音、视频和其他实时服务，一般具有比其他通信类型更加优先的队列。为了保证不对其他业务产生过大影响，需要对这类PHB报文的流量进行限制，超过限制的报文被丢弃。EF对应DSCP取值101110。

(4)、缺省的PHB，BE (Best Effort，尽力而为)PHB，默认的PHB。只关注可达性，其他方面不做任何要求。提供尽力而为的服务，服务没有作保证。EF对应DSCP取值000000。

常规QoS DSCP的优先级从高到低分别为：CS7>CS6>EF>AF4>AF3>AF2>AF1>BE。通常CS级别为网络内部协议使用，所以最高级别为EF。各级别的业务应用：

(1)、CS6和CS7默认用于协议报文比如路由协议，而且是大多数厂商设备的硬件队列里最高优先级的报文，因为如果这些报文无法接收的话会引起协议中断。

(2)、EF常用于承载语音的流量，因为语音要求低延迟，低抖动，低丢包率，是仅次于协议报文的最重要的报文。

(3)、AF4用来承载语音的信令流量，信令是电话的呼叫控制，你是可以忍受在接通的时候等待几秒钟的。

(4)、AF3可以用来承载IPTV的直播流量，直播的实时性很强，需要连续性和大吞吐量的保证。

(5)、AF2可以用来承载VOD（Video on Demand：视频点播）的流量，相对于直播流量来说，VOD对实时性要求没那么强烈，允许有时延或者缓冲。

(6)、AF1可以用来承载普通上网业务。

(7)、BE 表示尽力而为转发行为，应用于不需要严格 QoS 保证的尽力发送业务，只关注可达性，其他方面不做任何要求，如传统的 IP 分组投递服务。

Cisco推荐的几个业务使用DSCP值：

• 路由协议 CS6
• 交互式语音 EF
• 交互式视频 AF41
• 流式视频 CS4
• 电话信令 AF31或CS3
• 网络管理 CS2
• 大块数据 AF11
• 尽力服务 0

业务分类建议：

类别	DSCP值(十进制)	DSCP(二进制)
CS7	56	111000
CS6	48	110000
EF	46	101110
AF43	38	100110
AF42	36	100100
AF41	34	100010
CS5	40	101000
CS4	32	100000
AF33	30	011110
AF32	28	011100
CS3	24	011000
AF31	26	011010
AF23	22	010110
AF22	20	010100
AF21	18	010010
CS2	16	010000
AF13	14	001110
AF12	12	001100
AF11	10	001010
CS1	8	001000
BE	0	000000

业务类型到DSCP的映射(摘自RFC - Figure 3)

业务类型	业务特征	类别	DSCP值
Network Control	网络控制平面的业务流，如路由协议、VRRP、RSVP-TE	CS6	110000(48)
Telephony	VoIP电话业务	EF	101110(46)
Signaling	IP语音和视频业务的信令流。如SIP, SIP-T, H.323, H.248	CS5	101000(40)
Multimedia Conferencing	桌面多媒体会议(仅包括语音和视频，其数据归到Low-Latency Data类)	AF41\AF42\AF43	34\36\38
Real-Time Interactive	视频会议\高清视频\交互式游戏(使用RTP/UDP)	CS4	100000(32)
Multimedia Streaming	VoD视频点播	AF31\AF32\AF33	26\28\30
Broadcast Video	广播电视、实时视频监控业务	CS3	011000(24)
Low-Latency Data	交互式的重要数据业务，要求响应时间短，如VCX IP消息业务、ERP、CRM、DB。	AF21\AF22\AF23	18\20\22
OAM	网络运维、维护和管理业务，例如SNMP、Syslog、SSH	CS2	010000(16)
High-Throughput Data	非交互性的背景业务如E-mail、FTP	AF11\AF12\AF13	10\12\14
Low-Priority Data	非实时的弹性的业务，如娱乐视频流量。	CS1	001000(8)
Standard	默认的Internet业务,如果业务没有标记优先级，可将其归为此类。	CS0	000000(0)