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1、QOS技术原理-讲稿何国雄撰PageScript1封面页：大家好，我是TSD员工能力管理部XXX，今天，由我给大家讲解IP QOS原理。在 您学习这门课程前， 希望您已经学习了基本的 TCP、IP知识，并对动态路由协议知 识有些了解。同时还要了解 ACL的相关知识，这样学习起来学习效果会好一些。2前言页：随着计算机网络的高速发展，越来越多的网络接入因特网，In ternet无论从规模、覆盖范围和用户数量上都拓展得非常快。越来越多的用户使用In ternet作为数据传输的平台，开展各种应用。同样地，服务提供商也希望通过新业务的开展来增加收 益。例如：除了传统的 WWW、E-Mail、FTP应用外
2、，用户还尝试在In ternet上拓展 新业务，比如远程教学、远程医疗、可视电话、电视会议、视频点播等。企业用户 也希望通过VPN技术，将分布在各地的分支机构连接起来，开展一些事务性应用： 比如访问公司的数据库或通过Telnet管理远程设备。因此，现在的IP网络已经不象当初的单一数据网络了，现在IP网络是向集成数据、语音、视频、图像的多业务网络转变，这些新业务有一个共同特点，即对带宽、延 迟、延迟抖动等传输性能有着特殊的需求。也就是说，对网络的服务质量QoS(Quality of Service )的要求越来越咼。今天我们就重点给大豕介绍一些QOS的知识。3目标页：这是我们这堂课程的学习目标，
3、 学习完此课程，您将会学习到QoS的一些基本概念， 并且能理解IP Qos的各种技术原理及应用。4内容介绍-第1章IP QoS概述：这门课主要分为两章节，我们先来学习一下IP QOS概述。在这里我们可以了解到一些qos的基本概念。5QoS的概念：QoS :顾名思义，Quality of Service，服务质量。在因特网中，服务质量QoS就是用来评估网络投递分组的能力的一种技术。对于网络业务来说，服务质量主要包括哪些方面呢？从传统意义上来讲，无非就是传输的带宽，传送的时延，数据的丢包率等等，而提高服务质量无非也就是保证传 输的带宽，降低传送的时延和时延抖动，降低数据的丢包率等等措施，广义上讲，
4、服务质量涉及网络应用的方方面面，只要是对网络应用有利的措施，其实都是在提高服务质量，因此，从这个意义上来说，防火墙，策略路由，快速转发等也都是提高网络业务服务质量的措施之一，但是，服务质量又是相对网络业务而言的，在保证了某业务的服务质量的冋时，可能在损害其它业务的服务质量，因为网络资源总是有限的，只要存在竞争网络次源的情况，就会出现报务质量的要求，比如，网络总带宽为 100Mbps ,而BT下载占用了 90Mbps，则也就提高了其他业的服务质量，使其他业务能够占用最大带宽 50Mbps，则也就提高了基他业务的服务质量，使其它业务能够占用最少50Mbps的带宽，但是这是在损害 BT业务的服务质量
5、为前提的。6带宽：带宽决定数据传输的速率，例如100Mbps的带宽意味着在理论上数据可以以100Mbps的速率进行传送。但值的注意的是，网络应用都是端到端的通信，两个主机进行通信，中间可能要跨越多个物理网络，经过多个路由器， 端到端的传送速率还要从全局考虑整个传输路径的带宽。而整个传输路径的带宽取决于这条路径上的最小链路带宽。就如图中所示，尽管传送路径上的链路带宽有1G的，也有100M的，也有256K的，数据从PC传到服务器，最大传送速率只能是256K,这是因为传送的最大带宽是由传输路径上的最不链路带宽决定的，正是因为这样，带宽小的链路是影响传输速率的关键所在。7端到端时延：再来了解一下时延的
6、概念，时间主要分为传输时延、处理时延和队列时延等等。 传输时延是指数据从传输介质的一端传到另一端的延迟时间，由于数据在链路上传输一般都是串行的bit流，所以传输时延也可以叫串行化时延，它地大小在很大程度上取决于带宽的大小，一般来说，链路带宽越大，传输时延越小。处理时间是指路由器把数据包从入接口转发到出接品队列需要的时间，它的大小主要跟路由器的处理性通有关，性能越强大的路由器，处理时延就越小。队列时延是指数据包进队列到发出去的时间，也就是在队列中的停留时间，它的大小主要跟队列中数据包的大小各数据量，带宽以及队列机制有关了。端到端的时延就等于端到端的所有传输时延加上所有处理时延再加上所有队列时延。
7、8抖动：另一个与时延相关的概念是时延抖动，时延搓动是由于属于同一个流的数据包的端到端时延不相等造成的。如图中所示，在源端，以均匀的速度发送数据包，但是每 个数据包的端到端的时延可能不一样，导致这些数据包不能均匀到达目的端，这种现象就叫做抖动。抖动的大小跟时延的大小有很大关系，如果端到端的时延很小， 那么抖动的范围也就较小，时延大则可通抖动范围也大。9丢包：丢包在端到端的所有传送处理环节都有可能发生，例如，路由器在收到数据包的时候，因为CPU太忙，没办法处理了，导致数据包丢弃。还有，在路由器把数据包调度到队列的时候，由于队列已经满了，导致数据包丢弃。数据包在链路上传输的时候也有可能丢包，例如，当
8、链路发生故障或冲突等等情况，都有可能丢包。但是，现在很多时候丢包都是发生在队列已满造成的，因为一般来讲，现在路由器处理能比较强，链路通常也比较稳定。所以我们今天主要讨论队列 丢包的情况。队列就相当于一个暂时的容器或者是缓存，在队列满的时候，也就是说缓存已存满了， 一般就会把最后到达的数据包进行丢弃。这种方式也叫做尾丢弃。10如何保证好的QoS :好了，前面我们讲过，qos主要包括带宽，时延、丢包等几个方面。那如何去保证 网络有好的QOS呢？其实无非还是重点解决带宽、时延、丢包等等问题就可以了。 所以，大体可以从以下途径来提高网络的 QOS，第一、提高链路的带宽容量，提高链路的带宽容量可以非常明
9、显的提高网络的qos，首先就是链路事宽增加直接造成可用带宽的增加，可用带宽增加就可以支持更高的流量。其次就是链路带宽增加意味着更小的延迟和抖动，最后就是链路带宽的增加减小了拥塞发生的机率，从而减少了丢包的可能性。从改善效果来看，提高链路带宽是提高qos的最好的办法，但是，一味地提高链路带宽往往是不符合实际的，国为提高链路带宽需要对路由器、传送设备等等都要进行扩容改造，需要投入很多费用及时间，还会导到网络的中断。第二、合时的使用队列调度和拥塞避免机制。队列机制的核心思想就是：把数据进行分类，再依分类的不同再进行不同的调度方式。就好比我们在火车站侯车时， 车站对进站人流进行分类， 分别有不同的候车
10、室， 如普通候车室，VIP候车室，母婴候车室等等，这些不冋的候车室就相当于不冋的 队列。这样，为避免进站时拥塞， 调度人员在安排进站时可以先放行母婴候车室人 员，再放行VIP候车室人员，再放行普通候车室人员。路由器在使用队列调度机制也有以下好处：首先，把不同的业务数据调度到不同的队列中， 从而合理地分配网络带宽， 使需要 高带宽服务的数据获得较多的带宽， 同时避免不重要的数据浪费带宽， 其次，通过 把对延迟敏感的数据分配到优先队列从而获得低延迟的服务，最后，采用拥塞避免机制，根据重要性按一定比例主动丢弃数据包，避免拥塞的发生。路由器可以支技委多种类型的队列机制，比如定制队列，优先级队列等，要要
11、据业务需要配置合适的业务，否则可能造成适得其反的结果。第三，使用链路有效机制提高链路的效率。在物理链路带宽一定的情况下，对传输的数据进行压缩可能逻辑地提高链路的可用 带宽，可以对数据报头或者数据的净荷进行压缩，但压缩可能会增加CPU的负担和传输时延，另外，可以对在的数据包进行分片处理，在这些分片之间可以传输其它圣经时延敏感的数据，从而使延迟敏感的数据获得低时延的服务。第四，提高设备的处理能力，提高设备的处理能力包括提高CPU的能力，采用更强的芯片，增加更多的内存，采用更优良的体现结构等，提高设备处理能力可以减少处理时延和丢率，但是也会造成成本的大幅增加。11QoS等级：网络中的通信都是由各种应
12、用流组成的，这些应用对网络服务和性能的要求各不相同，比如FTP下载业务希望能获取尽量多的带宽，而VoIP语音业务则希望能保证尽量少的延迟等。但是所有这些应用的特殊要求又取决于网络所能提供的QoS能力，根据网络对应用的控制能力的不同，可以把网络QoS能力分为以下三种等级：分别是：Best-Effort service（尽力而为服务模型）Integrated service（综合服务模型，简称 Intserv）Differentiated service（区分服务模型，简称 Diffserv）先来解释一下尽力而为的服务模型。我们知道路由器及交换机等数据通信设备主要 是分组交换设备，通过 TCP/I
13、P协议栈对第一个分组独立地选择传输路径，采用的 是统计复用的方式，不像时分复用那样具有专用连接的概念，传统ip只提供单一的服务类型一尽力而为的服务，在这种服务方式下，所有以过网络传输的分组具有相 冋的优先级，尽力而为意味着ip网络会尽一切可能将分组正确完整地送到目的地，但不能保证他组传输质量相关的传输特性作出任何承诺。严格意义上说尽力而为的服务并不能归于qos技术，但这是目前整个in ternet所使用的主要服务模型，所以我们需要对它有一些了解。正因为这种服务模型才使得in ternet有今天的发展，当然随着in ternet的发展，这种尽力而为的服务模型已经不 能完全满足越来越广泛的应用，因
14、此，服务提供商们有心要在现有的尽国而为服务基础上提代多种服务类型，使得每一种服务类型能够满早间特定的性能要求。除了 Best-Effort模型之外，QoS的服务模型中还有基于类的QoS模型和基于流的QoS模型，区分服务模型（diffserv ）属于前者，集成服务模型（intserv ）属于后 者。区分服务(DiffServ )是IETF工作组为了克服Inter-Serv的可扩展性差在1998年提 出的另一个服务模型，目的是制定一个可扩展性相对较强的方法来保证IP的服务质量。在Diff-Serv模型中，业务流被划分成不同的差分服务类。区分服务只包含有限数量的业务级别，状态信息的数量少，因此实现简
15、单，扩展性较好。它的不足之处是很 难提供基于流的端到端的质量保证。IETF RSVP和DiffServ两个工作组都正在研究 RSVP与DiffServ相结合的问题，以进 一步扩大DiffServ与现有系统的可兼容性，此外在业务分类、业务性能的量化描述以及域间业务类型映射等问题上，DiffServ模型也需进一步明确和开展的研究。12IntServ 模型：接着让我们来了解一下集成服务模型：1994年，IETF出版RFC1633提出Inter-Serv模型，保证服务模型要求源和目的主机 通过交换RSVP信令消息，在源和目的主机之间传输路径上的第一个节点中建立分 组分类和转发状态，保证服务模型需要为每一个流维持一个转发状态，同时，由于RSVP运行在从源端到目的端的每个路由器上，可以监视每个流，以防止其消耗 比其请求、预留和预先购买的要多的资源。所以这种模型只存在两种情况：网络要么冋意预留请求，要么拒绝。这种体系能够明确区分并保证每一个业务流的服务质 量，为网络提供最细粒度化的服务质量区分。但由于要为每个
