2. Catalyst QoS架构总览

在 Catalyst 交换机上谈 QoS，最容易犯的错误是把“配置命令所在的位置”当成“报文实际被处理的位置”。一台 Catalyst 交换机的 QoS 能力分布在多个层次：ASIC 硬件转发路径、端口缓冲与队列、以及控制平面的软件策略。理解这三者的分工，才能判断一条策略到底在入口生效、在出口生效，还是在硬件队列调度时才真正决定报文的命运。

一、Ingress 与 Egress：两个方向、两套职责

从报文进入交换机端口的那一刻起，QoS 处理就开始了。Ingress（入方向）的核心任务是分类、标记与信任：识别报文属于哪个业务流，决定是否信任终端或上游设备已经打好的 DSCP/CoS，必要时重新标记，并把它映射到内部优先级。Egress（出方向）的核心任务是排队、调度与丢弃：根据内部优先级把报文放入对应硬件队列，在多个队列之间按权重或优先级取包发送，当队列拥塞时按策略丢弃。

需要特别强调的是：Catalyst 的 QoS 决策大多在 ASIC 中完成，配置只是把策略“编程”进硬件表项。因此 Ingress 的分类结果会通过内部优先级（如内部 DSCP 或 QoS 标签）传递给 Egress，而不是在出口重新做一次完整分类。这个“入口分类、出口调度”的分工，是理解整机 QoS 的主线。

二、硬件队列与软件队列：谁在真正转发报文

Catalyst 交换机每个端口通常有 8 个单播硬件队列和 1 个组播队列，这些队列位于 ASIC 的端口缓冲中，是数据面转发的唯一通道。所谓“硬件队列”，指的就是这些由 ASIC 直接调度、无需 CPU 介入的队列。它们的特点是：调度速度快、支持严格优先级和加权轮询、支持 WRED 等拥塞避免机制。

“软件队列”则是另一回事。它通常指控制平面用于处理协议报文（如 STP BPDU、路由协议报文、ARP、SNMP）的队列，由 CPU 参与调度。软件队列的带宽有限，且优先级处理逻辑与硬件队列不同。在 QoS 设计中，我们关心的是如何保护控制平面不被数据面流量淹没，例如通过 CoPP（Control Plane Policing）限制上送 CPU 的流量速率。因此，硬件队列决定业务流量的转发质量，软件队列决定控制协议的生存能力，两者不能混为一谈。

三、PFC、LLQ、WRED 在 Catalyst 上的实现位置

PFC（Priority Flow Control，802.1Qbb）工作在 Ingress 方向，但它的作用对象是链路对端。当本端某个优先级的接收缓冲达到阈值时，本端会向对端发送 PFC 暂停帧，要求对端暂停该优先级的发送。在 Catalyst 上，PFC 需要与信任 CoS 配合使用，因为暂停帧是按 802.1p 优先级区分的。典型配置是：在接口上启用 priority-flow-control mode on，并确保该优先级映射到无损队列。

LLQ（Low Latency Queueing）工作在 Egress 方向。它把某个队列配置为严格优先级队列，调度器会优先发送该队列中的报文，直到队列为空才处理其他队列。在 Catalyst 上，LLQ 通常通过 priority level 命令在策略映射中实现，对应硬件队列 1（或指定队列）。LLQ 适合语音、视频等对时延和抖动敏感的业务，但必须配合限速，否则高优先级流量可能饿死其他队列。

WRED（Weighted Random Early Detection）同样工作在 Egress 方向，作用于队列的拥塞避免阶段。当队列长度超过最小阈值时，WRED 开始按概率随机丢弃报文；超过最大阈值时全部丢弃。Catalyst 支持基于 DSCP 的 WRED，可以为不同优先级设置不同的阈值。例如，语音流量可以设置较高的最小阈值，而尽力而为流量设置较低阈值，从而在拥塞初期就丢弃低优先级报文，保护高优先级业务。

四、一个可参考的配置示例

下面给出一个 Catalyst 交换机上常见的 QoS 配置片段，用于说明上述机制如何落地。示例假设：语音流量标记为 DSCP EF，视频流量标记为 AF41，其余为默认流量。

! 1. 定义分类策略
class-map match-any VOICE
 match dscp ef
class-map match-any VIDEO
 match dscp af41

! 2. 定义入方向信任与标记
policy-map INGRESS-TRUST
 class VOICE
  set dscp ef
 class VIDEO
  set dscp af41
 class class-default
  set dscp default

! 3. 定义出方向队列与调度
policy-map EGRESS-QOS
 class VOICE
  priority level 1
  police 1000000
 class VIDEO
  bandwidth remaining percent 30
  random-detect dscp-based
 class class-default
  bandwidth remaining percent 70
  random-detect

! 4. 应用到接口
interface GigabitEthernet1/0/1
 service-policy input INGRESS-TRUST
 service-policy output EGRESS-QOS
 priority-flow-control mode on

在这个示例中，Ingress 策略负责信任和重标记，Egress 策略负责队列调度和 WRED。语音队列被配置为严格优先级并限速 1 Mbps，视频队列获得剩余带宽的 30%，默认流量获得 70%。WRED 在视频和默认队列上启用，语音队列由于是严格优先级且已限速，通常不启用 WRED。

五、关键判断：策略到底在哪一层生效

在实际排障中，经常遇到“配置了 QoS 但效果不明显”的情况。此时需要按以下顺序判断：第一，确认报文是否在 Ingress 被正确分类和标记，可以通过 show policy-map interface input 查看匹配计数；第二，确认内部优先级是否正确传递到 Egress，如果中间经过堆叠或跨 ASIC 转发，需要检查内部 DSCP 映射；第三，确认 Egress 队列是否按预期调度，观察各队列的发送速率和丢弃计数；第四，确认 WRED 阈值是否合理，阈值过高会导致拥塞加剧，阈值过低会导致过早丢弃。

理解 Ingress 与 Egress 的分工、硬件队列与软件队列的边界、以及 PFC/LLQ/WRED 各自的作用位置，是设计任何 Catalyst QoS 方案的基础。只有把策略配置到正确的处理阶段，才能让业务流量获得预期的转发质量。