多业务企业网QoS保障技术

在企业网络的构建中，数据传输是一个基本的功能。但随着技术的发展，应用需求的多样化，网络越来越多地需要考虑对多种业务的支持及保证，如保障三网合一构建中IP电话、IP视频的实时性，金融业务网络中电子汇兑的实时性等。
　　以下对QoS的服务模型及其实现技术做一概述。
　　QoS方案的设计实施，首先需要考虑选择合适的技术框架，也即服务模型。服务模型指的是一组端到端的QoS功能，目前有以下三种QoS服务模型：
　　* Integrated service（Intserv）--综合服务
　　1、Best-Effort service
　　2、Integrated service
　　网络在收到应用程序的资源请求后，执行资源分配检查（Admission control），即基于应用程序的资源申请和网络现有的资源情况，判断是否为应用程序分配资源。一旦网络确认为应用程序的报文分配了资源，则只要应用程序的报文控制在流量参数描述的范围内，网络将承诺满足应用程序的QoS需求。而网络将为每个流（flow，由两端的IP地址、端口号、协议号确定）维护一个状态，并基于这个状态执行报文的分类、流量监管（policing）、排队及其调度，来满足对应用程序的承诺，具有面向连接的特性。因此对网络设备的处理能力有较高要求。
　　3、Differentiated service
　　通常在配置Differentiated service时，在网络边界的路由器通过报文的源地址和目的地址等对报文进行分类，对不同的报文设置不同的IP优先级，而其他路由器只需要用IP优先级来进行报文的分类。
　　这三种服务模型中，只有Intserv与Diffserv这两种能提供多服务的QoS保障。从技术上看，Intserv具有面向连接的特性及思想，这与IP技术本身无连接特性是不符合的，容易导致网络的复杂化；从实现看，Intserv需要网络对每个流均维持一个软状态，因此会导致设备性能的下降，或实现相同的功能需要更高性能的设备，另外，还需要全网设备都能提供一致的技术才能实现QoS。而Diffserv则没有这方面的缺陷，且处理效率高，部署及实施可以分布进行，它只是在构建网络时，需要对网络中的路由器设置相应的规则，会使配置管理比较复杂。
　　
　　* CAR。它根据IP包的优先级或QoS组，来进行报文的分类、以及报文的度量和流量监管。
　　2 QoS实现技术
　　报文分类是QoS的基础，只有区分了不同的报文业务，才能进行分别处理及保障相应业务的服务质量。一般在网络边界，利用ACL等技术，根据物理接口、源地址、目的地址、MAC地址、IP协议或应用程序的端口号等依据对报文进行分类，并同时设置报文IP头的TOS字段作为报文的IP优先级；在网络的内部则可使用边缘设置好的IP优先级作为分类的标准，以提高网络的处理效率。2 拥塞管理
　　在发生拥塞时，如何进行管理和控制呢？处理的方法是使用队列技术。在一个接口没有发生拥塞的时候，报文在到达接口后立即就被发送出去；在报文到达的速度超过接口发送报文的速度时，接口就发生了拥塞。拥塞管理就会将这些报文进行分类，送入不同的队列；而队列调度对不同优先级的报文进行分别处理，优先级高的报文会得到优先处理。不同的队列算法用来解决不同的问题，并产生不同的效果。常用的队列有FIFO、PQ，CQ，WFQ等，下面简单介绍各种队列技术的特性。
　　顾名思义，先进先出队列（简称FIFO）不对报文进行分类，按报文到达接口的先后顺序让报文进入队列，在队列的出口让报文按进队的顺序出队，先进的报文将先出队，后进的报文将后出队。
　　优先队列（简称PQ）对报文进行分类，将所有报文依据预先配置分成最多4类，按照先进先出的策略分别进入4个优先级不同的队列。在报文出队的时候，高优先级的队列相对于低优先级的队列具有绝对的优先权，只有高优先级队列报文发送完毕，较低优先级才得到发送，而且较低优先级的报文会在发生拥塞时被较高优先级的报文抢断。因此采用这种队列机制可以保证在网络发生拥塞的情况下，重要业务（高优先级）的数据传输得到绝对的优先传送。但在较高优先级的报文的速度总是大于接口的速度时，会使较低优先级的报文始终得不到发送的机会。
　　定制队列（简称CQ）根据设置将所有报文分成最多至17类，按照先进先出的策略分别进入1个系统队列和16个用户队列。在出队调度上，系统队列具有绝对的优先权，系统总是先处理完该队列后再用处理用户队列；16个用户队列占用出口带宽的比例可以设置，CQ按定义的比例使各队列之间在占用的接口带宽上满足管理员预先配置的比例关系。采用这种队列机制，当拥塞发生时，能保证不同业务根据比例获得相应的带宽占用，从而既保证关键业务能获得较多的带宽，又不至于使非关键业务得不到带宽，避免 PQ的一些缺点。另外，没有拥塞时，各业务可以根据流量中业务的相对比例充分使用接口带宽，提高资源利用率。
　　加权公平队列（简称WFQ）对报文按流进行分类（相同源IP地址，目的IP地址，源端口号，目的端口号，协议号，TOS相同的报文属于同一个流），每一个流被分配到一个队列。在出队发送的时候，WFQ根据报文分类时设置的流的优先级（precedence）来分配每个流应占有出口的带宽。优先级的数值越小，所得的带宽越少。优先级的数值越大，所得的带宽越多。在拥塞发生时，它能保证任何流量的流（业务），都能公平地得到一定的带宽占用，减少这个网络的时延，并当流（业务个数）的数目减少时，能自动增加现存流可占的带宽。3 拥塞避免
　　为了避免这种拥塞情况的发生，可以采用随机早期检测（RED）或加权随机早期检测（WRED）的丢弃策略。可避免使多个 TCP连接同时降低发送速度，避免TCP的全局同步现象。这样，无论什么时候，总有TCP连接在进行较快的发送，提高了线路带宽的利用率，降低拥塞的发生。
　　流量监管的作用是限制进入网络的某一连接流量与突发，在报文满足一定的条件下，如某个连接的报文流量过大，流量监管就可以选择丢弃报文，或重新设置报文的优先级。通常是使用CAR来限制某类报文的流量，如限制FTP报文不能占用超过50%的网络带宽。如果需要限制流出网络的某一连接流量报文，以比较均匀的速度向外发送，则使用流量整理。