服务质量(QOS)保证专题

资料编码产品名称使用对象产品版本编写部门资料版本服务质量（QOS）保证专题拟制：日期：审核：日期：审核：日期：批准：日期：华为技术有限公司版权所有侵权必究服务质量（QOS）保证专题文档密级：内部公开2005-03-24华为机密，未经许可不得扩散第2页,共18页修订记录日期修订版本作者描述服务质量（QOS）保证专题文档密级：内部公开2005-03-24华为机密，未经许可不得扩散第3页,共18页目录1Qos的产生............................................................................................................................52Qos的处理流程.....................................................................................................................53Qos的特性及相关技术程......................................................................................................63.1流分类..................................................................................................................................63.2拥塞管理..............................................................................................................................74拥塞避免..............................................................................................................................145流量监管和流量整形............................................................................................................15服务质量（QOS）保证专题文档密级：内部公开2005-03-24华为机密，未经许可不得扩散第4页,共18页关键词：QOS服务报文流量服务拥塞流量摘要：本文阐述了QOS产生的背景，适用的范围以及QOS的处理流程，对其相关技术以及拥塞的处理也进行了详细的说明。缩略语清单：无。参考资料清单无。服务质量（QOS）保证专题文档密级：内部公开2005-03-24华为机密，未经许可不得扩散第5页,共18页服务质量（QOS）保证专题1Qos的产生ISP可以通过IP网络向企业提供VPN业务以降低企业的建网费用/租用线费用，对于企业很有吸引力。但是如果VPN不能保证企业运营数据的及时有效发送，即提供有效的QoS(QualityofService)保证，那么VPN将仍然不能有效的为企业服务。如往来工作函件、数据库访问需要受到优先对待，保证这些应用的带宽要求。而对于与工作无关的email、信息流对待；随着IP网络上新的应用不断出现，如VoIP应用，对IP网络的服务质量也提出了新的要求。传统的IP网络的尽力服务已不能满足应用的需要，如果传输延时太长，将是用户所不能接受的。相对而言，email和FTP对时间延迟并不敏感。QoS就是针对各种不同的需求，提供不同的服务质量的，如提供以下的功能：支持为用户提供专用带宽减少报文的丢失率避免和管理网络拥塞流量整形设置报文的优先级；2Qos的处理流程下图简述了Qos处理的过程，从基于CAR的流分类，到按照不同策略的排队技术，再进行有统计复用的优先级处理，最后通过流量监管与整形。当一条业务流进入端口，首先会根据端口协商的结果，确定流量控制的方式。解决全双工模式下以太网的流量控制是通过发送PAUSE桢的方式。半双工模式下通过反压的方法进行控制。以保证端口可以承受的流量。这是一种前期的拥塞避免策略。进入Qos处理过程后，为了便于对不同类型的流，进行不同Qos特性的处理，首先对于流进行分类。如上图所示的“流分类”模块。流分类可以按照IP报文头的ToS（TypeofService）字段进行分类，也可以根据各种上层信息对报文进行分类。流分类是QoS执行服务的基础。流分类以后将对流进行测量，据对流量在一定时段（包括长期和短期）的速率进行评估，并根据评估结果实施调控策略。流量评估一般采用令牌桶服务质量（QOS）保证专题文档密级：内部公开2005-03-24华为机密，未经许可不得扩散第6页,共18页（TokenBucket）算法。在发生拥塞时，便可以针对不同级别的报文进行丢弃、打标记（marking）、降低优先级等操作。流量监管（policing）的典型作用是监督进入网络的某一流量的速率，使之不超出承诺的速率。如果某连接的流量超标，流量监管即可选择丢弃报文或重新设置报文的优先级。传统的网络难免会发生拥塞，当网络拥塞时，对报文全部丢弃，并不加以区分。使得整网陷于瘫痪。新型城域传输网采用有效的拥塞避免机制，可以有效隔离拥塞网路，避免整网陷于瘫痪。除了前边讲到的流控方式以外，还可以在网络没有发生拥塞以前，根据队列状态进行有选择性的丢包来避免网络的拥塞。使用的算法是WRED.加权RED（WRED），是RED的一种变体，它可以更加合理地选择将被丢弃的数据包当网络拥塞时，为了保证不同优先级的报文得到不同的QoS待遇，包括时延、带宽等。我们将不同优先级的报文入不同的队列，不同队列将得到不同的调度优先级、概率或带宽保证。队列策略的算法采用：PQ（PriorityQueue）、WFQ（WeightedFairQueuing）两种机制。最后进行流量整形（shaping）是一种主动调整流量输出速率的措施。流量整形对流量监管中需要丢弃的报文进行缓存，通常将它们放入缓冲区或队列内，如果放入WFQ队列内，则进行GTS（GenericTrafficShaping）。3Qos的特性及相关技术程QoS具有以下特性：报文分类拥塞管理拥塞避免流量监管和流量整形3.1流分类报文分类是将报文分为多个优先级或多个服务类，如使用IP报文头的TOS字段（Typeofservice，三个bit），你可以将报文最多分成六类（另外两个值保留为其他用途）。在报文分类后，就可以将其它的QoS特性应用到不同的分类，如拥塞管理、带宽分配等。网络管理者可以设置报文分类的策略，这个策略可以包括物理接口、源地址、目的地址、MAC地址、IP协议或应用程序的端口号等。一般的分类算法都局限在IP报文的头部，链路层（Layer2）、网络层（layer3）、甚至传输层（layer4）。使用报文的内容作为分类的标准是比较少见的。分类的结果服务质量（QOS）保证专题文档密级：内部公开2005-03-24华为机密，未经许可不得扩散第7页,共18页是没有范围限制的，它可以是一个由五元组（源地址、源端口号、协议号码、目的地址、目的端口号）确定的流这样狭小的范围，也可以是到某某网段的所有报文。报文分类使用如下技术：ACL和IP优先级一般在网络的边界，使用ACL来进行报文的分类，如以下分类：所有的HTTP的报文置为最低的优先级接口1收到的报文置为最高优先级一般在网络边界，对报文进行分类时，同时设置报文的IP头的TOS字段作为报文的IP优先级，这样，在网络的内部就可以简单的使用IP优先级作为分类的标准。而队列技术如WFQ就也可以使用这个优先级来对报文进行不同的处理。下游（downstream）网络可以选择接收上游（upstream）网络的分类结果，也可以按照自己的分类标准重新进行分类。3.2拥塞管理1.什么是拥塞和拥塞管理FrameRelay/X.25/DDNEthernetServer2EthernetPC1Server1公司局域网1公司局域网2PC210M10M2Mrouter1router2serial1serial1图1网络拥塞示意图在计算机数据通信中，通信信道是被多个计算机共享的，并且，广域网的带宽通常要比局域网的带宽小，这样，当一个局域网的计算机向另一个局域网的计算机发送数据时，由于广域网的带宽小于局域网的带宽，数据将不可能按局域网发送的速度在广域网上传输。此时，处在局域网和广域网之间的路由器将不能发送一些报文，也即，网络发生了拥塞。服务质量（QOS）保证专题文档密级：内部公开2005-03-24华为机密，未经许可不得扩散第8页,共18页如上图所示，当公司局域网1向公司局域网2以10M的速度发送数据时，将会使路由器1的串口1发生拥塞。拥塞管理是指网络在发生拥塞时，如何进行管理和控制。处理的方法是使用队列技术。将所有要从一个接口发出的报文进入多个队列，按照各个队列的优先级进行处理。不同的队列算法用来解决不同的问题，并产生不同的效果。常用的队列有FIFO、PQ，CQ，WFQ等。在一个接口没有发生拥塞的时候，报文在到达接口后立即就被发送出去，在报文到达的速度超过接口发送报文的速度时，接口就发生了拥塞。拥塞管理就会将这些报文进行分类，送入不同的队列；而队列调度对不同优先级的报文进行分别处理，优先级高的报文会得到优先处理。2.拥塞管理技术对于拥塞的管理，一般采用排队的技术，使得报文在路由器中按一定的策略暂时排队，然后再按一定的调度策略把报文从队列中取出，在接口上发送出去。根据排队和出队策略的不同，拥塞管理分为以下几种：先进先出队列（FirstIn,FirstOutQueueing,FIFO）出队调度离开接口的数据包队列需由此接口发送的数据包图2先进先出队列示意图如图2所示，先进先出队列（以后简称FIFO）不对报文进行分类，当报文进入接口的速度大于接口能发送的速度时，FIFO按报文到达接口的先后顺序让报文进入队列，同时，FIFO在队列的出口让报文按进队的顺序出队，先进的报文将先出队，后进的报文将后出队。在如图1所示的网络图中，假设局域网1的服务器向局域网2的服务器发送关键业务的数据，局域网1的PC向局域网2的PC发送非关键业务的数据，则FIFO不对这两种不同业务的报文做任何区别对待，报文的出队完全依赖报文到来的顺序。优先队列（PriorityQueueing,PQ）服务质量（QOS）保证专题文档密级：内部公开2005-03-24华为机密，未经许可不得扩散第9页,共18页highmediumnormallow分类出队调度离开接口的数据包队列需由此接口发送的数据包图3优先队列示意图如图3所示，优先队列（以后简称PQ）对报文进行分类，将所有报文分成最多至4类，分别属于PQ的4个队列中的一个，然后，按报文的类别将报文送入相应的队列。PQ的4个队列分别为高优先队列、中优先队列、正常优先队列和低优先队列，它们的优先级依次降低。在报文出队的时候，PQ首先让高优先队列中的报文出队并发送，直到高优先队列中的报文发送完，然后发送中优先队列中的报文，同样，直到发送完，然后是正常优先队列和低优先队列。这样，分类时属于较高优先级队列的报文将会得到优先发送，而较低优先级的报文将会在发生拥塞时被较高优先级的报文抢先，使得关键业务（如ERP）的报文能够得到优先处理，非关键业务（如E-Mail）的报文在网络处理完关键业务后的空闲中得到处理，既保证了关键业务的优先，又充分利用了网络资源。在如图1所示的网络图中，假设局域网1的服务器向局域网2的服务器发送关键业务的数据，局域网1的PC向局域网2的PC发送非关键业务的数据，如果对路由器1的串口1配置PQ进