圣诞假期了，开始了为期三周的休息时刻，虽然是休息，每天学习还是有必要的，不然之前的又都忘了。好啦，今天的CCNA课程又是两集合并，是将QoS的。其中如何配置是不需要学习的，最后的练习可以不做。但是必须搞懂QoS是干啥的，原理是啥。
首先要了解QoS，就得了解起源。我们先讲一下IP电话，在传统的电话系统里，所有的电话机都接到了PSTN即public switched telephone network，我印象中是叫程控交换机。是单独成立的网络。这种也被称为 POTS 即 plain old telephone service.
而IP电话则是实用VoIP技术，即Voice over IP，来让电话通过网络传输。这也是现代的电话系统。IP电话直接连到交换机上，就和PC终端一样。
但是通常来说，IP电话有2个物理接口和1个虚拟接口，类似于一个三口交换机，两个物理接口一个连到交换机，另外一个可以连到电脑上，这样PC，IP电话都可以把数据发送到交换机上，只需要一条即可。而且也不需要再多买交换机了。节约一个接口，如下图所示
如果不去做任何配置的话，PC的数据和电话是数据是平级的，没有任何区别，所以一般来说，推荐把这两个数据分开，一个是voice traffic，而PC上的是data traffic。方法就是给voice traffic 添加到voice VLAN里，这样从PC发出的数据不会被tagged，而从电话出的voice traffic就有 VLAN ID。如下图所示
配置方法如下，进入到config模式，首先进入到连接IP电话的交换机接口
interface g0/0
这里注意，要把这个接口设置为access，不是trunk，虽然该接口实际上是使用了额trunk功能，但是它还是access模式
switchport mode access
接下来把vlan配置，数据用10，voice用11，这里也注意下，实际上PC的数据不会被tagged，就是access，而交换机会通过CDP协议来发现电话设备并且告诉phone 给自己的 traffice 加上tag
switchport access vlan 10
switchport voice vlan 11
这里是一个查看某一个端口的命令，
show interfaces g0/0 switchport
如下图所示
但是如果使用另外一个命令，可以看到该端口其实是使用了trunk的功能
show interfaces trunk
show interfaces g0/0 trunk
如下图所示
接下来，我们引入第二个概念，PoE，Power over ethernet，通常来说设备可以通过电源适配器直接供电，但是有一些设备可以通过网线来供电。这一类设备叫做PD即powered devices，而提供电的设备比如路由器啊，交换机啊这种叫做PSE，即 power sourcing equipment。
一般来说，PD就是摄像头啊，电话啊，无线AP啊等等，而PSE则是交换机。
如下图所示，交换机把AC电源转换为DC并且通过网线给到IP电话
AC就是交流电 alternating current
DC就是直流电 Direct current
过多或者说过高的电流会损害设备，把设备烧了，因此呢，PoE有一个机制来决定设备是不是需要电，需要多少电。
当然这个power policing 也可以被手动配置以防止设备得到过多电流
命令不用记，这个不是CCNA考试范围
下面命令都要进入到config模式，然后进入到端口后进行设置
其中一个命令是
power inline police
这个命令等同于下面这个
power inline police action err-disable
这两个命令效果一样，目的就是当PD索取过多电量时候，关闭该端口，并且发送错误日志，该端口也进入到 error-disabled 状态。
当然通过，shutdown然后no shutdown可以把该端口重新打开。
另外一个命令就是
power inline police action log
这个命令的作用是，假如PD索取过多的电量，那么重启该端口，并且发送错误日志，不会关闭端口。
下面两个图可以看出来区别，显示出的状态一个是errdisable，一个是log
PoE也有很多标准，区别就是提供的电源大小不同，需要的几对线也不同，如下图所示，也不是考试范围，了解一下即可。
以上两个话题了解了之后，我们回到主题，QoS，在最原始的网络中，电话用的是电话网络，用的是PSTN交换机，而服务器啊什么的用的是企业网，用的标准交换机。这是两套系统，不会冲突，也就没有QoS这个需求。
而现在的网络系统只有一套，所有的设备都接入到一个网络里，比如PC数据，视频会议，IP电话等，大家都共享一套网络，一套系统。这时候，设备的成本降低了很多，因为少了给IP电话的设备使用的交换机啊，线缆啊等等。但是呢，两个系统合并在一起，bandwidth带宽肯定就增加了，除了带宽以外，还有一些其他的问题。那么QoS就必须提上台面了。
QoS，也就是quality of service，主要是为了解决以下网络问题，
1.带宽问题 Bandwidth
带宽是有限的，必须多少Kbps，Mbps，Gbps等，但是设备中各种服务，各种数据不做设置的话混乱不堪，也不知道孰轻孰重，所以通过QoS可以给与一定的服务固定的带宽。比如给与某个带宽中，30%给Voice traffic，30%给视频会议或者其他，还有40%给数据通信等
2. 延迟问题 Delay
延迟是有两种情况，一种是从source到destination的延迟，单向的，还一种是除了上面的之外还得加上从destination到source的延迟。
3.抖动 Jitter
抖动是从源头到目的地，或者从目的地到源头时，不同包的延迟不一样，是可变的，这也会导致问题，IP电话是的audio packet是有固定的delay才行
4.丢失 Loss
丢失就是百分之几的包没有到达目的地，俗称丢包，有时候线缆不好也会丢包，或者设备处理能力有限了，排队也满了，只能丢弃部分包，也会导致丢包。
通常来说，对于一个可以接受的互动音频质量比如打电话，一个推荐的标准如下
One way delay 在 150ms or less
Jitter 在30ms or less
Loss 在 1% or less
如果无法达到该标准，那么通话质量就会影响。
5. 队列Queuing
之前我提到了设备的处理能力，比如一个交换机或者路由器，接收到的数据远远快于发出去的数据，盒或者说，接受能力大于转发能力，那么越来越多没被处理的数据就会被搁置到queue中，默认情况下，这里queuing中的数据使用FIFO原则，first in first out，谁先进来，谁先被处理，可是一旦队列都满了，那么后续进来的就会被丢弃。这也被称为 tail drop
这个Tail drop对于TCP来说是非常有害的，会导致 TCP global synchronization现象。回忆一下，TCP是有一个sliding window功能来根据对方的能力去增加或者减少自己的发送的包的量，一旦包被丢了，那么TCP就会重新发送这个包，并且减少流量，然后慢慢增加。
而一旦tail drop发生后，可能有很多使用TCP协议的服务会立马减少量，然后同时慢慢增加流量。这就像波浪一样，导致数据一会儿高 一会儿低。而且还是周期性的循环。
为了解决这个问题，可以使用RED即 random early detection或者WRED即weighted random early detection两种机制。
很好理解，就是设置一个阈值，threshold。一旦队列中达到该值后 ，RED就会随机性的从TCP流中丢弃部分包。这些被丢弃的TCP流就开始减少量，而那些没被选中的TCP流不会减少，这样就解决了TCP全球同步的问题。这种协议视所有TCP为一样的，随机丢。
而WRED就很好理解，加了一个权重比，即可以选择性的丢弃某些流量的包，比如一些不重要的。根据配置来决定不同流量的级别。
下面就是QoS的重点，CCNA考试不要求配置，但是能解释出下面内容
- classification/marking
- Queuing/Congestion Management
- Shaping/Policing
首先我们说一下分类，即classification，就是把网络流或者包分成不同的类型，这个是QoS的基础，给不同类型的数据流以不同的级别，然后才可以继续做其他工作。
有很多分类的方法，比如说
ACL：ACL就是最基本的分类，允许通过的，和不允许通过的，这是最简单的分类
NBAR：Network Based Application Recognition，这个可以认为是深度包检测，可以从L3 L4甚至到L7来检测特殊的数据流量
PCP：Priority Code Point，这个是在ethernet header中 802.1q tag里，可以用来辨别优先级别，仅存在于802.1q
DSCP：differentiated services code point，这个处于IP header里，也可以用来辨别流量的优先级别
我们看一下PCP，也可以被称为CoS，Class of Service，如下图所示，在802.1Q中有3个bits就是PCP，二进制里，这可以代表8个级别，因此，PCP一共有8个级别
如下图所示，这就是8个级别，其中0就意味着最普通，数据没有优先级，也没有QoS标准和保证
而3被用来打电话时候信号流量，建立通话连接
而5就是实际上打电话时候的通话流量
刚才说到CoS或者PCP只能在802.1Q里，因此只有trunk 链路或者 access 链路但是带Voice VLAN，才有可能有这个，如下图所示，只有红色线路是有802.1Q的
接下来我们看一下DSCP模式，
看一下IP表头，IPv6也支持，但是这里只看IPv4，如下图所示，DSCP和ECN用来QoS分级别
我们聚焦一下，最早的情况下，其实前3个bit是IPP即IP Precedence，因此也是只有8个级别，和PCP类似，如下图
这样分级别和PCP类似，对于简单的网络是足够的，但是对于复杂的网络就不够了。因此该协议继续发展，成为前6个bits用来分级别，这就是DSCP
对于DSCP，相应的就比IPP高级了很多，当然也有了新的标准
DF: Default Forwarding 代表 best effort traffic就是最普通的级别
对应的DSCP值也就是0，如下图所示，
EF: Expedited Forwarding 代表低丢包，低延迟，低抖动，用来gei voice traffic
AF: Assured Forwarding 有12个值，实际上AF分为了4个级别，每个级别内都是一样的优先级，但是每个级别又分成了3个level，来决定丢包的优先级别，如下图所示，class分为4个，用3个bit来表示，而drop precedence用2个bit来表示，可以分为3种，所以表示出来就是AF多少多少，AF11,AF12,AF13等 当然也可以用DSCP表示，
比如AF11，其实就是class1，drop precedence1，对应就是001010，所以换成十进制是10，也就是DSCP10
比如AF23，其实就是class2，drop precedence3，对应就是010110，所有换成十进制是22，也就是DSCP22
简单可以换算为8 乘以class，加上 2乘以drop precedence， 8 * X + 2 * Y
这里面，class数字越大说明优先级别越高，而Drop Precedence数字越大说明越容易被丢包，如下图所示
CS: Class Selector 有8个标准值，类似于IPP，和IPP一样，只需要3个bits就够了，其他设置为0，如下图所示，当然也可以换算为DSCP级别
看下图可以简单了解一下全部的级别
其中默认流量是DF
Voice traffic 用EF
AF3？用来给流媒体视频，比如youtube
AF2？用来给高优先级别的数据，比如一些实时监控等
上面讲了各种的分类方法，其实分好类后就可以进行一些操作，比如说trust boundaries，如下图所示，在交换机上设置 trust boundary 可以决定某一个级别的流量是否被改变标签。如何配置是CCNA考试范围之外的内容，不需要了解。
之前我们说到了设备接受的能力大于发送或者转发的能力，当设置了QoS标准后，其实可以设置成多个Queuing，给与不同的优先级别，
常见方法有 Weighted round-robin，即设备周期性的按顺序从不同的queuing里拿到数据包然后处理，根据配置的weighted不同来选择抓取的多少，这被称为CBWFQ，class-based weighted fair queuing，当拥堵时，这种方法可以保证每种数据都被发送，同时高级别的会更加保证。但是这种方法不适合用在有voice traffic的情况，因为会导致延迟和抖动。
如下图所示
另外一个方法，叫做LLQ，low latency queuing，这个方法就是给一个或者多个queuing更高的级别，一旦发生拥堵，那么优先处理这几个queuing，直到处理完成后才去处理其他的queuing，这对于有音视频数据的非常好，但是对于其他就不好友好，有可能某一个queuing里的数据一直等待处理。如下图所示
最后我们讲一下 shaping 和policing
shaping就是如果流量超过了设置的参数，则将重塑数据缓存，
而policing就是如果流量超过了设置的参数，则丢弃超过的部分，当然短暂时间的超过是允许的，也是需要配置的，长期的是不行的。
这两个最常见于供应商和客户，比如ISP的路由器进口，可以根据客户交的钱来设置，客户买了100M的宽带业务，那么将路由器的参数设置为100M的进入，这就是policing；同时该路由器也会通知客户的路由器，让其设置为100M，那么客户的路由器出口则设置为100M，这就是Sharping
如下图所示
今天的内容有点枯燥，其实练习也没必要做，都是超过了考试范围的内容。主要是理解了QoS的概念就行。
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