QoS服务模型

QoS服务模型

·在传统的IP网络中，所有的报文都被无区别的同等对待，在这种情况下，导致报文传送的可靠性、传送延迟等这些性能都不能提供任何保证
·我们知道在IP网络中，比如VoiceIP这种业务，也就是语音电话，打电话的业务属于我们敏感型的流量，也就是我们对于传输的实时性非常在乎，这类实时业务对传输延迟提出了一定的要求，如果报文传送的时间太长，那么肯定会影响到使用者的体验感。但是如果对于E-Mail或者FTP这类业务，属于非敏感型流量，实际上可以不要求实时性
·以上都是例子，那么为了支持具有不同服务雪球的语音、视频以及数据等业务，我们要求网络能够区分出不对类型的通信，然后提供相对应的服务。
·QoS技术就是致力于解决这个问题的
·这里讲解的是IP QoS，那么对于IPv6来说，还有IPv6 Qos，以及我们之前学习MPLS v*n里面提到的MPLS v*n Qos，以及在二层交换机上也有二层QoS

传统端到端网络通信存在问题

• 在很久以前的网络中，我们实际的应用不是因特网，而是进行文件共享，在那个使用没有这么多类型的流量，因此对服务质量没什么要求，所以我们要来理解一下传统的IP网络和我们当前的IP网络到底存在什么区别。
  

• QoS：概念
  

• 对于BT业务来说，如果我们在下载的时候没有做QoS的话，会导致我们所有终端的流量都被吃掉，肯定会影响我内网的通信质量，这个情况我们可以总结为一句话：提高某类业务的服务质量同时也会损害其他业务的服务质量

网络带宽
这里存在木桶理论：最大带宽BWmax等于传输路径上的最小带宽。
这条端到端链路上，最大的传输带宽的瓶颈存在于速度最慢的那条链路上

• 互联网中经常会发现个问题，内网速率都是千兆或者更快，瓶颈往往在运营商这里
• 带宽不足解决方案
  
  -升级链路是土豪做法
  -对于队列机制来说，我们可以去判断流量的类型，如果是语音的流量，那么先让过，BT流量或者其他下载流量再过，保障我们实时性流量的使用。
  -二层帧压缩，传输的时候压缩了之后，传输速度不变，那么对于原链路来说，相当于加大了带宽
• 对于IP包头部压缩有几种情况，
  ①：IP+TCP的压缩
  ②IP+UDP+RTP的压缩：一些IP电话里面是这种封装模式
  对于以上的情况，例如IP+TCP+DATA以及IP+UDP+RTP+DATA，假设数据DATA都是1个字节，那么IP+TCP以及IP+UDP+RTP固定大小相同，都是40字节，就会发现实际上承载的数据是非常小的，因此如果使用了IP包头部以后，IP+TCP40个字节可以压缩成2-4个字节，IP+UDP+RTP去查

网络时延
单个网络设备的时延包括传输时延、串行化时延、处理时延、以及队列时延。

-传输时延以及串行化时延实际上代表的意思就是升级链路，但是更换的代价比较大，因此我们暂时不考虑，处理时延可以通过更换背板来提高，因此也是不常用的
-所以对于我们来说， 最好的方式就是通过QoS处理队列时延，来根据流量进行优选分类
-端到端的实验实际上就是（传输时延+串行化时延+处理时延+队列时延）之和

抖动
·例如打电话，我们有时候第一个字听到了，然后卡了一下，然后后面2个字蹦出来，然后又来了一个字，这种情况是由于我们每个报文的端到端时延不相等造成的，这就是抖动。
·一般来说，时延越小则时延抖动的范围越小，反之则越大
·语音或者视频流量，如果抖动的话会影响我们正常的使用，会导致断续。有些协议是按固定的时间间隔发送交互性报文，抖动过大就会导致协议震荡，而实际上所有传输系统都有抖动，但只要抖动在规定容差之内就不会影响服务质量

丢包

• 丢包（packet loss）可能在所有环节中发生，例如：
  
  -在很多时候，丢包一般都是因为队列满而造成的，在队列满的时候，一般采用尾丢弃的方式来进行丢包
• 丢包率是指在网络传输过程中丢失报文占传输报文的百分比。丢包可用于衡量网络的可靠性。
  

丢包解决方案：

①：就是避免拥塞就不需要考虑其他因素了
②：拥塞管理是出现了拥塞以后，才会出现的解决方案
·对于↓这一点来说，拥塞了肯定会导致大量丢包，因此路由器现在需要去监测链路，如果快出现拥塞了，那么先把不重要的先丢掉，不然如果出现拥塞出现了，那么会导致不管重要的还是不重要的数据包都会丢失。
③为了防止发生拥塞，因此丢弃一些不重要的数据包，以此来保证大规模数据包不会因为拥塞而被丢弃----拥塞避免

QoS总结

服务模型

• 尽力而为服务模型
  

• 综合服务模型
  -是一个综合服务模型，可以满足多种QoS需求，这种服务模型在发送报文前，需要向网络申请特定的服务
  -在数据发送之前要了解特定服务的需求
  -为每一条数据流做保证（由两端的IP地址、端口号、协议号确定）
  -优点：绝对保证服务
  -缺点：不能实现复用

·RSVP协议（资源预留协议）：告诉链路我对于某种类型的数据，需要预留多少带宽、资源
·我们要考虑数据流的概念，例如现在有FTP/HTTP/TELNET的流量，那么在这种情况下，比如FTP->100k http->500k telnet->50k流量，我们需要对某种协议的某个流进行一个控制，因此要用到五元组的概念（源目IP、源目端口以及协议号）。
·确定了数据流之后，使用RSVP协议的综合服务模型进行一个端到端的带宽预留
·绝对保证服务，实际上就是先预留了我们的资源，有流量直接走就完事儿，但是不能复用。
·现在基本上不用综合服务模型，因为如果按照绝对保证服务以及不能复用的机制来说，有种专线的感觉，比如一个带宽就是给某个流预留的，实际上太浪费带宽了，因此我们没怎么去用

• IntServ模型要求端到端网络的所有节点都支持RSVP协议，且每个节点都需要周期性地同相邻节点交换状态信息，这样就会加大协议报文导致的开销。更关键的是，所有网络节点都需要为每个数据流保存状态信息，而当前在Internet骨干网上有着成千上万条数据流，因此IntServ模型在Internet骨干网上无法得到广泛应用。

区分服务模型
·大部分部署QoS的时候都是区分服务模型

• 之前说IPv4头部信息的时候，里面有ToS字段，也就是区分服务类型，里面有个DSCP值，叫做差分服务代码点，通过设置这个参数，来告知网络QoS的需求。
  例如：我们现在分配1、2、3、5、6的DSCP值，如果碰到数值为5，那就快速转发，如果看到6我们就干掉

• 对于区分服务模型，实际上就以下三个步骤
  

• 默认情况下，终端发送数据时，IP头部里的DSCP值都是0，没有区分，当我到了路由器以后，就可以进行区分了，通过五元组进行区分，例如一看到是语音的流量，那么就设置DSCP为X，如果是BT的，那就是Y，这个实际上就是打标。打标完成之后，我们针对不同的标记执行不同的QoS策略

• 对于PC1建立PC2端到端的连接的话，如果使用区分服务模型，那么R1,R2,R3都需要去部署QoS，如果不这么做，可能R1会对PC1来的语音流量always first ，但是在R2上可能不一定是always first

• 当然也可能只做一台设备，因为如果作为公司的出口路由器去做QoS的话，决定它们要干什么

• DS节点：实现DiffServ功能的网络节点称为DS节点，也就是一个DS node。
• DS边界节点：负责连接另一个DS域或者连接一个没有DS功能的域的节点。DS边界节点负责将进入此DS域的业务流进行分类和流量调整。
• DS内部节点：用于在同一个DS域中连接DS边界节点和其他内部节点。DS内部节点仅需基于报文中的EXP、802.1p、IPP等字段值进行简单的流分类以及对相应的流进行流量控制。
• DS域（DS Domain）：一组采用相同的服务提供策略和实现了相同PHB（Per Hop Behaviors）的相连DS节点组成。一个DS域由相同管理部门的一个或多个网络组成，如一个DS域可以是一个ISP，也可以是一个企业的内部网络。
• Non-DS domain：非DS域，例如公司分布和公司总部，
• 那么在这种情况下，非DS域的数据进来我们就要进行流量整形，也就是流量的限制，但是流量没有任何的标识，即时我们在内网中做了，但是在运营商中，也不会信任，因此，需要在DS边界节点中，需要对复杂流进行分配，确定是否为指定的流，比如说语音流，如果是语音流，那么就会进行着色（打标），打标后，我们就要进行策略实施，是按照QoS针对特定流的一系列操作，保证公司总部和分部之间的数据流的质量。