高職院校QOS技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

孫振華,趙 咪

(1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100；2.山東省青島第五十七中學(xué)，山東 青島 266000)

高職院校QOS技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

孫振華1,趙 咪2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100；2.山東省青島第五十七中學(xué)，山東 青島 266000)

根據(jù)歷來(lái)工作經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單介紹QOS技術(shù)原理，并通過(guò)實(shí)例來(lái)介紹高職院校如何部署QOS。

QOS；應(yīng)用流量；智慧校園；負(fù)載均衡

1 引言

目前，大部分高校的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸主要采用基于分組交換的統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，一般情況使用的是盡力而為的服務(wù)模型，這種模型它不能對(duì)分組的傳輸質(zhì)量做出任何承諾。隨著遠(yuǎn)程教學(xué)、智慧校園的提出以及語(yǔ)音、視訊等新興應(yīng)用的不斷更新，不管是辦公還是宿舍區(qū)用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)輸服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。盡力而為的服務(wù)模型已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足高校智慧校園的發(fā)展，因此，QOS技術(shù)被廣泛地使用，用來(lái)在不能提供絕對(duì)充足的帶寬部分高職院校中對(duì)重要的應(yīng)用做出通信質(zhì)量上的保證和承諾。為高校智慧校園建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

對(duì)于高校影響通信傳輸質(zhì)量的因素主要有以下幾點(diǎn)：吞吐量 時(shí)延 時(shí)延抖動(dòng) 分組丟失率

目前高校使用QOS技術(shù)，主要是為了對(duì)像遠(yuǎn)程教學(xué)、精品課堂、學(xué)生數(shù)據(jù)中心的語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等這類(lèi)對(duì)時(shí)延、丟失十分敏感的應(yīng)用提供傳輸質(zhì)量的保證，同時(shí)要保證其他各種應(yīng)用獲得相應(yīng)得服務(wù)質(zhì)量。下面我們通過(guò)分析幾種典型的QOS應(yīng)用，來(lái)分析探討在實(shí)際應(yīng)用中如何部署QOS才能對(duì)各種業(yè)務(wù)做出通信質(zhì)量的保證。

2 QOS技術(shù)概述

所謂QOS技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)中一種安全機(jī)制，它是針對(duì)服務(wù)提供傳輸質(zhì)量的保證的的一種技術(shù)。反過(guò)來(lái)講就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量能夠進(jìn)行保障的技術(shù)我們都可以成為QOS技術(shù)。但是足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬是保障的前提，優(yōu)秀的QOS技術(shù)配合足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬才是所有應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的保障。當(dāng)前科技迅速發(fā)展，各種資源對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸要求越來(lái)越高，但是現(xiàn)有條件下線路帶寬的擴(kuò)充困難比較大。對(duì)高校來(lái)講，必須花費(fèi)一定的資金去購(gòu)買(mǎi)運(yùn)營(yíng)商的帶寬以及架設(shè)管線，從使用上講，高校高帶寬的利用率并不高，所以花費(fèi)高額的資金去提高網(wǎng)絡(luò)帶寬對(duì)高校并不適用，因此，我們高校的網(wǎng)絡(luò)通信的服務(wù)質(zhì)量還是需要有一定的QOS機(jī)制來(lái)對(duì)重要的引用做出保障。目前我們通常所指的QOS技術(shù)主要有如下幾種模型。

2.1 盡力而為的服務(wù)(Best-effort Service)模型

采用的統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，對(duì)于數(shù)據(jù)通信設(shè)備(分組交換設(shè)備)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議棧針對(duì)每一個(gè)分組單獨(dú)的選擇傳輸路徑，不像時(shí)分復(fù)用(TDM)那樣具有專(zhuān)用連接的概念。

2.2 保證服務(wù)(IntServ 又稱(chēng)之為綜合服務(wù))模型

保證服務(wù)模型的目標(biāo)是在IP網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)支持實(shí)時(shí)服務(wù)和傳統(tǒng)的盡力而為服務(wù)，它是基于為每個(gè)信息流預(yù)留資源的一種結(jié)構(gòu)。

2.3 區(qū)分服務(wù)(DiffServ) 模型

保證服務(wù)模型存在著很大的弊端，它的弊端主要體現(xiàn)在擴(kuò)展性上，于是服務(wù)提供商和各種研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始提出新的機(jī)制，用于增加的支持服務(wù)數(shù)，而且這種機(jī)制必須具有良好的可擴(kuò)展性，于是便產(chǎn)生了區(qū)分服務(wù)模型。

區(qū)分服務(wù)模型的主要技術(shù)有：

流量分類(lèi)與標(biāo)記技術(shù)、擁塞管理技術(shù)(主要是各種隊(duì)列技術(shù))、擁塞避免技術(shù)、流量監(jiān)管技術(shù)、流量整型技術(shù)、鏈路層QoS技術(shù)、鏈路效率機(jī)制

3 QOS技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

高校網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，主要連接點(diǎn)都采用運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行架構(gòu)，隨著科技的發(fā)展，對(duì)企業(yè)組網(wǎng)提出了更高的要求實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一(語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù))以最大程度的對(duì)現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行利用并節(jié)約成本。各個(gè)場(chǎng)點(diǎn)互聯(lián)的聯(lián)網(wǎng)形式往往通過(guò)向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)專(zhuān)線或申請(qǐng)Interner鏈路在各場(chǎng)點(diǎn)間做VPN來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于只有單一出口，所以在網(wǎng)絡(luò)出口作QOS策略就顯得尤為重要。通過(guò)QOS對(duì)帶寬、時(shí)延敏感的應(yīng)用做出保障。QOS的實(shí)現(xiàn)工具：分類(lèi)和標(biāo)記工具 管制和整形工具 擁塞管理工具 擁塞避免工具等。

3.1 高校專(zhuān)線三網(wǎng)合一用戶(hù)的QOS部署

圖1 專(zhuān)線用戶(hù)企業(yè)組網(wǎng)圖

圖1是通過(guò)專(zhuān)線連接各個(gè)分支場(chǎng)點(diǎn)的企業(yè)組網(wǎng)。各個(gè)分支場(chǎng)點(diǎn)都運(yùn)行語(yǔ)音、視頻及傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的三網(wǎng)合一。網(wǎng)絡(luò)的局域網(wǎng)帶寬為100M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于廣域網(wǎng)的出口帶寬(2M)，所以在出口處會(huì)造成轉(zhuǎn)發(fā)的瓶頸，因此為保證重要數(shù)據(jù)的傳輸帶寬要求網(wǎng)絡(luò)各個(gè)場(chǎng)點(diǎn)需要部署QOS來(lái)保證語(yǔ)音、視頻應(yīng)用的帶寬和時(shí)延要求。組網(wǎng)前做好網(wǎng)絡(luò)所有應(yīng)用所需要帶寬的情況的分析調(diào)查，QOS技術(shù)實(shí)質(zhì)本身并不能創(chuàng)造新的帶寬，只能在現(xiàn)有帶寬的基礎(chǔ)上保證特定業(yè)務(wù)的通信質(zhì)量，這就比如一條交通道路，路面寬度是一定的，只能通過(guò)劃分車(chē)道區(qū)分公交車(chē)專(zhuān)用道、超車(chē)道、大型汽車(chē)道、小型汽車(chē)道、來(lái)合理管理交通道路，保障道路的通常，保障車(chē)輛快速的通過(guò)。如果道路并不寬闊，車(chē)流量有很大，在合理的管理也是不能達(dá)到預(yù)期效果的，所以帶寬是否滿(mǎn)足所有重要應(yīng)用在正常網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，是部署QOS的前提關(guān)鍵。帶寬足夠那我們?nèi)绾卧诂F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)QOS技術(shù)對(duì)關(guān)鍵應(yīng)用做出保障，需要我們從端到端的角度進(jìn)行部署。

3.2首先分析現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)服務(wù)質(zhì)量造成影響的因素：

3.2.1 流量的分類(lèi)：

首先要了解網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量成分。其中哪些流量是重要的優(yōu)先級(jí)別高的，這些流量對(duì)網(wǎng)絡(luò)都有什么要求，這是部署任何QOS策略的前提。就像一個(gè)帶寬中有FTP和HTTP語(yǔ)音、視頻及數(shù)據(jù)庫(kù)等流量，那我們就要分析例如FTP流量時(shí)延不敏感與對(duì)帶寬及時(shí)延都有要求的應(yīng)用對(duì)QOS的部署的要求是完全不同的。同時(shí)路由器對(duì)任何QOS策略的部署都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)效率造成影響，因此完整的流量進(jìn)行分析是合理部署QOS的前提，減少Q(mào)OS對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的轉(zhuǎn)發(fā)效率上的影響。所以部署QOS策略第一步是要標(biāo)記保障業(yè)務(wù)流量。其他不重要的流量只需采用盡力而為的轉(zhuǎn)發(fā)即可。

3.2.2 運(yùn)營(yíng)商

運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)情況一般對(duì)中小企業(yè)用戶(hù)都是不透明的，一般運(yùn)營(yíng)商不會(huì)參與到中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的策略部署中，但是就我校宿舍區(qū)移動(dòng)出口與聯(lián)通出口對(duì)比來(lái)說(shuō)，移動(dòng)出口對(duì)一些網(wǎng)站以及聯(lián)通電信服務(wù)器存在較大延時(shí)，這無(wú)疑產(chǎn)生一定的瓶頸問(wèn)題，所以在部署QOS時(shí)需要考慮調(diào)查，對(duì)于視頻、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)流等數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)都可以說(shuō)帶寬是充足的，這些流量的轉(zhuǎn)發(fā)不會(huì)在運(yùn)營(yíng)商處出現(xiàn)瓶頸。

3.2.3 局域網(wǎng)交換機(jī)與路由器之間處理性能上的差異

在高校局域網(wǎng)內(nèi)一般采用交換機(jī)設(shè)備，分別有接入層交換機(jī)、匯聚層交換機(jī)，有時(shí)候我們稱(chēng)其為三層交換機(jī)和二層交換機(jī)，接入成交換機(jī)采用硬件芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而帶有路由功能的匯聚交換機(jī)以及路由器設(shè)備通常是用軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，軟件轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)度取決于設(shè)備的處理能力以及數(shù)據(jù)量，一般達(dá)不到硬件轉(zhuǎn)發(fā)的速度，所以在設(shè)備中硬件轉(zhuǎn)發(fā)和軟件轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)存在轉(zhuǎn)發(fā)的瓶頸，匯聚交換機(jī)或路由器中線速流量會(huì)造成CPU繁忙，導(dǎo)致設(shè)備工作異常，所以在部署全網(wǎng)QOS策略時(shí)需要考慮這個(gè)問(wèn)題。通常的解決辦法是在設(shè)備上連的接口上配置限速。例如：第一種是當(dāng)路由器出口帶寬等于入口帶寬時(shí)，如高校向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)了1G的以太網(wǎng)專(zhuān)線，路由器下聯(lián)匯聚交換機(jī)是通過(guò)1000M以太網(wǎng)鏈路，此時(shí)需要對(duì)路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能進(jìn)行實(shí)測(cè)。假如測(cè)試出路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能為800M，考慮到路由器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)能力下降的情況，在匯聚交換機(jī)的上連路由器的接口處限制速率為700-750M以保證交換機(jī)的數(shù)據(jù)流量不會(huì)對(duì)路由器造成沖擊。同時(shí)在限速的匯聚交換機(jī)端口上配置以PQ一類(lèi)的QOS隊(duì)列調(diào)度技術(shù)，保證重要流量的優(yōu)先傳輸。第二種情況是當(dāng)高校網(wǎng)絡(luò)向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬小于路由器局域網(wǎng)入口帶寬時(shí)，例如：我校出口帶寬分別為聯(lián)通400M、移動(dòng)1G帶寬，此時(shí)交換機(jī)可以配置上連路由器接口的速率限制為路由器出口帶寬，也可以按照第一種情況配置為路由器接口的轉(zhuǎn)發(fā)能力范圍內(nèi)的速率。如果交換機(jī)上連口配置為2M，然后配合PQ一類(lèi)的QOS隊(duì)列調(diào)度技術(shù)保證重要業(yè)務(wù)的優(yōu)先傳輸可以大大減輕路由器對(duì)QOS策略的處理負(fù)擔(dān)，但是交換機(jī)的QOS支持能力往往不夠完善，可以采用一些專(zhuān)業(yè)的流量控制設(shè)備就行合理搭配使用。

例如：我校出口帶寬分別為聯(lián)通400M、移動(dòng)1G帶寬，400主要用于辦公教學(xué)區(qū)域，屬于第一種情況，有比較寬裕的出口帶寬，移動(dòng)1G帶寬主要用于學(xué)生宿舍以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)出口，并且我校采用H3CS10500運(yùn)營(yíng)商級(jí)雙核構(gòu)架，局域網(wǎng)需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于移動(dòng)出口帶寬，我校在核心與路由之間增加流量控制設(shè)備(山石SG6000M)，采用多種QOS控制工具。如圖2 IP QOS管理：

圖2 IPQOS管理

3.2.4 采用的QOS模型

目前可以使用的QOS模型主要是區(qū)分服務(wù)模型。對(duì)于語(yǔ)音視頻一類(lèi)的應(yīng)用主要是使用PQ和CBQ(CISCO稱(chēng)之為CBWFQ)技術(shù)來(lái)進(jìn)行通信的帶寬和時(shí)延的保障。PQ針對(duì)帶寬進(jìn)行一定的限制會(huì)導(dǎo)致部分應(yīng)用流量無(wú)法傳輸，目前在高校智慧校園網(wǎng)絡(luò)中最常使用的QOS技術(shù)是CBQ隊(duì)列調(diào)度技術(shù)，通過(guò)CBQ隊(duì)列技術(shù)提供的LLQ隊(duì)列來(lái)保證精品課堂，遠(yuǎn)程教學(xué)視頻的帶寬和時(shí)延，同時(shí)可以限制這類(lèi)應(yīng)用的帶寬，以避免該應(yīng)用占用太多的帶寬導(dǎo)致HTTP等其他應(yīng)用的流量被搶占。

3.2.5 端到端的考慮

由于每一種應(yīng)用都是端到端的應(yīng)用，所以在本例的網(wǎng)絡(luò)模型中每個(gè)場(chǎng)點(diǎn)都需要對(duì)QOS進(jìn)行相同的規(guī)劃，以保證重要數(shù)據(jù)在全網(wǎng)都可以正常傳輸。

4 總結(jié)

通過(guò)以上實(shí)例我們可以知道高校網(wǎng)絡(luò)部署QOS的策略方法，具體策略需要根據(jù)各高校實(shí)際情況進(jìn)行部署。在出口帶寬足夠的情況下，高校用戶(hù)通常只需要在自己的網(wǎng)絡(luò)中部署區(qū)分服務(wù)模型的QOS即可滿(mǎn)足重要業(yè)務(wù)的應(yīng)用。并且可以采用負(fù)載均衡設(shè)備進(jìn)行流量?jī)?yōu)化，由于我校資金有限處于設(shè)備過(guò)渡時(shí)期，并未購(gòu)置負(fù)載均衡設(shè)備。

總之，QOS技術(shù)的部署是十分靈活的，各高校智慧校園建設(shè)初期所關(guān)注的應(yīng)用流量不同，往往使用不同技術(shù)的組合來(lái)對(duì)關(guān)鍵流量進(jìn)行帶寬的保證。目前隨著各種應(yīng)用的出現(xiàn)，QOS已成為組網(wǎng)中必須要考慮的一個(gè)重要組件，同時(shí)具有QOS技術(shù)的設(shè)備更新也越來(lái)越多，可根據(jù)各高校實(shí)際資金情況進(jìn)行部署，以適應(yīng)不斷變化的組網(wǎng)出口帶寬需求。除了上面講到的高校網(wǎng)絡(luò)，很多運(yùn)營(yíng)商級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)得以普遍的實(shí)施很大程度上也決定于QOS技術(shù)的合理部署，目前端到端的QOS技術(shù)一直是NGN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的瓶頸(例如移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、聯(lián)通、電信之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的轉(zhuǎn)化瓶頸)，為能順利部署NGN網(wǎng)絡(luò)，QOS技術(shù)必然會(huì)有日新月異的發(fā)展和變化。當(dāng)然，部署了合理的QOS并不表示網(wǎng)絡(luò)就一定不會(huì)出現(xiàn)異常，網(wǎng)絡(luò)攻擊的存在、特別是內(nèi)部的攻擊對(duì)網(wǎng)絡(luò)的破壞是QOS無(wú)法保證和避免的。所以，要想真正使關(guān)鍵業(yè)務(wù)得到通信質(zhì)量的保證，也必須加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的安全保障力度，但QOS作為網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保證的技術(shù)基礎(chǔ)，地位還是無(wú)可替代的。以上內(nèi)容是自己工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，如有不對(duì)之處敬請(qǐng)諒解。

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(責(zé)任編輯：孫強(qiáng))

Application of QOS technology in Higher Vocational Colleges

SUN Zhen-hua1,ZHAO Mi2

(1.Ocean University of China,Qingdao Shandong 266100,China;2.No.57 Middle School of Qingdao,Shandong 266000,China)

Abstract: Based on the authors' work experience,this thesis introduces the principle of QOS technology,and elaborates how to deploy QOS in higher vocational colleges through examples.

QOS; flow; wisdom campus; load balancing

2013-12-30

孫振華(1984-)，男，山東濟(jì)寧人，青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師，中國(guó)海洋大學(xué)在讀碩士生。

TD392

A

1671-4385(2014)02-0119-04