异构无线网络之QOS简介

      QoS(Quality of Service，服务质量)指一个网络可以利用各类基础技术，为指定的网络通讯提供更好的服务能力, 是网络的一种安全机制， 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。 在正常状况下，若是网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不须要QoS，好比Web应用，或E-mail设置等。可是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。在RFC 3644上有对QoS的说明。

基本介绍

折叠参数

         QoS是经过给定的虚链接描述传输质量的ATM性能参数术语。这些参数包括：CTD、CDV、CER、CLR、CMR和SECBR、ALLservice classes、Qos Classes、 trafficcontract、traffic control。

折叠含义

      QoS（Quality of Service）即服务质量。对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中能够经过保证传输的带宽、下降传送的时延、下降数据的丢包率以及时延抖动等措施来提升服务质量。

      网络资源老是有限的，只要存在抢夺网络资源的状况，就会出现服务质量的要求。服务质量是相对网络业务而言的，在保证某类业务的服务质量的同时，可能就是在损害其它业务的服务质量。例如，在网络总带宽固定的状况下，若是某类业务占用的带宽越多，那么其余业务能使用的带宽就越少，可能会影响其余业务的使用。所以，网络管理者须要根据各类业务的特色来对网络资源进行合理的规划和分配，从而使网络资源获得高效利用。

     下面从QoS服务模型出发，对目前使用最多、最成熟的一些QoS技术逐一进行描述。在特定的环境下合理地使用这些技术，能够有效地提升服务质量。

    折叠QoS服务模型

     一般QoS提供如下三种服务模型：

     l Best-Effort service（尽力而为服务模型）

     l Integrated service（综合服务模型，简称Int-Serv）

     l Differentiated service（区分服务模型，简称Diff-Serv）

    1． Best-Effort服务模型是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型。对Best-Effort服务模型，网络尽最大的可能性来发送报文。但对时延、可靠性等性能不提供任何保证。Best-Effort服务模型是网络的缺省服务模型，经过FIFO（first in first out 先入先出）队列来实现。它适用于绝大多数网络应用，如FTP、E-Mail等。

    2． Int-Serv服务模型Int-Serv是一个综合服务模型，它能够知足多种QoS需求。该模型使用资源预留协议（RSVP），RSVP运行在从源端到目的端的每一个设备上，能够监视每一个流，以防止其消耗资源过多。这种体系可以明确区分并保证每个业务流的服务质量，为网络提供最细粒度化的服务质量区分。可是，Inter-Serv模型对设备的要求很高，当网络中的数据流数量很大时，设备的存储和处理能力会遇到很大的压力。Inter-Serv模型可扩展性不好，难以在Internet核心网络实施。

    3． Diff-Serv服务模型Diff-Serv是一个多服务模型，它能够知足不一样的QoS需求。与Int-Serv不一样，它不须要通知网络为每一个业务预留资源。区分服务实现简单，扩展性较好。

折叠编辑本段主要分类

       分类是指具备QoS的网络可以识别哪一种应用产生哪一种数据包。没有分类，网络就不能肯定对特殊数据包要进行的处理。全部应用都会在数据包上留下能够用来识别源应用的标识。分类就是检查这些标识，识别数据包是由哪一个应用产生的。如下是4种常见的分类方法。

      (1)协议 有些协议很是“健谈”，只要它们存在就会致使业务延迟，所以根据协议对数据包进行识别和优先级处理能够下降延迟。应用能够经过它们的EtherType进行识别。譬如，AppleTalk协议采用0x809B，IPX使用0x8137。根据协议进行优先级处理是控制或阻止少数较老设备所使用的“健谈”协议的一种强有力方法。

      (2)TCP和UDP端口号码 许多应用都采用一些TCP或UDP端口进行通讯，如 HTTP采用TCP端口80。经过检查IP数据包的端口号码，智能网络能够肯定数据包是由哪类应用产生的，这种方法也称为第四层交换，由于TCP和UDP都位于OSI模型的第四层。

      (3)源IP地址 许多应用都是经过其源IP地址进行识别的。因为服务器有时是专门针对单一应用而配置的，如电子邮件服务器，因此分析数据包的源IP地址能够识别该数据包是由什么应用产生的。当识别交换机与应用服务器不直接相连，并且许多不一样服务器的数据流都到达该交换机时，这种方法就很是有用。

     (4)物理端口号码 与源IP地址相似，物理端口号码能够指示哪一个服务器正在发送数据。这种方法取决于交换机物理端口和应用服务器的映射关系。虽然这是最简单的分类形式，可是它依赖于直接与该交换机链接的服务器。

折叠编辑本段主要功能

折叠标注

      在识别数据包以后，要对它进行标注，这样其余网络设备才能方便地识别这种数据。因为分类可能很是复杂，所以最好只进行一次。识别应用以后就必须对其数据包进行标记处理，以便确保网络上的交换机或路由器能够对该应用进行优先级处理。经过采纳标注数据的两种行业标准，即IEEE 802.1p或差别化服务编码点(DSCP)，就能够确保多厂商网络设备可以对该业务进行优先级处理。

     在选择交换机或路由器等产品时，必定要确保它能够识别两种标记方案。虽然DSCP能够替换在局域网环境下主导的标注方案IEEE802.1p，可是与IEEE 802.1p相比，实施DSCP有必定的局限性。在必定时期内，与IEEE 802.1p 设备的兼容性将十分重要。做为一种过渡机制，应选择能够从一种方案向另外一种方案转换的交换机。

折叠优先级设置

      一旦网络能够区分电话通话和网上浏览，优先级处理就能够确保进行Internet上大型下载的同时不中断电话通话。为了确保准确的优先级处理，全部业务量都必须在网络骨干内进行识别。在工做站终端进行的数据优先级处理可能会因人为的差错或恶意的破坏而出现问题。黑客能够有意地将普通数据标注为高优先级，窃取重要商业应用的带宽，致使商业应用的失效。这种状况称为拒绝服务攻击。经过分析进入网络的全部业务量，能够检查安全攻击，而且在它们致使任何危害以前及时阻止。

      在局域网交换机中，多种业务队列容许数据包优先级存在。较高优先级的业务能够在不受较低优先级业务的影响下经过交换机，减小对诸如话音或视频等对时间敏感业务的延迟事故。

为了提供优先级，交换机的每一个端口必须有至少2个队列。虽然每一个端口有更多队列能够提供更为精细的优先级选择，可是在局域网环境中，每一个端口须要4个以上队列的可能性不大。当每一个数据包到达交换机时，都要根据其优先级别分配到适当的队列，而后该交换机再从每一个队列转发数据包。该交换机经过其排队机制肯定下一步要服务的队列。有如下2种排队方式。

      (1)严格优先队列(SPQ) 这是一种最简单的排队方式，它首先为最高优先级的队列进行服务，直到该队列为空，而后为下一个次高优先级队列服务，依此类推。这种方法的优点是高优先级业务老是在低优先级业务以前处理。可是，低优先级业务有可能被高优先级业务彻底阻塞。

      (2)加权循环(WRR) 这种方法为全部业务队列服务，而且将优先权分配给较高优先级队列。在大多数状况下，相对低优先级，WRR将首先处理高优先级，可是当高优先级业务不少时，较低优先级的业务并无被彻底阻塞。

      Qos能够根据报文中的802.1Q判断优先级

      补充：

      如今的路由器通常均支持QoS。路由器上的QoS能够经过下面几种手段得到：

      1．经过大带宽获得

      在路由器上除增长接口带宽之外不做任何额外工做来保障QoS。因为数据通讯没有相应公认的数学模型做保障，该方法只能粗略地使用经验值做估计。一般认为当带宽利用率到达50%之后就应当扩容，保证接口带宽利用率小于50%。

      2．经过端到端带宽预留实现

       该方法经过使用RSVP或者相似协议在全网范围内通讯的节点间端到端预留带宽。该方法能保证QoS，可是代价过高，一般只在企业网或者私网上运行，在大网公网上没法实现。

       3．经过接入控制、拥塞控制和区分服务等方式获得

       该方式没法彻底保证QoS。这能与增长接口带宽等方式结合使用，在必定程度上提供相对的QoS。

       4．经过MPLS流量工程获得

折叠编辑本段关键指标

        QoS的关键指标主要包括：可用性、吞吐量、时延、时延变化(包括抖动和漂移)和丢失。下面详细叙述。

折叠可用性

       是当用户须要时网络即能工做的时间百分比。可用性主要是设备可靠性和网络存活性相结合的结果。对它起做用的还有一些其余因素，包括软件稳定性以及网络演进或升级时不中断服务的能力。

折叠吞吐量

        是在必定时间段内对网上流量(或带宽)的度量。对IP网而言能够从帧中继网借用一些概念。根据应用和服务类型，服务水平协议(SLA)能够规定承诺信息速率(CIR)、突发信息速率(BIR)和最大突发信号长度。承诺信息速率是应该予以严格保证的，对突发信息速率能够有所限定，以在容纳预约长度突发信号的同时容纳从话音到视像以及通常数据的各类服务。通常讲，吞吐量越大越好。

折叠时延

      指一项服务从网络入口到出口的平均通过时间。许多服务，特别是话音和视像等实时服务都是高度不能容忍时延的。当时延超过200-250毫秒时，交互式会话是很是麻烦的。为了提供高质量话音和会议电视，网络设备必须能保证低的时延。

       产生时延的因素不少，包括分组时延、排队时延、交换时延和传播时延。传播时延是信息经过铜线、光纤或无线链路所需的时间，它是光速的函数。在任何系统中，包括同步数字系列(SDH)、异步传输模式（ATM）和弹性分组环路(RPR)，传播时延老是存在的。

折叠时延变化

       是指同一业务流中不一样分组所呈现的时延不一样。高频率的时延变化称做抖动，而低频率的时延变化称做漂移。抖动主要是因为业务流中相继分组的排队等候时间不一样引发的，是对服务质量影响最大的一个问题。某些业务类型，特别是话音和视像等实时业务是极不容忍抖动的。分组到达时间的差别将在话音或视像中形成断续。全部传送系统都有抖动，只要抖动落在规定容差以内就不会影响服务质量。利用缓存能够克服过量的抖动，但这将增长时延，形成其余问题。

漂移是任何同步传输系统都有的一个问题。在SDH系统中是经过严格的全网分级定时来克服漂移的。在异步系统中，漂移通常不是问题。漂移会形成基群失帧，使服务质量的要求不能知足。

折叠丢包

无论是比特丢失仍是分组丢失，对分组数据业务的影响比对实时业务的影响都大。在通话期间，丢失一个比特或一个分组的信息每每用户注意不到。在视像广播期间，这在屏幕上可能形成瞬间的波形干扰，而后视像很快恢复如初。即使是用传输控制协议(TCP)传送数据也能处理丢失，由于传输控制协议容许丢失的信息重发。事实上，一种叫作随机早丢(RED)的拥塞控制机制在故意丢失分组，其目的是在流量达到设定门限时抑制TCP传输速率，减小拥塞，同时还使TCP流失去同步，以防止因速率窗口的闭合引发吞吐量摆动。但分组丢失多了，会影响传输质量。因此，要保持统计数字，当超过预约门限时就向网络管理人员告警。

折叠编辑本段实际应用

        QoS是网络与用户之间以及网络上互相通讯的用户之间关于信息传输与共享的质的约定，例如，传输延迟容许时间、最小传输画面失真度以及声像同步等,是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。如今的路由器通常均支持QoS。QoS 是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。在正常状况下，若是网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不须要QoS，好比 Web应用，或E-mail设置等。可是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。

在Internet等计算机网络上为用户提供高质量的QoS必须解决如下问题：

      1． QoS的分类与定义。对QoS进行分类和定义的目的是使网络能够根据不一样类型的QoS进行管理和分配资源。例如 ，给实时服务分配较大的带宽和较多的CPU处理时间等，另外一方面，对QoS进行分类定义也方便用户根据不一样的应用提出QoS需求。

      2． 准入控制和协商。即根据网络中资源的使用状况，容许用户进入网络进行多媒体信息传输并协商其QoS。

      3． 资源预定。为了给用户提供满意的QoS，必须对端系统、路由器以及传输带宽等相应的资源进行预定，以确保这些资源不被其余应用所强用。

      4． 资源调度与管理。对资源进行预定以后，是否能获得这些资源，还依赖于相应的资源调度与管理系统。

      目前的Internet仅提供尽力而为(best-effort service)的传送服务，业务量尽快传送，没有明确的时间和可靠性保障。随着网络多媒体技术的飞速发展，Internet上的多媒体应用层出不穷，如IP电话、视频会议、视频点播(VOD)、远程教育等多媒体实时业务、电子商务在Internet上传送等。Internet已逐步从单一的数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化。这些不一样的应用须要有不一样的Qos(quality of service)要求，Qos一般用带宽、时延、时延抖动和分组丢失率来衡量。各类应用对服务质量的需求在迅速增加。

       显然，现有的尽力传送服务已没法知足各类应用对网络传输质量的不一样要求，须要Internet提供多种服务质量类型的业务。而尽力而为的服务仍将提供给那些只须要连通性的应用。服务质量Qos系指用来表示服务性能之属性的任何组合。为了使其具备价值，这些属性必须是可提供的、可管理的、可验证和计费的，并且在使用时它们必须是始终如一的、可预测的、有的属性甚至是起决定性做用的。为了知足各类用户应用的须要，构建对IP最优并具有各类服务质量机制的网络是彻底必要的。专线服务、语音、文件传递、存储转发、交互式视频和广播视频是现有应用的一些例子。

折叠编辑本段相关技术

        如今，IP网络如何提供服务质量QoS支持这一问题现已成为业界关注的焦点。对于由QoS控制来实现QoS保证，国际上不一样组织和团体提出了不一样的控制机制和策略，比较著名的有：

        1． ISO/OSI提出了基于ODP分布式环境的QoS控制，但至今仍只停留在只给出了用户层的QoS参数说明和变成接口阶段，具体实现QoS控制策略并未提出；

        2. ATM论坛提出了QoS控制的策略和实现，ATM控制是“链接预约”型（connection and reservation），它的核心内容是在服务创建以前，经过接纳控制和资源预留来提供服务的QoS保证，而在服务交互的过程当中，用户进程和网络要严格按照约定的QoS实现服务QoS保证；

        3．IETF组织也已经提出了多种服务模型和机制来知足对QoS的需求，其中比较典型的有：RFC2115，RFC2117以及199八、1999年提出的 RFC26xx系列中的综合业务模型（Int-Serv）、差分业务模型(differentiated services)、多协议标签MPLS技术(Multi-Protocol Label Switching)、流量工程(traffic engineering)和QoS路由(QoS-based routing)等均用于解决Internet网络的QoS控制和管理。