qos

qos

用來解決網絡延遲和阻塞等問題的技術
QoS(QualityofService,服務質量)指一個網絡能夠利用各種基礎技術,為指定的網絡通信提供更好的服務能力,是網絡的一種安全機制,是用來解決網絡延遲和阻塞等問題的一種技術。在正常情況下,如果網絡隻用于特定的無時間限制的應用系統,并不需要QoS,比如Web應用,或E-mail設置等。但是對關鍵應用和多媒體應用就十分必要。當網絡過載或擁塞時,QoS能确保重要業務量不受延遲或丢棄,同時保證網絡的高效運行。在RFC3644上有對QoS的說明。
    中文名:服務質量 外文名: 别名: 英文名:Quality of Service 簡 稱:QoS 屬 性:為指定的網絡通信提供服務能力

基本介紹

參數

QoS是通過給定的虛連接描述傳輸質量的ATM性能參數術語。這些參數包括:CTD、CDV、CER、CLR、CMR和SECBR、ALLserviceclasses、QosClasses、trafficcontract、trafficcontrol。

含義

QoS(Quality of Service)即服務質量。對于網絡業務,服務質量包括傳輸的帶寬、傳送的時延、數據的丢包率等。在網絡中可以通過保證傳輸的帶寬、降低傳送的時延、降低數據的丢包率以及時延抖動等措施來提高服務質量。

網絡資源總是有限的,隻要存在搶奪網絡資源的情況,就會出現服務質量的要求。服務質量是相對網絡業務而言的,在保證某類業務的服務質量的同時,可能就是在損害其它業務的服務質量。

例如,在網絡總帶寬固定的情況下,如果某類業務占用的帶寬越多,那麼其他業務能使用的帶寬就越少,可能會影響其他業務的使用。因此,網絡管理者需要根據各種業務的特點來對網絡資源進行合理的規劃和分配,從而使網絡資源得到高效利用。

下面從QoS服務模型出發,對目前使用最多、最成熟的一些QoS技術逐一進行描述。在特定的環境下合理地使用這些技術,可以有效地提高服務質量。

服務模型

通常QoS提供以下三種服務模型:

lBest-Effortservice(盡力而為服務模型)

lIntegratedservice(綜合服務模型,簡稱Int-Serv)

lDifferentiatedservice(區分服務模型,簡稱Diff-Serv)

1.Best-Effort服務模型是一個單一的服務模型,也是最簡單的服務模型。對Best-Effort服務模型,網絡盡最大的可能性來發送報文。但對時延、可靠性等性能不提供任何保證。

Best-Effort服務模型是網絡的缺省服務模型,通過FIFO(firstinfirstout先入先出)隊列來實現。它适用于絕大多數網絡應用,如FTP、E-Mail等。

2.Int-Serv服務模型Int-Serv是一個綜合服務模型,它可以滿足多種QoS需求。該模型使用資源預留協議(RSVP),RSVP運行在從源端到目的端的每個設備上,可以監視每個流,以防止其消耗資源過多。這種體系能夠明确區分并保證每一個業務流的服務質量,為網絡提供最細粒度化的服務質量區分。

但是,Inter-Serv模型對設備的要求很高,當網絡中的數據流數量很大時,設備的存儲和處理能力會遇到很大的壓力。Inter-Serv模型可擴展性很差,難以在Internet核心網絡實施。

3.Diff-Serv服務模型Diff-Serv是一個多服務模型,它可以滿足不同的QoS需求。與Int-Serv不同,它不需要通知網絡為每個業務預留資源。區分服務實現簡單,擴展性較好。

處理流程

分類

Classifying即分類,其過程是根據信任策略或者根據分析每個報文的内容來确定将這些報文歸類到以CoS值來表示的各個數據流中,因此分類動作的核心任務是确定輸入報文的CoS值。分類發生在端口接收輸入報文階段,當某個端口關聯了一個表示QoS策略的Policy-map後,分類就在該端口上生效,它對所有從該端口輸入的報文起作用。

協議

有些協議非常“健談”,隻要它們存在就會導緻業務延遲,因此根據協議對數據包進行識别和優先級處理可以降低延遲。應用可以通過它們的EtherType進行識别。譬如,AppleTalk協議采用0x809B,IPX使用0x8137。根據協議進行優先級處理是控制或阻止少數較老設備所使用的“健談”協議的一種強有力方法。

(2)TCP和UDP端口号

許多應用都采用一些TCP或UDP端口進行通信,如HTTP采用TCP端口80。通過檢查IP數據包的端口号碼,智能網絡可以确定數據包是由哪類應用産生的,這種方法也稱為第四層交換,因為TCP和UDP都位于OSI模型的第四層。

(3)源IP地址

許多應用都是通過其源IP地址進行識别的。由于服務器有時是專門針對單一應用而配置的,如電子郵件服務器,所以分析數據包的源IP地址可以識别該數據包是由什麼應用産生的。當識别交換機與應用服務器不直接相連,而且許多不同服務器的數據流都到達該交換機時,這種方法就非常有用。

(4)物理端口号碼

與源IP地址類似,物理端口号碼可以指示哪個服務器正在發送數據。這種方法取決于交換機物理端口和應用服務器的映射關系。雖然這是最簡單的分類形式,但是它依賴于直接與該交換機連接的服務器。

策略

Policing即策略,發生在數據流分類完成後,用于約束被分類的數據流所占用的傳輸帶寬。Policing動作檢查被歸類的數據流中的每一個報文,如果該報文超出了作用于該數據流的Police所允許的限制帶寬,那麼該報文将會被做特殊處理,它或者要被丢棄,或者要被賦予另外的DSCP值。

在QoS處理流程中,Policing動作是可選的。如果沒有Policing動作,那麼被分類的數據流中的報文的DSCP值将不會作任何修改,報文也不會在送往Marking動作之前被丢棄。

标識

Marking即标識,經過Classifying和Policing動作處理之後,為了确保被分類報文對應DSCP的值能夠傳遞給網絡上的下一跳設備,需要通過Marking動作将為報文寫入QoS信息,可以使用QoSACLs改變報文的QoS信息,也可以使用Trust方式直接保留報文中QoS信息,例如,選擇TrustDSCP從而保留IP報文頭的DSCP信息。

隊列

Queueing即隊列,負責将數據流中報文送往端口的某個輸出隊列中,送往端口的不同輸出隊列的報文将獲得不同等級和性質的傳輸服務策略。

每一個端口上都擁有8個輸出隊列,通過設備上配置的DSCP-to-CoSMap和Cos-to-QueueMap兩張映射表來将報文的DSCP值轉化成輸出隊列号,以便确定報文應該被送往的輸出隊列。

調度

Scheduling即調度,為QoS流程的最後一個環節。當報文被送到端口的不同輸出隊列上之後,設備将采用WRR或者其它算法發送8個隊列中的報文。

可以通過設置WRR算法的權重值來配置各個輸出隊列在輸出報文的時候所占用的每循環發送報文個數,從而影響傳輸帶寬。或通過設置DRR算法的權重值來配置各個輸出隊列在輸出報文的時候所占用的每循環發送報文字節數,從而影響傳輸帶寬。

應用

QoS是網絡與用戶之間以及網絡上互相通信的用戶之間關于信息傳輸與共享的質的約定,例如,傳輸延遲允許時間、最小傳輸畫面失真度以及聲像同步等,是用來解決網絡延遲和阻塞等問題的一種技術。

現在的路由器一般均支持QoS。QoS是網絡的一種安全機制,是用來解決網絡延遲和阻塞等問題的一種技術。在正常情況下,如果網絡隻用于特定的無時間限制的應用系統,并不需要QoS,比如Web應用,或E-mail設置等。

但是對關鍵應用和多媒體應用就十分必要。當網絡過載或擁塞時,QoS能确保重要業務量不受延遲或丢棄,同時保證網絡的高效運行。

在Internet等計算機網絡上為用戶提供高質量的QoS必須解決以下問題:

1.QoS的分類與定義。對QoS進行分類和定義的目的是使網絡可以根據不同類型的QoS進行管理和分配資源。例如,給實時服務分配較大的帶寬和較多的CPU處理時間等,另一方面,對QoS進行分類定義也方便用戶根據不同的應用提出QoS需求。

2.準入控制和協商。即根據網絡中資源的使用情況,允許用戶進入網絡進行多媒體信息傳輸并協商其QoS。

3.資源預約。為了給用戶提供滿意的QoS,必須對端系統、路由器以及傳輸帶寬等相應的資源進行預約,以确保這些資源不被其他應用所強用。

4.資源調度與管理。對資源進行預約之後,是否能得到這些資源,還依賴于相應的資源調度與管理系統。

目前的Internet僅提供盡力而為(best-effortservice)的傳送服務,業務量盡快傳送,沒有明确的時間和可靠性保障。随着網絡多媒體技術的飛速發展,Internet上的多媒體應用層出不窮,如IP電話、視頻會議、視頻點播(VOD)、遠程教育等多媒體實時業務、電子商務在Internet上傳送等。

Internet已逐步從單一的數據傳送網向數據、語音、圖像等多媒體信息的綜合傳輸網演化。這些不同的應用需要有不同的Qos(qualityofservice)要求,Qos通常用帶寬、時延、時延抖動和分組丢失率來衡量。各種應用對服務質量的需求在迅速增長。

顯然,現有的盡力傳送服務已無法滿足各種應用對網絡傳輸質量的不同要求,需要Internet提供多種服務質量類型的業務。而盡力而為的服務仍将提供給那些隻需要連通性的應用。

服務質量Qos系指用來表示服務性能之屬性的任何組合。為了使其具有價值,這些屬性必須是可提供的、可管理的、可驗證和計費的,而且在使用時它們必須是始終如一的、可預測的、有的屬性甚至是起決定性作用的。

為了滿足各種用戶應用的需要,構建對IP最優并具備各種服務質量機制的網絡是完全必要的。專線服務、語音、文件傳遞、存儲轉發、交互式視頻和廣播視頻是現有應用的一些例子。

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