IP網(wǎng)絡(luò)對Qos的支持

史景龍 邢小磊 冉小旭

【摘要】 本文對限制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)QoS進(jìn)行了分析，并針對某次衛(wèi)星發(fā)射試驗(yàn)任務(wù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，從流量分類思路上分析了如何實(shí)現(xiàn)DiffServ區(qū)分服務(wù)，以達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的目的。

【關(guān)鍵字】 QoS DSCP PQ DiffServ

一、前言

隨著IP網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的飛速發(fā)展， 能夠融合語音、視頻、數(shù)據(jù)的三網(wǎng)合一將是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。IP網(wǎng)絡(luò)能夠有如此巨大的發(fā)展，IP 作為其核心技術(shù)起到了決定性的作用。但其無連接、每包路由、盡力服務(wù)的特點(diǎn)，使其發(fā)展到今日成為支持新型需要服務(wù)保證的業(yè)務(wù)的最大障礙，這也使 IP 網(wǎng)絡(luò)的Qos（Quality of Service）研究和實(shí)施成為當(dāng)前 IP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。QoS服務(wù)質(zhì)量技術(shù)的出現(xiàn)便是致力于達(dá)到區(qū)分服務(wù)、保證服務(wù)質(zhì)量的目的。QoS 旨在針對各種應(yīng)用的不同需求，為其提供不同的服務(wù)質(zhì)量。對于具有不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求的語音、視頻和數(shù)據(jù)應(yīng)用通信而言，要求 IP 網(wǎng)絡(luò)核心具有區(qū)分出不同的通信的能力，進(jìn)而為之提供不同的服務(wù)，達(dá)到區(qū)分服務(wù)、保證服務(wù)質(zhì)量的目的。

二、Qos概述

QoS所評估的就是網(wǎng)絡(luò)投遞分組的服務(wù)能力。由于網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)是多樣的，因此對QoS的評估可以基于不同方面。通常所說的QoS，是對分組投遞過程中可為延遲、延遲抖動(dòng)、丟包率等核心需求提供支持的服務(wù)能力的評估。QoS并不能提高帶寬，但它可以通過對網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配與監(jiān)控，最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與抖動(dòng)，確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)的質(zhì)量。用于定量衡量QoS的指標(biāo)包括：

業(yè)務(wù)可用性：業(yè)務(wù)有保證的正常運(yùn)行時(shí)間。 延遲：數(shù)據(jù)包在兩個(gè)參考點(diǎn)間從發(fā)送到接收的時(shí)間間隔。 抖動(dòng)：經(jīng)同一路由發(fā)送一組數(shù)據(jù)包，在接收側(cè)收到該組數(shù)據(jù)包的時(shí)間時(shí)隔差異。 吞吐量：網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 丟包率：在網(wǎng)絡(luò)傳數(shù)據(jù)包時(shí)丟棄數(shù)據(jù)包的最高比率。數(shù)據(jù)包丟棄一般由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起。 通過對接入的業(yè)務(wù)流做不同的QoS策略，從而提供有區(qū)分的服務(wù)，使得鏈路滿足上述指標(biāo)。QoS機(jī)制包括流分類、CAR和隊(duì)列調(diào)度。

2.1流分類

流分類是將數(shù)據(jù)報(bào)文劃分為多個(gè)優(yōu)先級或多個(gè)服務(wù)類，如使用DSCP（Differentiated Services Code Point）CoS域的前6位，則最多可分成64類。在分類后，就可以將其它的QoS特性應(yīng)用到不同的分類，實(shí)現(xiàn)基于類的擁塞管理、流量整形等。流分類是對報(bào)文實(shí)施QoS策略的前提條件。簡單流分類作用于DS域的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，一個(gè)DS域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的簡單流分類規(guī)則一致。簡單流分類實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文原有的優(yōu)先級和設(shè)備內(nèi)部的優(yōu)先級相互映射，使報(bào)文在設(shè)備內(nèi)部按照設(shè)定的優(yōu)先級進(jìn)行傳送。簡單流分類相對于復(fù)雜流分類形式單一，配置簡單，使DS域內(nèi)的各節(jié)點(diǎn)QoS配置簡單化。

2.2 CAR

CAR（Commit Access Rate）即約定訪問速率，通過對接入的報(bào)文進(jìn)行速率限制的一種方式。CAR的目的就是為了對進(jìn)入的報(bào)文進(jìn)行染色（或者標(biāo)記），以及限定接入的報(bào)文速率，往往是和其他的QOS策略共同來提供全網(wǎng)QOS保障的。

CAR的主要功能有兩個(gè)：

標(biāo)記功能：由染色和重標(biāo)記實(shí)現(xiàn)。

流量限速：由對染色后的報(bào)文進(jìn)行具體的行為處理實(shí)現(xiàn)。

流量限速則是對染色后的報(bào)文是否丟棄進(jìn)行處理，以便限定該流量的接入速率。

基于流的CAR策略是指對進(jìn)入該接口的滿足特定條件的某一類或幾類報(bào)文進(jìn)行流量控制，而非所有報(bào)文。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先根據(jù)五元組（源地址、源端口號、協(xié)議號碼、目的地址、目的端口號）等報(bào)文信息對報(bào)文進(jìn)行分類，對于不同類的報(bào)文配置不同的CAR行為，通過流策略將流分類與流量控制行為相結(jié)合，然后在接口應(yīng)用流策略。

2.3 隊(duì)列調(diào)度

（1）PQ調(diào)度。PQ（Priority Queuing）調(diào)度，就是嚴(yán)格按照隊(duì)列優(yōu)先級的高低順序進(jìn)行調(diào)度。只有高優(yōu)先級隊(duì)列中的報(bào)文全部調(diào)度完畢后，低優(yōu)先級隊(duì)列才有調(diào)度機(jī)會。采用PQ調(diào)度方式，將延遲敏感的關(guān)鍵業(yè)務(wù)放入高優(yōu)先級隊(duì)列，將非關(guān)鍵業(yè)務(wù)放入低優(yōu)先級隊(duì)列，從而確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)被優(yōu)先發(fā)送。PQ調(diào)度的缺點(diǎn)是：擁塞發(fā)生時(shí)，如果較高優(yōu)先級隊(duì)列中長時(shí)間有分組存在，那么低優(yōu)先級隊(duì)列中的報(bào)文就會由于得不到服務(wù)而“餓死”。

（2）WRR調(diào)度。WRR（Weighted Round Robin）調(diào)度即加權(quán)輪詢調(diào)度。WRR在隊(duì)列之間進(jìn)行輪流調(diào)度，保證每個(gè)隊(duì)列都得到一定的服務(wù)時(shí)間。以端口有8個(gè)輸出隊(duì)列為例，WRR可為每個(gè)隊(duì)列配置一個(gè)加權(quán)值（依次為w7、w6、w5、w4、w3、w2、w1、w0），加權(quán)值表示獲取資源的比重。例如：一個(gè)100M的端口，配置它的WRR隊(duì)列調(diào)度算法的加權(quán)值為50、50、30、30、10、10、10、10（依次對應(yīng)w7、w6、w5、w4、w3、w2、w1、w0），這樣可以保證最低優(yōu)先級隊(duì)列至少獲得5Mbit/s帶寬，避免了采用PQ調(diào)度時(shí)低優(yōu)先級隊(duì)列中的報(bào)文可能長時(shí)間得不到服務(wù)的缺點(diǎn)。

WRR還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，雖然多個(gè)隊(duì)列的調(diào)度是輪詢進(jìn)行的，但對每個(gè)隊(duì)列不是固定地分配服務(wù)時(shí)間片——如果某個(gè)隊(duì)列為空，那么馬上換到下一個(gè)隊(duì)列調(diào)度，這樣帶寬資源可以得到充分的利用。

WRR調(diào)度有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是WRR調(diào)度按照報(bào)文個(gè)數(shù)進(jìn)行調(diào)度，而用戶一般關(guān)心的是帶寬。當(dāng)每個(gè)隊(duì)列的平均報(bào)文長度相等或已知時(shí)，通過配置WRR權(quán)重，用戶能夠獲得想要的帶寬；但是，當(dāng)隊(duì)列的平均報(bào)文長度變化時(shí)，用戶就不能通過配置WRR權(quán)重獲取想要的帶寬。二是低延時(shí)需求業(yè)務(wù)（如語音）得不到及時(shí)調(diào)度。

三、Qos在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

3.1 DiffServ模型

DiffServ模型是一種多服務(wù)模型，它針對不同的業(yè)務(wù)提供有差別的服務(wù)質(zhì)量，可以滿足不同的QoS需求。通過對接入的業(yè)務(wù)流做不同的QoS，能夠?qū)ζ淇蛻籼峁┯袇^(qū)分的服務(wù)。DiffServ模型中，網(wǎng)絡(luò)不需要為每個(gè)流維護(hù)狀態(tài)，它根據(jù)每個(gè)報(bào)文攜帶的優(yōu)先級來提供特定的服務(wù)?？梢杂貌煌姆椒▉碇付▓?bào)文的QoS，如IP報(bào)文的優(yōu)先級（IP Precedence），報(bào)文的源地址和目的地址等。網(wǎng)絡(luò)通過這些信息來進(jìn)行報(bào)文的分類、流量整形、流量監(jiān)管和隊(duì)列調(diào)度。

3.2 QoS配置流程

以某次衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)為例，若對其進(jìn)行流分類，則可簡單分為語音調(diào)度類和數(shù)據(jù)傳輸類，可在匯聚層對每個(gè)流添加對應(yīng)的ACL規(guī)則、流行為和流策略，從而使得每個(gè)流對應(yīng)不同的Qos策略。

（1）添加流分類表

system-view 進(jìn)入系統(tǒng)視圖

acl acl-number 創(chuàng)建一個(gè)ACL， acl-number取值范圍為2000～3999

rule [ rule-id ] permit udp source IP address 0 source-port range 3000～6000增加ACL規(guī)則

traffic classifier classifier-name 流分類并進(jìn)入流分類視圖

if –math acl acl-number對流分類的匹配規(guī)則進(jìn)行定義

quit 退出視圖

（2）添加流行為

system-view進(jìn)入系統(tǒng)視圖

traffic behavior behavior–name定義行為進(jìn)入流行為視圖。

car { cir cir-value

remark [ ipv6 ] dscp dscp-value重新標(biāo)記IPv4/IPv6報(bào)文的DSCP值

（3）添加流策略

traffic policy policy-name創(chuàng)建一個(gè)流策略并進(jìn)入對應(yīng)的流策略視圖

traffic classifier class-name behavior behavior-name把流分類和流行為進(jìn)行綁定

quit 退出視圖

（4）將流策略應(yīng)用到端口

system-view進(jìn)入系統(tǒng)視圖

interface gigabitethernet 0/0/1進(jìn)入端口視圖

traffic-policy p1 inbound

quit 退出視圖

（5）互聯(lián)端口策略

system-view進(jìn)入系統(tǒng)視圖

interface gigabitethernet 0/0/1 進(jìn)入端口視圖

trust dscp配置接口信任報(bào)文的DSCP值

qos pq 配置端口隊(duì)列的調(diào)度模式

quit 退出視圖

四、結(jié)論

隨著各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的增加，用戶對QoS要求不斷提高，因此，在資源有限的條件下，研究IP網(wǎng)絡(luò)對Qos的支持顯得意義非凡。同時(shí)，為了保證網(wǎng)絡(luò)暢通并提供高服務(wù)質(zhì)量，對其添加Qos策略必要性重要性不言而喻。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 吳功宜，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)教程，清華大學(xué)出版社，2007

[2] NealAllen.網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與故障診斷指南[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

[3] 朱艷琴，錢龍華，陳承勤.計(jì)算機(jī)組網(wǎng)技術(shù)教程.北京希望電子出版社.2