传统的分组网络对所有报文都无区别的等同对待。每个交换机/路由器对所有的报文采用先入先出的策略fifo处理,尽最大的努力best-effort将报文送到目的地,但对报文传送的延时、延时抖动等传输性能不提供任何承诺和保证。
随着计算机网络的高速发展,对带宽、延迟、抖动敏感的语音、图像、重要数据越来越多地在网上传输。这样一方面使得网上的业务资源极大地丰富,另一方面则由于经常遭遇网络拥塞,人们对网络传输的服务质量qos quality of service提出了更高的要求。
以太网技术是当今被广泛使用的网络技术。目前,以太网不仅成为各种独立的局域网中的主导技术,许多以太网形式的局域网也成为了internet 的组成部分。而且随着以太网技术的不断发展,以太网接入方式也将成为广大普通internet 用户的主要接入方式之一。因此要实现端到端的全网qos解决方案,不可避免地要考虑以太网上的qos业务保证的问题。这就需要以太网交换设备应用以太网qos技术,对不同类型的业务流提供不同等级的qos保证。尤其是能够支持那些对延时和抖动要求较高的业务流。
6.5.1.1 qos相关术语和概念
1、流:流即业务流traffic 指所有通过交换机的报文。
2、流分类:流分类traffic classification是指采用一定的规则识别出符合某类特征的报文。分类规则classification rule指配置管理员根据管理需求配置的规则。分类规则很简单,一般的分类依据都局限在封装报文的头部信息。
3、优先级标记:以太网交换机可为特定报文提供优先级标记的服务,标记内容包括tos、dscp 802.1p等这些优先级标记分别适用于不同的qos模型在不同的模型中被定义。
4、队列调度:当网络拥塞时,必须解决多个报文同时竞争使用资源的问题。通常采用队列调度加以解决。这里介绍3种各具特色的队列调度算法:严格优先级sp(strict-priority) 加权平均优先级(wrr:weighted round robin)调度算法。
下面用简单的例子对比了在网络发生拥塞时,报文在无qos保证和有qos保证网络中的不同处理过程。
1、下图所示为发生拥塞时,网络设备的一个接口在不支持qos的情况下,报文的发送情况:

所有要从该接口输出的报文,按照到达的先后顺序进入接口的fifo队列尾部,而接口在发送报文时,从fifo(first in first out,先入先出)队列的头部开始,依次发送报文,所有的报文在发送过程中,没有任何区别,也不对报文传送的质量提供任何保证。
2、下图是一个用sq(strict queuing)优先队列来支持qos的报文发送情况:

在报文到达接口后,首先对报文进行分类,然后按照报文所属的类别让报文进入所属队列的尾部,在报文发送时,按照优先级,总是在所有优先级高的队列发送完毕后,再发送低优先级队列中的报文。这样在每次发送报文时,总是将优先级高的报文先发出去,保证了属于较高优先级队列的报文有非常低的时延,其报文的丢失率和通过率这两个性能指标在网络拥塞时也可以有一定的保障。
3、下图是一个用wrr(weighted round robin)加权平均优先级队列支持qos的报文发送情况:

wrr是按照对列的权重进行对列调策略,对列对应的权重越大,该队列中的数据包越能优先转发,这在保证公平的基础上对不同优先级的业务体现优先转发的特性。
qos旨在针对各种应用的不同需求,为其提供不同的服务质量,例如:提供专用带宽、减少报文丢失率、降低报文传送时延及时延抖动等。为实现上述目的,qos提供了下述功能:
a 报文分类和着色
b 避免和管理网络拥塞
c 流量监管和流量整形
d qos信令协议
6.5.1.2 qos的应用
qos可以控制各种网络应用和满足各种网络应用要求,如:
1、控制资源:如可以限制骨干网上ftp使用的带宽,也可以给数据库访问以较高优先级。
2、可裁剪的服务:对于isp(inernet service provider,internet服务提供商),其用户可能传送语音、视频或其他实时业务,qos使isp能区分这些不同的报文,并提供不同服务。
3、多种需求并存:可以为时间敏感的多媒体业务提供带宽和低时延保证,而其他业务在使用网络时,也不会影响这些时间敏感的业务。
在一个网络中,需要以下的三个部分来完成端到端的qos:
4、各网络元件(路由器、以太网交换机等)支持qos,提供队列调度、流量整形等功能。
5、信令技术来协调端到端之间的网络元件为报文提供qos。
6、qos控制和管理端到端之间的报文在一个网络上的发送。而每个网络元件提供如下功能:
7、报文分类,对不同类别的报文提供不同的处理。
8、队列管理和调度来满足不同应用要求的不同服务质量。
9、流量监管和流量整形限制和调整报文输出的速度。
10、接入控制来确定是否允许用户信息流使用网络资源。