服务质量保证Qos

第九章 效劳质量保证 目标：QOSQoS了解各队列机制，了解各环节使用的算法〔如：令牌桶，WRED等〕CARQos的产生ISP可以通过IP网络向企业供给VPN/租用线费用，对于企业很有吸引力。但是假设VPN即供给有效的QoS(QualityofServi保证，那么VPN将仍旧不能有效的为企业服如往来工作函件、数据库访问需要受到优先对待，保证这些应用的带宽要求。而emailWWW访问等则可以依据BestEffort信息流对待；随着IPVoIP应用，对IP要求。传统的IPemailFTPQoS支持为用户供给专用带宽削减报文的丧失率避开和治理网络拥塞流量整形设置报文的优先级；Qos的处理流程QosCARPAUSE桢的方式。半双工模式下通过反压的方法进展控制。以保证端口可以承受的流量。这是一种前期的拥塞避开策略。进入QosQosIPToS〔TypeofService〕QoS执行效劳的根底。流分类以后将对流进展测量，据对流量在肯定时段〔包括长期和短期〕率进展评估，并依据评估结果实施调控策略。流量评估一般承受令牌桶〔TokenBucket〕算法。在发生拥塞时，便可以针对不同级别的报文进展丢弃、打标记〔marking流量监管〔policing〕的典型作用是监视进入网络的某一流量的速率，使之不超出承诺的速率。如果某连接的流量超标，流量监管即可选择丢弃报文或重传统的网络难免会发生拥塞，当网络拥塞时，对报文全部丢弃，并不加以区分。使得整网陷于瘫痪。型城域传输网采用有效的拥塞避开机制，可以有效隔离拥塞网路，避开整网陷于瘫痪。除了前边讲到的流控方式以外，还可以在网络没有发生拥塞以前，根据队列状态进展有选择性的丢包来避开网络的拥塞。使用的算法是WRED.加权RED〔WRED，是RED的一种变体，它可以更加合理地当网络拥塞时，为了保证不同优先级的报文得到不同的QoS待遇，包括时延、带宽等。我们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。队列策略的算法承受：PQ〔PriorityQueue 、WFQ〔WeightedFairQueuing 〕〔shaping〕形对流量监管中需要丢弃的报文进展缓存，通常将它们放入缓冲区或队列内，假设放入WFQGTS〔GenericTrafficShaping。Qos的特性及相关技术程QoS报文分类拥塞治理拥塞避开流分类IPTOS字段〔Typeofservice，三个bit，你可以将报文最多分成六类〔另外两个值QoS网络治理者可以设置报文分类的策略，这个策略可以包括物理接口、源地MACIP限在IP报文的头部，链路层〔Layer2、网络层〔layer3、甚至传输层〔layer4。使用报文的内容作为分类的标准是比较少见的。分类的结果是没有范围限制的，它可以是一个由五元组〔源地址、源端口号、协议号码、目的地址、目的端口号〕ACLIP优先级ACL全部的接口1IPTOS字段作为报文的IPIP优先级作为分类的WFQ下游〔downstream〕网络可以选择接收上游〔upstream〕网络的分类结果，拥塞治理什么是拥塞和拥塞治理FrFrameRelay/X.25/DDNserial1router2PC22MEthernet10Mserial1PC1公司局域网2router1Server2Ethernet10M公司局域网1Server1图3-1 网络拥塞示意图在计算机数据通信中，通信信道是被多个计算机共享的，并且，广域网的带宽通常要比局域网的带宽小，这样，当一个局域网的计算机向另一个局域网的计算机发送数据时，由于广域网的带宽小于局域网的带宽，数据将不行能按局域网发送的速度在广域网上传输。此时，处在局域网和广域网之间的路由器将不能发1210M11拥塞治理是指网络在发生拥塞时，如何进展治理和掌握。处理的方法是使用级进展处理。不同的队列算法用来解决不同的问题，并产生不同的效果。常用的队列有FIFOPQ，CQWFQ等。在一个接口没有发生拥塞的时候，报文在到达接口后马上就被发送出去，在报文到达的速度超过接口发送报文的速度时，接口就发生了拥塞。拥塞治理就会将这些报文进展分类，送入不同的队列；而队列调度对不同优先级的报文进展分拥塞治理技术的策略临时排队，然后再按肯定的调度策略把报文从队列中取出，在接口上发送1、先进先出队列〔FirstIn,FirstOutQueueing,FIFO〕队列 离开接口的数据包 需由此接口发送的数据包

出队调度图3-2 先进先出队列示意图如图3-2〔FIFO〕FIFOFIFO在如图3-11的效劳器向局域网2的效劳器发1PC向局域网2PCFIFO的挨次。2、优先队列〔PriorityQueueing,PQ〕队列队列high离开接口的数据包medium分类需由此接口发送的数据包normal出队调度low图3-3 优先队列示意图如图3-3〔PQ〕最多至4PQ4PQ4PQ的报文出队并发送，直到高优先队列中的报文发送完，然后发送中优先队列中的报文，同样，直到发送完，然后是正常优先队列和低优先队列。这样，分类时属于较高优先级队列的报文将会得到优先发送，而较低优先级的报文将会在发生拥塞时被较高优先级的报文抢先，使得关键业务〔如ERP〕的报文能够得到优先处理，非关键业务〔E-Mail〕在如图3-11的效劳器向局域网2的效劳器发1PC向局域网2PC11PQPCPQ同业务的报文做区分对待，首先让较高优先级队列中的报文出队并发送，直到此队列中的报文发送完，然后发送较低优先级队列中的报文。也即，效劳器间的报PC间的报文。3、定制队列〔CustomQueueing,CQ〕队列队列queue0优先队列queue110%queue210%离开接口的数据包分类...需由此接口发送的数据包queue16出队调度30%图3-4 定制队列示意图如图3-4所示，定制队列〔以后简称CQ〕最多至17CQ17CQ170011600116CQ按定义的带116CQPQPQ样虽然可以保证关键业务的优先，但在较高优先级的报文的速度总是大于接口的CQCQCQ的一个队列中去，对每个队列，可以规定队列中的报文应占接口带宽的比例，这样，就可以让不同业务的报文获得合理的带宽，从而既保证关键业务能获得较多的带宽，在如图3-11的效劳器向局域网2的效劳器发1PC向局域网2PC11CQ队列1，队列160%6000PC2，队列2中的报文占有20%2023CQ16000字节，然后发送队列22023字节，然后1的串口1的物理带宽是2M，则局域网12的效劳器发送关键业务的数据所能占的带宽将至少为1.2M〔2*0.6，局域网1PC向局域网2PC0.4M〔2*0.2〔TimeDivisionMultiplexing,TDM〕路由器1的串口1121.5M〔2*0.6/(0.2+0.6)，局域网1的PC向局域网2的PC发送非关键业务的数据所0.5M〔2*0.2/(0.2+0.6)121PC向局域网2PC1的PC向局域网2PC2M4、加权公正队列〔WeightedFairQueueing,WFQ〕队列队列queue1离开接口的数据包queue2分类...需由此接口发出队调度送的数据包queueN图3-5 加权公正队列示意图如图3-5所示，加权公正队列〔WFQ〕〔一样源IP地址，目的IPTOS的报文属于同一个流WFQ〔precedence〕80，1，234，5，67。1)的和。即：队列queue0优先队列queue1queue2...离开接口的数据包queueN1分类默认队列出队调度需由此接口发送的数据包queue队列queue0优先队列queue1queue2...离开接口的数据包queueN1分类默认队列出队调度需由此接口发送的数据包queue1queue2...queueN2每个流所占带宽比例为〔自己的优先级数+〕〔全部(流的优先级+1)的和1/362/363/364/365/365/366/367/368/36又如：当前共434，15，则带宽的(4+1)*3+(5+1)=213个优先级为4的流的带宽为5/2156/215、基于类的加权公正队列〔ClassBasedWeightedFairQueueing,CBWFQ〕图3-6 基于类的加权公正队列示意图如图3-6〔以后简称CBWFQ〕〔AccessControlList,ACL〕WFQ处理。在调度出队的时候，每个队列被安排了肯定的带宽，调度器依据每个队列安排0同类别的报文设定可占用的带宽。当优先队列中有报文的时候，调度器总是发送进入优先队列的报文在接口没有发生拥塞的时候〔全部队列中都没有报文时，全部属于优先队列的报文都可以被发送。在接口发生拥塞的时候〔队列中有报文时，进入优先队列的报文被限速。超出规定流量的报文将被丢弃。这样，在接口不发生拥塞的状况下，可以使属于优先队列的报文能获得空闲的带宽，在接口拥塞的状况下，又可以保证属于优先队列的报文不会占用超出规定的带宽，保护了其他报文的应得带宽。另外，由于只要优先队列中有报文，调度器就会发送优先队列中的报文，所以优先队列中的报文被发送的延迟最多是接口发送一个报文的时间，无论是延迟还是延迟抖动，优先队列都可以将之降低为最低限度。这VoIP3-61N11N1时，属于1N1比，大大提高了线路的利用率。同时，在接口拥塞的时候，仍旧能保证各类报文当报文不匹配用户设定的全部类别时，报文被送入默认队列。默认队列在规律WFQCBWFQ64类〔N1的最大值为63默认队列的个数N2对于默认队列和1N1度到达队列的最大长度时，默认承受尾丢弃的策略。但用户还可以选择用加权随〔WeightedRandomEarlyDetection,WRED〕WRED的描述。但对于优先队列，由于在接口拥塞的时候流量限制开头起作用，所以用户不〔音报文〔VoiceoverIP,VoIP，采用的是UDP报文，所以WRED的丢弃策略也不需要。拥塞治理技术的比照优点缺点优点缺点FIFO1、不需要配置，易于使用。2、处理简洁，处理延迟小。1、全部报文同等对待，报文到来的次序决的丧失。2、对不协作的数据源〔如UDP报文发送〕据源〔如TCP报文发送〕带宽受损失。3、对时间敏感的实时应用〔如VoIP〕的延迟得不到保证。PQ敏感的实时应用〔如VoIP〕的延迟可以得到保先。1、需配置，处理速度慢。2会造成低优先级的报文得不到带宽。CQ1带宽比例安排带宽。需配置，处理速度慢2、当没有某些类别的报文时，能自动增加现存类别的报文可占的带宽。WFQ1、配置简洁。要慢。但比PQ、CQ要快。2、可以保护协作〔交互〕的数据源〔如TCP报文发送〕的带宽。3、可以使延迟的抖动减小。4、可以减小数据量小的交互式应用的延迟。5、可以为不同优先级的流安排不同的带宽。6、当流的数目削减时，能自动增加现存流可占的带宽。CBWFQ1、对报文进展分类，为每类报文供给确保带 宽。22、可为局部报文供给快速转发效劳〔ExpeditedForwarding,EF〕，使延迟降低为最小。3、当各类数据流确实保带宽的总和小于接口分利用线路的带宽。4、为默认类的报文供给WFQ效劳。5、可以为非优先类的报文供给WRED的丢弃策略。拥塞避开由于内存资源的有限，传统的处理方法是，当队列的长度到达规定的最大长TCPTCPTCPTCP削减报文的发送。TCP连接的报文时，将造成多个TCPTCP全局同步。这样多个TCP，使得发向队列的报文的量不及线路发送的速度，削减了线路带宽的利用。并且，发向队列的报文的流量总是忽大忽小。使线路的上的流量总在极少和饱满之间波动。〔WeightedRandomEarlyDetection,WRED，以后简称WRED〕(WRED与RED区分是引入IPWRED并且，队列的长度越长，丢弃的概率越高。当队列的长度大于高限时，丢弃全部的报文。由于WREDTCP而避开了TCP的全局同步现象。当某个TCP时候，其他的TCPTCP映了队列的变化趋势，又对队列长度的突发变化不敏感。避开了对突发性的数据WREDWFQWRED分类的时候，不同的流有自己的队列，对于流量小的流，由于其队列长度总是比较小，所以丢弃的概率将比较小。而流量大的流将会有较大的队列长度，从而丢即使WRED数较少，所以从统计概率来说，被丢弃的概率也会较小。也可以保护流量较小的流量监管和流量整形流量监管〔policing〕的典型作用是限制进入某一网络的某一连接流量与突发，在报文满足肯定的条件下，如某个连接的报文流量过大，流量监管就可以选CAR来限制某类报文报文不能占用超过50%〔shaping〕使这类报文以比较均匀的速度向外发送。这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，首先在缓冲区进展缓存，在令牌桶的控制下，再均匀的商定访问速度〔CommittedAccessRate,CAR〕对于ISP网，对某些应用的流量进展掌握也是一个有力的掌握网络状况的工具。网络治理〔CAR〕CAR〔TockenBucket,TB〕图3-8 CAR处理过程示意图3-8CAR流量特性，则进入令牌桶中进展处理。假设令牌桶中有足够的令牌可以用来发送报文，则报文可以通过，可以被连续发送下去。假设令牌桶中的令牌不满足报文当桶中令牌的量超出桶的容量的时候，令牌的量不再增加。当报文被令牌桶处理的时候，假设令牌桶中有足够的令牌可以用来发送报文，则报文可以通过，可以被连续发送下去，同时，令牌桶中的令牌量