Qos改进尽最大努力交付

1.Qos定义
2. 提升服务质量的两种措施
- 2.1 调度
- - 2.1.1 FIFO先进先出
  - 2.1.2 WFQ加权公平排队
- 2.2 管制
- - 2.2.1 相关性能指标
  - 2.2.2 LBP漏桶管制器
- 2.3 漏桶管制器与加权公平排队的组合
3. 两种服务划分协议
- 3.1 IntServ综合服务
- - 3.1.1 IntServ特点
  - 3.1.2 IntServ提供的两类服务
  - 3.1.3 IntServ的四个组成部分
  - 3.1.4 IntServ的优缺点
- 3.2 DiffServ区分服务
- - 3.2.1 DiffServ的一些组成
  - 3.2.2 DiffServ的一些名词
  - 3.3.3 DiffServ两个图

改进“尽最大努力交付”的服务

1.Qos定义

服务质量Qos是服务性能的总效果，此效果决定了一个用户对服务的满意程度¹。

2. 提升服务质量的两种措施

调度和管制

2.1 调度

调度就是指内部的到达的数据的排队原则。

2.1.1 FIFO先进先出

FIFO按数据的到达时序进行转发，这种做法看似公平但是对用户的却不够友好。
例如：如果路由器A（以下讨论的皆是路由器，其它层编者能力有限暂且不讨论）先收到N个对时延要求低的数据报，此时路由器以x/s的速率转发这N个数据包（x小于N），这个时候路由器A又收到M个要求及时传输的数据（直播、电话等），后到来的数据只能继续等待路由器处理，无法满足网路的及时性需求。

2.1.2 WFQ加权公平排队

数据到达路由器后通过分类器将不同优先级的数据报分为不同的队列进行排队。一般情况下会取一定时间间隔t1、t2、……每个时间间隔内部自己进行排队，这样就保证了t间隔内低优先级的数据报也能被路由器进行处理。
单独使用分类器，不同的分组Q1、Q2、……之间并没有优先级，为了使高优先级的分组能够获得服务机会，引入了权重的概念。将不同的分组队列Qi赋予不同权重ωi，此时权重大的队列就能够获得更多的服务机会。
队列 Qi 能保证的数据率 Ri 为

     Ri = ( R x ωi ) / Σωi

图2-1 WFQ 本图来源于网络

2.2 管制

管制就是控制一定时间内注入网络的数据量。

2.2.1 相关性能指标

平均速率：一定时间内通过网络的分组数。

峰值速率：单位时间内网络通过的最大分组数，实际网络中很难测得，所以一般是描述指定时间间隔内网络中所通过的最大分组数。

突发长度：用于限定极短时间内所能进入网络的最大分组数。

2.2.2 LBP漏桶管制器

一种著名的管制策略，在这种抽象机制中，漏桶可以装入很多权标(0<= n <=b)，漏桶不满时可以以r/s的速率向漏桶中注入权标，每个分组在经过漏桶时取走一个权标，这样就可以通过控制漏桶的上限b和每秒注入的权标r，进而控制进入网络的分组数²。

图2-2 漏桶管制器

Q1，漏桶管制器1s内所能提供的权标最多是多少（某院校复试题中的一个步骤）？   答：最大权标数 m = b + r；EX: 在达到最大权标 m 时，此时网络中的带宽是多少？

2.3 漏桶管制器与加权公平排队的组合

思想：先用加权公平排队将不同的数据分组分别排队，再经过漏桶管制器以一定速率注入等待进入网络的队列中，最后通过调度离开路由器（或防火墙、网关等）。

图2-3 一种简单的Qos方法

3. 两种服务划分协议

综合服务IntServ和资源预留协议RSVP，两种早期较为成熟的划分协议。

3.1 IntServ综合服务

3.1.1 IntServ特点

（1）资源预留，每个路由器为每个会话维护一定的链路资源，包括物理资源和逻辑资源
（2）呼叫建立，（个人理解就是一条类虚电路），在传输时需要该会话链路的每个路由器都确保本地资源足够支持当前链路，否则不能完成呼叫建立。

3.1.2 IntServ提供的两类服务

（1）有保证的服务，排队时延有上限，每个分组在一点时间内都可以得到服务。
（2）受控负载服务，有多个缓存结点存储空间较大。当大量分组到达而不能快速转出时，比起直接丢弃，显然更可靠。

EX: (面试）为什么能提高网络质量
当前结点A转发受到了控制限制，下一个可到达结点B（C、D、……）能接收的数据量自然会减少，
那么整个网络的数据量，自然可以得到控制，这才是IntServ的真正作用。

3.1.3 IntServ的四个组成部分

（1）资源预留协议RSVP：IntServ信令协议
（2）接纳控制：控制资源分配
（3）分类器：对到达的分组进行分类排队
（4）调度器：根据服务质量决定转发的分组

3.1.4 IntServ的优缺点

优点：

1. RSVP处于网络层（层数越低代价越小）
2. IntServ是端到端的的系统（会话连接）
3. 改进了尽最大努力交付（目的 = 优点，废话）

缺点：

1. IntServ结构复杂，每个路由器都要装有RSVP，否则该网络就将退化为“尽最大努力交付”
2. InServ定义的分组分类太少，结构不够灵活

3.2 DiffServ区分服务

3.2.1 DiffServ的一些组成

DiffServ[RFC 2475] 这是一种相对于intserv更加简洁的协议。
将IPv4的协议字段或IPv6的通信量类字段修改为区分服务 DS字段³，[RFC 2474]建议标准规定DS只使用前六位（如下图）,利用不同的数值（DSCP区分服务码点）代表不同的服务质量。

图3-1 DS字段

DSCP的值由ISP和用户自行商定，即规定服务等级协定SLA，包括吞吐量，分组丢失率、时延、抖动、网络的可用性等。

3.2.2 DiffServ的一些名词

域：某个协议或硬件等所能工作的范围,如OSPF域、DS域
DS域：DiffServ所能工作的范围
边界路由器：为分组”打上”不同的DSCP值，其实应该称其为边界结点，它也可以是网关、防火墙等。
内部路由器：根据分组的DSCP值维护分组的转发
每条行为PHB：当前路由器的对待该分组的“态度”。
迅速转发（EF PHB）：拥有该类区分服务码点的用户分组，DS将会为其构造一条，低延时、低抖动、低丢失率的“虚拟租用线”。
确保转发（AF PHB）：四个缓存空间与带宽等级（DS的第0-2位）、三个丢弃优先级（第3-5位），如下表

表3-1 DS字段的设置

通信量等级	丢弃优先级
001	010
010	100
011	110
100

3.3.3 DiffServ两个图

（1）边界路由器

图3-2 边界路由器内部结构

（2）DiffServ网络图

图3-3 DiffServ整体网络图

一道扩展题

Q: MPLS的入口结点与DiffServ的边界结点有什么不同（7版 8-30）？
答： 首先，MPLS协议是一种分组转发选择协议，在分组进入MPLS域前需要在IP数据报前加上 4B 的”MPLS首部”
，MPLS首部由入口结点附加（也称“打上标记”）。在MPLS域中进行传输的数据报将由硬件进行转发，这就意味着
只需在链路层（使用MAC地址）就可完成转发，提升了转发的效率，当分组到达出口结点时，会取下标记，进入其他
网络转发。其次， DIffServ的边界结点功能很多，分组第一次在进入边界路由器后，1.经分类器分组，2.由标记器打
上标 记，3.由整形器根据网络状况决定转发时机。4.有相同标记（SLA）的分组再次进入，则通过测定器，决定是否转发。因此可以看出DiffServ将所有的复杂性都放在了边界结点中，而MPLS每个结点都要有几乎相同的操作，时间效率DiffServ较优。另外DiffServ所能支持功能远多于MPLS协议。以上可以用于回答复试、面试，但笔试的话可能太过冗杂，可以精简一下。

谢希仁,计算机网络(第七版),2017,电子工业出版社.感谢谢老师！ ↩︎
本人在此声明: 本文以及之后本人所写的文章中出现的复试题字样的，都将来自于院校官网官方公布，或者在网络中已经存在3年以上的试题，请大家不要举报,毕竟整理不易，如有侵权请及时告知。 ↩︎
IPv6取消了协议字段，通信量类字段就是为保证服务质量而设计的。 ↩︎

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