網(wǎng)絡(luò)通暢密碼：QoS如何提供差異化服務(wù)？

挑了幾周的搶購商品，各種滿減活動一通計算，終于湊得剛剛好，卡點付款，頁面卻一直轉(zhuǎn)圈圈。。。挑好的寶貝被搶空，只能重新挑選、計算。網(wǎng)購最悲哀的事莫過于此，生氣之余也在想，為啥我的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量這么差？運營商是如何保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的呢？

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網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)想知道運營商如何保障網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，首先要明確評價網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量好壞有哪些指標(biāo)。主要有以下幾個指標(biāo)：

01、帶寬

網(wǎng)絡(luò)帶寬是指在單位時間（一般是1秒鐘）內(nèi)能傳輸?shù)?strong>數(shù)據(jù)量。我們平時說的家庭寬帶100M實際是100Mbit/s，就是說這個線路1秒鐘可以傳輸100Mbit的數(shù)據(jù)量。通常情況下，帶寬越大，數(shù)據(jù)通行能力就越強，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量就越好。這就好比高速公路，車道越多，車輛通行能力就越強，發(fā)生堵車的概率就越低。對于網(wǎng)絡(luò)用戶而言，都希望帶寬越大越好，但是，網(wǎng)絡(luò)運營和維護成本也就越高。

02、時延

時延是指一個報文或分組從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送端到接收端所需要的延遲時間，一般由傳輸延遲及處理延遲組成。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(nèi)容的時間。一般人們察覺不到小于100毫秒的延遲。當(dāng)延遲在100~300毫秒之間時，說話者可以察覺到對方回復(fù)的輕微停頓，這種停頓可能會使通話雙方都感覺到不舒服。超過300毫秒，延遲就會比較明顯，用戶開始互相等待對方的回復(fù)。當(dāng)通話的一方不能及時接收到期望的回復(fù)時，說話者可能會重復(fù)所說的話，這樣會與遠端延遲的回復(fù)碰撞，導(dǎo)致重復(fù)。

03、抖動

抖動是時延的變化，是指同一業(yè)務(wù)流中不同分組所呈現(xiàn)的時延不同。抖動會對語音、視頻等實時業(yè)務(wù)造成影響，分組到達時間的差異將在語音或視頻中造成斷續(xù)。簡單來說，就是按照順序發(fā)的數(shù)據(jù)報文，沒有按照理想的順序送達到目的地， 需要在目的地重新排列順序。利用緩存技術(shù)可以克服抖動， 但是會帶來隊列延遲， 因此對于實時性要求高的業(yè)務(wù)，抖動影響很大。下面我們舉個例子來看下時延的影響。員工A向員工B發(fā)送一句語音“我留，他不留“。假設(shè)每個字是一個分組，發(fā)送端將語音分割為6個分組，以均勻的時間間隔順序發(fā)出。由于IP網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，每個分組時延可能不同，導(dǎo)致在接收端收到分組時各分組之間的時間間隔與發(fā)送時的時間間隔不一致。加上說話者的語氣等因素，員工B可能會將接收到的語音理解成“我留他？不留！”，從而造成語義上的誤解。

04、丟包率

丟包率是指在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中丟失報文的數(shù)量占傳輸報文總數(shù)的百分比。

“高帶寬、低時延、低抖動、低丟包率”的“一高三底”網(wǎng)絡(luò)就是我們的“夢中情網(wǎng)”了，但是，從運營、維護的成本考慮，一味增加網(wǎng)絡(luò)帶寬是不現(xiàn)實的。那么，能否在有限的帶寬資源條件下，保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量呢？QoS出現(xiàn)了。

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什么是QoSQoS即服務(wù)質(zhì)量，旨在針對各種應(yīng)用的不同需求，提供不同的服務(wù)質(zhì)量，如提供專用帶寬、降低報文丟包率、減少報文傳送時延及時延抖動等。QoS技術(shù)本身不會增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，而是在有限的帶寬資源下，如何平衡地為各種業(yè)務(wù)分配帶寬，針對各種業(yè)務(wù)的不同需求，為其提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。簡單來說，就是把流量分三六九等， 對于不同的流量區(qū)別對待， 重要的流量優(yōu)先服務(wù)，不重要的流量延遲轉(zhuǎn)發(fā)甚至丟棄。

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QoS服務(wù)模型QoS為提供一定的服務(wù)保障而提出了兩種類型的服務(wù)：綜合服務(wù)（Integrated Service）和差分服務(wù)（DiffServ）。

綜合服務(wù)在發(fā)送報文前需要通過信令向網(wǎng)絡(luò)申請?zhí)囟ǖ馁Y源，網(wǎng)絡(luò)需要為每個流維護一份QoS記錄，這影響了業(yè)務(wù)的擴展，因此綜合服務(wù)在實際應(yīng)用中并不廣泛。差分服務(wù)不需要信令，即應(yīng)用程序在發(fā)出報文前不需要通知路由設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)不需要為每個流維護狀態(tài)，僅根據(jù)每個報文指定的QoS來提供特定的服務(wù)，應(yīng)用廣泛。

下面我就一起看看QoS差分模型是如何實現(xiàn)差異化服務(wù)的吧！

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實現(xiàn)原理差分服務(wù)通常使用多種QoS技術(shù)來實現(xiàn)，包括流分類、流量監(jiān)管、流量整形、擁塞管理、擁塞避免等。QoS技術(shù)為業(yè)務(wù)流提供差分服務(wù)，即對各種應(yīng)用的不同需求提供不同的服務(wù)質(zhì)量，保證重要的數(shù)據(jù)應(yīng)用得到優(yōu)先服務(wù)。在設(shè)備上，先要對接收到的流量報文進行分類，分類后對不同類別的報文采取相應(yīng)的行為動作，如對進入設(shè)備的報文進行流量監(jiān)管、對從設(shè)備發(fā)出去的報文進行流量整形、對產(chǎn)生擁塞的隊列進行擁塞管理、對擁塞加劇時的隊列采取擁塞避免等。

01、流分類

流分類能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流分割成多個服務(wù)類別，分類后則可以對不同的業(yè)務(wù)類別應(yīng)用不同的QoS處理策略，如報文標(biāo)記/重標(biāo)記、流量監(jiān)管、流量整形、擁塞管理等，這些處理策略又被稱為流行為。常用的報文分類依據(jù)包括報文優(yōu)先級字段（如802.1q、MPLS exp、IPP、DSCP等）、ACL、協(xié)議類型、應(yīng)用程序端口號等。

02、流量監(jiān)管

流量監(jiān)管可以及時地檢查流量違約情況，并在違約出現(xiàn)的時候立即采取規(guī)定的動作。流量監(jiān)管能夠確定流量在接口上是否超過了約定的速率，對于超過約定速率的流量進行重標(biāo)記或丟棄。常用的流量監(jiān)管工具是CAR（Committed Access Rate，約定訪問速率）。

03、流量整形

流量整形的目的是使流量不超過指定的速率，如果流量臨時超過了指定的速率，那么超過指定速率的流量會被緩存并延遲發(fā)送。常用的流量整形工具是GTS（Generic Traffic Shaping，通用流量整形）。

04、擁塞管理

擁塞管理是一種調(diào)度工具，決定了網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時的不同業(yè)務(wù)流的調(diào)度策略。擁塞管理使用隊列緩存技術(shù)，將流量報文根據(jù)分類策略導(dǎo)入到多個隊列中，按照設(shè)定的調(diào)度算法和隊列優(yōu)先級調(diào)度隊列中的緩存報文出隊，保證網(wǎng)絡(luò)資源能夠被合理應(yīng)用。

在所有QoS技術(shù)中，擁塞管理對應(yīng)用程序服務(wù)質(zhì)量的影響最為顯著。常用的隊列緩存技術(shù)包括PQ（Priority Queuing，優(yōu)先排隊）、WFQ（Weighted Fair Queuing，加權(quán)公平排隊）、CBWFQ（Class Based Weighted Fair Queuing，基于類的加權(quán)公平隊列）等。

05、擁塞避免

擁塞避免是擁塞管理的補充，用于監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)資源的使用情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)擁塞有加速的趨勢時采取主動丟棄報文的策略來對流量進行調(diào)整。常用的擁塞避免機制包括RED（Random Early Detection，隨機早期檢測）、WRED（Weighted Random Early Detection，加權(quán)隨機早期檢測）等。

簡單來講，就是QoS通過四大組件來保障差異化服務(wù)質(zhì)量。報文分類是基礎(chǔ)，是有區(qū)別地實施服務(wù)的前提，流量監(jiān)管和整形主要用于預(yù)防擁塞，而擁塞管理和擁塞避免用來解決擁塞。

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舉個例子舉個例子，假如有數(shù)據(jù)、語音和視頻三類業(yè)務(wù)，我們想讓語音業(yè)務(wù)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，通過QoS如何實現(xiàn)呢？在QoS差分模型中，報文通常通過自身優(yōu)先級和設(shè)備內(nèi)部優(yōu)先級的映射關(guān)系進入不同的隊列，再根據(jù)調(diào)度算法（比如按優(yōu)先級調(diào)度PQ、按權(quán)重調(diào)度WFQ/CBWFQ）決定各個隊列之間報文發(fā)送的先后順序。數(shù)據(jù)、語音、視頻業(yè)務(wù)的報文，分類進入不同的隊列，這些隊列使用PQ算法分為高、中、低優(yōu)先級隊列。報文出隊列時，會根據(jù)優(yōu)先級的高低順序進行調(diào)度，優(yōu)先級最高的語音報文會被優(yōu)先發(fā)送，其次是數(shù)據(jù)報文，最后是視頻報文。

結(jié)語講到這里，我們已經(jīng)對QoS有了整體的了解。QoS就像是網(wǎng)絡(luò)交警，一手抓限流，控制業(yè)務(wù)流量速度；一手抓調(diào)度，指揮哪些業(yè)務(wù)流量先行。QoS在保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量上可謂是功不可沒，但它仍具有一定局限性。傳統(tǒng)QoS只能區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級，不能區(qū)分用戶。只要屬于同一優(yōu)先級的流量，就使用同一個端口隊列，不同用戶的流量競爭同一個隊列資源。因此無法對端口上多個用戶的多種業(yè)務(wù)流量進行區(qū)分服務(wù)。那么問題來了，有沒有一種技術(shù)可以實現(xiàn)這種區(qū)分服務(wù)呢？答案是肯定的，我們下期為大家揭曉。