QOS专题

QOS专题Qos流量模型分类：Best-EffortService模型:Best-EffortService尽力而为服务模型，适用于对时延、可靠性等性能要求不高的业务质量保证，它通过先入先出（FIFO）队列来实现。IntegratedService模型:IntegratedService模型就是综合服务模型，简称IntServ。在发送报文前，向网络申请特定的服务，确认网络已经为这个应用程序的报文预留了资源后开始发送报文。DifferentiatedService模型：DifferentiatedService差分服务模型。在发送报文前不必预先向网络提出资源申请，通过设置IP报文头部的QoS参数信息，来告知网络节点它的QoS需求。主流QOS技术：流分类：流分类分为复杂流分类和简单流分类，对报文进行分类，识别不同特征的流量。流量监管和流量整形：流量监管是监督进入网络的某一流量的规格，把它限制在一个合理的范围之内，并对超出部分的流量进行“惩罚”，以保护网络资源和运营商的利益。拥塞管理与避免：拥塞管理通过队列的创建和报文的分类，将报文送入不同队列，队列调度等。拥塞避免在拥塞发生和拥塞加剧时，为属于不同转发业务权衡资源的分配。流量监管流量监管是限制进入网络的流量与突发，为网络的稳定提供了基本的QoS功能。流量监管TP（TrafficPolicing）的典型应用是监督进入网络的某一流量的规格，把它限制在一个合理的范围之内，并对超出部分的流量进行“惩罚”，以保护网络资源和运营商的利益。CAR通常的用法是使用承诺访问速率CAR（CommittedAccessRate）来限制某类报文的流量。例如，可以限制HTTP报文不能占用超过50%的网络带宽。首先，根据预先设置的匹配规则来对报文进行分类，如果是符合流量规定的报文，就直接继续发送；如果是超出流量规定的报文，可以选择丢弃报文或重新设置报文的优先级。令牌桶CAR利用令牌桶TB（TokenBucket）实现流量监管，如图1所示。令牌桶可以看作是一个存放令牌的容器，预先设定一定的容量。系统按用户设定的速度向桶中放置令牌，当桶中令牌满时，多出的令牌溢出，且令牌的量不再增加。图1用CAR进行流量监管具体处理过程如下：1、当令牌桶中有足够的令牌可以用来发送报文时，则报文可以通过并被继续发送下去，同时令牌桶中的令牌量按报文的长度做相应的减少。2、当令牌桶中没有足够的令牌用来发送报文时，报文被丢弃或重新标记优先级。3、单令牌桶监管在流量测量比较简单的情况下，可以采用单令牌桶实现。在用单令牌桶测量流量规格时，是以令牌桶中的令牌数量是否足够满足报文的转发为依据的。如果桶中存在足够的令牌可以用来转发报文（通常用一个令牌关联一个比特的转发权限），称流量遵守或符合这个规格，报文被标记为green；否则称为不符合或超标，报文被标记为red。此时流量监管有两个参数：承诺信息速率CIR（CommittedInformationRate）：表示向桶中放置令牌的速率，即允许的流的平均速度。承诺突发尺寸CBS（CommittedBurstSize）：表示令牌桶的容量，即每次突发所允许的最大的流量尺寸。设置的突发尺寸必须大于最大的报文长度。每到达一个报文就进行一次测量。每次测量，如果桶中有足够的令牌可供使用，则说明流量控制在允许的范围内，此时要从桶中取走与报文转发权限相当的令牌数量；否则说明已经耗费太多令牌，流量超标了。4、双令牌桶监管为了测量更复杂的情况，实施更灵活的调控策略，可以设置两个令牌桶。每个桶投放令牌的速率分别为CIR和PIR，尺寸分别为CBS和PBS（这两个桶简称C桶和P桶），代表所允许的不同突发级别。每次测量时，当C桶有足够的令牌时，报文被标记为green。当C桶令牌不足，但P桶足够时，报文被标记为yellow。当C桶和P桶都没有足够的令牌时，报文被标记为red。其中，具体的参数解释如下：承诺信息速率CIR（CommittedInformationRate）：表示向C桶中放置令牌的速率，即C桶允许的流的平均速度。承诺突发尺寸CBS（CommittedBurstSize）：表示C桶的容量，即每次C桶突发所允许的最大的流量尺寸。峰值信息速率PIR（PeakInformationRate）：表示向P桶中放置令牌的速率，即P桶允许的流的平均速度。过度突发尺寸PBS（PeakBurstSize）：表示P桶的容量，即每次突发P桶所允许的最大的流量尺寸。流量监管动作流量监管依据不同的评估结果，实施预先设定好的监管动作。这些动作可以是：1、转发（pass）：对测量结果为“符合”的报文继续正常转发的处理，也可以为Diff-Serv提供带有标记DSCP的服务再转发。2、丢弃（discard）：对测量结果为“不符合”的报文进行丢弃。3、改变优先级并转发（remark）：对测量结果为“不符合”的报文，将之标记为其它的优先级后再进行转发。统计功能对进入网络中的用户流量进行控制和统计是十分必要的。但是传统的接口统计计数存在以下不足：1、在上行只能统计出CAR之前的流量，无法统计用户真正需要的流量和流量超过带宽限制时的丢包情况。2、在下行只能统计出接口CAR后的接口流量，无法统计通过和丢弃的流量。因此，运营商需要在CAR后再做一次统计，用来分析用户流量超过限制的情况，以这个数据为依据，建议用户购买更大的带宽。流量整形流量整形则是限制流出网络的流量与突发，为网络的稳定提供了基本的QoS功能。流量整形TS（TrafficShaping）的典型作用是限制流出某一网络的某一连接的正常流量与突发流量，使这类报文以比较均匀的速度向外发送，是一种主动调整流量输出速率的措施。流量整形通常使用缓冲区和令牌桶来完成。如图1所示，当分组到来的时候，首先对分组进行分类，按照以下几种情况进行处理。1、不参与流量整形处理的分组，直接发送。2、对于参与流量整形的分组，当不存在GTS（GeneralTrafficShaping）队列时，将分组长度与令牌桶内的令牌数目进行比较，如果令牌桶中有足够的令牌可以用来发送报文，则报文直接被继续发送下去；如果令牌桶中没有足够的令牌，则产生GTS队列，分组缓存在队列中。令牌桶按用户设定的速度向桶中放置令牌，在分组被发送的同时，令牌做相应的减少。当GTS队列中有分组的时候，GTS按一定的周期从队列中取出分组进行发送，每次发送都会与令牌桶中的令牌数作比较，直到令牌桶中的令牌数减少到队列中的报文不能再发送或队列中的报文全部发送完毕为止。3、对于参与流量整形的分组，当有GTS队列存在的时候，直接进入队列，等待GTS队列按照一定周期对队列中的分组进行调度转发。4、当分组到来而发现GTS队列已满时，分组被丢弃。图1流量整形过程例如，RouterA向RouterB发送报文，RouterB要对RouterA发送来的报文进行流量监管，对超出规格的流量直接丢弃。如图2所示。图2流量整形示例图为了减少报文的无谓丢失，可以在RouterA的出口对报文进行TS处理。将超出TS流量特性的报文缓存在RouterA中。当可以继续发送下一批报文时，TS再从缓冲队列中取出报文进行发送。这样，发向RouterB的报文将都符合RouterB的流量规定。流量整形与流量监管的主要区别在于：1、流量整形对流量监管中超出流量规格的报文进行缓存。当令牌桶有足够的令牌时，再均匀的向外发送这些被缓存的报文。2、流量整形可能会增加延迟，而流量监管几乎不引入额外的延迟。拥塞避免概述拥塞避免是通过监视网络资源（如队列或内存缓冲区）的使用情况，在拥塞有加剧的趋势时，主动丢弃报文，通过调整网络的流量来解除网络过载的一种流量控制机制。传统的丢包策略采用尾部丢弃的方法，但会引发TCP全局同步现象。而RED和WRED可以避免TCP全局同步现象。拥塞避免（CongestionAvoidance）是通过监视网络资源（如队列或内存缓冲区）的使用情况，在拥塞有加剧的趋势时，主动丢弃报文，通过调整网络的流量来解除网络过载的一种流量控制机制。与端到端的流控相比，拥塞避免的流控有更广泛的意义。它影响到路由器中更多的业务流的负载。当然，路由器在丢弃报文时，并不排斥与源端的流控动作比如TCP流控的配合，更好地调整网络的流量到一个合理的负载状态。传统的丢包策略传统的丢包策略采用尾部丢弃（Tail-Drop）的方法。当队列的长度达到某一最大值后，所有新到来的报文都将被丢弃。这种丢弃策略会引发TCP全局同步现象。当队列同时丢弃多个TCP连接的报文时，将造成多个TCP连接同时进入拥塞避免和慢启动状态以降低并调整流量；而后又会在某个时间同时出现流量高峰。如此反复，使网络流量忽大忽小。RED与WRED为避免TCP全局同步现象，可使用RED（RandomEarlyDetection，随机早期检测）或WRED（WeightedRandomEarlyDetection，加权随机早期检测）。在RED类算法中，为每个队列都设定一对低限和高限值，并规定：1、当报文占队列的长度小于低限时，不丢弃报文。2、当报文占队列的长度超过高限时，丢弃所有到来的报文。3、当报文占队列的长度在低限和高限之间时，开始随机丢弃到来的报文。方法是为每个到来的报文赋予一随机数，并用该随机数与当前队列的丢弃概率比较，如果大于丢弃概率则被丢弃。队列越长，丢弃概率越高，但有一个最大丢弃概率。与RED不同，WRED生成的随机数是基于优先权的，它引入IP优先级区别丢弃策略，考虑了优先上送高优先级报文并使其被丢弃的概率相对较小。RED和WRED通过随机丢弃报文避免了TCP的全局同步现象。当某个TCP连接的报文被丢弃，开始减速发送的时候，其他的TCP连接仍然有较高的发送速度。这样，无论什么时候，总有TCP连接在进行较快的发送，提高了线路带宽的利用率。直接采用队列的长度和低限、高限比较并进行丢弃（其中高低门限的值设置的是队列门限的绝对长度），将会对突发性的数据流造成不公正的待遇，不利于数据流的传输。所以，在和低限值、高限值比较并进行丢弃时，采用队列的平均长度（这是设置队列门限与平均长度比较的相对值）。队列的平均长度是队列长度被低通滤波后的结果。它既反映了队列的变化趋势，又对队列长度的突发变化不敏感，避免了对突发性数据流的不公正待遇。当队列机制采用WFQ（WeightedFairQueuing）时，可以为每个队列设定不同的队列长度滤波系数、低限值、高限值、丢弃概率，为不同类别的报文提供不同的丢弃特性。WRED和队列机制的关系，如图1所示。图1WRED和队列机制关系示意图队列调度在低速链路上，不同业务等级的流根据优先级实现不同的队列调度机制。流量进入通道后根据业务等级分别进入8个流队列，分别进行PQ和WFQ的队列调度。当流量进入流队列后，首先保证PQ模式下流队列配置的PIR带宽，剩余带宽先按照WFQ中配置的CIR在流队列中进行分配，然后按照WFQ配置的PIR再进行分配。PQ和WFQ的队列调度为低速链路上不同业务等级的报文提供了不同优先级的调度机制。