IP網絡對Qos的支持

史景龍 邢小磊 冉小旭

【摘要】 本文對限制網絡發展的關鍵技術QoS進行了分析，并針對某次衛星發射試驗任務網絡特點，從流量分類思路上分析了如何實現DiffServ區分服務，以達到優化網絡服務質量的目的。

【關鍵字】 QoS DSCP PQ DiffServ

一、前言

隨著IP網絡及應用的飛速發展， 能夠融合語音、視頻、數據的三網合一將是網絡發展的必然趨勢。IP網絡能夠有如此巨大的發展，IP 作為其核心技術起到了決定性的作用。但其無連接、每包路由、盡力服務的特點，使其發展到今日成為支持新型需要服務保證的業務的最大障礙，這也使 IP 網絡的Qos（Quality of Service）研究和實施成為當前 IP 網絡進一步發展的關鍵。QoS服務質量技術的出現便是致力于達到區分服務、保證服務質量的目的。QoS 旨在針對各種應用的不同需求，為其提供不同的服務質量。對于具有不同網絡服務要求的語音、視頻和數據應用通信而言，要求 IP 網絡核心具有區分出不同的通信的能力，進而為之提供不同的服務，達到區分服務、保證服務質量的目的。

二、Qos概述

QoS所評估的就是網絡投遞分組的服務能力。由于網絡提供的服務是多樣的，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、丟包率等核心需求提供支持的服務能力的評估。QoS并不能提高帶寬，但它可以通過對網絡資源的合理分配與監控，最大限度地減少網絡延時與抖動，確保關鍵業務的質量。用于定量衡量QoS的指標包括：

業務可用性：業務有保證的正常運行時間。 延遲：數據包在兩個參考點間從發送到接收的時間間隔。 抖動：經同一路由發送一組數據包，在接收側收到該組數據包的時間時隔差異。 吞吐量：網絡中發送數據包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 丟包率：在網絡傳數據包時丟棄數據包的最高比率。數據包丟棄一般由網絡擁塞引起。 通過對接入的業務流做不同的QoS策略，從而提供有區分的服務，使得鏈路滿足上述指標。QoS機制包括流分類、CAR和隊列調度。

2.1流分類

流分類是將數據報文劃分為多個優先級或多個服務類，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特性應用到不同的分類，實現基于類的擁塞管理、流量整形等。流分類是對報文實施QoS策略的前提條件。簡單流分類作用于DS域的內部節點，一個DS域內的所有節點的簡單流分類規則一致。簡單流分類實現網絡中的報文原有的優先級和設備內部的優先級相互映射，使報文在設備內部按照設定的優先級進行傳送。簡單流分類相對于復雜流分類形式單一，配置簡單，使DS域內的各節點QoS配置簡單化。

2.2 CAR

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

CAR的主要功能有兩個：

標記功能：由染色和重標記實現。

流量限速：由對染色后的報文進行具體的行為處理實現。

流量限速則是對染色后的報文是否丟棄進行處理，以便限定該流量的接入速率。

基于流的CAR策略是指對進入該接口的滿足特定條件的某一類或幾類報文進行流量控制，而非所有報文。具體實現時，首先根據五元組（源地址、源端口號、協議號碼、目的地址、目的端口號）等報文信息對報文進行分類，對于不同類的報文配置不同的CAR行為，通過流策略將流分類與流量控制行為相結合，然后在接口應用流策略。

2.3 隊列調度

（1）PQ調度。PQ（Priority Queuing）調度，就是嚴格按照隊列優先級的高低順序進行調度。只有高優先級隊列中的報文全部調度完畢后，低優先級隊列才有調度機會。采用PQ調度方式，將延遲敏感的關鍵業務放入高優先級隊列，將非關鍵業務放入低優先級隊列，從而確保關鍵業務被優先發送。PQ調度的缺點是：擁塞發生時，如果較高優先級隊列中長時間有分組存在，那么低優先級隊列中的報文就會由于得不到服務而“餓死”。

（2）WRR調度。WRR（Weighted Round Robin）調度即加權輪詢調度。WRR在隊列之間進行輪流調度，保證每個隊列都得到一定的服務時間。以端口有8個輸出隊列為例，WRR可為每個隊列配置一個加權值（依次為w7、w6、w5、w4、w3、w2、w1、w0），加權值表示獲取資源的比重。例如：一個100M的端口，配置它的WRR隊列調度算法的加權值為50、50、30、30、10、10、10、10（依次對應w7、w6、w5、w4、w3、w2、w1、w0），這樣可以保證最低優先級隊列至少獲得5Mbit/s帶寬，避免了采用PQ調度時低優先級隊列中的報文可能長時間得不到服務的缺點。

WRR還有一個優點是，雖然多個隊列的調度是輪詢進行的，但對每個隊列不是固定地分配服務時間片——如果某個隊列為空，那么馬上換到下一個隊列調度，這樣帶寬資源可以得到充分的利用。

WRR調度有兩個缺點：一是WRR調度按照報文個數進行調度，而用戶一般關心的是帶寬。當每個隊列的平均報文長度相等或已知時，通過配置WRR權重，用戶能夠獲得想要的帶寬；但是，當隊列的平均報文長度變化時，用戶就不能通過配置WRR權重獲取想要的帶寬。二是低延時需求業務（如語音）得不到及時調度。

三、Qos在網絡中的應用

3.1 DiffServ模型

DiffServ模型是一種多服務模型，它針對不同的業務提供有差別的服務質量，可以滿足不同的QoS需求。通過對接入的業務流做不同的QoS，能夠對其客戶提供有區分的服務。DiffServ模型中，網絡不需要為每個流維護狀態，它根據每個報文攜帶的優先級來提供特定的服務。可以用不同的方法來指定報文的QoS，如IP報文的優先級（IP Precedence），報文的源地址和目的地址等。網絡通過這些信息來進行報文的分類、流量整形、流量監管和隊列調度。

3.2 QoS配置流程

以某次衛星發射任務為例，若對其進行流分類，則可簡單分為語音調度類和數據傳輸類，可在匯聚層對每個流添加對應的ACL規則、流行為和流策略，從而使得每個流對應不同的Qos策略。

（1）添加流分類表

system-view 進入系統視圖

acl acl-number 創建一個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規則

traffic classifier classifier-name 流分類并進入流分類視圖

if –math acl acl-number對流分類的匹配規則進行定義

quit 退出視圖

（2）添加流行為

system-view進入系統視圖

traffic behavior behavior–name定義行為進入流行為視圖。

car { cir cir-value

remark [ ipv6 ] dscp dscp-value重新標記IPv4/IPv6報文的DSCP值

（3）添加流策略

traffic policy policy-name創建一個流策略并進入對應的流策略視圖

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

quit 退出視圖

（4）將流策略應用到端口

system-view進入系統視圖

interface gigabitethernet 0/0/1進入端口視圖

traffic-policy p1 inbound

quit 退出視圖

（5）互聯端口策略

system-view進入系統視圖

interface gigabitethernet 0/0/1 進入端口視圖

trust dscp配置接口信任報文的DSCP值

qos pq 配置端口隊列的調度模式

quit 退出視圖

四、結論

隨著各種網絡業務的增加，用戶對QoS要求不斷提高，因此，在資源有限的條件下，研究IP網絡對Qos的支持顯得意義非凡。同時，為了保證網絡暢通并提供高服務質量，對其添加Qos策略必要性重要性不言而喻。

參 考 文 獻

[1] 吳功宜，計算機網絡應用技術教程，清華大學出版社，2007

[2] NealAllen.網絡維護與故障診斷指南[M].北京：中國科學技術出版社，1999.

[3] 朱艷琴，錢龍華，陳承勤.計算機組網技術教程.北京希望電子出版社.2