QoS

目录·QoS具有如下功能:
·问题的提出
·需要QoS的应用
·保持 QoS



在封包交换网络和计算机网络领域中,流量工程术语服务质量(英文Quality of Service,QoS)指的是网络满足给定业务合同的概率,或在许多情况下,非正式地用来指分组在网络中两点间通过的概率。QoS是一种控制机制,它提供了针对不同用户或者不同数据流采用相应不同的优先级,或者是根据应用程序的要求,保证数据流的性能达到一定的水准。QoS的保证对于容量有限的网络来说是十分重要的,特别是对于串流多媒体应用,例如voice over IP 和 IP电视等,因为这些应用常常需要固定的传输率,对延时也比较敏感。

在电话业务领域,服务质量是指线路噪音和声音,适当的音量水平等指标的衡量,并且不能与服务等级相混淆。

在正常情况下,如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统,并不需要QoS,比如Web应用,或E-mail设置等。但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。

QoS具有如下功能:

1.分类

分类是指具有QoS的网络能够识别哪种应用产生哪种数据包。没有分类,网络就不能确定对特殊数据包要进行的处理。所有应用都会在数据包上留下可以用来识别源应用的标识。分类就是检查这些标识,识别数据包是由哪个应用产生的。以下是4种常见的分类方法。

(1)协议 有些协议非常“健谈”,只要它们存在就会导致业务延迟,因此根据协议对数据包进行识别和优先级处理可以降低延迟。应用可以通过它们的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端口进行通信,如 HTTP采用TCP端口80。通过检查IP数据包的端口号码,智能网络可以确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,因为TCP和UDP都位于OSI模型的第四层。

(3)源IP地址 许多应用都是通过其源IP地址进行识别的。由于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,所以分析数据包的源IP地址可以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,而且许多不同服务器的数据流都到达该交换机时,这种方法就非常有用。

(4)物理端口号码 与源IP地址类似,物理端口号码可以指示哪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,但是它依赖于直接与该交换机连接的服务器。

2.标注

在识别数据包之后,要对它进行标注,这样其他网络设备才能方便地识别这种数据。由于分类可能非常复杂,因此最好只进行一次。识别应用之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可以对该应用进行优先级处理。通过采纳标注数据的两种行业标准,即IEEE 802.1p或差异化服务编码点(DSCP),就可以确保多厂商网络设备能够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,一定要确保它可以识别两种标记方案。虽然DSCP可以替换在局域网环境下主导的标注方案IEEE 802.1p,但是与IEEE 802.1p相比,实施DSCP有一定的局限性。在一定时期内,与IEEE 802.1p 设备的兼容性将十分重要。作为一种过渡机制,应选择可以从一种方案向另一种方案转换的交换机。

3.优先级设置

一旦网络可以区分电话通话和网上浏览,优先级处理就可以确保进行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,所有业务量都必须在网络骨干内进行识别。在工作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。黑客可以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,导致商业应用的失效。这种情况称为拒绝服务攻击。通过分析进入网络的所有业务量,可以检查安全攻击,并且在它们导致任何危害之前及时阻止。

在局域网交换机中,多种业务队列允许数据包优先级存在。较高优先级的业务可以在不受较低优先级业务的影响下通过交换机,减少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,交换机的每个端口必须有至少2个队列。虽然每个端口有更多队列可以提供更为精细的优先级选择,但是在局域网环境中,每个端口需要4个以上队列的可能性不大。当每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,然后该交换机再从每个队列转发数据包。该交换机通过其排队机制确定下一步要服务的队列。有以下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,然后为下一个次高优先级队列服务,依此类推。这种方法的优势是高优先级业务总是在低优先级业务之前处理。但是,低优先级业务有可能被高优先级业务完全阻塞。

(2)加权循环(WRR) 这种方法为所有业务队列服务,并且将优先权分配给较高优先级队列。在大多数情况下,相对低优先级,WRR将首先处理高优先级,但是当高优先级业务很多时,较低优先级的业务并没有被完全阻塞。

Qos可以根据报文中的802.1P判断优先级

问题的提出

在因特网创建初期,没有意识到QoS应用的需要。因此,整个因特网运作如一个“竭尽全力”的系统。每段信息都有4个“服务类别”位和3个“优先级”位,但是他们完全没有派上用场。 依发送和接收者看来,数据包从起点到终点的传输过程中会发生许多事情,并产生如下有问题的结果:

丢失数据包 - 当数据包到达一个缓冲区(buffer)已满的路由器时,则代表此次的发送失败,路由器会依网络的状况决定要丢弃一部份、不丢弃 或者是所有的数据包,而且这不可能在预先就知道,接收端的应用程式在这时必须请求重新传送,而这同时可能造成总体传输严重的延迟。

延迟 - 或许需要很长时间才能将数据包传送到终点, 因为它会被漫长的队列迟滞, 或需要运用间接路由以避免阻塞;也许能找到快速、直接的路由。总之,延迟非常难以预料。

传输顺序出错 - 当一群相关的数据包被路由经过因特网时,不同的数据包可能选择不同的路由器,这会导致每个数据包有不同的延迟时间。最后数据包到达目的地的顺序会和数据包从发送端发送出去的顺序不一致,这个问题必须要有特殊额外的协议负责重新整理失序的数据包。

出错 - 有些时候,数据包在被运送的途中会发生跑错路径、被合并 甚至是 毁坏的情况,这时接收端必须要能侦测出这些情况,并将它们统统判别为已遗失的数据包,再请求发送端再送一份同样的数据包。

需要QoS的应用

流量约定(SLA, Service Level Agreement服务等级协议)给数据流设定优先级,以此在网络/协议层面上,根据相互商定的尺度,设定有保障的性能、通过量、延迟等界限。一些特定形式的网络数据流需要定义服务质量,例如:

多媒体流要求有保障的通过量
IP电话需要严格的抖动和延迟限制
性命悠关的应用系统, 例如远程外科手术要求有可靠保证的可用性 (也称作硬性 QoS).

这些类型的服务被称为非弹性,意思是它们需要固定的带宽才能运作--如果得到多余的带宽,它们也无法使用;如果得到较少的带宽,则根本无法工作。相形之下,弹性应用可以从多余的带宽中受益。

保持 QoS

实质上有两种方式提供QoS保证。

第一种,就是简单地提供大量的资源,用丰富、安全的余量设备应付预期中的“高峰”需求。这样既好又简单,然而有人认为这种方式代价昂贵,而且不能应对高峰需求超越预期的情形,部署额外的资源也很耗费时间。

第二种是要求用户预约带宽,并且仅在能够提供可靠服务的前提下接受预约。自然,可以为预约服务向用户收费。

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