QoS培訓(xùn)資料

Internet中QoS應(yīng)用在Internet等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上為用戶提供高質(zhì)量的QoS必須解決以下問題：

1. QoS的分類與定義。對QoS進(jìn)行分類和定義的目的是使網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同類型的QoS進(jìn)行管理和分配資源。例如 ，給實時服務(wù)分配較大的帶寬和較多的CPU處理時間等，另一方面，對QoS進(jìn)行分類定義也方便用戶根據(jù)不同的應(yīng)用提出QoS需求。
2. 準(zhǔn)入控制和協(xié)商。即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中資源的使用情況，允許用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多媒體信息傳輸并協(xié)商其QoS。
3. 資源預(yù)約。為了給用戶提供滿意的QoS，必須對端系統(tǒng)、路由器以及傳輸帶寬等相應(yīng)的資源進(jìn)行預(yù)約，以確保這些資源不被其他應(yīng)用所強(qiáng)用。
4. 資源調(diào)度與管理。對資源進(jìn)行預(yù)約之后，是否能得到這些資源，還依賴于相應(yīng)的資源調(diào)度與管理系統(tǒng)。

QoS功能示意圖

目前的Internet僅提供盡力而為(best-effort service)的傳送服務(wù)，業(yè)務(wù)量盡快傳送，沒有明確的時間和可靠性保障。隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，Internet上的多媒體應(yīng)用層出不窮，如IP電話、視頻會議、視頻點播(VOD)、遠(yuǎn)程教育等多媒體實時業(yè)務(wù)、電子商務(wù)在Internet上傳送等。Internet已逐步從單一的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)向數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體信息的綜合傳輸網(wǎng)演化。這些不同的應(yīng)用需要有不同的Qos(quality of service)要求，Qos通常用帶寬、時延、時延抖動和分組丟失率來衡量。各種應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量的需求在迅速增長。

顯然，現(xiàn)有的盡力傳送服務(wù)已無法滿足各種應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的不同要求，需要Internet提供多種服務(wù)質(zhì)量類型的業(yè)務(wù)。而盡力而為的服務(wù)仍將提供給那些只需要連通性的應(yīng)用。
　　
服務(wù)質(zhì)量Qos系指用來表示服務(wù)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(yù)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(yīng)用的需要，構(gòu)建對IP最優(yōu)并具備各種服務(wù)質(zhì)量機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)是完全必要的。專線服務(wù)、語音、文件傳遞、存儲轉(zhuǎn)發(fā)、交互式視頻和廣播視頻是現(xiàn)有應(yīng)用的一些例子。

QoS-關(guān)鍵指標(biāo)???????

QoS應(yīng)用示意圖QoS的關(guān)鍵指標(biāo)主要包括：可用性、吞吐量、時延、時延變化(包括抖動和漂移)和丟失。下面詳細(xì)敘述。
　　
可用性
是當(dāng)用戶需要時網(wǎng)絡(luò)即能工作的時間百分比?？捎眯灾饕窃O(shè)備可靠性和網(wǎng)絡(luò)存活性相結(jié)合的結(jié)果。對它起作用的還有一些其他因素，包括軟件穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)或升級時不中斷服務(wù)的能力。
　　
吞吐量
是在一定時間段內(nèi)對網(wǎng)上流量(或帶寬)的度量。對IP網(wǎng)而言可以從幀中繼網(wǎng)借用一些概念。根據(jù)應(yīng)用和服務(wù)類型，服務(wù)水平協(xié)議(SLA)可以規(guī)定承諾信息速率(CIR)、突發(fā)信息速率(BIR)和最大突發(fā)信號長度。承諾信息速率是應(yīng)該予以嚴(yán)格保證的，對突發(fā)信息速率可以有所限定，以在容納預(yù)定長度突發(fā)信號的同時容納從話音到視像以及一般數(shù)據(jù)的各種服務(wù)。一般講，吞吐量越大越好。

QoS應(yīng)用示意圖
　　
時延
指一項服務(wù)從網(wǎng)絡(luò)入口到出口的平均經(jīng)過時間。許多服務(wù)，特別是話音和視像等實時服務(wù)都是高度不能容忍時延的。當(dāng)時延超過200-250毫秒時，交互式會話是非常麻煩的。為了提供高質(zhì)量話音和會議電視，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須能保證低的時延。
　　
產(chǎn)生時延的因素很多，包括分組時延、排隊時延、交換時延和傳播時延。傳播時延是信息通過銅線、光纖或無線鏈路所需的時間，它是光速的函數(shù)。在任何系統(tǒng)中，包括同步數(shù)字系列(SDH)、異步傳輸模式（ATM）和彈性分組環(huán)路(RPR)，傳播時延總是存在的。
　　
時延變化
是指同一業(yè)務(wù)流中不同分組所呈現(xiàn)的時延不同。高頻率的時延變化稱作抖動，而低頻率的時延變化稱作漂移。抖動主要是由于業(yè)務(wù)流中相繼分組的排隊等候時間不同引起的，是對服務(wù)質(zhì)量影響最大的一個問題。某些業(yè)務(wù)類型，特別是話音和視像等實時業(yè)務(wù)是極不容忍抖動的。分組到達(dá)時間的差異將在話音或視像中造成斷續(xù)。所有傳送系統(tǒng)都有抖動，只要抖動落在規(guī)定容差之內(nèi)就不會影響服務(wù)質(zhì)量。利用緩存可以克服過量的抖動，但這將增加時延，造成其他問題。
　　
漂移是任何同步傳輸系統(tǒng)都有的一個問題。在SDH系統(tǒng)中是通過嚴(yán)格的全網(wǎng)分級定時來克服漂移的。在異步系統(tǒng)中，漂移一般不是問題。漂移會造成基群失幀，使服務(wù)質(zhì)量的要求不能滿足。
　　
丟包
不管是比特丟失還是分組丟失，對分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響比對實時業(yè)務(wù)的影響都大。在通話期間，丟失一個比特或一個分組的信息往往用戶注意不到。在視像廣播期間，這在屏幕上可能造成瞬間的波形干擾，然后視像很快恢復(fù)如初。即便是用傳輸控制協(xié)議(TCP)傳送數(shù)據(jù)也能處理丟失，因為傳輸控制協(xié)議允許丟失的信息重發(fā)。事實上，一種叫做隨機(jī)早丟(RED)的擁塞控制機(jī)制在故意丟失分組，其目的是在流量達(dá)到設(shè)定門限時抑制TCP傳輸速率，減少擁塞，同時還使TCP流失去同步，以防止因速率窗口的閉合引起吞吐量擺動。但分組丟失多了，會影響傳輸質(zhì)量。所以，要保持統(tǒng)計數(shù)字，當(dāng)超過預(yù)定門限時就向網(wǎng)絡(luò)管理人員告警。

QoS-現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)???????

QoS in Internet現(xiàn)在，IP網(wǎng)絡(luò)如何提供服務(wù)質(zhì)量QoS支持這一問題現(xiàn)已成為業(yè)界關(guān)注的焦點。對于由QoS控制來實現(xiàn)QoS保證，國際上不同組織和團(tuán)體提出了不同的控制機(jī)制和策略，比較著名的有：

?? 1. ISO/OSI提出了基于ODP分布式環(huán)境的QoS控制，但至今仍只停留在只給出了用戶層的QoS參數(shù)說明和變成接口階段，具體實現(xiàn)QoS控制策略并未提出；
?? 2. ATM論壇提出了QoS控制的策略和實現(xiàn)，ATM控制是“連接預(yù)定”型（connection and reservation），它的核心內(nèi)容是在服務(wù)建立之前，通過接納控制和資源預(yù)留來提供服務(wù)的QoS保證，而在服務(wù)交互的過程中，用戶進(jìn)程和網(wǎng)絡(luò)要嚴(yán)格按照約定的QoS實現(xiàn)服務(wù)QoS保證；
?? 3.IETF組織也已經(jīng)提出了多種服務(wù)模型和機(jī)制來滿足對QoS的需求，其中比較典型的有：RFC2115，RFC2117以及1998、1999年提出的 RFC26xx系列中的綜合業(yè)務(wù)模型（Int-Serv）、差分業(yè)務(wù)模型(differentiated services)、多協(xié)議標(biāo)簽MPLS技術(shù)(Multi-Protocol Label Switching)、流量工程(traffic engineering)和QoS路由(QoS-based routing)等均用于解決Internet網(wǎng)絡(luò)的QoS控制和管理。

QoS-功能 　　???????

QoS功能示意圖? 1．分類
??? 分類是指具有QoS的網(wǎng)絡(luò)能夠識別哪種應(yīng)用產(chǎn)生哪種數(shù)據(jù)包。沒有分類，網(wǎng)絡(luò)就不能確定對特殊數(shù)據(jù)包要進(jìn)行的處理。所有應(yīng)用都會在數(shù)據(jù)包上留下可以用來識別源應(yīng)用的標(biāo)識。分類就是檢查這些標(biāo)識，識別數(shù)據(jù)包是由哪個應(yīng)用產(chǎn)生的。以下是4種常見的分類方法。
??? (1)協(xié)議 有些協(xié)議非?！敖≌劇保灰鼈兇嬖诰蜁?dǎo)致業(yè)務(wù)延遲，因此根據(jù)協(xié)議對數(shù)據(jù)包進(jìn)行識別和優(yōu)先級處理可以降低延遲。應(yīng)用可以通過它們的EtherType進(jìn)行識別。譬如，AppleTalk協(xié)議采用0x809B，IPX使用0x8137。根據(jù)協(xié)議進(jìn)行優(yōu)先級處理是控制或阻止少數(shù)較老設(shè)備所使用的“健談”協(xié)議的一種強(qiáng)有力方法。
??? (2)TCP和UDP端口號碼 許多應(yīng)用都采用一些TCP或UDP端口進(jìn)行通信，如 HTTP采用TCP端口80。通過檢查IP數(shù)據(jù)包的端口號碼，智能網(wǎng)絡(luò)可以確定數(shù)據(jù)包是由哪類應(yīng)用產(chǎn)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(yīng)用都是通過其源IP地址進(jìn)行識別的。由于服務(wù)器有時是專門針對單一應(yīng)用而配置的，如電子郵件服務(wù)器，所以分析數(shù)據(jù)包的源IP地址可以識別該數(shù)據(jù)包是由什么應(yīng)用產(chǎn)生的。當(dāng)識別交換機(jī)與應(yīng)用服務(wù)器不直接相連，而且許多不同服務(wù)器的數(shù)據(jù)流都到達(dá)該交換機(jī)時，這種方法就非常有用。
??? (4)物理端口號碼 與源IP地址類似，物理端口號碼可以指示哪個服務(wù)器正在發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法取決于交換機(jī)物理端口和應(yīng)用服務(wù)器的映射關(guān)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(jī)連接的服務(wù)器。
??? 2．標(biāo)注
??? 在識別數(shù)據(jù)包之后，要對它進(jìn)行標(biāo)注，這樣其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能方便地識別這種數(shù)據(jù)。由于分類可能非常復(fù)雜，因此最好只進(jìn)行一次。識別應(yīng)用之后就必須對其數(shù)據(jù)包進(jìn)行標(biāo)記處理，以便確保網(wǎng)絡(luò)上的交換機(jī)或路由器可以對該應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)先級處理。通過采納標(biāo)注數(shù)據(jù)的兩種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE 802.1p或差異化服務(wù)編碼點(DSCP)，就可以確保多廠商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠?qū)υ摌I(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級處理。
??? 在選擇交換機(jī)或路由器等產(chǎn)品時，一定要確保它可以識別兩種標(biāo)記方案。雖然DSCP可以替換在局域網(wǎng)環(huán)境下主導(dǎo)的標(biāo)注方案IEEE 802.1p，但是與IEEE 802.1p相比，實施DSCP有一定的局限性。在一定時期內(nèi)，與IEEE 802.1p 設(shè)備的兼容性將十分重要。作為一種過渡機(jī)制，應(yīng)選擇可以從一種方案向另一種方案轉(zhuǎn)換的交換機(jī)。
??? 3．優(yōu)先級設(shè)置
??? 一旦網(wǎng)絡(luò)可以區(qū)分電話通話和網(wǎng)上瀏覽，優(yōu)先級處理就可以確保進(jìn)行Internet上大型下載的同時不中斷電話通話。為了確保準(zhǔn)確的優(yōu)先級處理，所有業(yè)務(wù)量都必須在網(wǎng)絡(luò)骨干內(nèi)進(jìn)行識別。在工作站終端進(jìn)行的數(shù)據(jù)優(yōu)先級處理可能會因人為的差錯或惡意的破壞而出現(xiàn)問題。黑客可以有意地將普通數(shù)據(jù)標(biāo)注為高優(yōu)先級，竊取重要商業(yè)應(yīng)用的帶寬，導(dǎo)致商業(yè)應(yīng)用的失效。這種情況稱為拒絕服務(wù)攻擊。通過分析進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的所有業(yè)務(wù)量，可以檢查安全攻擊，并且在它們導(dǎo)致任何危害之前及時阻止。
??? 在局域網(wǎng)交換機(jī)中，多種業(yè)務(wù)隊列允許數(shù)據(jù)包優(yōu)先級存在。較高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)可以在不受較低優(yōu)先級業(yè)務(wù)的影響下通過交換機(jī)，減少對諸如話音或視頻等對時間敏感業(yè)務(wù)的延遲事故。
??? 為了提供優(yōu)先級，交換機(jī)的每個端口必須有至少2個隊列。雖然每個端口有更多隊列可以提供更為精細(xì)的優(yōu)先級選擇，但是在局域網(wǎng)環(huán)境中，每個端口需要4個以上隊列的可能性不大。當(dāng)每個數(shù)據(jù)包到達(dá)交換機(jī)時，都要根據(jù)其優(yōu)先級別分配到適當(dāng)?shù)年犃?，然后該交換機(jī)再從每個隊列轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。該交換機(jī)通過其排隊機(jī)制確定下一步要服務(wù)的隊列。有以下2種排隊方式。
??? (1)嚴(yán)格優(yōu)先隊列(SPQ) 這是一種最簡單的排隊方式，它首先為最高優(yōu)先級的隊列進(jìn)行服務(wù)，直到該隊列為空，然后為下一個次高優(yōu)先級隊列服務(wù)，依此類推。這種方法的優(yōu)勢是高優(yōu)先級業(yè)務(wù)總是在低優(yōu)先級業(yè)務(wù)之前處理。但是，低優(yōu)先級業(yè)務(wù)有可能被高優(yōu)先級業(yè)務(wù)完全阻塞。
??? (2)加權(quán)循環(huán)(WRR) 這種方法為所有業(yè)務(wù)隊列服務(wù)，并且將優(yōu)先權(quán)分配給較高優(yōu)先級隊列。在大多數(shù)情況下，相對低優(yōu)先級，WRR將首先處理高優(yōu)先級，但是當(dāng)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)很多時，較低優(yōu)先級的業(yè)務(wù)并沒有被完全阻塞。

QoS-推動力???????

QoS流程網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)質(zhì)量(QoS)的研究有三個主要的推動力：　　
一是對QoS有嚴(yán)格要求業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，如交互式實時多媒體業(yè)務(wù)、BP電話等；　　
二是通過QoS研究，有助于提高網(wǎng)絡(luò)效率，降低網(wǎng)絡(luò)成本；
三是運(yùn)營商可以通過QoS機(jī)制，按照不同用戶對服務(wù)質(zhì)量的不同要求，提供多種有區(qū)別的服務(wù)，提高用戶的滿意度，同時提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的收益。