宽带qos是什么（一文解说QoS理论）

同时，由于硬件芯片研发难度大、周期长、成本高，带宽逐渐成为互联网发展的瓶颈，导致网络拥塞、丢包、服务质量下降，甚至服务严重时无法使用。要在IP网络上开展这些业务，就必须解决网络拥塞的问题，而最好的解决办法就是增加网络带宽。但是，考虑到运维成本，一味增加网络带宽是不现实的。 QoS（of，服务质量）技术就是在这样的背景下发展起来的。 QoS技术本身并不增加网络带宽，而是如何在有限的带宽资源下为各种业务均衡分配带宽，并根据各种业务的不同需求为各种业务提供端到端的服务质量保证。服务质量指标

既然要提高网络质量，首先要了解哪些因素会影响网络服务质量。传统上，影响网络质量的因素包括传输链路带宽、包传输时延和抖动、丢包率等。因此，要提高网络的服务质量，可以从保证传输链路的带宽、降低报文传输的时延和抖动、降低丢包率等方面入手。这些影响网络服务质量的因素也成为了QoS的衡量标准。

带宽

带宽，也称为吞吐量，是指在固定的时间段（1秒）内，从网络的一端传输到另一端的最大数据位数。也可以理解为网络的两个节点之间的特定数据流。平均速度。带宽的单位是比特每秒（bit/s）。

在网络中，与带宽有关的常见概念有两个：上行速率和下行速率。上行速率是指用户向网络发送信息时的数据传输速率，下行速率是指网络向用户发送信息时的传输速率。例如，当用户使用 FTP 上传文件到网络时，上行速率是影响上传速度的因素；而对于从网络下载文件，下载速度是影响下载速度的因素。

通常带宽越大，数据流量能力越强，网络服务质量越好。这就像一条高速公路。车道越多，车辆通行能力越强，堵车的概率就越低。对于网络用户来说，希望带宽越大越好，但相应的，网络运维成本也越高。因此，随着互联网的日益强大和服务的多样化，带宽已成为严重的瓶颈。

延迟

延迟是指一个数据包或数据包从网络的发送端到接收端所需要的延迟时间，一般包括传输延迟和处理延迟。

以语音传输为例，延迟是指从说话者开始说话到对方听到内容的时间。一般人不会注意到少于 100 毫秒的延迟。当延迟在 100ms 到 300ms 之间时，说话者可以感觉到对方的回复有轻微的停顿，这可能会让双方都感到不舒服。超过 300 毫秒，延迟变得明显，用户开始等待对方的回复。当通话一方未能及时收到预期的回复时，说话人可能会重复所说的话，这会与远端延迟的回复发生冲突，从而导致重复。

抖动

如果网络拥塞，通过同一连接传输的数据包延迟会有所不同。 用于描述延迟变化的程度，即最大延迟和最小延迟之间的时间差。

如下图，员工A给员工B发语音“我留下，他不留下”。假设每个单词是一个数据包，发送者将语音分成6个数据包，并以均匀的时间间隔顺序发送。由于IP网络的复杂性，每个数据包的延迟可能不同，导致接收端接收数据包的时间间隔与发送数据包的时间间隔不一致。再加上说话人的语气等因素，员工B可能会将收到的语音解释为“我离开他？不！”，造成语义误解。

所以抖动是实时传输的一个重要参数，尤其是语音、视频等实时业务对抖动的容忍度极低，抖动会造成语音或视频的中断。

抖动还会影响某些网络协议的处理。一些协议以固定的时间间隔发送交互式数据包。抖动太大会导致协议振荡。

所有传输系统都有抖动，只要抖动在规定的容限内，就不会影响服务质量。过度抖动可以通过缓冲来克服，但这会增加延迟。

丢包率

丢包率是指网络传输过程中丢包占总传输包数的百分比。少量丢包对业务影响不大。例如，在语音传输中，一个比特或一个数据包的信息丢失，通话双方往往都没有注意到。在视频传输过程中，丢失一个比特或一个数据包可能会导致画面出现瞬间的波形扰动，但很快就会恢复正常。

使用 TCP 传输数据可以处理少量的数据包丢失，因为 TCP 允许重新传输丢失的信息。但是大量的丢包会影响传输效率。在QoS中，我们关注的是丢包的统计，即丢包率。因此，在正常传输过程中，应将网络丢包率控制在一定范围内。

QoS服务模型

现在我们了解了 QoS 指标。那么，如何通过在网络中的部署来保证这些指标在一定的合理范围内，从而提高网络的服务质量呢？这涉及到 QoS 模型。需要注意的是，QoS模型并不是一个特定的功能，而是一种端到端的QoS设计方案。例如，当网络中的两台主机进行通信时，其间可能存在各种设备。只有网络中的所有设备都遵循统一的QoS服务模型，才能实现端到端的质量保证。 IETF 和 ITU-T 等国际组织已经为他们关注的服务设计了 QoS 模型。下面介绍三种主流的QoS模型。

最佳服务模型

Best-是最简单最早的QoS服务模型。在这个模型中，网络中的设备除了保证网络之间的路由可达外，不需要部署额外的功能。一个应用程序可以随时发送任意数量的消息，并且不需要通知网络。网络只尝试尽可能多地发送数据包，但不提供延迟和可靠性等性能保证。

在理想条件下，如果有足够的带宽，Best- 是最简单的服务模式。事实上，这种“简单”带来了一定的局限性。因此，Best-适用于对延迟、可靠性等性能要求不高的服务，如FTP、E-mail等。

服务模式

由于网络带宽的限制，Best-模型无法为一些实时性要求高的服务提供强有力的质量保证，因此IETF在1994年提出了该模型。

模型是指应用程序在发送数据包之前首先通过 RSVP() 信令向网络描述其流量参数。在流量参数描述的范围内，网络预留资源（如带宽、优先级）以承诺满足请求。在收到确认信息并确认网络已经为该应用的消息预留资源后，应用开始发送该消息。应用程序发送的数据包应该控制在流量参数描述的范围内。网络节点需要为每个数据流维护一个状态，并根据该状态执行相应的QoS动作，以满足对应用的承诺。

简单来说，在该模型下，网络需要为某项服务预留一个专用通道。这种资源预留状态称为“软状态”。为保证该通道不被占用，RSVP会定期发送大量协议报文进行检测。通过RSVP，各个网元可以判断是否有足够的资源进行预留。只有当所有网元都预留了足够的资源时，才能建立专用信道。

该模型为企业提供端到端的保障系统。它的优点是显而易见的，但它的局限性也同样明显。

难以实现：该模型需要所有网络节点的端到端支持。但网络上存在不同厂商的设备，核心层、汇聚层、接入层的设备功能参差不齐。如果所有节点都支持该模型，则很难满足此要求。

资源利用率低：为每个数据流预留一条路径，即一条路径只为一个数据流服务，不能复用其他数据流。因此，有限的网络资源无法得到充分利用。

额外占用带宽：为了保证这个通道不被占用，RSVP会发送大量的协议包进行周期性的刷新检测，无形中增加了网络的负担。

服务模式

为了克服可扩展性差的问题，IETF 于 1998 年提出了服务模型。

服务模式又称差异化服务模式，是指提供差异化​​服务。就像银行有黑金卡用户、金卡用户和普通卡用户一样，银行为不同用户提供的服务是不同的：黑金卡用户享受专区服务；金卡用户不能享受专区的服务，但可以享受优先办理业务的特权；普通卡用户只能按照正常的排队顺序办理业务。这是银行提供的差异化服务。

在模型中，网络中的流量可以根据不同的条件分为多个等级，或者标记不同的优先级。这个过程类似于将数据包分为黑金卡用户、金卡用户和普通卡用户。当网络拥塞时，不同类将享有不同的优先级处理，从而实现差异化服务。相同类型的服务会在网络中统一聚合发送，保证时延、抖动、丢包率等QoS指标一致。

该模型不需要信令，也不需要提前向网络请求资源。服务分类和聚合在网络的边缘节点执行。后续设备根据分类识别不同的服务，提供相应的服务。

目前网络承载的业务种类越来越多，模式也相当灵活。可以说是为现网量身定做的。因此，该模型成为QoS设计和应用的主要方案。

基于模型的 QoS 组合和应用

该模型包括四个组件，通过它们实现端到端的QoS：

包装分类及标记

要实现差异化服务，首先需要将数据包分类为不同的类别。类别确定后，设备可以有针对性地提供服务。

流量监管、流量整形和接口速率限制

流量监管是将流量限制在特定带宽内。当业务流量超过额定带宽时，多余的流量将被丢弃。这可以防止单个服务或用户无限制地消耗带宽。

流量整形是一种流量控制措施，它主动调整流量的输出速率，使流量顺利传输到下游设备，避免不必要的丢包和拥塞。流量整形通常用于接口的出方向。

接口速率限制是限制在一个接口上发送或接收的所有数据包的总速率。接口限速功能可以在不需要对报文类型进一步分类，而是限制所有通过接口的流量的速率时，简化配置。

拥塞管理

拥塞管理是在网络拥塞时，通过一定的调度算法来安排数据包的转发顺序，以保证网络能够尽快恢复正常。拥塞管理通常用于接口的出方向。

拥塞避免

拥塞避免监控队列或内存缓冲区等网络资源的使用情况。当拥塞趋于加剧时，它会主动丢弃数据包，以防止网络拥塞继续加剧。拥塞管理通常用于接口的出方向。

综上所述，分组分类是实现业务差异化的基础和前提。流量监管、流量整形和接口限速主要用于防止拥塞，而拥塞管理和拥塞避免用于解决拥塞。

设备上各QoS组件的处理顺序如下图所示。

QoS在企业网络中的应用

理论上，各等级装备的功能如下：

接入层服务标识

接入交换机LSW1作为边界交换机，负责接入侧的数据流识别、分类、流标记；在网络侧，负责不同应用数据流的拥塞管理、拥塞避免和流量整形。

汇聚层/核心层提供差异化​​服务

汇聚层和核心层的设备端口基于接入层的标识信任QoS参数，通过队列调度、流量整形、拥塞避免等方式实施QoS策略，保证高优先级业务优先调度。

在实际应用中，具体功能的部署完全取决于业务需求。在上图组网中，可以通过报文分类和标记来区分不同部门的报文，然后在接口GE1/0/2的出方向进行流量监管，限制进入广域网的流量。如果不需要区分不同部门的报文，可以直接在接口GE1/0/2的出方向应用接口限速，限制进入广域网的流量。

当然，同样的QoS技术也可能由于应用位置的不同而有不同的适用范围。如上图所示，如果对LSW1的GE0/0/1和GE0/0/2应用出接口限速，则可以分别保证部门1、部门2可以使用的最大带宽如果对接口GE1/0/1应用入接口限速，可以保证部门1和部门2可以使用的最大带宽，但是部门1、和部门可以使用的最大带宽2 不能保证。

结束语

QoS 的组件和 QoS 的度量之间没有一一对应的关系。也就是说，没有一个QoS组件可以保证一个QoS指标。实际上，QoS的各个组成部分是相互配合使用的，以保证服务质量。例如，报文分类和标记是实现差异化服务的前提和基础。流量监管、流量整形、接口限速、拥塞管理、拥塞避免是基于分类或标记结果从不同方面控制网络流量及其分配资源，是提供差异化​​服务的具体体现。下一期我们将详细介绍一个实现QoS差异化服务的工具——MQC。

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