M0000015Qos原理(中文版V1.0)(ok)

1、課程 XXXXQoS原理（M000 0015）Issue1.0第1章 QoS原理1.1 QoS的基本概念Qos: Quality of Service（服務(wù)質(zhì)量）是指網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中，允許用戶業(yè)務(wù)在丟包率、延遲、抖動(dòng)和帶寬等方面獲得可預(yù)期的服務(wù)水平。更簡(jiǎn)單地說(shuō)：QoS就是針對(duì)各種不同需求，提供不同服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)所有報(bào)文都無(wú)區(qū)別地等同對(duì)待，每個(gè)路由器對(duì)所有報(bào)文都采用先入先出的策略（FIFO）處理，也就是說(shuō)：它盡力而為（Best-effort）地將報(bào)文送到目的地，但是對(duì)報(bào)文的吞吐量、延遲、延遲抖動(dòng)、丟包率等都不能預(yù)期，可能很好，也可能極差，一切都要視網(wǎng)絡(luò)狀況而定。隨著計(jì)算機(jī)

2、網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，對(duì)帶寬、延遲、抖動(dòng)敏感的且實(shí)時(shí)性強(qiáng)的語(yǔ)音、圖像、重要數(shù)據(jù)同時(shí)在網(wǎng)上傳輸，使得網(wǎng)絡(luò)資源極大地豐富。但是同時(shí)人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，人們期望報(bào)文在吞吐量、延遲、延遲抖動(dòng)、丟包率等方面獲得一定程度上的服務(wù)保證，期望可以根據(jù)客戶類(lèi)型提供有差別的服務(wù)。解決這些問(wèn)題的一個(gè)途徑是增加網(wǎng)絡(luò)的帶寬，但帶寬的增加畢竟是有限的，且代價(jià)昂貴，它也只能在一定程度上緩解這個(gè)問(wèn)題。提供QoS將是人們對(duì)未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)的基本要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，QoS需要提供以下功能：l 避免并管理IP網(wǎng)絡(luò)擁塞l 減少I(mǎi)P報(bào)文的丟失率l 調(diào)控IP網(wǎng)絡(luò)的流量l 為特定用戶或特定業(yè)務(wù)提供專(zhuān)用帶寬l 支撐IP網(wǎng)絡(luò)上的

3、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)1.1.1 IP QoS 三種模型服務(wù)模型，是指一組端到端的QoS功能，通常QoS提供以下三種服務(wù)模型：l Best-Effort service（盡力而為服務(wù)模型）l Integrated service（綜合服務(wù)模型，簡(jiǎn)稱(chēng)Intserv）l Differentiated service（區(qū)分服務(wù)模型，簡(jiǎn)稱(chēng)Diffserv）Best-Effort 模型：是目前Internet的缺省服務(wù)模型，主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)是先進(jìn)先出隊(duì)列(FIFO)。IntServ模型：業(yè)務(wù)通過(guò)信令向網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)?zhí)囟ǖ腝oS服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)，預(yù)留資源以承諾滿足該請(qǐng)求。DiffServ模型：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，根

4、據(jù)業(yè)務(wù)的不同服務(wù)等級(jí)約定，有差別地進(jìn)行流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)解決擁塞問(wèn)題。1.1.2 Best-Effort 模型Best-Effort是一個(gè)單一的服務(wù)模型，也是最簡(jiǎn)單的服務(wù)模型。應(yīng)用程序可以在任何時(shí)候，發(fā)出任意數(shù)量的報(bào)文，而且不需要事先獲得批準(zhǔn)，也不需要通知網(wǎng)絡(luò)。對(duì)Best-Effort服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)盡最大的可能性來(lái)發(fā)送報(bào)文，但對(duì)時(shí)延、可靠性等性能不提供任何保證。 Best-Effort服務(wù)是現(xiàn)在Internet的缺省服務(wù)模型，它適用于絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如FTP、E-Mail等，它通過(guò)先入先出（FIFO）隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.1.3 IntServ模型 Integrated service是一個(gè)綜合服務(wù)模型

5、，可滿足多用戶的QoS需求，這種服務(wù)模型在發(fā)送報(bào)文前，需要向網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)?zhí)囟ǖ姆?wù)。這個(gè)請(qǐng)求是通過(guò)信令（signal）來(lái)完成的，應(yīng)用程序先通知網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報(bào)文的流量參數(shù)和所需的服務(wù)質(zhì)量請(qǐng)求（如帶寬、時(shí)延等）。應(yīng)用程序在收到網(wǎng)絡(luò)預(yù)留資源的確認(rèn)信息后，才開(kāi)始發(fā)送報(bào)文，發(fā)送報(bào)文被控制在流量參數(shù)規(guī)定的范圍內(nèi)。集成服務(wù)模型常常被用在網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器上，傳送QoS請(qǐng)求信令采用的是資源預(yù)留協(xié)議RSVP。網(wǎng)絡(luò)在收到應(yīng)用程序的資源請(qǐng)求后，執(zhí)行資源分配檢查（Admission control），即基于應(yīng)用程序的資源申請(qǐng)和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的資源情況，判斷是否為應(yīng)用程序分配資源。一旦網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)為應(yīng)用程序的報(bào)文分配了資源，則只要應(yīng)用程序的

6、報(bào)文控制在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)將承諾滿足應(yīng)用程序的QoS需求。而網(wǎng)絡(luò)將為每個(gè)流（flow，由兩端的IP地址、端口號(hào)、協(xié)議號(hào)確定）維護(hù)一個(gè)狀態(tài)，并基于這個(gè)狀態(tài)執(zhí)行報(bào)文的分類(lèi)、流量監(jiān)管（policing）、排隊(duì)及其調(diào)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用程序的承諾。在Integrated service服務(wù)模型中，負(fù)責(zé)傳送QoS請(qǐng)求的信令是RSVP（Resource Reservation Protocol，資源預(yù)留協(xié)議），它通知路由器應(yīng)用程序的QoS需求。Integrated service可以提供以下兩種服務(wù)：l 保證服務(wù)（Guaranteed service）：它提供保證的帶寬和時(shí)延限制來(lái)滿足應(yīng)用程序的要求

7、。如VoIP應(yīng)用可以預(yù)留10M帶寬和要求不超過(guò)1秒的時(shí)延。l 負(fù)載控制服務(wù)（Controlled-Load service）：它保證即使在網(wǎng)絡(luò)過(guò)載（overload）的情況下，能對(duì)報(bào)文提供近似于網(wǎng)絡(luò)未過(guò)載類(lèi)似的服務(wù)，即在網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下，保證某些應(yīng)用程序的報(bào)文低時(shí)延和高通過(guò)。1.1.4 RSVP原理RSVP是第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)QoS信令協(xié)議，它用來(lái)動(dòng)態(tài)地建立端到端的QoS，它允許應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)地申請(qǐng)網(wǎng)絡(luò)帶寬等。RSVP協(xié)議不是一個(gè)路由協(xié)議，相反，它按照路由協(xié)議規(guī)定的報(bào)文流的路徑為報(bào)文申請(qǐng)預(yù)留資源，在路由發(fā)生變化后，它會(huì)按照新路由進(jìn)行調(diào)整，并在新的路徑上申請(qǐng)預(yù)留資源。RSVP只是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間傳遞QoS請(qǐng)

8、求，它本身不完成這些QoS的要求實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)其他技術(shù)如WFQ等來(lái)完成這些要求的實(shí)現(xiàn)。RSVP信令在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間傳送資源請(qǐng)求，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在收到這些請(qǐng)求后，需要為這些請(qǐng)求分配資源，這就是資源預(yù)留。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)比較資源請(qǐng)求和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的資源，確定是否接受請(qǐng)求，在資源不夠的情況下，這個(gè)請(qǐng)求可以被拒絕?？梢詫?duì)每個(gè)資源請(qǐng)求設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，這樣，優(yōu)先級(jí)較高的資源請(qǐng)求可以在網(wǎng)絡(luò)資源不夠的情況下，搶占較低優(yōu)先級(jí)的預(yù)留資源，來(lái)優(yōu)先滿足高優(yōu)先級(jí)的資源請(qǐng)求。資源預(yù)留判斷是否接受資源請(qǐng)求，并承諾對(duì)接受了的資源請(qǐng)求提供請(qǐng)求的服務(wù)。但資源預(yù)留本身不實(shí)現(xiàn)承諾的服務(wù)，需要通過(guò)隊(duì)列等其他技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.1.5 RSVP的問(wèn)題基于信

9、令實(shí)現(xiàn)的RSVP協(xié)議，目前在實(shí)施過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，主要是RSVP要求端到端所有設(shè)備支持這一協(xié)議，對(duì)于一個(gè)從源地址到目的地址要經(jīng)過(guò)很多設(shè)備的IP包來(lái)講，做到這點(diǎn)是相當(dāng)困難的，因?yàn)镮P網(wǎng)本質(zhì)是一個(gè)沒(méi)有信令無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)，所以RSVP經(jīng)過(guò)了幾年的實(shí)踐并不能在網(wǎng)絡(luò)上真正實(shí)現(xiàn)。采用RSVP協(xié)議的另外一個(gè)困難是很難對(duì)各種應(yīng)用預(yù)留帶寬。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬快速增加和各種新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，DiffServ逐漸成為QoS關(guān)鍵所在。1.1.6 DiifServ模型體系結(jié)構(gòu)Differentiated -Service即差分服務(wù)模型，它可以滿足用戶不同的QoS需求。與Integrated Service不同，它不需要信令，

10、即在一個(gè)業(yè)務(wù)發(fā)出報(bào)文前，不需要通知路由器。對(duì)Differentiated Service，網(wǎng)絡(luò)不需要為每個(gè)流維護(hù)軟狀態(tài)，它根據(jù)每個(gè)報(bào)文指定的QoS標(biāo)記（著色結(jié)果），來(lái)提供特定的服務(wù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，根據(jù)不同的服務(wù)等級(jí)要求，有差別地進(jìn)行流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)解決擁塞。采用相對(duì)優(yōu)先權(quán)機(jī)制，有區(qū)別地控制不同信息流的分組聚類(lèi)和轉(zhuǎn)發(fā)行為，從而在保證服務(wù)質(zhì)量和解決擁塞之間取得一個(gè)良好的折衷。業(yè)務(wù)在進(jìn)入DS(DiffServ)網(wǎng)絡(luò)時(shí), 基于優(yōu)先級(jí)（DSCP（DiffServ CodePoint）或IP優(yōu)先級(jí)）進(jìn)行業(yè)務(wù)流聚合，會(huì)聚成一個(gè)行為集合（BA，Behavior Aggregate）。PHB（per-hop

11、 behavior）：DS節(jié)點(diǎn)對(duì)特定的行為集合（BA）使用的轉(zhuǎn)發(fā)行為，DS節(jié)點(diǎn)通過(guò)判別分組頭中的DSCP來(lái)執(zhí)行PHB。具體的過(guò)程是：首先，在網(wǎng)絡(luò)的邊緣進(jìn)行不同業(yè)務(wù)的分類(lèi)，打上不同的QoS標(biāo)記（著色）。分類(lèi)的依據(jù)可以是報(bào)文攜帶的四層、三層或二層的信息。如報(bào)文的源IP地址、目的IP地址、源MAC地址、目的MAC地址，TCP或UDP端口號(hào)等。然后，在網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部，根據(jù)著色的結(jié)果在每一跳上進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)處理。比如通過(guò)擁塞管理機(jī)制，對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供快速轉(zhuǎn)發(fā)處理，對(duì)普通業(yè)務(wù)提供盡力而為轉(zhuǎn)發(fā)處理。流量整形，流量監(jiān)管，擁塞避免等處理也類(lèi)似，根據(jù)著色的結(jié)果，再逐跳的作相應(yīng)的區(qū)別處理，從而獲得網(wǎng)絡(luò)兩端業(yè)務(wù)不同業(yè)務(wù)類(lèi)別

12、的QoS保障。Differentiated Service的端到端QoS保障通過(guò)以下一些技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)：CAR：它根據(jù)報(bào)文所攜帶的信息進(jìn)行分類(lèi)，并利用Precedence或DSCP（DiffServ Coding Point）進(jìn)行著色。CAR同時(shí)也完成流量的度量和監(jiān)管。GTS：對(duì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，指定的業(yè)務(wù)或所有業(yè)務(wù)進(jìn)行流量整形，使其符合期望的流量指標(biāo)。隊(duì)列機(jī)制：通過(guò)FIFO、PQ、CQ、WFQ等隊(duì)列技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)進(jìn)行擁塞管理，對(duì)不同業(yè)務(wù)的報(bào)文按用戶指定的策略進(jìn)行調(diào)度。擁塞避免：主要使用WRED，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上采取隨機(jī)丟棄部分TCP報(bào)文的方式，達(dá)到擁塞避免，并避免全球TCP

13、同步現(xiàn)象的發(fā)生。1.2 報(bào)文的分類(lèi)及標(biāo)記報(bào)文分類(lèi)可以把有相似QoS要求的業(yè)務(wù)的報(bào)文聚合成相應(yīng)的類(lèi)。分類(lèi)的結(jié)果就是給報(bào)文打上某種標(biāo)記，即著色。如果使用IP報(bào)文頭的Precedence字段（TOS的高3個(gè)bit）進(jìn)行著色，用戶可以將報(bào)文最多分成8類(lèi)。當(dāng)然也可以按照RFC2474的定義，用DSCP（TOS的高6個(gè)bit）進(jìn)行著色。報(bào)文著色以后，就可以方便下游節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的QoS處理，如擁塞管理、流量整形等。網(wǎng)絡(luò)管理者可以設(shè)置報(bào)文分類(lèi)的策略，這個(gè)策略可以包括物理接口、源地址、目的地址、MAC地址、IP協(xié)議或應(yīng)用程序的端口號(hào)等。一般的分類(lèi)算法都局限在IP報(bào)文的頭部所攜帶的信息，使用如鏈路層（Layer

14、2）、網(wǎng)絡(luò)層（layer 3）、甚至傳輸層（layer 4）的信息。所以，它可以是一個(gè)由五元組（源地址、源端口號(hào)、協(xié)議號(hào)、目的地址、目的端口號(hào)）確定的流這樣狹小的范圍，也可以是到某某網(wǎng)段的所有報(bào)文。通常我們可以使用ACL來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般在網(wǎng)絡(luò)邊界，對(duì)報(bào)文進(jìn)行著色，在網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部則簡(jiǎn)單的使用著色的結(jié)果作為隊(duì)列調(diào)度、流量整形等處理的依據(jù)。QoS中用CAR來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)文的分類(lèi)及著色功能。下游（Downstream）網(wǎng)絡(luò)可以選擇接受上游（Upstream）網(wǎng)絡(luò)的著色結(jié)果，也可以按照自己的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行著色。CAR是支持報(bào)文分類(lèi)的主要技術(shù)，它同時(shí)承擔(dān)流量監(jiān)管的功能。用戶可以通過(guò)不同的配置，讓CAR只進(jìn)行著色功能

15、，讓CAR只進(jìn)行流量監(jiān)管功能，或讓CAR在進(jìn)行流量監(jiān)管的同時(shí)進(jìn)行著色。CAR可以使用Precedence或DSCP進(jìn)行著色。1.3 流量監(jiān)管與整形1.3.1 流量監(jiān)管CAR流量監(jiān)管（traffic policing）的典型作用是限制進(jìn)入某一網(wǎng)絡(luò)的某一連接的流量與突發(fā)。在報(bào)文滿足一定的條件時(shí)，如某個(gè)連接的報(bào)文流量過(guò)大，流量監(jiān)管就可以對(duì)該報(bào)文采取不同的處理動(dòng)作，例如丟棄報(bào)文，或重新設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)等。通常的用法是使用CAR來(lái)限制某類(lèi)報(bào)文的流量。 CAR使用IP頭部的ToS字段來(lái)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)于不同分類(lèi)的流量，采取不同的動(dòng)作。CAR利用令牌桶（Token Bucket, TB）進(jìn)行流量控制。令牌

16、桶按用戶設(shè)定的速度向桶中放置令牌，并且，令牌桶有用戶設(shè)定的容量，當(dāng)桶中令牌的量超出桶的容量的時(shí)候，令牌的量不再增加。當(dāng)令牌桶中充滿令牌的時(shí)候，桶中所有的令牌代表的報(bào)文都可以瞬間被發(fā)送，這樣可以允許數(shù)據(jù)的突發(fā)性傳輸。當(dāng)令牌桶中沒(méi)有令牌的時(shí)候，報(bào)文將不能被發(fā)送（丟棄），只有等到桶中生成了新的令牌，報(bào)文才可以發(fā)送，這就可以限制報(bào)文的流量只能是小于等于令牌生成的速度，達(dá)到限制流量的目的。首先報(bào)文被分類(lèi)，如果通過(guò)分類(lèi)器識(shí)別出報(bào)文是某類(lèi)要處理的報(bào)文，則進(jìn)入令牌桶中進(jìn)行處理。如果令牌桶中有足夠的令牌可以用來(lái)發(fā)送報(bào)文，則認(rèn)為是Conform，如果令牌不夠，則認(rèn)為是Exceed。然后在后面的動(dòng)作機(jī)制中，可以分別

17、對(duì)Conform的報(bào)文進(jìn)行發(fā)送、丟棄、著色等處理。對(duì)Exceed的報(bào)文也可以進(jìn)行發(fā)送、丟棄、著色等處理。當(dāng)報(bào)文被令牌桶處理的時(shí)候，如果有一個(gè)報(bào)文被按Conform處理了，令牌桶中的令牌量按報(bào)文的長(zhǎng)度做相應(yīng)的減少。當(dāng)報(bào)文被按Exceed處理了，令牌桶中的令牌不減少。當(dāng)CAR用作流量監(jiān)管時(shí)，一般配置為： Conform的報(bào)文進(jìn)行發(fā)送，對(duì)Exceed的報(bào)文進(jìn)行丟棄。也就是令牌桶中的令牌足夠時(shí)報(bào)文被發(fā)送，不夠時(shí)報(bào)文被丟棄。這樣，就可以對(duì)某類(lèi)報(bào)文的流量進(jìn)行控制。CAR還可以進(jìn)行報(bào)文的標(biāo)記（Mark）或重新標(biāo)記（Re-Mark）或者說(shuō)著色與重著色。CAR可以通過(guò)Precedence或者DSCP來(lái)標(biāo)記報(bào)文。

18、例如，當(dāng)報(bào)文符合流量特性的時(shí)候，可以設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)為5，當(dāng)報(bào)文不符合流量特性的時(shí)候，可以丟棄，也可以設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)為1并繼續(xù)進(jìn)行發(fā)送。1.3.2 流量整形GTS通用流量整形（Generic Traffic Shaping，GTS）利用CAR可以控制報(bào)文的流量特性，對(duì)流量加以限制，對(duì)不符合流量特性的報(bào)文進(jìn)行丟棄。如果對(duì)需要丟棄的報(bào)文進(jìn)行緩沖，將可以減少報(bào)文的丟棄，同時(shí)滿足報(bào)文的流量特性，這就是通用流量整形（以后簡(jiǎn)稱(chēng)GTS）。當(dāng)報(bào)文到來(lái)的時(shí)候，首先對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)，如果分類(lèi)器識(shí)別出報(bào)文需要進(jìn)行GTS處理，則將報(bào)文送入GTS隊(duì)列。如果GTS隊(duì)令牌桶中令牌足夠，則直接發(fā)送報(bào)文。如果令牌桶中的令牌不夠

19、，則進(jìn)入隊(duì)列中緩存。當(dāng)隊(duì)列中有報(bào)文的時(shí)候，GTS按一定的周期從隊(duì)列中取出報(bào)文進(jìn)行發(fā)送。每次發(fā)送報(bào)文時(shí)，將把GTS令牌桶中的令牌代表的數(shù)據(jù)量都發(fā)送出去。GTS可以對(duì)不規(guī)則或不符合預(yù)定流量特性的流量進(jìn)行整形，以利于網(wǎng)絡(luò)上下游之間的帶寬匹配。每個(gè)接口，GTS選擇下列兩種方式之一來(lái)處理報(bào)文：l 對(duì)接口所有流進(jìn)行處理：此時(shí)若接口發(fā)送隊(duì)列為空，且報(bào)文在單位時(shí)間內(nèi)的流量未超過(guò)限制，報(bào)文被立即發(fā)送，否則報(bào)文進(jìn)入接口發(fā)送緩存隊(duì)列中。l 對(duì)接口不同的流進(jìn)行處理：將不同的流分別與流進(jìn)行匹配，當(dāng)規(guī)則匹配并且接口發(fā)送隊(duì)列為空，且報(bào)文在單位時(shí)間內(nèi)的流量未超過(guò)限制，報(bào)文被立即發(fā)送，否則報(bào)文進(jìn)入接口發(fā)送緩存隊(duì)列中。為減少報(bào)文

20、的無(wú)謂丟失，應(yīng)在上游路由器出口對(duì)報(bào)文進(jìn)行GTS處理，對(duì)于超出GTS流量特性的報(bào)文，緩存在上游路由器的接口緩沖區(qū)中。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞消除時(shí)，GTS再?gòu)木彌_隊(duì)列中取出報(bào)文繼續(xù)發(fā)送。這樣，發(fā)向下游路由器的報(bào)文將都符合路由器的流量規(guī)定，從而減少報(bào)文在下游路由器被丟棄的情況。若不在上游路由器出口做GTS處理，則所有超出下游路由器的CAR規(guī)定流量的報(bào)文將被下游路由器丟棄。由于對(duì)GTS可能對(duì)報(bào)文進(jìn)行緩存，那么使用GTS有可能增加報(bào)文的延遲。1.3.3 物理接口總速率限制LR物理接口限速（Line rate, LR）LR的處理過(guò)程仍然采用令牌桶進(jìn)行流量控制。如果用戶在路由器的某個(gè)接口上配置了LR ，規(guī)定了流量特性，

21、則所有經(jīng)由該接口發(fā)送的報(bào)文首先要經(jīng)過(guò)LR的令牌桶進(jìn)行處理。如果令牌桶中有足夠的令牌可以用來(lái)發(fā)送報(bào)文，則報(bào)文可以發(fā)送。如果令牌桶中的令牌不滿足報(bào)文的發(fā)送條件，則報(bào)文入QOS隊(duì)列進(jìn)行擁塞管理。這樣，就可以對(duì)通過(guò)該物理接口的報(bào)文流量進(jìn)行控制。LR的處理過(guò)程采用了令牌桶控制流量，當(dāng)令牌桶中積存有令牌時(shí)，可以允許報(bào)文的突發(fā)性傳輸。當(dāng)令牌桶中沒(méi)有令牌的時(shí)候，報(bào)文將不能被發(fā)送，只有等到桶中生成了新的令牌，報(bào)文才可以發(fā)送，這就可以限制報(bào)文的流量只能是小于等于令牌生成的速度，具有限制流量，同時(shí)允許突發(fā)流量通過(guò)的目的。LR相比較于CAR，能夠限制在物理接口上通過(guò)的所有報(bào)文。CAR由于在IP層實(shí)現(xiàn)，對(duì)于不經(jīng)過(guò)IP層

22、處理的報(bào)文不起作用。較之于GTS，LR 不但能夠?qū)Τ^(guò)流量限制的報(bào)文進(jìn)行緩存，并且利用QoS豐富的隊(duì)列來(lái)緩存報(bào)文，而GTS則是將報(bào)文緩存在GTS隊(duì)列中。由于CAR和GTS是在IP層實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)于不經(jīng)過(guò)IP層處理的報(bào)文不起作用。1.4 擁塞管理對(duì)于網(wǎng)絡(luò)單元，當(dāng)分組到達(dá)的速度大于該接口傳送分組的速度時(shí)，在該接口處就會(huì)產(chǎn)生擁塞。如果沒(méi)有足夠的存儲(chǔ)空間來(lái)保存這些分組，它們其中的一部分就會(huì)丟失。分組的丟失又可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)送該分組的主機(jī)或路由器因超時(shí)而重傳此分組，這將導(dǎo)致惡性循環(huán)。造成擁塞的因素有很多。比如，當(dāng)分組流從高速鏈路進(jìn)入路由器，由低速鏈路傳送出去時(shí)，就可能產(chǎn)生擁塞；分組流同時(shí)從多個(gè)接口進(jìn)入路由器

23、、由一個(gè)接口轉(zhuǎn)發(fā)出去或處理器速度慢也可能會(huì)產(chǎn)生擁塞。擁塞管理是指網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生擁塞時(shí)，如何進(jìn)行管理和控制。處理的方法是使用隊(duì)列技術(shù)。將所有要從一個(gè)接口發(fā)出的報(bào)文 進(jìn)入多個(gè)隊(duì)列，按照各個(gè)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。不同的隊(duì)列算法用來(lái)解決不同的問(wèn)題，并產(chǎn)生不同的效果。常用的隊(duì)列有FIFO、PQ，CQ，WFQ等。擁塞管理的處理包括隊(duì)列的創(chuàng)建、報(bào)文的分類(lèi)、將報(bào)文送入不同的隊(duì)列、隊(duì)列調(diào)度等。在一個(gè)接口沒(méi)有發(fā)生擁塞的時(shí)候，報(bào)文在到達(dá)接口后立即就被發(fā)送出去，在報(bào)文到達(dá)的速度超過(guò)接口發(fā)送報(bào)文的速度時(shí)，接口就發(fā)生了擁塞。擁塞管理就會(huì)將這些報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)，送入不同的隊(duì)列；而隊(duì)列調(diào)度對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的報(bào)文進(jìn)行分別處理，優(yōu)先級(jí)高的報(bào)

24、文會(huì)得到優(yōu)先處理。1.4.1 先進(jìn)現(xiàn)出隊(duì)列FIFO先進(jìn)先出隊(duì)列（First In First Out Queuing, FIFO）：先進(jìn)先出隊(duì)列（以后簡(jiǎn)稱(chēng)FIFO）不對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)，當(dāng)報(bào)文進(jìn)入接口的速度大于接口能發(fā)送的速度時(shí)，F(xiàn)IFO按報(bào)文到達(dá)接口的先后順序讓報(bào)文進(jìn)入隊(duì)列，同時(shí)，F(xiàn)IFO在隊(duì)列的出口讓報(bào)文按進(jìn)隊(duì)的順序出隊(duì)，先進(jìn)的報(bào)文將先出隊(duì)，后進(jìn)的報(bào)文將后出隊(duì)。Internet的默認(rèn)服務(wù)模式Best-Effort采用FIFO隊(duì)列策略。1.4.2 優(yōu)先隊(duì)列PQ優(yōu)先隊(duì)列（Priority Queueing, PQ）PQ對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)，將所有報(bào)文分成最多至4類(lèi)，分別屬于PQ的4個(gè)隊(duì)列中的一個(gè)，然后，

25、按報(bào)文的類(lèi)別將報(bào)文送入相應(yīng)的隊(duì)列。PQ的4個(gè)隊(duì)列分別為高優(yōu)先隊(duì)列（high）、中優(yōu)先隊(duì)列（medium）、正常優(yōu)先隊(duì)列normal）和低優(yōu)先隊(duì)列（low），它們的優(yōu)先級(jí)依次降低。發(fā)送報(bào)文時(shí)將按照等級(jí)順序依次發(fā)送，即先發(fā)送完所有high隊(duì)列中的報(bào)文后，再發(fā)送所有medium隊(duì)列中的報(bào)文，然后再發(fā)送所有normal隊(duì)列中的報(bào)文，最后才發(fā)送low隊(duì)列中的報(bào)文。這樣，分類(lèi)時(shí)屬于較高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的報(bào)文將會(huì)得到優(yōu)先發(fā)送，并且較低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文將會(huì)在發(fā)生擁塞時(shí)被較高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文搶先，使得關(guān)鍵業(yè)務(wù)（如視頻業(yè)務(wù)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)）的報(bào)文能夠得到優(yōu)先處理，非關(guān)鍵業(yè)務(wù)（如E-Mail）的報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)處理完關(guān)鍵業(yè)務(wù)后的空閑中得到處

26、理，既保證了關(guān)鍵業(yè)務(wù)的優(yōu)先，又充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源。1.4.3 定制隊(duì)列CQ定制隊(duì)列（Custom Queueing, CQ）CQ最多可包含16個(gè)組，在每個(gè)組中指明了什么樣的數(shù)據(jù)包進(jìn)入什么樣的隊(duì)列、各隊(duì)列的長(zhǎng)度和每次輪詢各隊(duì)列所能連續(xù)發(fā)送的字節(jié)數(shù)等信息。CQ對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)，將所有報(bào)文分成最多至17類(lèi)，分別屬于CQ的17個(gè)隊(duì)列中的一個(gè)，然后，按報(bào)文的類(lèi)別將報(bào)文進(jìn)入相應(yīng)的隊(duì)列。CQ的17個(gè)隊(duì)列中，0號(hào)隊(duì)列是優(yōu)先隊(duì)列，路由器總是先把0號(hào)隊(duì)列中的報(bào)文發(fā)送完，然后才處理1到16隊(duì)列中的報(bào)文，所以0號(hào)隊(duì)列一般作為系統(tǒng)隊(duì)列，把實(shí)時(shí)性要求高的交互式協(xié)議報(bào)文放到0號(hào)隊(duì)列。1到16號(hào)隊(duì)列可以按用戶的定義分配它們能占

27、用接口帶寬的比例，在報(bào)文出隊(duì)的時(shí)候，CQ按定義的帶寬比例分別從1到16號(hào)隊(duì)列中取一定量的報(bào)文在接口上發(fā)送出去。其中，按帶寬比例分別發(fā)送的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是這樣的，16個(gè)普通隊(duì)列采用輪詢的方式進(jìn)行調(diào)度，當(dāng)調(diào)度到某一個(gè)隊(duì)列時(shí)，從這個(gè)隊(duì)列取出一定字節(jié)數(shù)的報(bào)文發(fā)送，用戶通過(guò)指定這個(gè)字節(jié)數(shù)，就可以控制不同隊(duì)列之間的帶寬分配比例。用戶在指定每個(gè)隊(duì)列每次調(diào)度時(shí)發(fā)送的字節(jié)數(shù)時(shí)，需要把握所配數(shù)值的大小，因?yàn)檫@關(guān)系到輪詢中配置增加的粒度。例如，為了實(shí)現(xiàn)4個(gè)隊(duì)列間的1：2：2：4的關(guān)系，我們可以配置這4個(gè)隊(duì)列發(fā)送字節(jié)數(shù)為：1、2、2、4，也可以配置為：500、1000、1000、2000。但在考慮了線路的MTU后，若MTU

28、為500，則后一種方式較好。因?yàn)樵谳喸儠r(shí)，所剩配額不夠發(fā)送當(dāng)前報(bào)文時(shí)，會(huì)只累加配額，然后等下次調(diào)度，顯然當(dāng)前條件下，第二種方案浪費(fèi)在輪詢空轉(zhuǎn)上的時(shí)間要少。PQ賦予較高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文絕對(duì)的優(yōu)先權(quán)，這樣雖然可以保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的優(yōu)先，但在較高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文的速度總是大于接口的速度時(shí)，將會(huì)使較低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文始終得不到發(fā)送的機(jī)會(huì)。采用CQ，將可以避免這種情況的發(fā)生。CQ可以把報(bào)文分類(lèi)，然后按類(lèi)別將報(bào)文被分配到CQ的一個(gè)隊(duì)列中去，對(duì)每個(gè)隊(duì)列，可以規(guī)定隊(duì)列中的報(bào)文應(yīng)占接口帶寬的比例，這樣，就可以讓不同業(yè)務(wù)的報(bào)文獲得合理的帶寬，從而既保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)能獲得較多的帶寬，又不至于使非關(guān)鍵業(yè)務(wù)得不到帶寬。當(dāng)然CQ中的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)

29、不能獲得象PQ一樣好的時(shí)延指標(biāo)。1.4.4 加權(quán)公平隊(duì)列WFQ加權(quán)公平隊(duì)列（Weighted Fair Queueing, WFQ）WFQ是一個(gè)復(fù)雜的排隊(duì)過(guò)程，可以保證相同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)間公平，不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)間加權(quán)。在保證公平（帶寬、延遲）的基礎(chǔ)上體現(xiàn)權(quán)值，權(quán)值大小依賴于IP報(bào)文頭中攜帶的IP優(yōu)先級(jí)（Precedence）。WFQ對(duì)報(bào)文按流進(jìn)行分類(lèi)（相同源IP地址，目的IP地址，源端口號(hào)，目的端口號(hào)，協(xié)議號(hào)，Precedence的報(bào)文屬于同一個(gè)流），每一個(gè)流被分配到一個(gè)隊(duì)列，該過(guò)程稱(chēng)為散列。WFQ入隊(duì)過(guò)程采用HASH算法來(lái)自動(dòng)完成，盡量將不同的流分入不同的隊(duì)列。在出隊(duì)的時(shí)候，WFQ按流的優(yōu)先級(jí)（p

30、recedence）來(lái)分配每個(gè)流應(yīng)占有出口的帶寬。優(yōu)先級(jí)的數(shù)值越小，所得的帶寬越少。 優(yōu)先級(jí)的數(shù)值越大，所得的帶寬越多。這樣就保證了相同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)之間的公平，體現(xiàn)了不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)之間的權(quán)值。如：接口中當(dāng)前有8個(gè)流，它們的優(yōu)先級(jí)分別為0，2，2，3，4，5，6，7。則帶寬的總配額將是：所有 （流的優(yōu)先級(jí) + 1） 的和。即：1 + 3 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 = 37每個(gè)流所占帶寬比例為：（自己的優(yōu)先級(jí)數(shù) + 1）/（所有 （流的優(yōu)先級(jí) + 1） 的和）。即，每個(gè)流可得的帶寬分別為：1/37，3/37，3/37，4/37，5/37，5/37，6/37，7 /37，8/37

31、。由此可見(jiàn)，WFQ在保證公平的基礎(chǔ)上對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)體現(xiàn)權(quán)值，而權(quán)值依賴于IP報(bào)文頭中所攜帶的IP優(yōu)先級(jí)。1.5 擁塞避免擁塞避免技術(shù)通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載情況，盡力在網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生之前預(yù)計(jì)并且避免在普通的網(wǎng)路上擁塞的發(fā)生。這些技術(shù)用來(lái)為不同優(yōu)先級(jí)別的流量種類(lèi)提供處理，在發(fā)生擁塞的情況下使得網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和利用效率最大化，并且使報(bào)文丟棄和延遲最小化。WRED就是一種避免擁塞的方法。路由器允許在擁塞發(fā)生時(shí)期將輸出流量存放在緩沖區(qū)中，在沒(méi)有配置WRED的情況下使用尾部丟棄的方式來(lái)解決擁塞問(wèn)題。由于內(nèi)存資源的有限，傳統(tǒng)的處理方法是，當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度達(dá)到規(guī)定的最大長(zhǎng)度時(shí)，所有到來(lái)的報(bào)文都被丟棄。尾部丟棄同等地對(duì)待所有的通信，不對(duì)服務(wù)等級(jí)進(jìn)行區(qū)分。在擁塞發(fā)生期間，隊(duì)列尾部的數(shù)據(jù)包將被丟棄，直到擁塞解決。對(duì)于TCP報(bào)文，由于大量