QoS设计方案

1 QoS 设计

1.1 概述

IP QoS ( Quality of Service ) 是指IP 网络的一种服务质量能力，即在跨越多种底层网络技术（FR 、ATM 、Ethernet 、SDH 等）的IP 网络上，为特定的业务提供其所需要的服务。衡量IP QoS 的技术指标包括：

● 带宽/吞吐量：指网络的两个节点之间特定应用业务流的平均速率；

● 时延：指数据包在网络的两个节点之间传送的平均往返时间；

● 抖动：指时延的变化；

● 丢包率：指在网络传输过程中丢失报文的百分比，用来衡量网络正确转发用户数据的能力； ● 可用性：指网络可以为用户提供服务的时间的百分比。

不同的业务对IP QoS 技术指标的要求是不同的，通过有效地实施各项IP QoS 技术，使得网络管理人员能够有效地控制网络资源及其使用，能够在单一IP 网络平台上更好的融合语音、视频及数据等多种业务。

1.2 IP QoS 服务模型选择

随着人们认识问题的逐步深入，IP QoS 技术的发展经历了一个漫长、曲折的过程，如下图所示：

No state Best Effort Aggregated state Per-flow

state Bandwidth Optimization DiffServ

IntServ /

RSVP IntServ+DiffServ+Traffic Engineering

QOS 的演进

1.2.1Best Effort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，通过先入先出FIFO 队列来实现。

1.2.2IntServ模型

IntServ的实现目前主要是通过RSVP信令协议。IntServ模式要求在IP网络中为每个Flow提供独立的QoS，包括时延、丢包等参数。由于IP网络中的Flow数量巨大，路由器需要为每个Flow维护一个状态表，就需要耗费极大的CPU性能和内存，以目前路由器的性能来讲是不现实的，而且随着IP 网络流量和用户的增加，路由器需要处理的Flow数量将随之增加，也会带来扩展性问题。可以说基于RSVP的IntServ解决方案是在IP QoS方面一次失败的尝试，进而出现了DiffServ 形式的“粗粒度”模式。

1.2.3DiffServ模型

区分服务（DiffServ）是IETF工作组为了克服InterServ的可扩展性差在1998年提出的另一个服务模型，目的是制定一个可扩展性相对较强的方法来保证IP的服务质量。DiffServ 将流量分成少量等级并按每个等级分配网络资源，从而解决了QoS可扩展性问题。为了避免采用信令协议，它以6位DiffServ差分服务标记字段（Different Service Code Point，简称DSCP）字段，直接在数据包上标记等级。

DSCP决定网络中特定节点上数据包的QoS 行为，称之为逐跳行为(PHB) ，按照数据包的调度和丢弃优先级来表示。从实施的角度看，PHB 可看成是用于转发的数据包队列、当队列超出限制条件时的丢弃可能性、分配给每个队列的资源（缓冲和带宽）、以及为一个队列服务的频率。IETF 定义了14个标准的PHB：

●尽力而为（BE）。不需要进行特殊处理的流量。

●快速转发（EF）。延迟最小，丢包率低的流量。

从实际的角度看，这意味着用于EF 流量的队列，其数据包到达阿速率低于服务速率，因此不可能由于拥塞造成抖动、延迟和丢包。话音和视频流是典型的映射到EF的流量：它们的传输速率恒定，并要求最低的延迟和丢包率。

12个有保证转发（AF）的PHB。每个PHB按队列号和丢弃优先级定义。IETF 建议使用四个不

同队列，每个队列应用三个优先级，总共12个不同的AF PHB 。AF PHB 的命名惯例是Afxy，x 指队列号，y指丢弃优先级的级别。因此，AF1y的所有数据包都将放置在同一个转发队列中，确保当来自单一应用的数据包只在丢弃优先级方面存在差别时，不会乱序。AF PHB适用于需要速率保证，但不需要延迟或抖动限制的流量。

虽然IETF 为每个标准的PHB都定义了推荐的DSCP值，但设备厂家允许网络运营商重新定义DSCP与PHB 之间的映射，并定义非标准的PHB。需要注意的重要事情是，一旦为数据包标记了特殊的DSCP值，就定义了其通过的每一跳的QoS 处理。因此，为了确保一致的QoS 行为，必须维护一致的DSCP-to-PHB 映射。这种要求产生了DiffServ 域的概念，它是一系列具备DiffServ 能力的节点，其特征如下：1)一套通用定义的PHB；2) 相同的DSCP-to-PHB 映射；和3)统一的业务提供策略。DiffServ 域通常运行在单一管理权限下。在DiffServ 域的边缘，流量被标记了DSCP值，以形成所需的逐跳行为和最终所需的QoS 。

DiffServ模型只包含有限数量的业务级别，状态信息的数量少，实现简单，是一种可扩展的QoS 解决方案。但是需要注意的问题，如果流量的传输路径不能提供足够的资源，它将无法保证QoS 。因此DiffServ模型常常应用于轻载的网络环境下。

DiffServ模型可应用于IP网络及MPLS 网络，MPLS与DiffServ的结合称为MPLS DiffServ。1.2.4MPLS DiffServ

DiffServ的基本机制是在网络边缘，根据业务的服务质量要求将该业务映射到一定的业务类别中，利用IP分组中的DS字段（由TOS域而来）唯一标记该类业务，然后，骨干网络中的各节点根据该字段对各种业务采取预先设定的服务策略，保证相应的服务质量。DiffServ的这种对服务质量的分类和标签机制和MPLS的标签分配十分相似，事实上，基于MPLS的DiffServ就是通过将DS的分配与MPLS的标签分配过程结合来实现的。MPLS DiffServ在RFC3270定义，要求通过MPLS包头中的EXP值携带DiffServ PHB，标签交换路由器（LSR）在做出转发决策时要考虑MPLS EXP值。但是DiffServ PHB最多可以支持64个编码值，如何承载在只有8个不同值的EXP字段中？MPLS DiffServ 提供两种解决方案，E-LSP与L-LSP方案。可参考下图：