QoS 简介

QoS优先级

QoS标记	DSCP值	流量类型	承载业务
CS7	56	网内控制	网络内部协议控制流量（如OSPF、BGP等路由协议）
CS6	48	网间控制	跨网络的关键控制流量（如LLDP、STP协议）
EF	46	加速转发	实时业务（如VoIP、视频通话）
AF4类	34 36 38	保证转发	高优先级业务（如语音信令、关键专线）
AF3类	26 28 30	保证转发	中高优先级业务（如IPTV直播、视频监控）
AF2类	18 20 22	保证转发	中等优先级业务（如VOD点播、普通视频流）
AF1类	10 12 14	保证转发	普通数据业务（如邮件、文件传输）
BE	0	尽力而为	普通互联网流量（如网页浏览）

完整优先级链（高优先级 –> 低优先级）： ​CS7 > CS6 > EF > AF41 > AF42 > AF43 > AF31 > AF32 > AF33 > AF21 > AF22 > AF23 > AF11 > AF12 > AF13 > BE​

• 每个AF类（AF1~AF4）包含三个子类（如AF11、AF12、AF13），优先级顺序为 ​​AFx1 > AFx2 > AFx3​​（x为1~4）
• 优先级可能因设备队列策略而异。例如，若EF队列配置为严格优先级（PQ），则实时流量绝对优先；AF类若采用加权公平队列（WFQ），则按权重分配带宽

虽然 CS7/CS6 在重要性上可能更高（为了网络稳定），但 EF 在调度上通常享有绝对优先权，一旦有 EF 流量就优先发送。

DSCP 标记本身只是一个标签，实际的 QoS 行为（带宽分配、调度优先级、丢包策略）取决于网络路径上各个路由器和交换机的具体配置。

网络调度算法

1. PQ（优先级队列，Priority Queuing） 严格优先级调度，高优先级队列（如路由协议报文）优先处理，低优先级队列需等待高优先级队列空闲。牺牲低优先级流量的公平性，保证高优先级的网络，适用于时延敏感型业务。
2. WFQ（加权公平队列，Weighted Fair Queuing）​ 基于权重分配带宽，按流（Flow）分类，自动平衡不同数据流的带宽。每个队列的带宽比例由权重决定，确保高优先级流量获得更多资源，同时避免低优先级流量“饿死”，适用于网络拥塞管理、流量整形。
3. SFQ（随机公平队列，Stochastic Fairness Queueing）​ 通过哈希算法将流量分散到多个子队列，轮询调度以避免单一流垄断带宽。适用于短报文优先场景，减少抖动。

ubuntu 配置 QoS

以如下的组网需求为例：

1. 出方向调度模式为 EF 绝对保证，最大带宽为接口带宽 40%，采用PQ调度算法；
2. CS7、CS6、AF4x、AF3x、AF2x、AF1x之间按照优先级进行比例分配但不可以抢占 BE 带宽，比例为 4:3:3:3:2:1，最大保证带宽为接口带宽 90%，采用WFQ调度算法；
3. BE流量最小保证带宽为接口带宽的 5%，最大保证带宽为接口带宽的 100%。

基于 tc 配置QoS，HTB结构如下所示：

# HTB结构
#    root (1:)
#    ├── 1:10 EF类（PQ调度算法）           上限带宽40%
#    ├── 1:20 Assured组父类（WFQ调度算法） 上限带宽90%
#    │   ├── 1:21 CS7           权重 4
#    │   ├── 1:22 CS6           权重 3
#    │   ├── 1:23 AF41          权重 3
#    │   ├── 1:24 AF31          权重 3
#    │   ├── 1:25 AF21          权重 2
#    │   └── 1:26 AF11          权重 1
#    └── 1:30 BE类            保证带宽5%，上限带宽100%

环境准备

# 安装依赖
sudo apt update
sudo apt install -y iproute2 tc

# 启用IPv6转发
sudo sysctl -w net.ipv6.conf.all.forwarding=1

# 加载内核模块
sudo modprobe sch_htb
sudo modprobe sch_sfq

配置脚本

#!/bin/bash

# --- 基础配置 ---
IFACE="eth0"           # 替换实际的接口名称
TOTAL_BW=1000          # 替换为实际的接口总带宽
BW_UNIT="mbit"         # 单位，kbit, mbit, gbit

# 带宽分配
BW_EF_CEIL=$((TOTAL_BW*40/100))       # EF 上限带宽40%
BW_ASSURED_CEIL=$((TOTAL_BW*90/100))  # Assured 组上限带宽90%
BW_BE_GUARANTEE=$((TOTAL_BW*5/100))   # BE 保证带宽5%
BW_BE_CEIL=$TOTAL_BW                  # BE 上限带宽100%

# Assured 组权重比例(CS7:CS6:AF4x:AF3x:AF2x:AF1x = 4:3:3:3:2:1)
WEIGHTS=(4 3 3 3 2 1)
for w in "${WEIGHTS[@]}"; do TOTAL_WEIGHTS=$((TOTAL_WEIGHTS+w)); done

# 计算 Assured 组各等级带宽
calc_bw() {
    #使用 bc 进行浮点运算，tc 通常处理这个问题
    local rate=$(echo "scale=2; $1 * $2 / $3" | bc)
    # 确保最低速率为 1kbit
    local is_zero=$(echo "$rate == 0" | bc)
    if [ "$is_zero" -eq 1 ]; then
        echo "1kbit" # 返回最小值
    else
        # 检查 rate 是整数还是浮点数
        if [[ "$rate" == *"."* ]]; then
            printf "%.2f%s\n" $rate $BW_UNIT # 保持浮动单位
        else
            echo "${rate}${BW_UNIT}" # 使用带单位的整数
        fi
    fi
}

BW_CS7=$(calc_bw $BW_ASSURED_CEIL ${WEIGHTS[0]} $TOTAL_WEIGHTS)
BW_CS6=$(calc_bw $BW_ASSURED_CEIL ${WEIGHTS[1]} $TOTAL_WEIGHTS)
BW_AF41=$(calc_bw $BW_ASSURED_CEIL ${WEIGHTS[2]} $TOTAL_WEIGHTS)
BW_AF31=$(calc_bw $BW_ASSURED_CEIL ${WEIGHTS[3]} $TOTAL_WEIGHTS)
BW_AF21=$(calc_bw $BW_ASSURED_CEIL ${WEIGHTS[4]} $TOTAL_WEIGHTS)
BW_AF11=$(calc_bw $BW_ASSURED_CEIL ${WEIGHTS[5]} $TOTAL_WEIGHTS)

# --- DSCP 值（TC 过滤器的十六进制） ---
declare -A DSCP_MAP=(
    ["EF"]="0x2e"   # 加速转发 (46)
    ["CS7"]="0x38"  # 网内控制 (56)
    ["CS6"]="0x30"  # 网间控制 (48)
    ["AF41"]="0x22" # 高优先级 (34)
    ["AF31"]="0x1a" # 中高优先级 (26)
    ["AF21"]="0x12" # 中优先级 (18)
    ["AF11"]="0x0a" # 普通业务 (10)
    ["BE"]="0x00"   # 尽力而为 (0)
)

# IPv4需左移2位
declare -A IPv4_TOS_MAP=(
    ["EF"]="0xb8"   # 0x2e << 2 = 0xB8
    ["CS7"]="0xe0"  # 0x38 << 2 = 0xE0
    ["CS6"]="0xc0"  # 0x30 << 2 = 0xC0
    ["AF41"]="0x88" # 0x22 << 2 = 0x88
    ["AF31"]="0x68" # 0x1a << 2 = 0x68
    ["AF21"]="0x48" # 0x12 << 2 = 0x48
    ["AF11"]="0x28" # 0x0a << 2 = 0x28
    ["BE"]="0x00"   
)

# --- TC 命令 ---

# 清除之前的配置
sudo tc qdisc del dev $IFACE root 2> /dev/null

# --- 创建HTB层次结构 ---

# 创建 HTB 根队列，默认流量进入 BE 类 (1:30)
sudo tc qdisc add dev $IFACE root handle 1: htb default 30 

# 1. EF 类（最高优先级 - PQ 模拟）
#    rate 定义最低保证带宽。ceil 定义允许使用的最大可用带宽。
#    prio 定义优先级，优先级 0 最高。quantum 手动设置为 MTU 大小。
sudo tc class add dev $IFACE parent 1: classid 1:10 htb \
    rate 1kbit ceil ${BW_EF_CEIL}${BW_UNIT} prio 0 quantum 1500
echo "Added EF class (1:10) ceil ${BW_EF_CEIL}${BW_UNIT} prio 0"

# 2. Assured 组父类（管理 Assured 组的集体带宽）
#    rate 定义组内总的最低保证带宽。ceil 定义组内总允许使用的最大可用带宽。
#    优先级 1 低于 EF。
sudo tc class add dev $IFACE parent 1: classid 1:20 htb \
    rate ${BW_ASSURED_CEIL}${BW_UNIT} ceil ${BW_ASSURED_CEIL}${BW_UNIT} prio 1 quantum 15000
echo "Added Assured Group parent class (1:20) rate ${BW_ASSURED_CEIL}${BW_UNIT} ceil ${BW_ASSURED_CEIL}${BW_UNIT} prio 1"

# 3. BE 类（最低优先级组）
#    优先级 2 低于 Assured 组。
sudo tc class add dev $IFACE parent 1: classid 1:30 htb \
    rate ${BW_BE_GUARANTEE}${BW_UNIT} ceil ${BW_BE_CEIL}${BW_UNIT} prio 2 quantum 1500
echo "Added BE class (1:30) rate ${BW_BE_GUARANTEE}${BW_UNIT} ceil ${BW_BE_CEIL}${BW_UNIT} prio 2"

# 创建 Assured 组的子类
#    Assured 组成员类（共享优先级 1，类似 WFQ，基于 rate）
#    rate 是其在组内的保证带宽，ceil 允许借用至父类的 ceil。
CLASS_IDS=(21 22 23 24 25 26)
BANDWIDTHS=($BW_CS7 $BW_CS6 $BW_AF41 $BW_AF31 $BW_AF21 $BW_AF11)
for i in {0..5}; do
    # 添加具有计算速率、组上限、优先级 1 和手动量程的 HTB 类
    sudo tc class add dev $IFACE parent 1:20 classid 1:${CLASS_IDS[$i]} htb \
        rate ${BANDWIDTHS[$i]} ceil ${BW_ASSURED_CEIL}${BW_UNIT} prio 1 \
        quantum $((1500*${WEIGHTS[$i]}))

    # 添加WFQ队列（通过quantum实现权重），perturb 15 增加了散列的随机性，避免多个流同步
    sudo tc qdisc add dev $IFACE parent 1:${CLASS_IDS[$i]} handle 1${CLASS_IDS[$i]}: \
        sfq quantum $((1514*${WEIGHTS[$i]})) perturb 15
done

# --- 添加叶子队列Qdisc ---

# EF使用PFIFO，FIFO 队列适合于 HTB 父队列的严格优先级处理
sudo tc qdisc add dev $IFACE parent 1:10 handle 10: pfifo limit 1000
# BE使用FQ_CODEL（结合了公平队列FQ、受控延迟CoDel、主动队列管理AQM）
sudo tc qdisc add dev $IFACE parent 1:30 handle 30: fq_codel       

# --- 流量分类规则 ---

# 基于 DSCP 对数据包进行分类，使用u32 过滤器匹配 IP 头中的 DSCP 字段（掩码 0xfc 忽略 ECN 位）
FILTER_PRIO=10
for key in "${!DSCP_MAP[@]}"; do
    case $key in
        "EF") flowid=1:10 ;;
        "CS7") flowid=1:21 ;;
        "CS6") flowid=1:22 ;;
        "AF41") flowid=1:23 ;;
        "AF31") flowid=1:24 ;;
        "AF21") flowid=1:25 ;;
        "AF11") flowid=1:26 ;;
        "BE") flowid=1:30 ;;
        *)    echo "Skipping unknown key: $key"; continue ;;   # 如果未找到 key 则跳过
    esac

    # IPv6匹配DSCP
    # prio 过滤规则的匹配顺序，优先检查高优先级流量的规则
    # flowid 将匹配到的数据包导向相应的 HTB 类
    sudo tc filter add dev $IFACE parent 1: protocol ipv6 \
        prio $FILTER_PRIO u32 \
        match ip6 dscp ${DSCP_MAP[$key]} 0xfc \
        flowid $flowid
    # 在 tc 命令后立即检查退出状态 ($?)（可选，但建议）
    if [ $? -ne 0 ]; then
        echo "Error adding IPv6 filter for $key (DSCP ${DSCP_MAP[$key]}) at prio $FILTER_PRIO" >&2
    else
        echo "Added IPv6 filter prio $FILTER_PRIO for $key (DSCP ${DSCP_MAP[$key]}) -> $flowid"
    fi
    ((FILTER_PRIO++))
    
    # IPv4匹配TOS 字段（DSCP左移2位）
    sudo tc filter add dev $IFACE parent 1: protocol ipv4 \
        prio $FILTER_PRIO u32 \
        match ip tos ${IPv4_TOS_MAP[$key]} 0xfc \
        flowid $flowid
    if [ $? -ne 0 ]; then
        echo "Error adding IPv4 filter for $key (TOS ${IPv4_TOS_MAP[$key]}) at prio $FILTER_PRIO" >&2
    else
        echo "Added IPv4 filter prio $FILTER_PRIO for $key (TOS ${IPv4_TOS_MAP[$key]}) -> $flowid"
    fi

    ((FILTER_PRIO++))
done

echo "--- TC Configuration Complete for $IFACE ---"

# --- 验证命令 ---
echo "TC configuration completed. Verification commands:"
echo "1. Show classes and stats: tc -s -d class show dev $IFACE"
echo "2. Show qdiscs and stats: tc -s -d qdisc show dev $IFACE"
echo "3. Show filters: tc filter show dev $IFACE parent 1:"
echo "4. Real-time bandwidth: nload -u M $IFACE"
echo "5. Send ICMPv6 with EF flag: sudo ping6 -Q 0xb8 <IPv6_Destination> -c 10" # Note: ping -Q uses TOS value (DSCP<<2)
echo "6. Send ICMPv4 with EF flag: sudo ping -Q 0xb8 <IPv4_Destination> -c 10"
# Tshark command depends on whether you expect IPv4 or IPv6 mostly
echo "7. IPv6 DSCP distribution: sudo tshark -i $IFACE -Y ipv6 -T fields -e ipv6.dsfield.dscp"
echo "8. IPv4 DSCP distribution: sudo tshark -i $IFACE -Y ip -T fields -e ip.dsfield.dscp"