Qos简介与Qos案例分析

Qos简介与Qos案例分析25.1QoS简介在传统的IP网络中,所有的报文都被无区别的等同对待,每个路由器对所有的报文均采用先入先(FIFO)的策略进行处理.它尽最大的努力(Best-Effort)将报文送到目的地,但对报文传送的可靠性,传送延迟等性能不提供任何保证.网络发展日新月异,随着IP网络上新应用的不断出现,对IP网络的服务质量也提出了新的要求.例如VoIP等实时业务就对报文的传输延迟提出了较高要求.如果报文传送延时太长,将是用户所不能接受的(相对而言E-Mail和FTP业务对时间延迟并不敏感).为了支持具有不同服务需求的语音,视频以及数据等业务,要求网络能够区分出不同的通信,进而为之提供相应的服务.传统IP网络的尽力服务不可能识别和区分出网络中的各种通信类别,而具备通信类别的区分能力正是为不同的通信提供不同服务的前提所以说传统网络的尽力服务模式已不能满足应用的需要QoS(QualityofService,服务质量技术)的出现便致力于解决这个问题25.1.1一个简单的QoS案例下面用简单的例子对比了在网络发生拥塞时报文在无QoS保证和有QoS保证网络中的不同处理过程,下图所示为发生拥塞时网络设备的一个接口在不支持QoS的情况下报文的发送情况所有要从该接口输出的报文,按照到达的先后顺序进入接口的FIFO队列尾部。而接口在发送报文时从FIFO先入先出队列的头部开始依次发送报文。所有的报文在发送过程中没有任何区别也不对报文传送的质量提供任何保证当然,我们需要寻求更好的处理方式,下图为一个优先级对列进行Qos处理的过程。在报文到达接口后,首先对报文进行分类,然后按照报文所属的类别让报文进入所属队列的尾部。在报文发送时,按照优先级总是在所有优先级较高的队列中的报文,发送完毕后再发送低优先级队列中的报文。这样在每次发送报文时总是将优先级高的报文先发出去。保证了属于较高优先级队列的报文有较低的时延报文的丢失率和时延。这两个性能指标在网络拥塞时也可以有一定的保障。.1.2QoS的作用QoS旨在针对各种应用的不同需求为其提供不同的服务质量例如提供专用带宽减少报文丢失率降低报文传送时延及时延抖动等为实现上述目的QoS提供了下述功能报文分类和着色网络拥塞管理网络拥塞避免流量监管和流量整形QoS信令协议QoS可以控制各种网络应用和满足多种网络应用要求如控制资源：如可以限制骨干网上FTP使用的带宽,也可以给数据库访问以较高优先级可裁剪的服务：对于ISP其用户可能传送语音视频或其他实时业务QoS使ISP能区分这些不同的报文并提供不同服务多种需求并存：可以为时间敏感的多媒体业务提供带宽和低时延保证,而其他业务在使用网络时也不会影响这些时间敏感的业务在一个网络中需要以下的三个部分来完成端到端的QoS各网络元件路由器以太网交换机等支持QoS提供队列调度流量整形等功能信令技术来协调端到端之间的网络元件,为报文提供QoSQoS技术控制和管理端到端之间的报文在一个网络上的发送而每个网络元件提供如下功能报文分类,对不同类别的报文提供不同的处理队列管理和调度来满足不同应用要求的不同服务质量流量监管和流量整形限制和调整报文输出的速度接入控制来确定是否允许用户信息流使用网络资源25.2QoS服务模式网络应用是端到端的通讯结构,比如两个不同网络的主机进行通讯,中间可能跨越各种router和核心switch,那么想整体的实现所谓的QOS,就必须全局考虑,QOS的服务模型的概念就是采用通过什么模式全局实现服务质量保证,一共分成三种。Best-Effortservice尽力而为服务模型Integratedservice综合服务模型简称IntservDifferentiatedservice区分服务模型简称Diffserv25.2.1尽力而为的服务模型Best-Effort是一个单一的服务模型,也是最简单的服务模型,应用程序可以在任何时候,发出任意数量的报文,而且不需要事先获得批准,也不需要通知网络,对Best-Effort服务,网络尽最大的可能性来发送报文,但对时延、可靠性等性能不提供任何保证Best-Effort服务是现在Internet的缺省服务模型,它适用于绝大多数网络应用,如FTP、E-Mail等。其实best-effort并非是什么QOS,就是互联网的简单数据传输方式而已,有什么传什么,阻塞也就阻塞了,丢且也就丢弃了。25.2.2集成服务模型Intserv：集成服务模型,它可以满足多种QoS需求。这种服务模型在发送报文前,需要向网络申请特定的服务。应用程序首先通知网络它自己的流量参数和需要的特定服务质量请求：包括带宽、时延等。应用程序一般在收到网络的确认信息,即确认网络已经为这个应用程序的报文预留了资源后,才开始发送报文,同时应用程序发出的报文应该控制在流量参数描述的范围以内。网络在收到应用程序的资源请求后,执行资源分配检查Admissioncontrol即基于应用程序的资源申请和网络现有的资源情况,判断是否为应用程序分配资源,一旦网络确认为应用程序的报文分配了资源,则只要应用程序的报文控制在流量参数描述的范围内,网络将承诺满足应用程序的QoS需求。而网络将为每个流flow由两端的IP地址、端口号、协议号确定、维护一个状态,并基于这个状态执行报文的分类、流量监管、policing、排队及其调度来实现对应用程序的承诺。在IntServ服务模型中,负责传送QoS请求的信令是RSVP(ResourceReservationProtocol)资源预留协议,它通知路由器应用程序的QoS需求。RSVP是在应用程序开始发送报文之前来为该应用申请网络资源的。Intserv实际上是一种对服务的预定机制,通过申请来获取相应得服务,这里面主要依靠的就是RSVP——资源预留协议。RSVP是第一个标准QoS信令协议,它用来动态地建立端到端的QoS,它允许应用程序动态地申请网络带宽等。RSVP协议不是一个路由协议,相反,它按照路由协议规定的报文流的路径为报文申请预留资源,在路由发生变化后,它会按照新路由进行调整,并在新的路径上申请预留资源。RSVP只是在网络节点之间传递QoS请求,它本身不完成这些QoS的要求实现,而是通过其他技术来完成这些要求的实现。(RSVP只是一种用来预定的协议)RSVP的处理是接收方发出资源请求,按照报文发送的反向路径发送资源请求,所以它可以满足非常大的多播组,多播组的成员也可以动态变化,RSVP协议是针对多播设计的单播可以看作是多播的一个特例。由于RSVP在Internet上还没有得到广泛的推广,在主机不支持RSVP的情况下,我们可以通过配置RSVP代理,即代替不支持RSVP的主机发送RSVP报文来获得这种服务,对报文流路径上不支持RSVP的路由器,它只需要简单的转发RSVP报文所以对RSVP协议不会有太大影响,但这些节点不会对报文提供所要求的QoS。(这是RSVP的一个缺点)RSVP信令在网络节点之间传送资源请求,而网络节点在收到这些请求后,需要为这些请求分配资源,这就是资源预留。网络节点比较资源请求和网络现有的资源,确定是否接受请求,在资源不够的情况下,这个请求可以被拒绝,可以对每个资源请求设置不同的优先级。这样,优先级较高的资源请求可以在网络资源不够的情况下,抢占较低优先级的预留资源,来优先满足高优先级的资源请求。资源预留判断是否接受资源请求,并承诺对接受了的资源请求提供请求的服务,但资源预留本身不实现承诺的服务,需要通过队列等其他技术来实现。Intserv有它的好处,但是也有严重缺点,首先就是RSVP协议数据太多,而且不断刷新,并且这种给单一数据流的路径进行带宽预留的解决思路在浩瀚的Internet上实现简直是不可能的,而且RSVP的部署,厂商之间设备的互联,业务管理方面等存在着种种问题,所以这么模型在1994年推出之后就没有获得任何规模的商业应用。2.3区分服务模型DiffServ是一个多服务模型,它可以满足不同的QoS需求,与IntServ不同,它不需要使用RSVP即应用程序在发出报文前,不需要通知路由器为其预留资源,对DiffServ服务模型,网络不需要为每个流维护状态,它根据每个报文指定的QoS来提供特定的服务可以用不同的方法来指定报文的QoS,如IP报文的优先级位IPPrecedence),报文的源地址和目的地址等,网络通过这些信息来进行报文的分类、流量整形、流量监管和队列调度。DiffServ一般用来为一些重要的应用提供端到端的QoS它通过下列技术来实现CAR：它根据报文的ToS或CoS值(对于IP报文是指IP优先级或者DSCP等等)IP报文的五元组(指源地址目的地址协议端口号)等信息进行报文分类,完成报文的标记和流量监管。队列技术：WRED、PQ、CQ、WFQ、CBWFQ等队列技术对拥塞的报文进行缓存和调度,实现拥塞管理。通常在配置DiffServ时,边界路由器通过报文的源地址和目的地址等对报文进行分类,对不同的报文设置不同的CoS值,而其他路由器只需要用CoS值来进行报文的分类在MPLS上应用DiffServ用以下两种方法来解决：在以太网等网络中,MPLS报文在二层链路层和三层网络层之间有一个薄层(shim).我们扩展薄层中未用的字段---EXP.由这几个位来决定报文的队列调度及丢弃的优先级.在ATMFR等网络中,其MPLS报文没有薄层(shim),可针对FECForwardingEquivalanceClass转发等价类和QoS请求的组合来分配标签,而不同于以前仅针对FEC分配标签.这样在收到一个MPLS报文后,根据收到报文的标签就可以确定发出报文的标签及报文所要求的服务.25.2.4Intserv与Diffserv之间的互通一般来讲,在提供IP网络的QoS时,为了实现规模适应性,在IP骨干网往往需要采用Diffserv体系结构,在IP边缘网可以有两种选择:采用Diffserv体系结构或采用Intserv体系结构.目前在IP边缘网络采用哪一种QoS体系结构还没有定论,也许这两种会同时并存于IP边缘网中.在IP边缘网采用Diffserv体系结构的情况下,IP骨干网与IP边缘网之间的互通没有问题.在IP边缘网采用Intserv体系结构的情况下,需要解决Intserv与Diffserv之间的互通问题,包括RSVP在Diffserv域的处理方式,Intserv支持的业务与Diffserv支持的PHB(Per-HopBehavior,单中继段行为)之间的映射.RSVP在Diffserv域的处理可以有多种可选择的方式.例如1.一种方式为RSVP对Diffserv域透明,RSVP在Intserv域边界路由器终结,Diffserv域对Intserv域采用静态资源提供方式:2.一种方式为Diffserv域参与RSVP协议处理,Diffserv域对Intserv域采用动态资源提供方式.前一种互通方式实现相对简单,可能造成Diffserv域资源的浪费.后一种互通方式实现相对复杂,可以优化Diffserv域资源的使用.除此以外,还需要解决Intserv支持的业务与Diffserv支持的PHB之间的映射问题.映射标准为两者支持的应用是否相同或相近.为了说明这个问题我们首先回顾一下Intserv支持的业务,它支持的业务包括保证服务(GuaranteedService)负载控制服务(Controlled-LoadService).前者可以为用户应用提供严格的端到端时延及带宽保证,适用于实时应用.后者在网络负荷较重的情况下为用户应用提供与网络轻负荷情况下相近似的性能,不能保证端到端的时延.Diffserv提供的PHB包括EF(ExpeditedForwarding加速转发)AF(AssuredForwarding确保转发)EF用于支持低丢失率,低时延,确保带宽的应用AF可以保证在应用向网络发送的业务流量没有超过约定值的情况下,该应用的报文丢失概率非常低AF有4类每一类可以设置3个不同的丢弃优先级.从上面的叙述易于获得Diffserv与Intserv之间的