QoS：服务与质量（Quality of Service）

QoS是一种非常复杂但应用非常广泛的技术。只要网络存在资源竞争，就存在对服务质量的需求。QoS可以有效控制网络资源及其使用来保障服务与质量。

QoS功能

• 尽力避免网络拥塞
• 在不能避免拥塞时对带宽进行有效处理
• 降低报文丢包率
• 调控IP网络流量
• 为特定用户或特定业务提供专用带宽
• 支撑网络上的实时性业务
• QoS不能创造带宽，只能使带宽的分配更加合理

DS节点与域

• DS节点：实现区分服务功能的网络节点。
• DS域：一组使用相同的QoS策略和实现了相同的PHB的DS节点组成。一个DS域由相同管理部门的一个或多个网络组成。
  • 一个DS域可以是一个ISP，也可以是一个企业的内部网络。
• DS内部节点：DS域内连接DS边界节点、其他内部节点的路由器。DS内部节点只需要根据DSCP/IPP、EXP、802.1P字段进行简单流分类，以及对相应的流进行流量控制。
• DS边界节点：连接另一个DS域或连接一个没有DS功能的节点；负责将进入DS域的流量进行分类和流量调整。
• DS信任边界：由DS边界节点组成。边界节点不信任DS域外的流量携带的标记，所以DS的边界节点需要对进入DS的报文进行重标记。

影响网络通行的因素（服务质量的衡量标准）

网络带宽（Bandwidth）

指单位时间内能传输的数据量。在一条端到端的链路中，最大可用带宽等于传输路径上最小的链路带宽。

时延（Delay）

指报文从网络的一端到另一端所需要的时间。

• 串行化时延：将数据变成电信号或光信号发送出去所需要的时间。时延高低取决于设备的性能。
• 传输时延：数据在传输介质上传输所需要的时间。比较稳定，带来的抖动较低，取决于传输介质的能力。
• 处理时延：设备内部对数据报文进行处理的时间。时延高低取决于设备的性能。
• 队列时延：数据包处理完毕之后，放到出口队列中缓存起来准备往外发送所需要等待的时间。可以通过技术手段（QoS）减少改善延时。

端到端的延迟等于所有传输途中链路和设备造成延迟的总和。

抖动（Jitter）

由于每个报文端到端时延不一样，就会导致报文不能相等间隔到达目的地。抖动是指数据包穿越网络时延迟的变化，是衡量网络延迟稳定性的指标。抖动是由于延迟的随机性造成的，主要原因是数据包排队延迟的不确定性。

丢包（Packet Loss）

丢失的报文占传送报文的百分比。丢包是指数据包在传输过程中的丢失，是衡量网络可靠性的重要指标。

丢包的主要原因：

• 网络拥塞时，当队列满了后，后续的报文将由于无法入队而被丢弃。
• 流量超过限制后，设备对其进行丢弃。

QoS三种服务模型

根据网络服务质量和用户需求，通过不同的服务模型为用户提供服务。

1. 尽力而为模型（Best-Effort）

所有数据进入同一个队列，采用FIFO（先进先出）队列和尾丢弃实现，是缺省服务模型。

• 优点：实现机制简单。
• 缺点：不能对业务进行区分对待，只能通过提升网络带宽或升级设备来优化（花钱解决），没有服务保证。

尾丢弃：队列拥塞时，将最后面的流量进行丢弃处理。

2. 综合服务模型（IntServ）

使用RSVP（资源预留）协议，基于数据流，向网络申请预留带宽。

• 优点：可以提供带宽、延迟保证。
• 缺点：
  • 需要跟踪每个流的状态，实现复杂
  • 当无流量发送时，仍占用带宽，带宽利用率低
  • 需要端到端所有设备都支持并运行RSVP协议

3. 区分服务模型（DiffServ）

根据报文中QoS参数告知网络其QoS需求，网络的每一台路由器都可以根据不同的QoS需求提供相应的服务。这是基于数据包的端到端QoS，是目前主流的服务模型。

• 优点：
  • 不需要跟踪流状态，资源占用少，扩展性强
  • 可以对不同的流量提供不同的服务，可以基于流分类，也可以基于类分类
• 缺点：需要进行端到端的手工部署，对人员要求较高

工作过程：

1. 在网络入口对报文进行分类，完成对报文的标记
2. 根据标记，将其映射成本地对其定义的服务等级值
3. 根据不同的服务等级值进入相应的缓存队列，根据队列的调度机制，实现不同的转发服务

基于DiffServ模型的QoS技术分类

技术分类	作用	常用方向
分类和标记	根据一定的匹配规则识别出对象，是对网络业务进行区分服务统一部署的前提和基础	接口入方向
拥塞管理	当拥塞发生时如何指定一个资源的调度策略，以决定报文转发的处理次序	接口出方向
拥塞避免	监督网络资源的使用情况，当拥塞有加剧的趋势时采用主动丢弃报文的策略，通过调度队列长度来解除网络的过载	接口出方向
流量监管	对进入或流出设备的特定流量进行监管。当流量超出设定值时，可以采取限制或惩罚措施，以保护网络资源不受损害	接口入方向/出方向
流量整形	主动调度流的输出速率和流量控制措施，用来使流量适配下游设备可供给的网络资源，避免不必要的报文丢弃	接口出方向

QoS转发过程

1. 流分类：首先通过流分类对各种业务进行识别和区分，它是后续各种动作的基础。
2. 动作处理：通过各种动作对特定的业务进行处理。这些动作需要和流分类关联起来才有意义。具体采取何种动作，与所处的阶段以及网络当前的负载状况有关。