浅谈QOS服务访问质量

随着网络的发展，互联网流量迅速增加，网络产生拥塞，延时增加，有时还会造成丢包，导致业务质量下降。当网络出现拥塞时，如何保证重要数据的带宽和实时性数据能够快速转发呢？

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• QOS应用需求
  1.QOS概述
  随着网络的高速发展，接入网络的用户越来越多，网络提供的服务也越来越多。网络普及，业务多样化，使得网络流量迅速增大，导致网络带宽不能满足网络的需求，这时就出现了网络拥塞现象。
  由于网络拥塞导致报文产生不能预期的传达，延迟抖动，丢包等现象，将造成业务质量的下降甚至不可使用。为了应对网络拥塞，最直接的方式就是扩大网络带宽，但是由于技术或经济等方面的限制，有时不能通过增加带宽的方法来解决，这时就需要一种技术能够在有限的带宽上保证报文的带宽以免延迟，丢包，这种技术就是QOS技术。
  2.网络拥塞
  1）网络拥塞的产生
  数据从高速端口进入设备，从低速端口转发出去。
  流量汇聚，流量由多个端口进入设备，从一个端口转发出去，并且进入设备端口的速率之和大于转发接口的速率。
  
  2）网络拥塞的影响
  当网络出现拥塞时，可能对网络造成以下一些影响
  报文传输延迟，延迟抖动和丢包率增加
  由于过高的延迟和丢包导致报文重传，增加网络负担。
  由于网络拥塞，报文重传导致网络的有效吞吐量降低。
  3）网络拥塞的解决方法
  在无法提高网络带宽的情况下，解决网络拥塞有效的方法是合理利用网络带宽，在网络发生拥塞时，根据业务的性质和需要使用QOS技术合理分配现有带宽，降低网络拥塞的影响。
• QOS服务模型
  QOS在网络中的服务模型一共分为三种
  1）Best-effort service：尽力而为的服务模型
  模式工作模型，先到先转发，后到后转发不区分优先级
  2）Integrated service：综合服务模型，简称Intserv
  需要提前将带宽资源进行保留，配置复杂灵活性差，带宽用完后不能归还预留资源
  3）Differentiated service：区分服务模型，简称Diffserv
  不需要预留带宽资源，能够针对源目标协议IP地址端口号进行识别，自动设置数据包的优先级，优先级高的到设备优先转发。
• QOS操作模型
  QOS涉及四大组件，分别是分类和标记，×××和监管，拥塞避免，拥塞管理。
  
  
  1.分类和标记
  QOS是一个整体的设计框架，不局限于一台设备，整个网络中设备相互配合，最终达到流量优化的目的，QOS的核心是保证重要的流量优先通过网络设备，默认情况下，网络设备对任何报文都一视同仁，为了可以让任何设备都可以识别重要的流量，在网络的边界，也就是任何进入网络的流量都应该根据重要程度被分类，并打上不同的标记，后续设备基于这些标记来识别哪些流量是相对比较重要的。
  分类
  流分类是进行区别服务的基础，流分类可以使用报文的优先级来识别不同优先级特征的流量，也可以使用源地址，目的地址，MAC地址，协议或端口等信息来识别不同流量，流分类完全由网络管理人员定义，不同的网络，流量重要性也不同，例如，对于小型公司而言，HTTP流量可能是比较重要的，而对于大型公司而言，语音流量才是比较重要的，重要是相对而言的，任何流量都应该通过网络，QOS只是优先保证重要的流量，流分类必须与某种流量控制或带宽分配的动作关联起来才有意义。流分类一般通过ACL区分不同的流量，尤其是扩展ACL，基本上可以定义大部分流量，如下命令定义了网络中所有的HTTP流量
  R1（config）#access-list 101 permit tcp any any eq 80
  标记
  在QOS技术的diffserv服务模型中，对于IP报文中的DS字段使用DSCP作为QOS优先级描述
  
  DS字段一共八位，在Diffserv中使用DS的前八位，即DS0~DS5定义了0~63共64个优先级。QOS也可以使用DS字段中的IP优先级，使用DS的前三位IP，优先级共八个等级，其中0表示正常流量，遵循尽力发生原则。
  默认情况下在实际的网络通信中，如果不做任何设置，正常的数据优先级都是0，而像RIP或OSPF报文，默认的优先级是6.
  1）定义匹配类
  通过class map来定义匹配的流量，相当于一个增强型的 ACL。首先，定义class map来匹配一种流量或协议
  
  其中，class-map-name为创建的class map的名称，match-all表示匹配class-map定义的所有条件，是默认配置，match-any表示至少匹配class-map定义的一个条件
  2）定义流量控制策略
  通过policy map调用class map，然后分别为每一个class map配置策略
  首先，定义policy map并调用class map，命令如下
  
  然后，在调用的class map中配置策略，配置的策略包括标记流量，流量×××，CAR等，使用set命令标记流量的优先级，命令如下
  
  3）在接口上应用策略
  
  4）查看配置
  可以使用show policy-map[policy-map-name]命令查看策略配置，
  使用show policy-map interface[interface-type interface-number]命令查看端口策略应用和流量信息。
• ×××和监管
  为了避免网络拥塞的出现，可以对流量进行控制，通过采用一定策略控制流量的大小，以减少网络拥塞的出现，主要的流量管理技术是×××和监管。
  为了更好地利用网络资源，避免大量用户产生突发流量导致网络拥塞，需要对网络中的用户进行限速，当端口接收到某一流量超出限额时，就需要采取一定的措施（降低优先级或丢弃）。例如，限制每个用户的带宽，当用户产生突发流量时采取丢弃的措施，这样可以避免由于过多的突发流量导致的网络拥塞。
  在对流量进行监控时一般可以设定三个参数，承诺平均速率，突发量，额外突发量。
  承诺平均速率：允许流量通过的平均速率
  突发量：允许突发产生流量的大小，设置的大小必须大于最大报文长度。
  额外突发量：表示流量超出突发量后还可以转发的流量的大小。
  1）流量策略
  转发：对于合规流量和违规流量都可以设置策略为转发
  丢弃：对于合规流量和违规流量都可以设置策略为丢弃
  标记：标记报文的优先级，例如，将合规流量报文的IP优先级设定为5，而将违规流量报文的IP优先级设定为0。
  进入下一级流量策略：流量策略可以多级处理，可以将流量提交给下一级流量策略来进行控制
  2）×××与监管
  流量×××是一种调节输出速率的措施，流量×××使用缓冲区使流量均匀地进行转发。流量进入设备进行分类，不需要进行×××的流量直接通过设备转发，需要进行×××的流量根据配置分为合规流量和违规流量，当流量速率超过设定时，设备将多余的流量缓存到GTS队列，然后按照配置的CIR，将报文均匀地转发出去，以保证网络流量平稳。
  
  
  CIR表示速率，Bc和Be表示大小
  不同的设备和技术手册规定的Bc和Be数值的配置可能不同，一般推荐使用如下公式：Bc=2 X RTT X CIR/8其中，RTT表示流量往返的时间，可以使用ping命令测试，Be流量一般等于Bc。
• 拥塞管理
  拥塞管理技术
  FIFP：先进先出队列
  默认网络使用
  PQ：优先级队列
  传输优先级高的后传优先级低的数据
  CQ：定制队列
  需要管理配置ACL抓取指定的流量
  WFQ加权公平队列
  根据源目标IP地址区分流量，根据访问量平均分配
  CBWFQ：基于类的加权公平队列
  管理员指定特定的流量优先传输，只能应用在out方向