交换机中流量监管、流量整形和接口限速是如何实现的？
交换机中流量监管、流量整形和接口限速是如何实现的？
前言
本文介绍交换机的流量监管、流量整形和接口限速的原理，并且介绍相关参数和配置方法。
01
相关名词解释
表1-1 简称及对应的全称
流量监管、流量整形和接口限速是通过对流量规格进行监督，以限制流量及其资源使用的流控策略。
尽管流量监管和流量整形都能实现流量限速，但二者存在一定的差别：
流量监管：如果流量超速，则直接丢弃超出部分的流量。一般用于入方向，就像高速路，只有在入口限制进入高速公路车辆的数量。
流量整形：如果流量超速，则暂时存入缓存队列，等到令牌数足够时，再均匀地发送这些被缓冲的报文。如果报文放入缓存队列时，缓存队列已满，则丢弃报文。这样使流量输出比较平稳，从而解决下游设备的拥塞问题，所以流量整形一般用于出方向。
接口限速即限制一个接口上发送或者接收全部报文的总速率。当不需要区分报文类型而要限制通过接口全部流量速率时，可以选择配置简单的接口限速。入方向的接口限速是流量监管的一种特殊情况，即不需要分类报文的流量监管是接口限速；出方向的接口限速是流量整形的一种特殊情况，即针对所有队列的流量整形是接口限速。
02
限速的有关参数
交换机通过令牌桶判断流量是否超速。令牌桶可以看作是一个存放一定数量令牌的容器。系统按设定的速度向桶中放置令牌，当桶中令牌满时，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加。每个需要被转发的报文，都要从令牌桶中领取一定数量的令牌（具体数量视报文大小而定），才可以被正常转发。如果桶中存在足够的令牌可以用来转发报文，称流量遵守或符合约定值，否则称为不符合或超标。
令牌桶有三种测速方法，对应单速单桶、单速双桶、双速双桶三种机制：
单速单桶：以CIR速率向C桶投放令牌。
报文来了之后，从C桶取令牌，如果令牌够了，则进行转发，如果令牌不够，则直接丢弃。一般用于优先级较低的业务（如企业外网HTTP流量）限速，对于超过额度的流量直接丢弃保证其他业务，不考虑突发流量。
单速双桶：以CIR速率向两个桶投放令牌。
先投放小桶C桶，小桶满了再投放大桶E桶。报文来了之后，先使用小桶中的令牌，小桶中令牌数量不够，则放回去，再使用大桶中的令牌。对于超过C桶，而又没有超过E桶的报文标记为黄色，采用BE方式或者等网络空闲后进行转发。和单桶相比，单速双桶允许突发流量，主要用于较为重要而又不太紧急的业务，比如企业邮件数据，可避免邮件发送失败。
双速双桶：以CIR速率向C桶投放令牌，以PIR速率向P桶投放令牌。
报文进来之后，会同时取两个桶的令牌，C桶令牌够用则标记为绿色直接转发，如果连P桶的令牌都不够用，则标记为红色直接丢弃，介于C桶和P桶之间，则标记为黄色。和单速双桶的区别就是向两个桶投放令牌的速率不同，我们一般设置PIR>CIR，P桶投放令牌的速率更快，所以更能长时间撑住突发流量。
使用令牌桶的总体原则：
如果不考虑突发流量，使用单速单桶；如果要考虑突发流量，使用单速双桶；如果考虑可能会有长时间的流量突发，使用双速双桶。在令牌桶算法中，CIR的值越大，即令牌产生的速率越大，报文可以获取的令牌就越多，流向网络的流量也就越大。因此，CIR的值是控制流入网络中流量多少的关键。CBS也是一个重要参数，CBS的值越大，C桶中可以积累令牌的数目也越多，允许通过的报文尺寸就越大。
由于设备进行的是逐包转发，CBS的值不应该小于当前网络上允许传输的报文的最大长度。
例如，在单速单桶模式下，假设要把流量限定在10Mbit/s，而CBS值太小（如设置成1000byte）。如果某个时间段内流量的报文，每个报文大小都大于1000byte，那么这些报文全都被丢弃。这段时间内，没有报文被转发，报文的转发速率为0，导致网络资源被浪费，业务也出现异常。
那是不是CBS的值越大就越好呢？显然不是。
CBS值太大，会失去限速的意义。例如，假设要把流量限定在10Mbit/s，CBS设置成7200Mbyte。某个时刻，令牌桶中的令牌已满，如果接下来1小时内流量的报文，其报文长度不一，但共计7200Mbyte，这些报文都能获得令牌并被转发，那么这段时间内的报文速率为16Mbit/s（7200M * 8 / 3600）而不是10Mbit/s，即没有实现限速。
同理，对于双速双桶模式，PIR和PBS的值也应设置在合理范围内。
03
配置基于MQC的流量监管
配置基于MQC的流量监管包括以下四个主要步骤：
- 配置流分类。通过定义流分类中的匹配规则，使需要限速的流量归入此类。
- 配置流行为。创建并进入流行为视图后，配置CAR动作。
- 配置流策略。创建并进入流策略视图后，将流分类与流行为绑定。
- 应用流策略。将流策略应用到相应的接口、VLAN或全局视图。
以下示例中，限制所有进入接口GE1/0/1流量的速率。在流行为b1中配置流量监管动作：承诺信息速率（保证能够通过的平均速率）为200000kbit/s，峰值信息速率（最大能够通过的速率）为2500000kbit/s，允许绿色报文正常发送，允许黄色报文通过，丢弃红色报文。
system-view [HUAWEI] traffic classifier c1 operator and //创建流分类c1，并进入流分类视图 [HUAWEI-classifier-c1] if-match any //流分类c1匹配所有报文，目的是对所有报文进行流量监管 [HUAWEI-classifier-c1] quit [HUAWEI] traffic behavior b1 //创建流行为b1，并进入流行为视图 [HUAWEI-behavior-b1] car cir 200000 pir 2500000 green pass yellow pass red discard //创建流量监管动作 [HUAWEI-behavior-b1] statistic enable //使能流量统计功能，便于后续查看流量统计信息 [HUAWEI-behavior-b1] quit [HUAWEI] traffic policy p1 //创建流策略p1，并进入流策略视图 [HUAWEI-trafficpolicy-p1] classifier c1 behavior b1 //将流分类c1和流行为b1绑定 [HUAWEI-trafficpolicy-p1] quit [HUAWEI] interface gigabitethernet 1/0/1 [HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] traffic-policy p1 inbound //将流策略p1应用在接口GE1/0/1的入方向，限制进入接口的流量的速率
配置基于MQC的流量监管后，执行display traffic policy statistics命令，可以查看流量统计信息。
[HUAWEI] display traffic policy statistics all
Interface: GigabitEthernet1/0/1
Traffic policy inbound: p1
Rule number: 1
Current status: success
Statistics interval: 300
---------------------------------------------------------------------
Board : 0
---------------------------------------------------------------------
Matched | Packets: 0
| Bytes: -
| Rate(pps): 0
| Rate(bps): -
---------------------------------------------------------------------
Passed | Packets: 0
| Bytes: -
| Rate(pps): 0
| Rate(bps): -
---------------------------------------------------------------------
Dropped | Packets: 0
| Bytes: -
| Rate(pps): 0
| Rate(bps): -
---------------------------------------------------------------------
Filter | Packets: 0
| Bytes: -
---------------------------------------------------------------------
Car | Packets: 0
| Bytes: -
---------------------------------------------------------------------
04
配置队列流量整形
配置队列流量整形前，需要配置优先级映射，将报文的优先级映射为PHB行为（Per-Hop Behavior，即服务等级的取值），从而使不同业务进入不同的端口队列。
以下示例中，Switch通过接口GE2/0/1与路由器互连，来自网络侧的业务有语音、视频、数据，携带的802.1p优先级分别为6、5、2。由于来自用户局域网的流量速率大于Router接口的速率，出接口GE2/0/1处可能会发生带宽抖动。为减少带宽抖动，同时保证各类业务带宽要求，现要求：
- 语音带宽限制为3000kbit/s，最大不超过5000kbit/s。
- 视频带宽限制为5000kbit/s，最大不超过8000kbit/s。
- 数据带宽限制为2000kbit/s，最大不超过3000kbit/s。
图1-1 流量整形配置组网图
【1】配置优先级映射。
# 创建DiffServ域ds1，将802.1p优先级6、5、2分别映射为PHB行为CS7、EF、AF2。
[HUAWEI] diffserv domain ds1 //创建DiffServ域ds1 [HUAWEI-dsdomain-ds1] 8021p-inbound 6 phb cs7 //将802.1p优先级6映射为PHB行为CS7 [HUAWEI-dsdomain-ds1] 8021p-inbound 5 phb ef //将802.1p优先级5映射为PHB行为EF [HUAWEI-dsdomain-ds1] 8021p-inbound 2 phb af2 //将802.1p优先级2映射为PHB行为AF2 [HUAWEI-dsdomain-ds1] quit [HUAWEI] interface gigabitethernet 1/0/1 [HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] trust upstream ds1 //根据流量方向，将DiffServ域应用到报文的入接口 [HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] quit
【2】配置端口队列整形。
# 在Switch上配置端口队列整形，使语音、视频、数据业务的带宽分别限制为3000kbit/s、5000kbit/s、2000kbit/s，最大分别不超过5000kbit/s、8000kbit/s、3000kbit/s。
[HUAWEI] interface gigabitethernet 2/0/1 //根据流量方向，在报文的出接口配置流量整形 [HUAWEI-GigabitEthernet2/0/1] qos queue 7 shaping cir 3000 pir 5000 //PHB行为CS7对应的队列索引为7 [HUAWEI-GigabitEthernet2/0/1] qos queue 5 shaping cir 5000 pir 8000 //PHB行为EF对应的队列索引为5 [HUAWEI-GigabitEthernet2/0/1] qos queue 2 shaping cir 2000 pir 3000 //PHB行为AF2对应的队列索引为2 [HUAWEI-GigabitEthernet2/0/1] quit
配置队列流量整形后，执行display qos queue statistics命令，可以查看流量统计信息。以接口GE2/0/1的2号队列为例：
[HUAWEI] display qos queue statistics interface gigabitethernet 2/0/1 queue 2 ------------------------------------------------------------ Queue ID : 2 CIR(kbps) : 2,000 PIR(kbps) : 3,000 Used Length(byte) : 0 Passed Packets : 0 Passed Rate(pps) : 0 Passed Bytes : 0 Passed Rate(bps) : 0 Dropped Packets : 0 Dropped Rate(pps) : 0 Dropped Bytes : 0 Dropped Rate(bps) : 0 ------------------------------------------------------------
05
配置接口限速
入方向接口限速的配置方法如下：
- 配置CAR参数：qos car car-name cir cir-value [ cbs cbs-value [ pbs pbs-value ] | pir pir-value [ cbs cbs-value pbs pbs-value ] ]
- 进入接口视图：interfaceinterface-type interface-number
- 在接口下应用CAR模板：qos car inbound car-name
- （可选）查看接口入方向的报文统计信息：
- display qos car statistics interfaceinterface-type interface-numberinbound（显示指定接口入方向上通过和丢弃的报文统计信息）
- display qos car statistics all [ nonzero ]（显示所有应用QoS CAR后的接口入方向上的报文统计信息）
出方向接口限速的配置方法如下：
- 进入接口视图：执行命令interfaceinterface-type interface-number。
- 配置出方向的接口限速：qos lr circir-value [ cbs cbs-value ] [outbound ]