QoS基础理论知识详解

QoS基础理论知识详解01、QOS 产生的背景网络的普及和业务的多样化使得互联网流量激增，从而产生网络拥塞，增加 转发时延，严重时还会产生丢包，导致业务质量下降甚至不可用。所以，要在网络上开展这些实时性业务，就必须解决网络拥塞问题。 解决网络拥塞的最好的办法是增加网络的带宽，但从运营、维护的成本考虑，这是不现实的，最有效的解决方案就是应用一个“有保证”的策略对网络流量进 行管理。QoS技术就是在这种背景下发展起来的。QoS (Quality of Service)即服务质 量，其目的是针对各种业务的不同需求，为其提供端到端的服务质量保证。QoS 是有效利用网络资源的工具，它允许不同的流量不平等的竞争网络资源 语音、视频和重要的数据应用在网络设备中可以优先得到服务。QoS 技术在当今的互联网中应用越来越多，其作用越来越重要。02、QoS 服务模型1、Best-Effort 服务模型Best-Effort (尽力而为)是最简单的QoS服务模型，用户可以在任何时候， 发出任意数量的报文，而且不需要通知网络。提供Best-Effort服务时，网络尽最大的可能来发送报文，但对时延、丢包率 等性能不提供任何保证。Best-Effort服务模型适用于对时延、丢包率等性能要求不高的业务，是现在In ter net的缺省服务模型，它适用于绝大多数网络应用，如FTP、E-Mail等。2、IntServ 服务模型IntServ (综合服务)模型是指用户在发送报文前，需要通过信令(Signaling) 向网络描述自己的流量参数，申请特定的QoS服务。网络根据流量参数，预留资源以承诺满足该请求。在收到确认信息，确定网络已经为这个应用程序的报文预留了资源后，用户才开始发送报文。用户发送的报文应该控制在流量参数描述的范围内。网络节点需要为每个流 维护一个状态，并基于这个状态执行相应的 QoS 动作，来满足对用户的承诺。IntServ 模型使用了 RSVP （Resource Reservation Protocol）协议作为信令，在 一条已知路径的网络拓扑上预留带宽、优先级等资源，路径沿途的各网元必须为 每个要求服务质量保证的数据流预留想要的资源，通过RSVP信息的预留，各网 元可以判断是否有足够的资源可以使用。只有所有的网元都给RSVP提供了足够的资源，“路径”方可建立。3、DiffServ 服务模型DiffServ （差分服务）模型的基本原理是将网络中的流量分成多个类，每个类 享受不同的处理，尤其是网络出现拥塞时不同的类会享受不同级别的处理，从而 得到不同的丢包率、时延以及时延抖动。同一类的业务在网络中会被聚合起来统 一发送，保证相同的时延、抖动、丢包率等QoS指标。Diffserv模型中，业务流的分类和汇聚工作在网络边缘由边界节点完成。边界节点可以通过多种条件（比如报文的源地址和目的地址、ToS域中的优 先级、协议类型等）灵活地对报文进行分类，对不同的报文设置不同的标记字段， 而其他节点只需要简单地识别报文中的这些标记，即可进行资源分配和流量控制与Intserv模型相比，DiffServ模型不需要信令。在DiffServ模型中，应用程 序发出报文前，不需要预先向网络提出资源申请，而是通过设置报文的QoS参数 信息，来告知网络节点它的QoS需求。网络不需要为每个流维护状态，而是根据每个报文流指定的 QoS 参数信息 来提供差分服务，即对报文的服务等级划分，有差别地进行流量控制和转发，提 供端到端的 QoS 保证。DiffServ模型充分考虑了 IP网络本身灵活性、可扩展性强的特点，将复杂的 服务质量保证通过报文自身携带的信息转换为单跳行为，从而大大减少了信令的 工作，是当前网络中的主流服务模型。03、基于DiffServ模型的QoS组成本文介绍的QoS都是基于DiffServ服务模型的，基于Diffserv模型的QoS业 务主要分为以下几大类：1、报文分类和标记要实现差分服务，需要首先将数据包分为不同的类别或者设置为不同的优先 级。报文分类即把数据包分为不同的类别，可以通过MQC （见后文）配置中的 流分类实现；报文标记即为数据包设置不同的优先级，可以通过优先级映射和重标记优先 级实现。2、流量监管、流量整形和接口限速 流量监管和流量整形可以将业务流量限制在特定的带宽内，当业务流量超过 额定带宽时，超过的流量将被丢弃或缓存。其中，将超过的流量丢弃的技术称为流量监管，将超过的流量缓存的技术称 为流量整形。接口限速分为基于接口的流量监管和基于接口的流量整形。3、拥塞管理和拥塞避免 拥塞管理在网络发生拥塞时，将报文放入队列中缓存，并采取某种调度算法 安排报文的转发次序；拥塞避免可以监督网络资源的使用情况，当发现拥塞有加剧的趋势时采取主 动丢弃报文的策略，通过调整流量来解除网络的过载。其中，报文分类和标记是实现差分服务的前提和基础；流量监管、流量整形、 接口限速、拥塞管理和拥塞避免从不同方面对网络流量及其分配的资源实施控制 是提供差分服务的具体体现。图 1 QoS 技术处理流程各种QoS技术在网络设备上的处理顺序如上图1所示。按文分娄和标记人方向按限速图2 QoS技术在网络中的位置说就监管 出厅向接-FR14上述QoS技术在网络中的位置如上图2所示。4、MQC 简介模块化 QoS 命令行 MQC(Modular QoS Comma nd-L ine In terface,模块化服务 质量命令行接口)是指通过将具有某类共同特征的报文划分为一类，并为同一类 报文提供相同的服务,也可以对不同类的报文提供不同的服务。随着网络中QoS业务的不断丰富，在网络规划时若要实现对不同流量(如不同业务或不同用户)的差分服务,会使部署比较复杂。MQC 的出现，使用户能对网络中的流量进行精细化处理，用户可以更加便 捷的针对自己的需求对网络中的流量提供不同的服务，完善了网络的服务能力。5、MQC 三要素MQC 包含三个要素：流分类(traffic classifier)、流行为(traffic behavior)和 流策略(traffic policy)。1、流分类(traffic classifier)流分类用来定义一组流量匹配规则，以对报文进行分类流分类规则如下表1所示：表 1 流分类的分类规则层级分类规则二层目的 MAC 地址源 MAC 地址VLAN报文外层Tag的ID信息VLAN报文外层Tag的802.1p优先级VLAN报文内层Tag的ID信息VLAN报文内层Tag的802.1p优先级基于二层封装的协议字段MPLS 报文的 EXP 优先级ACL 40004999匹配的字段三层IP报文的DSCP优先级IP 报文的 IP 优先级IPv6 下一报文头类型IP协议类型（IPv4协议或IPv6协议）TCP报文的TCP-Flag标志ACL 20003999 匹配的字段ACL6 20003999 匹配的字段其他所有报文入接口出接口ACL 50005999 匹配的字段（自定义 ACL）流分类中各规则之间的关系分为：and或or,缺省情况下的关系为or。and：当流分类中包含 ACL 规则时，报文必须匹配其中一条 ACL 规则以及所有非 ACL规则才属于该类；当流分类中没有ACL规则时，报文必须匹配所有非ACL规 则才属于该类。or：报文只要匹配了流分类中的一个规则，设备就认为报文属于此类。2、流行为（traffic behavior）流行为用来定义针对某类报文所做的动作，主要包括以下几个方面（详解请 阅读后文）：1、报文过滤2、重标记：将报文的优先级字段重新进行设置。3、重定向：报文不按原始目的地址进行路由转发，重定向到CPU、指定接口、下一跳地 址或下一跳标签 LSP。4、流量监管5、流量整形6、流镜像7、队列调度8、流量统计9、绑定子流策略： 指为流策略中的流行为绑定一个子流策略，实现流策略嵌套。使用流策略嵌套，对于匹配流分类的某一类报文，除了执行父策略中定义的 行为外，还由子策略对该类流量进行再次分类，执行子策略定义的行为，实现更 为精细化的HQOS （高级qos）服务。10、禁止URPF检查：（unicast reverse path forward，单播反向路径转发） 是指设备对符合流分类规则的报文不进行逆向地址检查。配置该功能后，设备对进入接口的所有报文都进行URPF检查，丢弃源地址 对应的接口与入接口不一致的报文。如果设备信任某个设备过来的报文，可以不 对其检查，以保证某类特定报文不被丢弃。11、封装外层 vlan 标签12、禁止 MAC 地址学习13、netstream 采样：对匹配流分类的流量使用 netsteam 统计采样的方法进 行流信息统计分析。3、流策略(traffic policy)流策略用来将指定的流分类和流行为绑定，对分类后的报文执行对应流行为 中定义的动作。图 1 流策略绑定多个流分类和流行为如上图1 所示，一个流策略可以绑定多个流分类和流行为。