QoS

QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)指一個網(wǎng)絡(luò)能夠利用各種基礎(chǔ)技術(shù)，為指定的網(wǎng)絡(luò)通信提供更好的服務(wù)能力，是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制， 是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。QoS的保證對于容量有限的網(wǎng)絡(luò)來說是十分重要的，特別是對于流多媒體應(yīng)用，例如VoIP和IPTV等，因?yàn)檫@些應(yīng)用常常需要固定的傳輸率，對延時也比較敏感。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的時候，所有的數(shù)據(jù)流都有可能被丟棄;為滿足用戶對不同應(yīng)用不同服務(wù)質(zhì)量的要求，就需要網(wǎng)絡(luò)能根據(jù)用戶的要求分配和調(diào)度資源，對不同的數(shù)據(jù)流提供不同的服務(wù)質(zhì)量：對實(shí)時性強(qiáng)且重要的數(shù)據(jù)報(bào)文優(yōu)先處理;對于實(shí)時性不強(qiáng)的普通數(shù)據(jù)報(bào)文，提供較低的處理優(yōu)先級，網(wǎng)絡(luò)擁塞時甚至丟棄。QoS應(yīng)運(yùn)而生。支持QoS功能的設(shè)備，能夠提供傳輸品質(zhì)服務(wù);針對某種類別的數(shù)據(jù)流，可以為它賦予某個級別的傳輸優(yōu)先級，來標(biāo)識它的相對重要性，并使用設(shè)備所提供的各種優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)策略、擁塞避免等機(jī)制為這些數(shù)據(jù)流提供特殊的傳輸服務(wù)。配置了QoS的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，增加了網(wǎng)絡(luò)性能的可預(yù)知性，并能夠有效地分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，更加合理地利用網(wǎng)絡(luò)資源。下面從QoS服務(wù)模型出發(fā)，對使用最多、最成熟的一些QoS技術(shù)逐一進(jìn)行描述。在特定的環(huán)境下合理地使用這些技術(shù)，可以有效地提高服務(wù)質(zhì)量。通常QoS提供以下三種服務(wù)模型：Best-Effort service(盡力而為服務(wù)模型)，Integrated service(綜合服務(wù)模型，簡稱Int-Serv)，Differentiated service(區(qū)分服務(wù)模型，簡稱Diff-Serv)。

1. Best-Effort服務(wù)模型是一個單一的服務(wù)模型，也是最簡單的服務(wù)模型。對Best-Effort服務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò)盡最大的可能性來發(fā)送報(bào)文。但對延時、可靠性等性能不提供任何保證。Best-Effort服務(wù)模型是網(wǎng)絡(luò)的缺省服務(wù)模型，通過FIFO(first in first out 先入先出)隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)。它適用于絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如FTP、E-Mail等。

2. Int-Serv服務(wù)模型Int-Serv是一個綜合服務(wù)模型，它可以滿足多種QoS需求。該模型使用資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)，RSVP運(yùn)行在從源端到目的端的每個設(shè)備上，可以監(jiān)視每個流，以防止其消耗資源過多。這種體系能夠明確區(qū)分并保證每一個業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量，為網(wǎng)絡(luò)提供最細(xì)粒度化的服務(wù)質(zhì)量區(qū)分。但是，Inter-Serv模型對設(shè)備的要求很高，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流數(shù)量很大時，設(shè)備的存儲和處理能力會遇到很大的壓力。Inter-Serv模型可擴(kuò)展性很差，難以在Internet核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)施。3. Diff-Serv服務(wù)模型是一個多服務(wù)模型，它可以滿足不同的QoS需求。與Int-Serv不同，它不需要通知網(wǎng)絡(luò)為每個業(yè)務(wù)預(yù)留資源。區(qū)分服務(wù)實(shí)現(xiàn)簡單，擴(kuò)展性較好。

產(chǎn)生背景在因特網(wǎng)創(chuàng)建初期，沒有意識到QoS應(yīng)用的需要。因此，整個因特網(wǎng)運(yùn)作如一個“竭盡全力”的系統(tǒng)。每段信息都有4個“服務(wù)類別”位和3個“優(yōu)先級”位，但是他們完全沒有派上用場。依發(fā)送和接收者看來，數(shù)據(jù)包從起點(diǎn)到終點(diǎn)的傳輸過程中會發(fā)生許多事情，并產(chǎn)生如下有問題的結(jié)果：·丟失數(shù)據(jù)包- 當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)一個緩沖器(buffer)已滿的路由器時，則代表此次的發(fā)送失敗，路由器會依網(wǎng)絡(luò)的狀況決定要丟棄、不丟棄一部份或者是所有的數(shù)據(jù)包，而且這不可能在預(yù)先就知道，接收端的應(yīng)用程序在這時必須請求重新傳送，而這同時可能造成總體傳輸嚴(yán)重的延遲?！ぱ舆t- 或許需要很長時間才能將數(shù)據(jù)包傳送到終點(diǎn)，因?yàn)樗鼤宦L的隊(duì)列遲滯，或需要運(yùn)用間接路由以避免阻塞;也許能找到快速、直接的路由?？傊舆t非常難以預(yù)料?！鬏旐樞虺鲥e- 當(dāng)一群相關(guān)的數(shù)據(jù)包被路由經(jīng)過因特網(wǎng)時，不同的數(shù)據(jù)包可能選擇不同的路由器，這會導(dǎo)致每個數(shù)據(jù)包有不同的延遲時間。最后數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地的順序會和數(shù)據(jù)包從發(fā)送端發(fā)送出去的順序不一致，這個問題必須要有特殊額外的協(xié)議負(fù)責(zé)刷新失序的數(shù)據(jù)包。·出錯- 有些時候，數(shù)據(jù)包在被運(yùn)送的途中會發(fā)生跑錯路徑、被合并甚至是毀壞的情況，這時接收端必須要能偵測出這些情況，并將它們統(tǒng)統(tǒng)判別為已遺失的數(shù)據(jù)包，再請求發(fā)送端再送一份同樣的數(shù)據(jù)包。吞吐量：在特定時段內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的請求數(shù)量，這個指標(biāo)同樣也受到負(fù)載能力和延時性的限制。

釋義1.國際電信聯(lián)盟(ITU)在x.902標(biāo)準(zhǔn)即“信息技術(shù)開放式處理參考模型”中定義服務(wù)質(zhì)量(QoS)為：定義在一個或多個對象的集體行為上的一套質(zhì)量需求的集合。吞吐量、傳輸延遲和錯誤率等一些服務(wù)質(zhì)量參數(shù)描述了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃缘取?.在ATM中定義服務(wù)質(zhì)量(QoS)為“關(guān)于ATM性能參數(shù)集合的術(shù)語，這些參數(shù)描述了在一個給定虛擬連接上數(shù)據(jù)流量的特征”。服務(wù)質(zhì)量參數(shù)大多應(yīng)用在較低層次的協(xié)議層上，這些參數(shù)并不直接被應(yīng)用程序所觀察和感覺到。這些參數(shù)包括信元丟失率、信元錯誤率、信元錯誤插入率、信元延遲變化、信元傳輸延遲和平均信元傳輸延遲。根據(jù)服務(wù)質(zhì)量參數(shù)定義了五種服務(wù)級別，級別0指的是“盡最大努力”服務(wù)方式，在這種服務(wù)級別中沒有特定的流量參數(shù)和絕對的服務(wù)質(zhì)量保證。3.IETF在研究ATM時就已經(jīng)開始考慮服務(wù)質(zhì)量的問題。即有陳述：“隨著在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時服務(wù)的逐步增加，在共享網(wǎng)絡(luò)上要求提供確定的傳輸服務(wù)。這些確定的傳輸服務(wù)要求應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施有能力請求、設(shè)置和強(qiáng)化數(shù)據(jù)的傳輸?？偟膩碚f，這些服務(wù)指的是帶寬預(yù)留和服務(wù)質(zhì)量”。在“基于ATM的IP”中這樣描述: “實(shí)時應(yīng)用程序所使用的服務(wù)質(zhì)量參數(shù)被假設(shè)在數(shù)據(jù)傳輸之前的資源預(yù)留協(xié)議中設(shè)置，或者以某種形式攜帶在數(shù)據(jù)之中”?！肮ぷ髡谥攸c(diǎn)研究服務(wù)質(zhì)量參數(shù)怎樣被表達(dá)出來和怎樣做出本地的決定”。