QoS（QualityofService，服務(wù)質(zhì)量）指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠利用各種基礎(chǔ)技術(shù)，為指定的網(wǎng)絡(luò)通信提供更好的服務(wù)能力,是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制，是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。在正常情況下，如果網(wǎng)絡(luò)只用于特定的無時(shí)間限制的應(yīng)用系統(tǒng)，并不需要QoS，比如Web應(yīng)用，或E-mail設(shè)置等。但是對關(guān)鍵應(yīng)用和多媒體應(yīng)用就十分必要。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過載或擁塞時(shí)，QoS能確保重要業(yè)務(wù)量不受延遲或丟棄，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行。在RFC3644上有對QoS的說明。

基本介紹

參數(shù)

QoS是通過給定的虛連接描述傳輸質(zhì)量的ATM性能參數(shù)術(shù)語。這些參數(shù)包括：CTD、CDV、CER、CLR、CMR和SECBR、ALLserviceclasses、QosClasses、trafficcontract、trafficcontrol。

含義

QoS（Quality?of?Service）即服務(wù)質(zhì)量。對于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，服務(wù)質(zhì)量包括傳輸?shù)膸挕魉偷臅r(shí)延、數(shù)據(jù)的丟包率等。在網(wǎng)絡(luò)中可以通過保證傳輸?shù)膸?、降低傳送的時(shí)延、降低數(shù)據(jù)的丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)等措施來提高服務(wù)質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò)資源總是有限的，只要存在搶奪網(wǎng)絡(luò)資源的情況，就會出現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的要求。服務(wù)質(zhì)量是相對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)而言的，在保證某類業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，可能就是在損害其它業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

例如，在網(wǎng)絡(luò)總帶寬固定的情況下，如果某類業(yè)務(wù)占用的帶寬越多，那么其他業(yè)務(wù)能使用的帶寬就越少，可能會影響其他業(yè)務(wù)的使用。因此，網(wǎng)絡(luò)管理者需要根據(jù)各種業(yè)務(wù)的特點(diǎn)來對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行合理的規(guī)劃和分配，從而使網(wǎng)絡(luò)資源得到高效利用。

下面從QoS服務(wù)模型出發(fā)，對目前使用最多、最成熟的一些QoS技術(shù)逐一進(jìn)行描述。在特定的環(huán)境下合理地使用這些技術(shù)，可以有效地提高服務(wù)質(zhì)量。

服務(wù)模型

通常QoS提供以下三種服務(wù)模型：

lBest-Effortservice（盡力而為服務(wù)模型）

lIntegratedservice（綜合服務(wù)模型，簡稱Int-Serv）

lDifferentiatedservice（區(qū)分服務(wù)模型，簡稱Diff-Serv）

1．Best-Effort服務(wù)模型是一個(gè)單一的服務(wù)模型，也是最簡單的服務(wù)模型。對Best-Effort服務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò)盡最大的可能性來發(fā)送報(bào)文。但對時(shí)延、可靠性等性能不提供任何保證。

Best-Effort服務(wù)模型是網(wǎng)絡(luò)的缺省服務(wù)模型，通過FIFO（firstinfirstout先入先出）隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)。它適用于絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如FTP、E-Mail等。

2．Int-Serv服務(wù)模型Int-Serv是一個(gè)綜合服務(wù)模型，它可以滿足多種QoS需求。該模型使用資源預(yù)留協(xié)議（RSVP），RSVP運(yùn)行在從源端到目的端的每個(gè)設(shè)備上，可以監(jiān)視每個(gè)流，以防止其消耗資源過多。這種體系能夠明確區(qū)分并保證每一個(gè)業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量，為網(wǎng)絡(luò)提供最細(xì)粒度化的服務(wù)質(zhì)量區(qū)分。

但是，Inter-Serv模型對設(shè)備的要求很高，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流數(shù)量很大時(shí)，設(shè)備的存儲和處理能力會遇到很大的壓力。Inter-Serv模型可擴(kuò)展性很差，難以在Internet核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)施。

3．Diff-Serv服務(wù)模型Diff-Serv是一個(gè)多服務(wù)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(wǎng)絡(luò)為每個(gè)業(yè)務(wù)預(yù)留資源。區(qū)分服務(wù)實(shí)現(xiàn)簡單，擴(kuò)展性較好。

處理流程

分類

Classifying即分類，其過程是根據(jù)信任策略或者根據(jù)分析每個(gè)報(bào)文的內(nèi)容來確定將這些報(bào)文歸類到以CoS值來表示的各個(gè)數(shù)據(jù)流中，因此分類動(dòng)作的核心任務(wù)是確定輸入報(bào)文的CoS值。分類發(fā)生在端口接收輸入報(bào)文階段，當(dāng)某個(gè)端口關(guān)聯(lián)了一個(gè)表示QoS策略的Policy-map后，分類就在該端口上生效，它對所有從該端口輸入的報(bào)文起作用。

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?yàn)門CP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(shí)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(shí)，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(gè)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。

策略

Policing即策略，發(fā)生在數(shù)據(jù)流分類完成后，用于約束被分類的數(shù)據(jù)流所占用的傳輸帶寬。Policing動(dòng)作檢查被歸類的數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)報(bào)文，如果該報(bào)文超出了作用于該數(shù)據(jù)流的Police所允許的限制帶寬，那么該報(bào)文將會被做特殊處理，它或者要被丟棄，或者要被賦予另外的DSCP值。

在QoS處理流程中，Policing動(dòng)作是可選的。如果沒有Policing動(dòng)作，那么被分類的數(shù)據(jù)流中的報(bào)文的DSCP值將不會作任何修改，報(bào)文也不會在送往Marking動(dòng)作之前被丟棄。

標(biāo)識

Marking即標(biāo)識，經(jīng)過Classifying和Policing動(dòng)作處理之后，為了確保被分類報(bào)文對應(yīng)DSCP的值能夠傳遞給網(wǎng)絡(luò)上的下一跳設(shè)備，需要通過Marking動(dòng)作將為報(bào)文寫入QoS信息，可以使用QoSACLs改變報(bào)文的QoS信息，也可以使用Trust方式直接保留報(bào)文中QoS信息，例如，選擇TrustDSCP從而保留IP報(bào)文頭的DSCP信息。

隊(duì)列

Queueing即隊(duì)列，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)流中報(bào)文送往端口的某個(gè)輸出隊(duì)列中，送往端口的不同輸出隊(duì)列的報(bào)文將獲得不同等級和性質(zhì)的傳輸服務(wù)策略。

每一個(gè)端口上都擁有8個(gè)輸出隊(duì)列，通過設(shè)備上配置的DSCP-to-CoSMap和Cos-to-QueueMap兩張映射表來將報(bào)文的DSCP值轉(zhuǎn)化成輸出隊(duì)列號，以便確定報(bào)文應(yīng)該被送往的輸出隊(duì)列。

調(diào)度

Scheduling即調(diào)度，為QoS流程的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)報(bào)文被送到端口的不同輸出隊(duì)列上之后，設(shè)備將采用WRR或者其它算法發(fā)送8個(gè)隊(duì)列中的報(bào)文。

可以通過設(shè)置WRR算法的權(quán)重值來配置各個(gè)輸出隊(duì)列在輸出報(bào)文的時(shí)候所占用的每循環(huán)發(fā)送報(bào)文個(gè)數(shù),從而影響傳輸帶寬?；蛲ㄟ^設(shè)置DRR算法的權(quán)重值來配置各個(gè)輸出隊(duì)列在輸出報(bào)文的時(shí)候所占用的每循環(huán)發(fā)送報(bào)文字節(jié)數(shù),從而影響傳輸帶寬。

應(yīng)用

QoS是網(wǎng)絡(luò)與用戶之間以及網(wǎng)絡(luò)上互相通信的用戶之間關(guān)于信息傳輸與共享的質(zhì)的約定，例如，傳輸延遲允許時(shí)間、最小傳輸畫面失真度以及聲像同步等,是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。

現(xiàn)在的路由器一般均支持QoS。QoS是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制，是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。在正常情況下，如果網(wǎng)絡(luò)只用于特定的無時(shí)間限制的應(yīng)用系統(tǒng)，并不需要QoS，比如Web應(yīng)用，或E-mail設(shè)置等。

但是對關(guān)鍵應(yīng)用和多媒體應(yīng)用就十分必要。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過載或擁塞時(shí)，QoS能確保重要業(yè)務(wù)量不受延遲或丟棄，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行。

在Internet等計(jì)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(shí)時(shí)服務(wù)分配較大的帶寬和較多的CPU處理時(shí)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)。

目前的Internet僅提供盡力而為 - best-effortservice的傳送服務(wù)，業(yè)務(wù)量盡快傳送，沒有明確的時(shí)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(diǎn)播 - VOD、遠(yuǎn)程教育等多媒體實(shí)時(shí)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 - qualityofservice要求，Qos通常用帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)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(jià)值，這些屬性必須是可提供的、可管理的、可驗(yàn)證和計(jì)費(fèi)的，而且在使用時(shí)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。