IP QOS原理与实现机制
第5章_IP_QoS原理及实现
IP QoS 原理及实现
网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例 应用实例
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IP QoS两大模型 两大模型
QoS的实现模型主要有IntServ（Integrated Service，集成服务） 和DiffServ（Differentiated Service，区分服务）两种。 集成服务模型是端到端的基于流的QoS技术，它通过信令向网络 申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源 以承诺满足该请求。 差别服务模型是一种基于类的QoS技术，它在网络边界将数据流 按QoS要求进行简单分类，并根据业务的不同服务等级约定，有 差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题。
测测
数数数
分分
标标
整整/丢丢
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分类（Classifying） 分类（ ）
含义：在特定的规则下，根据包头的某些内容选择分组。 分类有两种方式 BA(Behavior Aggregate)：基于IP包头中的DS域。 MF(Multi Field)：基于IP包头中的某些域的集合，例如：源/地 址、DS、协议号、源/目的端口号等等。
6
网络丢包
100M
10M FIFO Queue
4
4
3
2
1
Queue Length=3
Drop
网络丢包用于衡量网络的可靠性，单位为pps或者百分比。 网络发生拥塞的情况下，由于所有队列被占满，必然导致部分数据包被 丢弃。 通过拥塞管理技术可以实现区分式服务，保证关键数据流优先转发。 通过早期丢弃技术可以平滑网络流量，防止网络流量的全局同步问题。
2
IP QoS 原理及实现
IP_QoS原理
址，源端口号，目的端口号， 协议号，优先级相同
采用HASH算法尽量将不同的数据流分入不同的队列，自动完成
权值依赖于IP报文头中携带的IP优先级
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DS区域的服务提供 策略由PHB决定。 DS节点根据PHB属性 转发。
DiffServ网络
内部节点
SLA/TCA
DiffServ网络
内部节点 边界节点
在网络边缘进行业 务分类和流量调整。 - 业务分类 . 基于DS域 . 基于其他特征 - 流量调整 . 测量 . 标记 . 丢弃 . 整形
边界节点
边界节点
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先进先出队列
转发数据包
调度
FIFO (First In First Out): 算法简单，转发的速度快 所有报文统一对待，先进现出，没有任何区别分 Internet 的默认服务模式－Best-Effort采用的队列策略
All rights reserved
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差分服务
DiffServ（Differentiated Service）
用户设备 PHB
DiffServ域 PHB PHB PHB 在网络中根据分组的 DSCP值，进行队列 调度、分组丢弃 用户设备
在网络入口对分组 进行分类、流量控 制，设置DSCP
Internal
DP500021 IP QoS原理
ISSUE 1.0
HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.
如何设置IP地址的网络QoS和流量控制
如何设置IP地址的网络QoS和流量控制网络QoS（Quality of Service，服务质量）和流量控制是网络管理中的两个重要概念。
它们可以帮助我们对网络流量进行优化和管理，提高网络的性能和用户体验。
本文将介绍如何设置IP地址的网络QoS 和流量控制的方法和步骤。
一、理解网络QoS和流量控制的概念在开始设置IP地址的网络QoS和流量控制之前，我们首先需要理解这两个概念的含义。
1. 网络QoS：网络QoS是指通过对网络流量进行优先级的划分和调度，来保证重要数据的传输质量。
QoS可以帮助我们实现对网络流量的有效管理，提高对关键应用的支持以及提供良好的用户体验。
2. 流量控制：流量控制是指对网络上的数据流进行限制和控制，以避免网络拥堵和资源的浪费。
通过流量控制，我们可以控制网络中的数据流量大小，确保网络的稳定性和各种应用的正常运行。
二、设置IP地址的网络QoS和流量控制的步骤在实际设置IP地址的网络QoS和流量控制之前，我们需要根据具体的网络环境和需求制定一套方案，并根据该方案进行设置。
下面是一个参考步骤：1. 网络QoS的设置：（1）确定网络流量的优先级：根据实际需求，我们可以通过设定各种应用的优先级来决定其被传输的优先级。
比如，可以将实时音视频类应用的优先级设置为最高，确保其传输质量。
（2）配置QoS策略：根据确定的优先级，可以配置相应的QoS策略。
这包括设置不同应用的带宽占用限制、优先级调度算法以及拥塞控制机制等。
（3）应用QoS策略：将配置好的QoS策略应用到网络设备中，确保网络设备按照优先级进行流量处理和调度。
具体的配置方法可以参考网络设备的相关文档或者咨询网络设备厂商的技术支持。
2. 流量控制的设置：（1）流量监测和分析：通过网络流量监测工具，对网络的流量进行实时监测和分析。
可以了解不同应用的流量情况，找出流量波动或异常的原因。
（2）设置流量控制策略：根据监测结果，可以制定相应的流量控制策略。
网络IP的质量服务QoS和带宽管理
网络IP的质量服务QoS和带宽管理随着互联网的迅猛发展，我们已经进入了信息时代的浪潮。
作为信息传输的基础，网络IP质量服务（Quality of Service，QoS）和带宽管理成为了保障网络流畅性和用户体验的重要手段。
本文将探讨QoS和带宽管理的概念、原理以及应用。
一、QoS的概念和原理QoS即质量服务（Quality of Service），是通过一系列的策略和技术手段来保证网络传输在带宽有限的情况下，能够按照一定的优先级进行传输和处理。
QoS的主要目标是提高网络的稳定性、可靠性以及服务质量，使网络能够满足不同应用和用户的需求。
QoS的实现主要依靠以下几个关键技术：1. 流量分类：将网络流量按照不同的服务类型进行分类，如视频流、语音流、数据流等。
通过对不同类型的流量进行分类，可以根据其优先级进行不同的处理和调度。
2. 流量调度：根据流量分类的结果，对流量进行调度和排队。
通过设置不同的调度算法和队列机制，可以保证高优先级的流量得到优先处理，避免网络拥塞和延迟问题。
3. 带宽保障：QoS不仅关注流量的调度，还需要保证每个流量类型能够得到足够的带宽资源。
通过设置带宽限制和优先级，可以在有限的带宽资源中合理分配带宽，避免带宽资源浪费和冲突。
二、带宽管理的概念和原理带宽管理是指对网络中的带宽资源进行有效利用和合理分配的过程。
通过带宽管理，可以对网络流量进行控制，提高网络的传输效率和资源利用率。
带宽管理主要包括流量控制、流量优化和流量调度等技术手段。
1. 流量控制：通过设置流量控制策略来限制网络中的流量大小。
流量控制可以针对不同的应用和用户进行限制，避免因为某个应用或用户占用过多的带宽资源而导致其他应用或用户无法正常使用网络。
2. 流量优化：通过优化网络流量的传输路径和方式，减少网络拥塞和延迟问题。
优化网络流量可以通过使用缓存技术、压缩技术和数据分段等手段来提高网络传输的效率和速度。
3. 流量调度：根据不同的流量类型和优先级，对网络流量进行调度和排队。
IP-QoS讲解
-> 重传的包进一步加重拥塞
• UDP 应用: - 对延时敏感的应用 -> 长的传输时延使IP包超时而失 效
- 对丢包敏感的应用 -> 导致应用层的重传或性能降低 - 最坏情况下应用根本不能工作
• 提高服务质量有益于所有应用
• 某些应用在没有好的服务质量的网络中不可能实现， 如视频/音频等多媒体业务需要明确的QoS保障
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IETF关于区分服务的建议
• 区分服务（DiffServ）体系最早由 Nichols 1997 底提出
• IETF 成立了DiffServ工作组，提出一系列建议 和草案 – RFC 2474，2475（体系结构） – RFC 2597，2598（PHB定义） – RFC 2697，2698...（标记算法）
IP网的服务质量
北京邮电大学 程控交换与通信网国家重点实验室
提纲
• IP QoS问题的提出和研究现状 • IP QoS 机制
– 综合服务（Integrated Services) – 区分服务（Differentiated services) – QoS路由 （QoS Routing ) – 多协议标记交换（MPLS） – 各种机制之间的关系 • 结论和进一步研究课题
个分组序列
• 流量控制
– 接纳控制（Admission Control)
• 确定设备是否能够支持特定业务流的QoS
– 分类器（Classifier)
• 根据IP分组头中的特定字段鉴别和选择业务利用类型
– 调度器（Scheduler)
• 在设备的输出链路上提供所需的QoS服务
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IntServ模型（续）
2
IP QoS问题的提出和研究现状
qos的原理 -回复
qos的原理-回复QoS（Quality of Service）质量服务，是指在计算机网络中为不同的网络流量提供不同的服务质量。
QoS的目标是确保网络能够按照预定的服务级别传输数据，以满足不同应用程序的不同需求。
在本文中，我们将深入探讨QoS的原理，并逐步解释其工作过程。
QoS的原理基于网络资源管理的概念，包括带宽、延迟、吞吐量和数据包丢失。
QoS的目标是提供良好的用户体验和可靠的数据传输，以适应不同应用程序的需求。
它通过在网络中分配和管理带宽资源，以确保关键流量（如语音和视频）能够优先传输，而非关键流量（如电子邮件和文件传输）则被较低的优先级处理。
QoS的实现基于以下几种核心原理：1. 分类和标记：网络流量被分类为不同的等级，以便根据其重要性进行处理。
例如，实时应用程序（如在线游戏和IP电话）可以被标记为高优先级，而非实时应用程序（如文件传输和电子邮件）可以被标记为低优先级。
这些标记通常是在数据包的头部添加特定的字段，以便网络设备可以根据其进行相应的处理。
2. 队列管理：网络路由器和交换机上的队列用于临时存储数据包，直到可以进一步处理。
使用QoS技术，不同优先级的数据包可以被放置到不同的队列中。
高优先级的数据包将被尽快发送，而低优先级的数据包则可能会经历更长的等待时间。
3. 调度和排队：调度算法用于确定从队列中选择哪些数据包发送。
QoS使用不同的调度算法来处理不同优先级的数据包。
例如，公平队列调度（Fair Queueing）算法可确保每个流量类别获得相对公平的带宽份额，而加权公平队列调度（Weighted Fair Queueing）算法可以为不同优先级的流量分配不同的带宽份额。
4. 流量控制：QoS还涉及对流量的控制，以确保网络不会过载。
通过设置最大传输速率、带宽分配和容许的最大延迟等参数，QoS可以限制流量的大小和速度，并确保网络服务质量不会受到影响。
5. 优先级适应：QoS还可以根据网络状况动态调整优先级。
IPQoS剖析
RSVP的预留方式
• WF〔Wildcard-Filter〕方式： • 全部发送方共享预留的资源，适用于 会
议 • FF(Fixed-Filter)方式： • 接收方选择特定发送方独占资源 • SE(Shared Explicit)方式： • 接收方可以选择多个发送方共享预留的
资源
IntServ的优缺点
分组调度算法
• 分组调度算法的作用是：依据对分组流通信量 的标准要求，在每个分组转发结点承受相应的 排队算法调度排队的分组流，满足该分组流要 求的传输带宽和传输延迟指标，实现该分组流 要求确实保效劳和受控负载效劳。
• 分组算法包括: • 刻划分组流通信量特征的漏桶模型; • 实现保证效劳和受控负载效劳的排队算法
IETF关于综合效劳的建议
• 综合效劳〔IntServ〕/RSVP(最早由MIT 93年提出)
• IETF: • Intserv: RFC1633; • RSVP: RFC2205, RFC2211,RFC2212
IETF 的综合效劳网络
• 根本思想是为用户供给多种效劳类型，依据客 户的质量要求供给不同的效劳, 相应地收取费 用
• 单向预留：只预留从发送者到接收者方向的资 源
• 独立于路由协议：QoS的建立与路径建立相独 立,RSVP适用于任何路由协议
RSVP根本操作
• 建立路径过程：发送方沿单播或者多播 路由发送PATH报文，携带流标准，接收 方沿PATH报文路径返回RESV报文，携带 流标准和过滤器标准，并且在中间结点 预留资源
IP QoS的业务需求
传统的IP网络
承载数据业务
当前的IP网络
承载多种业务 〔VOIP、VPN、ERP〕
有效把握网络资源及其使用
IP QoS原理介绍
结构化QoS命令行 命令行 结构化
包括Class定义、Policy定义、 Service-Policy应用等
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流量调节器
流量调节器
流量调节器是网络边界所需的各种QoS功能，用于对用户的 流量进行分类，并控制接入网络的用户流量与协定相符，同 时设置DSCP CAR，承诺的接入速率 GTS，通用流量整形 ISPKeeper，智能流量控制
MPLS DiffServ-Aware TE
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关于IP QoS的几种观点 关于 的几种观点
对于低档设备及链路使用QoS技术仍无法满足 技术仍无法满足 对于低档设备及链路使用 业务质量 随着宽带技术的发展网络将无需QoS管理 随着宽带技术的发展网络将无需 管理 DiffServ只能提供不同业务间相对的服务质量 只能提供不同业务间相对的服务质量 现实情况下无法提供端到端的QoS 现实情况下无法提供端到端的
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IP QoS的发展历程 的发展历程
QoS等级 服务模型 等级/服务模型 等级
无QoS 基于类的QoS 基于聚合流的QoS 基于流的QoS
Best Effort 原始的IP服务 原始的 服务
1994
IntServ/RSVP 在IP QoS的第一次尝试 的第一次尝试 DiffServ/DSCP 为寻求扩展性和简易性 MPLS DS-Aware TE 考虑端到端的SLA及带宽优化 考虑端到端的 及带宽优化
丢包优先级 低 中 高 AF1 001010 001100 001110 AF2 010010 010100 010110 AF3 011010 011100 011110 AF4 100010 100100 100110
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集成业务与差分服务
IntServ DiffServ IntServ与DiffServ的互通 与 的互通
IPQOS技术概述
IP QOS技术概述接入网产品部李锐内容•技术背景•QoS的概念•IP QoS电信网络架构中的关键构件•QoS技术分类•现有QoS技术介绍•QoS需要实现的功能•配置实例一、技术背景•目前，多数运营商对于电信业务网的承载主要采用IP专网的方式，如专门的VoIP网和专门的视频会议网。
其主要思路是将IP专网直接架构在SDH或ATM网之上。
这是非常浪费资源的方式，还加大了运维成本，不利于新业务的推出。
另一种常用方法就是加大IP层之下SDH和ATM的传送能力，即“过带宽解决方式”。
这种方式也是以牺牲运营商巨大投资为代价的。
为此，电信运营商一直致力于采用IP网技术来作为下一代网络技术的统一平台，但随时间的推移，人们设想中的基于ＩＰ和ＭＰＬＳ的多业务网并未真正得以实施，ＱｏＳ和流量管理都没有得到很好解决，多播业务几乎没有应用，这些问题导致简单的将Internet技术用于电信网是行不通的。
其根本原因是，现有的因特网只适合传送非实时的数据类业务，如www、FTP、E-mail等。
而今，宽带接入的迅速增长已导致了运营商的IP网络架构得以膨胀式地扩张。
几年前，VoIP业务首先被引入到IP网络中来，但其服务质量未得到解决。
更进一步的是，运营商为增加赢利空间、拓展用户群，也正在尝试在此单一而庞大的IP网络上能够提供越来越多的新型增值服务，尤其是交互式的个人多媒体通信。
技术背景(续)•Internet正在向一个多业务数据网络演进，实现统一的支持QoS能力的电信级多业务IP网络是发展的趋势。
通过QoS，运营商或用户能够对网络上传输的视音频流等对实时性要求较高的数据提供优先服务，从而保证较低的延迟。
传统的IPv4缺乏对QoS足够的支持机制。
当前，IETF（Internet Engineering Task Force）建议了多种协议来实现QoS支持，包括综合服务、资源预留协议(RSVP)、区分服务(DiffServ)、多协议标签交换(MPLS)以及业务流量工程(Traffic Engineering)等，IPv6中也包含了QoS的支持特性。
IP网络安全管理与QoS原理
拒绝服务攻击：破坏设备的正常运行和管理。
这种攻击往往有针对性或特定目标。 一个实体抑制发往特定地址(如发往审计服务器)的所有信件。或将整个 网络扰乱，扰乱的方法是发送大量垃圾信件使网络过载，以降低系统性 能。
IP安全管理
IP网络的安全技术
访问列表的其它应用
优先级判断
Queue List
按需拨号
路由表过滤
Routing Table
基于数据包检测的特殊数据通讯应用
访问控制技术
ACL的分类
– 标准访问控制列表 – 检查源地址 – 通常允许、拒绝的是完整的协议 扩展访问控制列表 – 检查源地址和目的地址 – 通常允许、拒绝的是某个特定的协议、端口及其他参数 命名访问控制列表 – 字母数字串（名称） – 标准或扩展ACL
访问列表的测试：允许和拒绝
Packets to interfaces in the access group
Match First Test Y Y ?
Deny
Permit
Destination
Interface(s)
Packet Discard Bucket
Deny
访问列表的测试：允许和拒绝
Packets to Interface(s) in the Access Group
Access N List ?
Y
Outbound Interfaces E0 Packet
?
N
Permit ?
Y
Packet Discard Bucket
出端口方向上的访问列表
Packet Inbound Interface Packets Choose Interface S0
IP网络的QoS机制的研究与实现
ＩＰ网络的ＱｏＳ机制的研究与实现作者：谢声时罗洋来源：《沿海企业与科技》2008年第11期[摘要]文章分析MPLS的DiffServ网络中QoS实现过程，并分析目前QoS在IP网络上实现的几种主要技术，着重对基于MPLS的DiffServ模型网络的DS域边界设备LER和域内设备LSR的QoS实现过程。
[关键词]服务质量；多协议标签交换技术；区分服务；队列调度；拥塞控制[作者简介]谢声时，中国人民银行海口中心支行软件工程师，研究方向：网络安全，海南海口，570105；罗洋，中国人民银行海口中心支行，海南海口，570105[中图分类号]TP393[文献标识码]A[文章编号]1007－7723(2008)11－0025－0002一、引言传统的IP网络，主要承载数据业务，服务质量显得无关紧要。
近年来，随着IP技术的飞速发展，IP网络运营的业务越来越丰富，不仅仅是数据业务，因此IP网络必须为其所承载的每一类业务提供相应的服务质量。
IP QoS需要管理和控制口网络拥塞，减少IP报文的丢失率，调控IP网络的流量，为特定业务提供专用带宽，支撑IP网络上的实时业务。
二、IP网络QOS的实现技术目前，QoS在IP网络中实现的模式主要有BE模型、IntServ模型、DiffServ模型。
BE模型主要实现技术是先进先出队列(FIFO)。
IntServ是通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺满足该请求，沿途的每一个路由器都需要记录每一个业务流的状态信息——“软状态”，并提供相应的服务确保；DiflServ模型是当网络出现拥塞时，根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题。
DiffServ不要求实现端到端的QoS保证，它只要求DS域范围的QoS一致性，在DS域间，由一定的映射机制来保证不同类别业务的QoS。
三、IP网络设备的QOS机制和实现(一)DS域边缘设备LER的QoS实现分析在IP网络中端到端的QoS实现，DS域边缘设备LER起着非常大的作用。
QoS技术原理及实现
/
QoS原理
产生背景 基本概念 业务模型 流量管理技术
报文分类和标记 流量监管 流量整形 拥塞管理 拥塞避免
/ 2
产生背景
在传统的IP网络中，所有的报文都被无区别的等同对待， 每个转发设备对所有的报文均采用先入先出（FIFO）的策略 进行处理，它尽最大的努力（Best-Effort）将报文送到目的 地，但对报文传送的可靠性、传送延迟等性能不提供任何保 证。 但在实际应用中，网络上存在各种各样的问题，比如网 络上的丢包现象、网络抖动、网络延迟以及受限的网络带宽， 随着网络发展及新兴业务的出现，这些问题会极大地影响网 络业务（比如VoIP、IPTV等）。VoIP等实时业务就对报文的 传输延迟提出了较高要求，如果报文传送延时太长，用户将 不能接受（相对而言，E-Mail和FTP业务对时间延迟并不敏 感）。
报文分类和标记
IP QoS
TOS是在第三层IP数据包中的8位TOS数据位，以来标识优先级。 这8位中前3位表示优先级，后4位表示服务类型(分别为：最小延迟、 最大吞吐量、最高可靠性、最小费用。只能其中一位为1，即生效。如 果全为0就表示一般服务）。最后一位一般不用，置0 DSCP也是三层IP中的8位TOS字段表示优先级。不同的是用了前 6位表示优先级，可设0--63，共64个等级。（把前6位中的前3位设为 优先级，后3位设为0，就可以实现DSCP和TOS互相映射兼容）。 最 后两位为早期拥塞通知。 / 29
产生背景
网络丢包
Internet
？
我 是 张 三 啊
本地这么说 …...
… … 三 啊 … …
/ 6
我 是
对方听到的是 …...
产生背景
带宽限制
Ip QoS
低延迟队列
低延迟队列
低延迟队列(LLQ)把PQ的特性加入到了CBWFQ中，这点和IP RTP优先级特性类似。如果没有LLQ， 对于一些实时的数据流量，比如语音数据流量，CBWFQ对于每个定义好的分类的操作是基于WFQ 的。采用了LLQ之后，该分类的操作将优先于别的分类。LLQ减少了语音会话的抖动。LLQ和IP RTP优先级特性的区别在于，它不受UDP端口号的限制。 PQ和CBWFQ队列的带宽总和不能超过接口带宽的75%，可通过max-reserved-bandwidth命令修改 默认的最大可预留带宽。
01 概述
03 最小带宽 05 RED技术
目录
02 默认情况配置 04 设置方式 06 低延迟队列
概述
概述
IP QOS：比单键限制BT、迅雷更有效的带宽管理方案 “怎么速那么慢啊，这吧太差了！”作为吧经营者的您，听到这些抱怨时，您是否会迷惑：“宽 带从8M的ADSL线路换成了10M的光纤，从一条电信10M光纤增加到电信和通各10M光纤，仍然是慢， 到底多少带宽才不会慢？”带宽真的不够吗？不是，一般情况下，一个200台电脑的吧，10M的光 纤线路足矣！（当然，电信与通之间互访速度慢的“顽疾”除外）
默认情况配置
默认情况配置
默认情况下，整个络的带宽是共享的，共享的也就意味着是互相影响的，络中部分用户去看络电 视、去下载电影、存在病毒等都会严重影响到其他用户的正常运行。那么是不是屏蔽了BT、迅雷 等常用下载软件就能正常呢？也不是，下载确实是带宽占用的最大源头，但是您屏蔽了BT、迅雷， 那还有电骡、比特精灵怎么办？再屏蔽了电骡、比特精灵，还有哇嘎、POCO以及PPLIVE、 PPSTREAM等、据不完全统计，常见的P2P软件至少有几十种，屏蔽永远是治标不治本，另外下载 对于吧来说，也有很大的需求和客户源头，比如在空闲时您可能需要用迅雷和BT来下载最新的络 游戏，如果完全屏蔽了BT、迅雷等，反而导致使用不方便和流失部分顾客，使吧在竞争中处于不 利的境地！
IPUA501C1Qos原理和配置V1.1(33)
经过一系列的性能优化措施， IPUA501C1QoS系统的处理能力提高 了30%，响应时间缩短了20%，错误率 降低了10%。
05
常见问题与解决方案
常见问题汇总
问题1
无法正确配置QoS规则。
问题4
无法确定QoS配置是否正确。
问题2
在特定情况下，QoS策略无法正常工作。
问题3
对于某些应用程序，网络带宽分配不均。
确保所使用的QoS技术与其他网络设备和软件兼容。
安全性考虑
在配置QoS时，需确保不影响网络安全和稳定性。
长期规划
考虑到未来业务发展和网络扩容，合理规划QoS策略，避免频繁调整。
04
IPUA501C1QoS性能优 化
性能优化方法
硬件升级
软件优化
通过升级硬件设备，如更快的处理器、更 大的内存和存储空间，提高系统整体性能 。
配置示例
1 2
示例1
为实时语音和视频应用配置低延迟和高可靠性 QoS策略。
示例2
为大数据传输应用配置高带宽和低丢包率QoS策 略。
3
示例3
为VoIP电话配置QoS策略，确保通话质量和稳定 性。
配置注意事项
考虑网络拓扑结构
根据实际网络拓扑结构，合理规划QoS策略，避免资源浪费或配置不当。
兼容性考虑
提高网络资源利用率
通过实施QoS策略，网络可以根据不同业务的需求合理分配资源，避免资源的浪费，提高 网络资源的利用率。
保证关键业务的可靠性
对于一些关键业务，如语音通话、在线视频会议等，需要保证传输的实时性和可靠性。通 过QoS可以设置高优先级的队列，保证这些关键业务的传输质量。
02
IPUA501C1设备介绍
qos路由协议工作原理和 特点
qos路由协议工作原理和特点QoS（Quality of Service）路由协议是一种网络协议，其目的是优化网络传输中的服务质量，确保重要数据的高优先级传输，提高网络的性能和可靠性。
QoS路由协议主要通过优化网络资源的分配和传输流量的控制来实现这一目标。
本文将介绍QoS路由协议的工作原理和特点。
QoS路由协议的工作原理：QoS路由协议通过在网络路由器之间交换和处理各种信息来决策数据包的路由路径和传输优先级。
它不仅仅关注传统的网络拥塞控制问题，还关注更多的服务质量相关的参数，如延迟、带宽、数据包丢失率等。
QoS路由协议的主要工作流程如下：1. QoS要求确定：用户可以根据自己的需求定义所需的服务质量参数，例如最大延迟、最小带宽等。
2.资源发现和拓扑信息收集：路由器通过交换协议，在网络中发现其他路由器并收集拓扑信息，包括链路状态、带宽等。
3.路由选择和路径计算：路由器根据拓扑信息和QoS要求，计算出最佳路径，并为数据包分配传输优先级。
4.流量管理和调度：路由器根据路径计算结果，对数据包进行分组和调度，确保高优先级的数据包有较高的传输优先级。
5.拥塞控制和资源分配：路由器根据网络拥塞情况，动态分配带宽资源，以避免网络拥塞并保障关键数据的传输。
QoS路由协议的特点：1.改善服务质量：QoS路由协议可以根据用户需求和网络拥塞情况，动态分配网络资源，提高重要数据的传输质量，减少延迟和数据丢失。
2.多层次服务：QoS路由协议可以根据不同的应用要求设置多个优先级，确保多种类型的流量得到适当的传输优先级和带宽分配。
3.灵活性和可扩展性：QoS路由协议可以根据网络的具体需求进行配置和调整，适应不同的网络拓扑和应用场景，具有较好的灵活性和可扩展性。
4.适应动态网络环境：QoS路由协议可以根据网络负载和拓扑变化实时调整路由路径和资源分配，适应动态的网络环境。
5.拥塞控制：QoS路由协议可以根据网络拥塞情况，对流量进行控制和调整，避免网络拥塞，提高网络的吞吐量和性能。
IP QoS介绍
高。
实现类别选择PHB的机制包括：严格的优先级排队、加权公平排队 （WFQ）、加权循环排队（WRR）、基于业务等级的排队策略等。这 些机制可以由Diff-serv模型中的各种PHB共享。
加速转发PHB（EF PHB）
EF PHB所描述的是一组用于实现低丢包率、低时延、低抖动，具有带宽
应用领域：主要用于企业网和小型的ISP。
Diff-serv
区分服务为之提供服务的对象是具有相同特性的数据流的聚合，而非单个数
据流。每类聚合的数据分组用一个特定的区分服务（DS）字段值标记，在
IPv4中用TOS字段作为DS字节，IPv6用业务类型（Traffic Class）字段。每个 DS值规定了分组在网络中传送的性能，称之为“每以跳行为”（PHB－Per Hop Behavior）。 区分服务将策略控制功能与核心网络剥离，将其移植网络边界，使得核心路 由器只需关心分组的转发，即根据DS值对不同类别的分组进行不同等级的转
Diff-serv包括3个方面的内容：
服务区分：根据业务要求确定数据流的服务划分，给出DS值和服务特性的
映射关系。 分类转发：根据DS字段实现不同等级的公平的转发服务，主要采用各类队 列的调度技术。这是路由器技术。 网络资源分配：即网络装备和配置－－资源的配备是根据服务提供商承诺
向用户提供的服务类别、数量和位置计算得出的。所谓装备就是确定和分配
算法时延――编码器通常是根据一定数量的采样值生成话音 编码的，这些值的集合称之为一帧。某些算法还需要知道下 一帧的部分数据，称之为前视（Lookahead）。算法时延 就等于帧长和前视长度之和，其值完全取决于算法，和具体 实现无关。
影响时延的因素（续）
计算时延――编码器分析时间和解码器重建时间，其值取决
QoS技术原理及实现
QoS技术原理及实现QoS(Quality of Service)技术是一种网络管理技术，用于保证网络传输质量和服务质量的可靠性。
它通过控制网络上各类应用和服务的带宽、延迟、抖动和丢包等参数，以满足不同应用和用户的需求。
QoS技术主要用于需要保证服务质量的场景，如实时视频、在线游戏和云计算等。
QoS技术的原理基于对网络流量进行分类和调度。
流量分类是将网络流量按不同特征进行分组，如源IP地址、目的IP地址、传输协议、端口号等。
通过对流量进行分类，可以根据不同应用和服务的需求进行不同的调度和优先级处理。
流量调度是根据流量分类结果，对不同类别的流量进行优先级别和服务质量的调度。
2.流量控制：流量控制是通过设置限制条件来控制流量的速率和带宽。
可以通过设置最大带宽来限制每个用户或应用程序的最大传输速率，以避免网络拥塞。
另外，可以通过设置最小带宽来保证关键应用的传输质量。
例如，可以为实时视频服务设置最小带宽，保证其实时性和稳定性。
3.拥塞控制：拥塞控制是一种流量控制的措施，用于避免网络拥塞和传输质量的下降。
拥塞控制通过检测网络的负载状态和延迟变化等指标，动态调整流量的速率和带宽。
当网络负载过高时，拥塞控制会减少传输速率以避免拥塞。
例如，TCP协议中的拥塞控制算法，如慢启动、拥塞避免和快速重传等。
4.丢包恢复：丢包恢复是针对网络中丢失的数据包进行重传或纠错的措施。
丢包恢复可以通过使用前向纠错码或重传机制来恢复丢失的数据包。
例如，通过在发送数据包中添加冗余信息，使接收端可以根据冗余信息进行纠错，从而重新恢复丢失的数据。
QoS技术的实施需要在网络设备和传输协议上进行。
网络设备如路由器、交换机和防火墙等，可以配置各种QoS策略和参数，如队列和调度算法、带宽限制和拥塞控制等。
传输协议如TCP、UDP和IP等，也提供了一些QoS相关的机制和参数，如IP预留字段和DSCP标记等。
总之，QoS技术通过对网络流量进行分类和调度，控制流量的带宽、延迟和丢包等参数，以保证不同应用和用户的服务质量。
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QOS机制－队列调度（续） 队列调度算法
PQ(Priority Queueing)：算 法简单，有利于保障实时业 务。但欠公平，可能“饿死” 低等级队列，需要对高优先 队列进行限速。
WRR(Weighted Round Robin)： 算法公平性好 ，可以弥补PQ算法在公 平性上的欠缺。
QOS机制应用
AF 确保型转发
EFD 允许丢包的加速型
BE 缺省型转发
DiffServ 模型－缺点
• 在拥塞发生时，区分服务模型只能采取 丢弃报文的方式。 • 对相同优先级的业务而言，设备在拥塞 时随机地丢弃报文，其结果是所有业务 的服务质量都受到影响。无法为用户提 供严格的QOS保证。
MPLS-帧结构
通常，MPLS包头有32Bit，其中有： 20Bit用作标签（Label） 3个Bit的EXP, 协议中没有明确，通常用作COS 1个Bit的S,用于标识是否是栈底，表明MPLS的标签可以嵌套。 8个Bit的TTL
QOS机制－拥塞控制（续） 丢包策略－Wred参数
• 平均队列长度大于最小阈值时，队列开始丢包； • 当平均队列长度达到最大阈值时，队列按照相应的丢包概 率对到达的分组进行丢包； • 当平均队列长度大于最大阈值时，队列丢弃所有的到达的 分组。
QOS机制－队列调度
队列调度
• 不同等级的分组放入不同的队列中，路由器按照一定的队列 调度算法，决定从哪个队列中取出数据分组进行服务。 • 队列调度算法直接影响路由器的性能和QOS效果。
拥塞控制
WRED& SARED
当某网络节点出现拥塞时，采用一种及时有效的手段来缓解 和排除暂时的拥塞，并对级别较高的付费业务进行保护
队列调度 Scheduler
队列调度策略是QOS中针对接收报文和发送报文，按一定优 先级策略调度入队和发送，从而保障特定内容的报文，按需 发送的机制
。
QOS机制－分类和标记
QOS机制－流量监管
流量监管
• 限速将超过带宽限额的突发数据简单丢弃或降为低等级流 量转发。 • 整形将超过带宽限额的突发数据缓冲起来，等流量下降后 再发送出去，使发送出去的流量变得平滑。
QOS机制－拥塞控制
丢包策略－Wred
• 网络发生拥塞之前便随机丢包 • 加大低优先级数据分组的丢弃概率，而降低高优先级的丢 弃概率 • 消除了全局同步现象 • 减少拥塞对高优先级业务的影响。
为什么需要QOS（3）
• 业务发展的需要
– IP网络将成为统一承载网络 Everything over IP，在IP网上同时承载语音、视频、数据及企 业互连等业务。 – 体现“以客户为中心” 面向客户细分提供差异化的等级服务（服务质量）
• 网络安全的需求
– 保障网络控制信息的畅通，防止DOS攻击。 – 防止垃圾流量冲击高等级业务流量 – 链路故障，网络拥塞情况下，保证高等级业务的服务质量。
层次化QOS实例
语音 数据
实时业务调度
话音调度
视频 语音 数据 视频 语音 数据 视频
40％
数据调度
60％
所有业务调度
视频调度
IP QOS 技术原理
• • • •
为什么需要QOS QOS基本模型 QOS相关机制 层次化QOS简介
为什么需要QOS（1）
ห้องสมุดไป่ตู้
• 现有IP 网络
– 智能终端＋简单网络 – “尽力而为”（best-effort）的服务
• 所有的业务流“一视同仁”地公平地竞争网络资源 • 路由器对所有的IP包都采用先来先处理（First Come First Service FCFS）的工作方式，它尽最大努力将IP 包送达目的地。但对IP包传递地可靠性、延迟等不能 提供任何保证。
DiffServ 模型－架构
DiffServ体系采用分类和聚合思想，由边缘路由器根据业务类型重 新填写IP包的DSCP字段，核心路由器则根据代表业务分类的字段提供相应 的服务质量保证。
DiffServ 模型－帧结构
IP包
0
1
优先级
2
3
4
TOS
5
6
7
1000-最小延迟 0100－最大吞吐量 0010－最大可靠性
综合业务的特点是 资源预留，实时应用在 传输数据前必须首先建 立 通道和预留资源。 RSVP是用来建立通道和 预留资源的协议。
在区别型业务中，把 包加以标记，产生不同 的级别，每个级别的包 得到不同的服务级别。
MPLS是一种前向转 发策略，在进入MPLS作 用域时给包赋予一定的 标签，随后包的分类、 转发和服务都将基于标 签完成。
管制 标记
FIB转发表
交换单元
队列调度
分组分类
IP分组
IP净荷
• • • •
为什么需要QOS QOS基本模型 QOS相关机制 层次化QOS简介
普通QOS模型
QOS 策略
层次化QOS模型
QOS 策略
业务队列
层次化调度
• • • •
用户可以根据实际需要，设置调度器之间的层次关系。 由上级调度器控制一组下级调度器的总带宽 上级调度器能够根据下级调度器的级别和权重合理分配下级调度器 的承诺带宽和峰值带宽。 真正实现了控制一个业务或多个业务总的服务质量。
时延
指两个参照点之间发送和接收数据包的时间间隔
抖动
延迟抖动，指在同一条路由上发送的一组数据流中 数据包之间的时间差异
丢包率
在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率。一般 是由网络拥塞引起的
什么是QOS？
QOS模型
综合业务模型（Int-Serv） 区分业务模型（Diff-serv） 多协议标记交换（MPLS)
IP分组
MPLS 支持的DiffServ
• MPLS支持的DiffServ能够把DiffServ的多个BA映射到 MPLS的一条LSP上，根据BA的PHB来转发LSP上的流 量。LSP与BA的映射有两种方式： E-LSP和L-LSP。
– E-LSP
• E-LSP用EXP字段把多个BA指派到一条LSP上， 使用MPLS垫层头的EXP字段表示一个包的 PHB。最多可以把8个BA映射到EXP字段中。
Diffsrv
0
1
2
3
4
5
6
7
DSCP:区分服务点码
DiffServ 模型－业务类型
EF 加速型转发
有一个单独的码点，EF可以把延迟和抖动减到最小，因而能提供 服务质量的最高等级。 有四个等级，每个等级有三个下降过程(总共有12个码点)。超过 AF范围的业务不会象“业务范围内”的业务那样以尽可能高的概 率传送出去。这意味着业务量有可能下降，但不是绝对的 除了EFD允许丢包而EF几乎没有丢包外， EFD与EF的外特性几乎相同。EFD的应用主要是在无线移动网络 中 相当于传统的极力而为调度转发行为的PHB
IntSrv 模型
Int-Srv模型基本思想就在于以资源预留的方式来实现QoS保障，RSVP是其 核心心部分 ，它基于每个流（单个的或是汇聚的）提供端到端的保证
其基于流的资源预留、调度处理以及缓冲区管理，有利于提供QoS保证，但状态 信息随业务流数 量的增长而增长，沿途的路由器要为每个数据流都维持一个 “软状态”，而路由器的存储器容量 有 限,可保存的软状态信息都是有限 的，在一个运营商规模的网络中几乎不可能实现这一要求
通过对入口数据流按一定的规则进行匹配，区分出需要QoS保 障的业务流来 标记就是前面所说的根据SLA对业务流打上类别标记，
标记 Mark & emark 流量监管
Meter or CAR
根据服务协定限制用户接入速率，对每个流可依据SLA单独配置承诺 速率、峰值速率、承诺突发尺寸、峰值突发尺寸等流量参数，将违约 报文配置为pass（通过）、drop（丢弃）、Mark down（降级）等处理
0 20 23 24 32
标签
CoS S
TTL
32比特
2层头部
2层 头 部
MPLS头部
M PLS头
IP头部
M PLS头 IP 头 部
数据
数据
MPLS-LER
转发表
LSP表
分组标记
队列调度 分组分类
IP头
IP净荷
MPLS标签
IP分组
MPLS-LSR
管制 标记
标签交换表
交换单元
队列调度
分类
MPLS标签
为什么需要QOS（2）
• 包转发的特性－流量突发
端口流入流量 当前值：1.16 Gbits/sec 平均值：1.15 Gbits/sec 最大值：1.57 Gbits/sec
端口流出流量 当前值：1.31 Gbits/sec 平均值：1.05 Gbits/sec 最大值：1.71 Gbits/sec
可扩展性差
对路由器 的要求过 高
网络中所有的路由器都必须支持RSVP信令协议，接入控制程序， 分类器以及调度器
因为为短生存期包预留资源的开销很可能大于处理流中所有包的开销。但因特 网流量绝大多数是由短生存期的流构成的。在短生存期的流需要一定程度的QoS 保证时，综合业务模型就显得得不偿失了
不适合短生存 期的流
– L-LSP
• L-LSP把一条LSP指派给一个BA（表现出多个包 丢弃优先级），根据MPLS标签确定包的调度策 略，根据垫层头或二层包丢弃机制确定丢弃优先 级。
• • • •
为什么需要QOS QOS基本模型 QOS相关机制 层次化QOS简介
PHB－QOS机制
流分类
Traffic Classification
为什么需要QOS（4）
业务
QOS IP网 安全 流量
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为什么需要QOS QOS基本模型 QOS相关机制 层次化QOS简介