QOS（一）服務模型

目錄

1、影響網路通信的因素

2、QOS的服務模型

2.1 盡力而為的服務模型

2.2 綜合服務模型

2.3 區分服務模型

3、三種模型的比較

隨著網路的不斷發展，網路規模及流量型別的不斷增加，使得互聯網流量激增，產生網路擁塞，增加轉發時延，嚴重時還會產生丟包，導致業務質量下降甚至不可用，所以，要在IP網路上開展這些實時性業務，就必須解決網路擁塞問題，而解決網路擁塞的最直接的辦法就是增加網路帶寬，但從網路的建設成本考慮，這是不現實的，QoS ( Quality of Service )技術就是在這種背景下發展起來的，在帶寬有限的情況下，該技術應用一個“有保證”的策略對網路流量進行管理，并實作不同的流量可以獲得不同的優先服務，

具體來說QOS就是指在通信程序中，允許用戶業務在帶寬、時延、時延抖動、丟包率等方面獲得可預期的服務水平，

1、影響網路通信的因素

傳統的IP網路無區別地對待所有的報文，網路設備處理報文采用的策略是先入先出FIFO（First In First Out），它依照報文到達時間的先后順序分配轉發所需要的資源，所有報文共享網路和設備的帶寬等資源，然而最終得到資源的多少完全取決于報文到達的時機， FIFO盡最大的努力將報文送到目的地，但對報文的延遲、抖動、丟包率和可靠性等需求不提供任何承諾和保證，故對于一些關鍵業務（如語音、視頻等）的通信質量無法進行保證，

網路帶寬

網路帶寬是指在單位時間內能傳輸的資料量，如圖所示一條路徑上的最大帶寬取決于傳輸路徑上的最小帶寬，所以帶寬小的鏈路是影響傳輸速率的關鍵，

網路時延

時延是指一個報文從網路的一端傳遞到另一端的所需的時間，實時應用通信質量都比較關注時延大小，如語音、視頻，以語音傳輸為例，時延是指從 說話者開始說話到對方聽到所說內容的時間，若時延太大，會引起通話聲音不清晰、不連貫或破碎，

抖動

由于每個報文的端到端時延不一樣，就會導致這些報文不能等間隔到達目的端，這種現象叫做抖動，一般來說，時延越小則時延抖動的范圍越小，某些業務型別（特別是語音和視頻等實時業務）是極其不能容忍抖動的，報文到達時間的差異將在語音或視頻中造成斷續；另外，抖動也會影響一些網路協議的處理，有些協議是按固定的時間間隔發送互動性報文，抖動過大就會導致協議震蕩，而實際上所有傳輸系統都有抖動，但只要抖動在規定容差之內就不會影響服務質量，另外，可利用快取來克服過量的抖動，但這將會增加時延，

丟包率

丟包率是指在網路傳輸程序中丟失報文占傳輸報文的百分比，丟包率可衡量網路的可靠性，丟包（packet loss）可能在所有環節中發生，例如：

• 處理程序：路由器在收到報文的時候可能由于CPU繁忙，無法處理報文而導致丟包，
• 排隊程序：在把報文調度到佇列的時候可能由于佇列被裝滿而導致丟包，
• 傳輸程序：報文在鏈路上傳輸的程序中，可能由于種種原因（如鏈路故障等）導致的丟包，

2、QOS的服務模型

2.1 盡力而為的服務模型

在盡力而為的服務模型中可以通過增大網路帶寬、升級網路設備等方式來提升網路通信質量，

• 增大網路帶寬：可以增大單位時間內傳輸的資料量，使其按照傳統先進先出的方式在單位時間內傳輸更多的資料，改善網路擁塞問題，
• 升級網路設備：可以增大資料處理能力，使其按照傳統先進先出的方式在單位時間內 能夠處理更多的資料，改善網路擁塞問題，

傳統的先進先出轉發即Best-Effort（盡力而為）服務模型：

• Best-Effort是一個單一的服務模型，也是最簡單的服務模型，應用程式可以在任何時候，發出任意數量的報文，而且不需要事先獲得批準，也不需要通知網路，
• 應用Best-Effort服務模型的網路盡最大可能性來發送報文，但對時延，可靠性等性能不提供任何保證；但它適用于大多數網路應用，如FTP、Email等，
• Best-Effort服務是現在Internet的預設服務模型，它是通過先入先出佇列實作的，

2.2 綜合服務模型

使設備運行一些協議來保障關鍵業務的通信質量，優點：可以為某些特定的業務提供帶寬、延時保障，缺點：實作復雜；當無流量發送時，任然獨占帶寬，使用率較低；該方案要求端到端所有節點都支持并運行RSVP協議，所以該模型在現實網路中并不多見，

IntServ是一種最為復雜的服務模型，它需要用到RSVP（Resource Reservation Protocol）協議（資源預留協議），RSVP協議作業程序：在應用程式發送報文前，需要向網路申請特定的帶寬和所需的特定服務質量的請求，等收到了確認訊息后才發送報文，

一旦認可并為應用程式的報文分配了資源，則只要應用程式的報文控制在流量引數描述的范圍內，網路節點將承諾滿足應用程式的 QoS 需求，預留路徑上的網路節點可以通過執行報文的分類、流量監管、低延遲的排隊調度等行為，來滿足對應用程式的承諾，IntServ 模型常與組播應用結合，適用于需要保證帶寬、低延遲的實時多媒體應用，如電視會議、視頻點播等

目前采用RSVP協議的IntServ模型定義了兩種業務型別：

• 保證型服務提供保障的時延和帶寬限制來滿足應用程式的要求，如VoIP（Voice over IP）應用可以預留10M帶寬和要求不超過1秒的時延，
• 負載均衡型服務保證即使在網路過載的情況下，仍能對報文提供類似best Effort模型在未過載時的服務質量，即在網路擁塞的情況下，保證某些應用程式報文的低延時和低丟包率需求，

可以提供端到端的QOS投遞服務是Intserv模型的最大優點，Intserv模型最大的缺點是可擴展性不好，網路節點需要為每個資源預留維護一些必要的軟狀態資訊，在與組播應用相結合時，還要定期的向網路發送資源請求和路徑更新的資訊，以支持組播成員的加入和退出，以上操作在網路規模擴大時，維護開銷大幅度增加，對網路節點報文的處理性能造成嚴重影響，IntServ模型不適于在流量匯集的骨干網上大量應用，

2.3 區分服務模型

為解決綜合服務模型的協議實作復雜性及帶寬利用率低的問題，在網路中可部署Diffserv區分服務模型來保證業務的通信質量，這也是目前應用最廣泛的模型，

DiffServ區分服務作業程序：首先將網路中的流量分成多個類，然后為每個類定義相應的處理行為，使其擁有不同的優先轉發、丟包率、時延等，

• 業務流分類和標記由邊緣路由器來完成，邊界路由器可以通過多種條件（比如報文的源地址和目的地址、ToS域中的優先級、協議型別等）靈活的對報文進行分類，然后對不同型別的報文設定不同的標記欄位，而其他路由器只需要簡單的識別報文中的這些標記，然后對其進行相應資源分配和流量控制即可，因此，DiffServ是一種基于報文流的QOS模型，
• 它包含有限數量的服務等級，少量的狀態資訊來提供有差別的流量控制和轉發，
• DS節點：實作DiffServ功能的網路節點稱為DS節點，
• DS邊界節點：負責連接另一個DS域或者連接一個沒有DS功能的域的節點，DS邊界節點負責將進入此DS域的業務流進行分類和流量調整，
• DS內部節點用于在同一個DS域中連接DS邊界節點和其他內部節點，DS內部節點僅需要基于報文中的EXP、802.1P、IPP等欄位進行簡單的流分類以及相對應的流進行流量控制，
• DS域：一組采用相同的服務提供策略和實作了相同PHB的相連DS節點組成，一個DS域由相同管理部門的一個或多個網路組成，如一個DS域可以是一個ISP，也可以是一個企業的內部網路，

DiffServ模型充分考慮了IP網路本身所具有的靈活性、可擴展性強等特點，將復雜的服務質量保證通過報文自身攜帶的資訊轉換為單跳行為，從而大大減少了信令的作業，該模型是目前應用最廣泛的服務模型，

3、三種模型的比較