通常企业网络中根据业务的重要程度,都可区分为关键业务和非关键业务,如银行网络中的实时交易为关键业务、公安网络中IP电话为关键业务等。为了使关键业务能得到充分的服务质量确保(如时延小、丢包少等),避免因网络拥塞而造成对业务的影响,在网络的设计及构建中就需要考虑能提供合适的QoS保障方案。
以下对QoS的服务模型及其实现技术做一概述。
1 QoS服务模型
QoS方案的设计实施,首先需要考虑选择合适的技术框架,也即服务模型。服务模型指的是一组端到端的QoS功能,现在有以下三种QoS服务模型:
* Best-Effort service——尽力服务
* Integrated service(Intserv)——综合服务
1.1 Differentiated service(Diffserv)——区分服务
1、Best-Effort service
尽力服务是最简单的服务模型。应用程式能够在任何时候,发出任意数量的报文,而且无需事先获得批准,也无需通知网络。网络则尽最大的可能性来发送报文,但对时延、可靠性等不提供任何确保。
2、Integrated service
Intserv是个综合服务模型,他能够满足多种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。这个请求是通过信令(signal)来完成的,应用程式首先通知网络他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,应用程式一般在收到网络的确认信息,即网络已为这个应用程式的报文预留了资源后,发送报文。而应用程式发出的报文应该控制在流量参数描述的范围内。
网络在收到应用程式的资源请求后,执行资源分配检查(Admission control),即基于应用程式的资源申请和网络现有的资源情况,判断是否为应用程式分配资源。一旦网络确认为应用程式的报文分配了资源,则只要应用程式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式的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,来满足对应用程式的承诺,具备面向连接的特性。因此对网络设备的处理能力有较高需要。
传送QoS请求的信令是RSVP(资源预留协议),他通知路由器应用程式的QoS需求。
3、Differentiated service
Diffserv即区别服务模型,他能够满足不同的QoS需求。和Integrated service不同,他无需信令,即应用程式在发出报文前,无需通知路由器。网络无需为每个流维护状态,他根据每个报文指定的QoS,来提供特定的服务。能够用不同的方法来指定报文的QoS,如IP包的优先级位(IP Precedence)、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、流量监管和排队。
通常在配置Differentiated service时,在网络边界的路由器通过报文的源地址和目的地址等对报文进行分类,对不同的报文配置不同的IP优先级,而其他路由器只需要用IP优先级来进行报文的分类。
4、服务模型选择
这三种服务模型中,只有Intserv和Diffserv这两种能提供多服务的QoS保障。从技术上看,Intserv具备面向连接的特性及思想,这和IP技术本身无连接特性是不符合的,容易导致网络的复杂化;从实现看,Intserv需要网络对每个流均维持一个软状态,因此会导致设备性能的下降,或实现相同的功能需要更高性能的设备,另外,还需要全网设备都能提供一致的技术才能实现QoS。而Diffserv则没有这方面的缺陷,且处理效率高,部署及实施能够分布进行,他只是在构建网络时,需要对网络中的路由器配置相应的规则,会使配置管理比较复杂。
因此,一般来讲,利用现有技术提供IP QoS时,为了实现规模适应性,在企业IP承载网往往采用Diffserv体系结构。
而且,无论是Diffserv,还是Intserv,在最终对服务进行保障时,都是通过以下一些成熟技术来实现:
* CAR。他根据IP包的优先级或QoS组,来进行报文的分类、连同报文的度量和流量监管。
* 队列技术。WRED、PQ、CQ、WFQ等队列技术进行拥塞避免及拥塞管理。
2 QoS实现技术
网络设备对转发报文进行QoS保障的处理,发生在报文从设备的一个接口进入,到从另一个接口出去的整个过程中。从技术上,这个过程按照处理顺序分为报文分类、拥塞管理、拥塞避免、流量监管和整形等部分。
2.1 报文分类
报文分类是QoS的基础,只有区分了不同的报文业务,才能进行分别处理及保障相应业务的服务质量。一般在网络边界,利用ACL等技术,根据物理接口、源地址、目的地址、MAC地址、IP协议或应用程式的端口号等依据对报文进行分类,并同时配置报文IP头的TOS字段作为报文的IP优先级;在网络的内部则可使用边缘配置好的IP优先级作为分类的标准,以提高网络的处理效率。
2.2 拥塞管理
网络资源总是有限的,当网上业务流量超过网络提供的能力时,即发生了拥塞。
在发生拥塞时,如何进行管理和控制呢?处理的方法是使用队列技术。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。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,下面简单介绍各种队列技术的特性。
1)先进先出队列(FIFO)
顾名思义,先进先出队列(简称FIFO)不对报文进行分类,按报文到达接口的先后顺序让报文进入队列,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。
2)优先队列(PQ)
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