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白皮书:

QoS优先级

Introduction

工业以太网由多种类型的主机(如PC机等)组成, 服务器, 和SCADA/DCS控制器)互连 通过以太网交换机相互通信. 缺省情况下,网络中的所有设备 有平等的机会将数据传送到目的地.

这种总线共享和“尽最大努力”的特性使得以太网不是实时友好的, 因此不确定的. 换句话说, 高优先级或关键任务数据的传输具有随机延迟,甚至传输失败. 一个聪明的 交换式以太网网络, 通过适当的设计, 配置, 和管理, 可以确定地运行实时应用程序吗. 提供确定性性能的智能交换机的关键特性之一是QoS优先级.

本文将展示QoS优先级技术细节,并解释它如何在智能以太网交换机上运行.

服务质量(QoS)

QoS——优先级

QoS由IEEE 802标准定义.1P协议,二层和三层组件. 在这篇文章中, 威尼斯人官网登入将只讨论基于TC JumboSwitch的优先级和队列调度的QoS特性的第二层组件. 这两个特性 与虚拟局域网(VLAN)相结合,为保证数据包的质量提供了可靠的方法 在以太网中.

优先级处理

优先流程为标准中规定的集成流程. QoS优先因子进入Ingress 内部处理步骤,步骤仅由VLAN决定. 下面是一些简要的描述 添加优先级合并过程.

  1. 入口: VLAN和优先级支持的交换机接收到的所有数据包都被一个包含3位优先级号的2字节标签“tagged”. 优先级取值范围为0 ~ 7. 2字节标签与VLAN进程添加到入方向报文的标签相同, 这就是为什么要连接Priority和VLAN.
  2. 内部处理: Switch查看标记到数据包的优先级,并决定哪个队列, 在多个队列之外, 把包放进去. 然后数据包按照预定的顺序从队列中清空,以便转发.
  3. Egress: 因此, 优先级高的报文将比优先级低的报文先从交换机转发出去.

图1直观地显示了这三个步骤. 上面列出的步骤只是QoS工作的基本过程. 前面提到的两个特性是可以由用户设置的配置,以指定对交换机接收的数据包进行更精确的处理. 这些配置将在下一节中描述.]

配置VLAN和支持优先级的交换机

如上所述, 基本过程可分为三个不同的过程:进入, 内部, 和Egress. 对QoS 优先级,入口和内部处理步骤可以配置为 执行更具体的操作. Introduction这些配置在交换机上的使用和效果

入口-端口优先级

在“QoS”中,有一种配置会影响进入步骤:端口优先级. 每个端口有一个默认优先级分配给它. 这使得用户可以将这个值从0设置到7.

当数据包进入交换机时, 交换机会检查每个数据包是否存在VLAN标签, 哪个包含优先级代码. VLAN tag为2字节的tag,格式为:15 ~ 13位包含优先级码, 第12位是以太网交换机的CFI位,设置为0, 第11 ~ 0位为VLAN ID. 这种格式如下面的图2所示.

如果数据包还没有被标记(untagged), 交换机将添加一个优先级为接收端口默认优先级的标签. 否则,报文将不被修改. (见表1)

表1:输入标签动作

VLAN标记检查 行动
包标记 禁止修改数据包
包未加标签的 接收端口具有默认优先级的标记报文
内部处理

QoS的内部过程本质上是交换机如何决定哪些数据包应该先转发 执行交换机转发决策. 例如,标签优先级为6的报文将被转发 优先级为2的报文之前.

QoS中的内部处理步骤使用数据包的优先级来执行,并决定放置哪个优先级队列 的包. A switch that supports QoS can have any number of priority queues; the number depends on the hardware. 例如,TC JumboSwitch有四个优先级队列.

802年.1p标准声明哪个优先级属于哪个队列. 队列号越高,就越高 优先级那些队列在交换机中.

对于有四个队列的交换机:

  1. 队列#4:优先级为6和7
  2. 队列3:优先级为4和5
  3. 队列#2:优先级为0和3
  4. 队列#1:优先级1和2

用户可以配置这些优先级队列的规则 被卸载. 换句话说,就是数据包的顺序 转发到其输出端口可以由用户设置. 这种配置称为队列调度.

队列调度

TC的JumboSwitch支持的队列调度包括严格调度和WRR (重量 Round Robin)调度.

  1. 严格调度:所有高优先级队列在低优先级队列之前被清空.
  2. 加权轮询调度:所有队列每轮都有机会清空. 但是在每一轮中,高优先级队列比低优先级队列空出更多的数据包. 对于支持这类调度的TC产品来说, 表2显示了每个队列被清空的速率.

表2:加权轮询调度

队列 重量
1 每回合8帧
2 每回合4帧
3 每回合2帧
4 每回合1帧

Egress

QoS进程只影响入接口和内部处理过程中处理的报文. 就像之前提到的 出接口仅依赖于VLAN的配置. 因此,如果一个端口被配置为删除VLAN 离开交换机的数据包也将被剥夺其优先级. 这意味着数据包可能不是 在它到达的下一个交换机中以相同的优先级转发. 如果端口被配置为离开报文标记时 把开关, 然后数据包将在它到达的下一个交换机中以相同的优先级被转发.

实时性能

对于实时以太网应用程序,可能需要考虑以下最坏的情况:

队列调度方案威尼斯人电玩登入“严格调度”, 高优先级报文可能会进入输出端口 另一个最大数据包长度(1518字节)的以太网数据包的传输刚刚开始. 因此,高 优先数据包将不得不等待,直到前一个数据包完全传输. 在这个例子中,是一个典型的更糟糕的情况 在100mbps的交换机上,由最大长度数据包引起的延迟将是122µs, 12µs.1Gbps交换机有2个芯片.

在加权轮询(WRR)的更糟糕的情况下,可能有多达7帧 需要在高优先级数据包之前传输. 在这种情况下,100 Mbps的延迟时间为854µs(122µs*7) 开关和85.1Gbps交换机有4个芯片.

优先级和队列调度配置与JumboSwitch

JumboSwitch是一款工业级MSAP (Multi-Service Access Platform)以太网交换机,可以配置为 一种光纤自愈环状或星形网络. 接口包括:以太网、T1/E1、T3/E3、RS232/422/485、VoIP (FXS/FXO). 协助交换机配置和网络管理优先级的要求, JumboSwitch提供 基于端口的优先级和队列调度功能,可通过web访问. 以下是两个屏幕 分别显示优先级和队列调度设置.






Summary

以太网本身就提供了一个合理的机会 为所有在网络内传输的数据包到达它们的 目的地. 然而, 这并不能保证数据包在到达目的地的时间内到达目的地 预计. 针对此问题的第2层威尼斯人电玩登入是服务质量, 哪些为这些包提供了优先级. 这将 确保在给定的网络中,相对于较不重要的流量,更关键的流量具有优先级.

工业应用的需求日益增加 在以太网上运行意味着更多的关键任务数据将在上面运行 共享网络. 作为一个结果, 必须以高优先级的方式适当地利用和管理有限的带宽 数据能够按时成功下发. 具有QoS特性的以太网交换机可用于数据流量的优先级 确保准时交货. 配合交换机的其他功能,如正确的网络规划、实施和 管理,一个构造良好的智能交换以太网是能够真正确定的.


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    实时应用的智能交换以太网
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