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Contrail 的服务质量

概述：服务质量

网络中的服务质量 （QoS） 提供了控制可靠性、带宽、延迟和其他流量管理功能的能力。网络流量可以用 QoS 位（DSCP、802.1p 和 MPLS EXP）标记，中间网络交换机和路由器可以使用这些位来提供服务保证。

Contrail QoS 模型

Contrail 网络中的 QoS 模型具有以下功能：

  • 所有数据包转发设备（如 vRouter 和网关）组合在一起形成一个系统。

  • 系统接口是系统发送和接收数据包的端口，例如分路接口和物理端口。

  • 交换矩阵接口是覆盖网络流量通过隧道传输的位置。

  • QoS 应用于系统的入口处，例如，针对从接口到交换矩阵的流量。

  • 在出口处，数据包将被剥离其隧道标头，并根据转发类发送到接口队列。目前不考虑从外部数据包到内部数据包的标记。

交换矩阵接口的特点

与其他接口不同，交换矩阵接口始终是共享的。因此，结构接口是通用属性。因此，交换矩阵上的流量类和 QoS 标记必须由系统管理员控制。管理员可以选择在交换矩阵上调配不同的服务等级。

在 Contrail 中，服务等级由以下两项决定：

  • 交换矩阵接口上的排队，包括队列、队列调度和丢弃策略，以及

  • 转发类，一种标记方法，用于控制如何将数据包发送到结构，包括标记和标识要使用的队列。

租户可以定义其流量可以使用的转发类，从而决定哪些数据包使用哪个转发类。Contrail QoS 配置对象有一个映射表，用于将传入的 DSCP 或 802.1p 值映射到转发类映射。

QoS 配置还可以应用于虚拟网络、接口或网络策略。

用于预配的 QoS 配置参数

在 Contrail 网络 5.0 及更高版本中配置 QoS

本节介绍如何在 Contrail 网络 5.0 及更高版本中配置 QoS。

  1. 在 instances.yaml 文件中的虚拟路由器角色下定义硬件队列和优先级组，如下所示。

  2. 在已预配的设置中，在 /etc/contrail/common_vrouter.env 文件中定义 QoS 配置，如以下示例所示。

  3. 执行 execute docker-compose up -d under /etc/contrail/vrouter/ 命令。

队列实现

vRouter 提供基础架构以使用网络接口提供的队列，这种方法也称为硬件队列。实现硬件队列的网络接口卡 （NIC） 有自己的一组与队列关联的计划算法。Contrail 实现旨在与大多数 NIC 配合使用，但是，该方法仅在基于 Intel 的 10G NIC（也称为 Niantic）上进行测试。

Contrail QoS 配置对象

Contrail QoS 配置对象包括：

  • 转发类

  • QoS 配置对象 （qos-config）

转发类对象指定用于标记和排队的参数，包括：

  • 要写入数据包的 DSCP、802.1p 和 MPLS EXP 值。

  • 要用于数据包的队列索引。

QoS 配置对象指定从 DSCP、802.1p 和 MPLS EXP 值到相应转发类的映射。

QoS 配置有一个选项，用于指定默认转发类 ID，用于为所有未指定的 DSCP、802.1p 和 MPLS EXP 值选择转发类。

如果用户未指定默认转发类 ID，则默认为 ID 为 0 的转发类。

处理 QoS 标记的数据包以查找要应用的相应转发类的工作方式如下：

  • 对于 IP 数据包，使用 DSCP 映射。

  • 对于第 2 层数据包，将使用 802.1p 映射。

  • 对于指定了 MPLS EXP 值的 MPLS 隧道数据包，EXP 位值将用于 MPLS EXP 映射。

  • 如果 QoS 配置不受信任，则仅指定默认转发类，数据包中 DSCP、802.1p 和 EXP 位的所有传入值都将映射到同一默认转发类。

图 1 显示了 QoS 数据包的处理过程。

图 1：QoS 数据包 Processing of QoS Packets的处理

虚拟机接口、虚拟网络和网络策略可以引用 QoS 配置对象。可以在虚拟主机上指定 QoS 配置对象，以便还可以对底层流量进行标记和排队。参见 图 2。

图 2：引用 QoS 对象 Referring to the QoS Object

示例：将流量映射到转发类

此示例说明如何定义流量转发类，以及如何定义 QoS 配置对象以将 QoS 位映射到转发类。

表 1 显示了定义的两个转发类对象。FC1 使用高优先级值标记流量，并将其排队到队列 0。FC2 将流量标记为尽力而为，并将流量排队到队列 1。

表 1：转发类映射

名字

编号

DSCP

802.1p

MPLS EXP

队列

FC1

1

10

7

7

0

FC2

2

38

0

0

1

在 表 2 中，QoS 配置对象 DSCP 值 10、18 和 26 映射到 ID 为 1 的转发类，即转发类 FC1。所有其他 IP 数据包都映射到 ID 为 2 的转发类，即 FC2。802.1p 值为 6 或 7 的所有流量都映射到转发类 FC1，其余流量映射到 FC2。

表 2：QoS 配置对象映射

DSCP

转发类 ID

802.1p

转发类 ID

MPLS EXP

转发类 ID

10

1

6

1

5

1

18

1

7

1

7

1

26

1

*

2

*

1

*

2

数据包上的 QoS 配置对象标记

以下部分介绍如何在各种情况下处理 QoS 配置对象标记。

源自虚拟机接口的流量

  • 如果虚拟机接口将 IP 数据包发送到远程计算节点中的另一个虚拟机，则 IP 报头中的 DSCP 值用于查看 qos-config 表，隧道报头将标有转发类指定的 DSCP、802.1p 和 MPLS EXP 位。

  • 如果虚拟机发送值为 802.1p 的第 2 层非 IP 数据包，则该 802.1p 值用于查看 qos-config 表，并将相应的转发类 DSCP、802.1p 和 MPLS EXP 值写入隧道标头。

  • 如果 VM 将 IP 数据包发送到同一计算节点中的 VM，则转发时不会更改数据包标头。原始数据包保持不变。

发往虚拟机接口的流量

对于发往 VMI 的流量，如果收到隧道数据包，则会剥离隧道标头，并将数据包发送到接口。不会从外部数据包到内部数据包进行标记。

来自虚拟主机接口的流量

QoS 配置可应用于来自虚拟主机接口的 IP 流量。数据包中的 DSCP 值用于查看虚拟主机上指定的 qos-config 对象，数据包上将覆盖相应的转发类 DSCP 和 802.1p 值。

来自交换矩阵接口的流量

在计算节点的以太网接口上接收数据包时，可以应用 QoS 配置，数据包上相应的转发类 DSCP 和 802.1p 值将被覆盖。

按级别划分的 QoS 配置优先级

可以在不同级别指定 QoS 配置。

可以使用 QoS 配置的级别及其优先级顺序：

  1. 在策略中

  2. 上 virtual-network

  3. 上 virtual-machine-interface

排队

Contrail 网络支持 QoS。这些部分概述了 Contrail 网络中可用的排队功能。

数据包发送到的队列由转发类指定。

数据路径中的队列选择

在 vRouter 的数据路径中，转发类号指定数据包需要发送到的实际物理硬件队列，而不是像 Contrail 的其他部分那样发送到逻辑选择。vRouter 配置文件中有一个映射表，用于从逻辑队列号转换物理队列号。

基于 Linux 内核的 vRouter 中的硬件队列

如果启用了 Xmit-Packet-Steering （XPS），内核将从队列列表中可用的队列中选择队列。如果内核选择了队列，则数据包将不会发送到 vRouter 指定的队列。

要禁用此映射：

  • 有一个没有CONFIG_XPS选项的内核

  • 将零写入 /sys/class/net//queues/tx-X/xps_cpus 中的映射文件。

禁用此映射后，内核会将数据包发送到特定硬件队列。

要验证：

请参阅“ethtool -S”命令输出中的单个队列统计信息。

QoS 调度配置参数

下面显示了计算节点上硬件队列的示例计划配置。

可以配置优先级组ID以及优先级组要使用的相应调度算法和带宽。

计划算法的可能值包括：

  • 严格

  • RR（循环）

使用轮询调度时，将在带宽参数中指定优先级组可以使用的总硬件队列带宽的百分比。

以下配置和预配仅适用于运行 Niantic NIC 和运行基于内核的虚拟路由器的计算节点。

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