4-QoS原理与技术详解课件

1、QoS原理与技术为什么需要QoS？传统的IP网络，主要承载数据业务，采用尽力传送（Best Effort）的方式，服务质量显得无关紧要。随着IP技术的飞速发展，以及各种新业务的出现，当前IP网络由一个单纯的数据网络转变为多业务综合承载网，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。传统网络所面临的服务质量问题，主要是由网络拥塞引起的。QoS技术解决如何事先避免拥塞，在拥塞发生时如何减少损失的问题。引入QoS可以为各种不同需求，提供不同服务质量的网络服务。QoS基本概念QoS定义：针对各种不同需求，提供不同服务质量的网络服务。其目的在于通过对网络资源的合理分配与监控，最大限度地减少网络

2、延时与抖动，向用户提供端到端的服务质量保证。QoS的目标避免并管理网络拥塞减少报文的丢失率调控网络的流量为特定用户或特定业务提供专用带宽支撑网络上的实时业务QoS基本概念衡量QoS的主要参数指标带宽/吞吐量：网络的两个节点之间特定应用业务流的平均速率。时延：数据包在网络的两个节点之间传送的平均往返时间。抖动：时延的变化。丢包率：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。网络带宽（Bandwidth） 网络带宽用于衡量网络的吞吐能力，单位为bps。 网络带宽的最大值为数据转发路径上最小链路的带宽值。 如果网络上存在多个数据流，它们将互相竞争带宽。 网络带宽取决于物理链

3、路的速率，通过QoS技术可以提高网络带宽的利 用效率。网络延迟（Delay） 网络延迟用于衡量网络传输时间长短，单位为ms。 单个网络设备的延迟包括传输延迟、调度延迟、串行延迟。 网络延迟为数据转发路径上所有网络设备延迟的总和。 实时应用比较关注延迟大小，如语音、视频等应用。抖动（Jitter） 抖动用于衡量网络时延的稳定性，单位为ms。 同一个数据流的不同数据包，在网络中经历的延迟可能不同，从而产生抖动。 抖动对实时应用的影响较大（如语音、视频等应用），会造成失真。网络丢包（Packet Loss） 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

4、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。各种应用的QoS需求 应用业务特征QoS需求电子邮件/文件传输/远程终端数据量小、批量文件的传输容许时延、带宽需求低；尽力而为传送HTML网页浏览一序列小的、突发的文件传输容许适当的延时；带宽需求：变化的；尽力而为传送客户/服务器/电子商务许多小的双向传输对时延、丢失率敏感；带宽需求适当；必须可靠传送基于IP协议的语音实时音频连续或变化的传送对时延、抖动非常敏感；带宽需求低；需要可预计的时延和丢失率流媒体变化的位速对时延、抖动非常敏感；带

5、宽需求高；需要可预计的时延和丢失率各种应用的QoS需求QoS类别会话类流类交互类背景类传输时延严格限制（实时）限制（实时）宽松（非实时）无限制（非实时）传输时延抖动严格限制限制宽松无限制低比特误差率否否是是有保证的比特率是是否否典型应用语音IPTV/VODWEB浏览EMAILQoS实现模型Best-Effort Service模型：尽力而为，路由器的默认转发行为。Integrated Service模型：综合服务模型，简称IntServ，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。Differentiated Ser

6、vice模型：区分服务模型，简称DiffServ，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。Best-Effort模型最简单，路由器的默认行为尽最大的可能性发送报文对时延可靠性等性能不提供保证 它通过先入先出（FIFO）队列来实现不存在优先处理的概念IntServ 模型IntServ 是一种端到端基于流的QoS技术。终端在发送数据之前，需要根据业务类型向网络提出QoS要求。网络根据一定的接纳策略，判断是否接纳该业务的请求。通过带外的RSVP（Resource Reservation Protoco

7、l，资源预留协议）信令建立端到端的通信路径。RSVP只是在网络节点之间传递QoS请求，它本身并不完成这些QoS的要求实现。通过其他技术如PQ、WFQ等来完成对这些QoS要求的实现。RSVP原理我要预留2Mbps带宽OK！我要预留2Mbps带宽我要预留2Mbps带宽我要预留2Mbps带宽OK！OK！OK！开始通信RSVP的问题要求端到端所有设备支持这一协议网络单元为每个应用保存状态信息，可扩展性差周期性同相邻单元交换状态信息，协议报文开销大不适合在大型网络中应用IntServ模型 优点：可以提供端到端的QoS投递服务。 缺点：要求端到端所有设备支持这一协议。网络单元为每个应用保存状态信息，可扩展

8、性差。周期性同相邻单元交换状态信息，协议报文开销大。 结论：不适合在大型网络中应用。DiffServ模型DiffServ即差分服务模型，可以满足用户不同的QoS需求，易于扩展。与IntServ不同，它不需要信令，逐跳转发，即在一个业务发出报文前，不需要通知路由器。DiffServ是基于DSCP的QoS解决方案。在网络入口处根据服务要求对业务进行分类、流量控制，同时设置报文的DSCP域。在网络中根据QoS机制并依据分组的DSCP值来区分每一类通信，为之服务，包括资源分配、队列调度、分组丢弃策略等，统称为PHB（per-hop behavior）。DiffServ域中的所有节点都将根据分组的DSC

9、P字段来遵守PHB。DiffServ模型 优点：可扩展性好。无需保存状态和流信息。效率高。仅需检查一次分组内容来为分组分类。互操作性。所有厂商都在使用IP。灵活性。 结论：具有良好的可扩展性，适宜于在骨干网络中应用。 现状：IntServ经过了几年的实践并不能在网络上真正实现。而随着网络带宽快速增加和各种新应用的不断出现，DiffServ逐渐成为QoS关键所在。IP网QoS服务模型LTE各类业务的QOS需求LTE将提供比3G更多种类的数据业务（多媒体、视频、交互类等），3GPP详细规范了各类业务的端到端时延和丢包率要求。20QoS映射原则QCI IPDSCP VLANPRI MPLSTC 设备

10、QoS LTE业务举例 其他业务举例 56/11100077 CS7 LTE网管 传输网管、同步 5 48/1100006 6 CS6 IMS/PS信令 1 46/1011105 5 EF 话音 2，3，434/1000104 4 AF4 视频、在线流媒体 26/0110103 3 AF3 预留 重集VPN 6，7，8，9 18/010010 2 2 AF2 实时游戏 、高速上网类10/0010101 1 AF1 预留 0/0000000 0 BE 预留Step1：无线基站将业务QCI 映射到传输接口的IP DSCP和VLAN PRI；Step2：接入PTN设备将接口的VLAN PRI 映射至

11、MPLS TC（EXP）。部署QoSeNodeBaGWL2/L3Step1Step2基站内映射设备映射PHB介绍PHB：Per-Hop Behavior是网络节点对报文的队列调度、丢包、监管和整形等行为的总称，在IP DS中每类PHB对应一组 DSCPPHB只定义了外部可见的转发行为，没有指定其实现方式PTN设备的PHB分类：CS类：从IP TOS字段演变而来，共8级，代表的服务等级与IP Predence相同。 CS7和CS6两类PHB行为。最高优先级队列绝对优先调度。EF类：加速转发（Expedited Forwarding），低延时、低抖动、低丢包率、保证带宽的最高服务等级。采用高优先级

12、队列来实现。AF类：保证转发（Assured Forwarding），提供可保证的转发资源（缓存和带宽），对时延或者抖动不关心的服务等级，共分为4类，每类又对应3类丢弃优先级BF类：尽力转发（Best Effort），没有任何QoS保证分配PHBCS类分配给信令报文和大部分OAM报文EF类分配给语音、视频会议等实时性强的业务AF41类业务的保证带宽，吸引集团优质客户EPL/EVPL专线业务ELAN/EVLAN集团专网业务ETREE/EVTREE基站回传汇聚业务BE类：分配给其他QoS要求低的数据业务IETF DiffServ工作组定义了四种标准的PHBBE PHB：DSCP为“000000”；

13、代表尽力而为的服务。CS PHB：DSCP为“XXX000”，X为0或1；代表的服务等级与在现有网络中使用的IP Precedence保持相同。EF PHB：DSCP为“101110”；代表DiffServ网络中最高的服务质量，适用于VoIP、虚拟租用线等实时业务。AF PHB：代表带宽有保证、时延可控的服务，适用于视频业务、VPN业务等，AF PHB定义了4个服务等级，每个服务等级有3个分组丢弃优先级。AF ij编码点服务等级低丢弃优先级，j=1中等丢弃优先级，j=2高丢弃优先级，j=3AF(i=4)100010100100100110AF(i=3)011010011100011110AF(

14、i=2)010010010100010110AF(i=1)001010001100001110报文封装格式以太网中的优先级 - COS25MPLS报文MPLS报文结构LabelExpSTTL019222331MPLS标签在封装中的位置，可认为是2.5层的协议L2 HeaderL3 HeaderL3 PayloadLabelLabel：20比特，标签值域。标签值015预留，有特殊用途。其他值可自由使用。Exp：3比特，用于扩展。现在通常用做CoS（Class of Service），其作用与Ethernet802.1p的作用类似。S：1比特，栈底标识。MPLS支持多层标签，即标签嵌套。S值为1时

15、表明为最底层标签。TTL：8比特，和IP分组中的TTL（Time To Live）意义相同。标签封装在链路层和网络层之间。这样，标签能够被任意的链路层所支持。2627QoS技术机制流量分类流量监控流量整形拥塞管理拥塞避免Eth接口Eth接口分组交叉内核IP流分类及标记是QoS 执行服务的基础，报文分类使用ACL和IP优先级技术，根据分类结果交给其它模块处理或打标记（着色）供系统分类使用对流量进行控制整形使业务流输出的速率符合业务模型的规定；丢弃根据特定规则丢弃分组，打标记设置报文的DS域（或IP优先级）对报文的流量进行限制,对超出流量约定的报文进行缓冲，流量整形可能会增加延迟，CAR/CIR等

16、技术网络拥塞时，保证不同优先级的报文得到不同的QoS待遇，将不同优先级的报文入不同的队列，不同队列将得到不同的调度优先级、概率或带宽保证；算法：SP、WFQ进行拥塞避免，在网络没有发生拥塞以前根据队列状态进行有选择性的丢包；算法：RED、WRED流量监管和流量整形流量监管（traffic policing）的典型作用是限制进入某一网络的某一连接的流量与突发。在报文满足一定的条件时，如某个连接的报文流量过大，流量监管就可以对该报文采取不同的处理动作，例如丢弃报文，或重新设置报文的优先级等。流量整形（traffic shaping）的典型作用是限制流出某一网络的某一连接的流量与突发，使这类报文以比

17、较均匀的速度向外发送。流量整形通常使用缓冲区和令牌桶来完成，当报文的发送速度过快时，首先在缓冲区进行缓存，在令牌桶的控制下，再均匀地发送这些被缓冲的报文。2829流量整形与流量监管的区别流量整形对流量监管中需要丢弃的报文进行缓存通常是将它们放入缓存区或者队列内。流量整形可能会增加时延，而流量监管几乎不引入额外的延迟。流量监管一般设置在流量的入口处，而流量整形一般设置在流量的出口处。拥塞管理和拥塞避免拥塞管理：采用队列调度技术，将报文按优先级发送到不同队列中，然后再按一定的调度策略把报文从队列中发送出去。常用的调度算法为： SP、 WFQ等。拥塞避免传统的尾丢包在网络发生拥塞时对报文全部丢弃，并

18、不加以区分，进行拥塞避免，在网络没有发生拥塞以前根据队列状态进行有选择性的丢包。常用算法：WRED。30SP（Strict Priority）严格优先级：保证某种类型数据流得到任其所需的带宽。严格按照优先级的高低次序，优先发送较高优先级队列中的分组，但较高优先级队列为空时，再发送较低优先级队列中的分组。缺点：低优先级的队列存在“饿死”的可能性。drop流分类COS3COS2COS4COS1WFQ（ Weighted Fair Queuing ）WFQ：每个队列可以设置不同的权值，按照一定的比例分配带宽。保证了不同优先级的队列都有流量通过。drop流分类COS3COS2COS4COS133QoS

19、解决方案网管QOS配置操作单层管道限速配置-LSP烽火PTN设备可以单独在LSP层、PW层和流层单层进行Qos的流量控制，通过设置CIR和PIR来限制入口业务流量，从而实现业务流量监管。PIR为最大流量约束，当流量超出此值将被丢弃；CIR为保证流量，当网络拥塞时也会保障，PIR和CIR根据工程实际需要设置。在创建LSP时，根据业务需求，配置CIR和PIR，同时将流量监控使能打开，其中CBS和PBS默认即可。网管QOS配置操作单层管道限速配置-PW 按正常业务配置，在LSP层不设置CIR和PIR，在创建VPWS时，在该界面进行PW层的流控设置，在创建VPWS时，点击配置界面的高级选项中，在UNI

20、接口设置界面，选择模式为TrTCM，根据需要设置CIR和PIR ,同时将流控使能打开；在Qos设置界面，选择模式为TrTCM，根据需要设置CIR和PIR，其他选项默认。网管QOS配置操作单层管道限速配置-stream按正常业务配置完成LSP和VPWS后（在这两处不进行流量设置），在配置业务流的界面，进行流层流量控制设置，流扩展属性配置中，选择模式TrTCM，根据需要设置CIR和PIR，其他选择默认即可。在流PHB选择中，有指配PHB和基于用户优先级两种模式。当选择指配PHB时，需要选择指配的PHB值，从BE-CS7共8个等级。网管QOS配置操作双层管道限速配置目前PTN设备支持的双层管道限速模

21、式为以下两种：1、LSP层+PW层的限速模式；2、PW层+流层的限速模式。在双管道模型中，小管道的PIR无效，大管道的CIR无效。即大管道决定PIR,小管道决定CIR。 LSP层+PW层的限速模式完成LSP层单流控设置后，再进行PW层的流控设置，需要注意设置PW层的PIR要小于等于LSP层的PIR，此时LSP层的PIR起作用，PW层的CIR起作用。PW层+流层的限速模式 完成PW层单流控设置后，再进行流层的流控设置，需要注意设置流层的PIR要小于等于PW层的PIR。此时PW层的PIR起作用，流层的CIR起作用。业务优先级配置-基于用户自带优先级PTN流分类实际上是为一组流配置优先级，可针对某PW或某条流进行配置。由于流层配置的颗粒度更小更精确，故建