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QoS-提升网络质量的神器

更新时间:2022年10月17日   作者:spoto   标签(Tag):

很有意思,今天收到一个网工同学的吐槽:干网络工程师这一行,可能陪老婆孩子的时间,还没有陪网络多……

这是网络工程师们哭笑不得的常态,但也的确很真实的反映了我们这群人的现状。

对面网络,其实搭建网络并不是最难的,在网络遇到问题,你能马上找到问题并处理,这个高度的处理效率,才是最难的。

很多网工在网络这行干了几年,技术也掌握的也还可以。像什么STP、VLAN甚至MPLS都能拿下,但是聊到今天文章的主角,就多少都有点懵。

它能够帮你高效的解决网络延迟和阻塞,是为你的网络提供的一种安全机制。

我们今天就来聊聊这个技术,QoS

 

一、QoS,提升网络质量的神器

QoS(Quality of Service,服务质量)指一个网络能够利用各种基础技术,为指定的网络通信提供更好的服务能力,是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。

QoS的保证对于容量有限的网络来说是十分重要的,特别是对于流多媒体应用,例如VoIP和IPTV等,因为这些应用常常需要固定的传输率,对延时也比较敏感。

网络资源总是有限的,只要存在抢夺网络资源的情况,就会出现服务质量的要求。

服务模型优缺点比较

 

服务质量是相对网络业务而言的,在保证某类业务的服务质量的同时,可能就是在损害其它业务的服务质量。

例如,在网络总带宽固定的情况下,如果某类业务占用的带宽越多,那么其他业务能使用的带宽就越少,可能会影响其他业务的使用。

因此,网络管理者需要根据各种业务的特点来对网络资源进行合理的规划和分配,从而使网络资源得到高效利用。

举个最接地气的例子吧,我们每个人在住宿舍的时候,都会遇到一个情况,就是宿舍只有一个宽带,但却有4-8个人使用。

如果一个舍友在打游戏,一个舍友在下载电影,那剩下的人使用网络大概率都是卡死。

QoS 就是解决这个问题的,它可以将带宽平均分配,比如100M bps分给4个人,每人25M,它可以根据每台主机的MAC地址,分配一个固定的IP地址,然后根据IP地址不同,分配20M的带宽。

这样的话,即使是带宽拥堵时,也可以保证每个主机25M的带宽。

当然,如果网络带宽空闲时,你也可以用超过25M bps的带宽。

换句话说,网络限速只发生在网络拥堵时,保证大家每人25Mbps的保证带宽。

是不是很好用?

 

二、常用的QoS技术 在网络中的位置

QoS技术 在网络中的位置

 

01 流分类

采用一定的规则识别符合某类特征的报文,它是对网络业务进行区分服务的前提和基础。

 

02 流量监管

对进入或流出设备的特定流量进行监管。当流量超出设定值时,可以采取限制或惩罚措施,以保护网络资源不受损害。可以作用在接口入方向和出方向。

 

03 流量整形

一种主动调整流的输出速率的流量控制措施,用来使流量适配下游设备可供给的网络资源,避免不必要的报文丢弃,通常作用在接口出方向。

 

04 拥塞管理

就是当拥塞发生时如何制定一个资源的调度策略,以决定报文转发的处理次序,通常作用在接口出方向。

 

05 拥塞避免

监督网络资源的使用情况,当发现拥塞有加剧的趋势时采取主动丢弃报文的策略,通过调整队列长度来解除网络的过载,通常作用在接口出方向。

 

三、Qos的这些用法 别说你还不知道

01 分组分类器和标记器

网络边界上的路由器根据TCP/IP分组报头中的一个或多个字段,使用分类器功能来标记识别属于特定通信类的分组,然后用标记器功能标记已被分类的通信,这是通过设置IP优先字段或区分服务代码点(DSCP)字段来实现的。

 

02 通信速率管理

服务提供商使用控制(policing)功能度量进入网络的客户通信,并将其与客户的通信配置文件(profile)进行比较。

 

通信速率管理

 

同时,接入服务提供商网络的企业可能需要使用通信整形功能 来度量其所有的通信,并以恒定的速率将它们发送出去,以符合服务提供商的控制功能。

令牌桶一种常用的通信度量方案。

 

03 资源分配

先进先出 (FIFO) 调度是一种被当前的 Internet 路由器和交换机所广泛采用的传统排队机制。虽然先进先出调度部署起来很简单,但是在提供 QoS 时有一些基本的问题。

先进先出 (FIFO) 调度

 

它没有提供优先级处理对延迟敏感的通信并将其移至队开头的手段,对所有的通信都完全同等地对待,不存在通信区分或服务区分的概念。

对于提供QoS的调度算法,至少要能区分队列中的不同分组,并知道每个分组的服务等级。

调度算法决定接下来处理队列中的哪一个分组,而流分组获得服务的频度决定了为这个流分配的带宽或资源。

 

04 拥塞避免和分组丢弃策略

在传统的先进先出排队技术中,队列管理是这样实现的:当队列中的分组数量达到队列的最大长度后,将到达的分组全部丢弃。

这种队列管理技术叫做尾部丢弃(tail drop), 它只在队列完全填满时发出拥塞信号。

在这种情况下,没有使用积极的队列管理来避免拥塞,也没有减小队列尺寸来使排队延迟最小。

积极的队列算法管理使得路由器在队列溢出前就可以检测到拥塞。

 

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05 QoS信令协议

RSVP 是在 Internet 上提供端到端 QoS 的 IETF Intserv 体系结构的一部分,它使得应用程序可以向网络提出每个流的服务质贯要求。

服务参数用来量化这些要求,供管理控制使用。

 

QoS信令协议

 

06 交换

路由器的主要功能是根据转发表中的信息快速、高效地将所有输入通信交换到正确的输 出端口和下一中继段地址。

传统的基于缓存的转发机制虽然高效,但是由于 它是由通信驱动的,所以存在扩展性和性能方面的问题,并且在网络不稳定时会增加缓存维护工作,并降低 交换性能。

基于拓扑的转发方法通过建立一个与路由器路由表完全相同的转发表,解决了基于缓存的转发机制中存在的问题。

 

07 路由

传统的路由仅仅基于目的地,并且在最短路径上是根据路由表来路由分组的。

对于某些网络情况,这显得不够灵活。策略路由是一种 QoS 功能,它使得用户可以不根据目的地进行路由,而是根据各种用户自己可以配置的分组参数进行路由。

当前的路由选择协议提供了最短路径路由,它基于量度值(如管理成本、权重或中继段数)来选择路由。

分组是根据路由表被传输的,而对流的要求或路由上可用的资源一无所知。

QoS 路由则是一种考虑了流的 QoS 要求的路由选择机制,它在选择路由时,对网络上可用的资源有一定的了解。

 

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