计算机网络QoS总结（网络服务质量）

目 录

第一部分 QoS的体系结构

一、 QoS的定义及概述 .................................................................................................. 3

1、 QoS的定义标准 ................................................................................................... 3 2、 QoS控制和管理概述 ........................................................................................... 4 二、综合服务体系结构IntServ ............................................................................................. 5

1、 IntServ概述 .......................................................................................................... 5 2、 IntServ的服务类型 .............................................................................................. 5 3、 QoS控制的实现框架及参数 ............................................................................... 5 4、 资源预留协议RSVP ............................................................................................ 5 5、 IntServ的局限性 .................................................................................................. 6 三、区分服务体系结构DiffServ ........................................................................................... 6

1、 DiffServ概述 ........................................................................................................ 6 2、 DiffServ的体系结构 ............................................................................................ 6 3、 DiffServ的典型服务 ............................................................................................ 7 4、 DiffServ中宽带分配的公平性问题 .................................................................... 7 四、DiffServ 与IntServ相结合的端到端的QoS提供机制 .............................................. 8

1、 DiffServ网络区支持IntServ/RSVP的意义 ....................................................... 8 2、 DiffServ网络区支持端到端IntServ的实现框架 .............................................. 8 3、 支持端到端IntServ的DiffServ网络区资源管理方式 ..................................... 9

第二部分 QoS的实现机制

一、 ATM网络的传输管理与QoS控制 ..................................................................... 10

1、 ATM网络的传输特点 ....................................................................................... 10 2、 ATM网络的传输管理与QoS控制技术 .......................................................... 10 3、 ATM网络的传输管理与QoS控制策略 .......................................................... 10 二、 拥塞控制 ................................................................................................................. 11

1、 拥塞控制简述 ..................................................................................................... 11 2、 TCP流量控制 .................................................................................................... 11 3、 中间节点上的增强机制 ..................................................................................... 12 4、 主动队列管理AQM .......................................................................................... 12 三、 报文分类 ................................................................................................................. 12

1、 报文分类概述 ..................................................................................................... 12 2、 报文分类算法 ..................................................................................................... 13 3、 报文分类器的设计 ............................................................................................. 13 四、 流量整形与监测 ..................................................................................................... 13

1、 漏桶算法 ............................................................................................................. 13 2、 令牌桶算法 ......................................................................................................... 14 3、 滑动窗口协议 ..................................................................................................... 14 五、 队列管理 ................................................................................................................. 15

1、 缓冲管理的作用 ................................................................................................. 15 2、 缓冲管理的目标 ................................................................................................. 15 3、 缓冲管理的控制策略 ......................................................................................... 15

4、 缓冲管理的典型算法 ......................................................................................... 16 六、 分组调度 ................................................................................................................. 16

1、 分组调度概述 ..................................................................................................... 16 2、 分组调度算法的性能指标 ................................................................................. 16 3、 常用的分组调度算法 ......................................................................................... 17 七、 QoS路由 ................................................................................................................ 17

1、 基本路由算法 ..................................................................................................... 17 2、 QoS路由问题 ..................................................................................................... 18 3、 路由选择方法 ..................................................................................................... 18 4、 Internet路由协议 ............................................................................................... 18 5、 组播路由 ............................................................................................................. 19

第三部分 QoS的性能评价与应用扩展

一、 QoS控制的综合性能评价标准 ............................................................................ 20

1、 网络QoS控制策略的性能目标 ........................................................................ 20 2、 综合性能评价标准 ............................................................................................. 20 二、 Web QoS控制 ........................................................................................................ 20

1、 Web QoS概述 .................................................................................................... 20 2、 Web QoS技术 .................................................................................................... 21

第一部分 QoS的体系结构

一、 QoS的定义及概述 1、 QoS的定义标准 （1）、QoS定义

QoS定义如图1.1所示。 QoS定义 组织 ISO 用参数方式定义OSI参考模型中的QoS。参数包括吞吐量、传输延迟、出错率、建立连接延迟、连接失败率、传输失败率、重置率、释放延迟、释放失败概率等。 ITU 从呼叫控制、连接以及数据单元的传输控制三个层次定义宽带ISDN的QoS。 ATM网络的服务可以分为5类。根据服务类型的不同，可以得到不同的QoS参数。根据这些参数来定义ATM网络的QoS。 把QoS定义为一个两维空间：<服务类型>、<参数类型>。服务类型取值范围为[1，254]。其中服务类型1用于指定通用参数，[2，127]表示IETF定义的各种服务，[127，254]保留。<参数类型>取值范围为[1，254]。其中，保留区间[1，127]是用于设定所有服务共享的参数，区间[127，254]是只针对相应的服务的参数。 图1.1 QoS定义 （2）、QoS的分层

用户ATM IETF 用户QoS应用应用QoS系统（通信系统和操作系统）系统QoS设备QoS设备网络QoS网络图1.2 QoS的分层

2、 QoS控制和管理概述 （1）、QoS控制机制

当用户应用与网络系统达成QoS约定之后，网络系统必须通过QoS控制机制来实现QoS的控制。基本的QoS控制机制如图1.3所示。 信息流根据用户提供的信息流特征描述来调节信息流量。信息流整整形机形可基于一个简单的固定分组速率或某种形式的统计分组速率制 来进行。 信息流调度机制 信息流监控机制 信息流控制机制 信息流同步机制 网络系统对每个网络元素（端系统和网络节点）中等待处理的数据分组进行排队，根据相应的QoS要求和级别赋予相应的优先级来调度网络资源。 可以认为是两种监视行为：监视网络系统是否提供所承诺的QoS和监视用户的行为是否符合QoS要求。 包括开环和闭环两种模式。在开环式流控中，资源被分配好后，用户只要按照一致认可的速率发送数据即可；在闭环流控中，发送者需要根据接收者的反馈信息来调整发送速率。 用于控制事件顺序和多媒体交互行为的精确定时。 图1.3 基本的QoS控制机制

（2）、QoS管理机制

为了保护应用得端到端QoS，网络系统只分配资源通常是不够的，还需要经常维护已担保的QoS。已担保的QoS的维护是由QoS管理机制完成的。QoS管理机制如图1.4所示。 QoSQoS监控机制允许系统的每一层跟踪在低层所获得的QoS级。 监控机制 QoS QoS维护机制将被监控的QoS与期望的性能作比较，然后调整维护资源的使用策略以便维护应用的QoS。如果当前网络资源无法满足机制 应用得QoS要求，则QoS的维护将引发QoS的降级。 QoS 当网络系统的低层无法保证应用信息流的QoS并且QoS维护机降级制也无能为力时，高层的QoS降级机制将向用户发送一个QoS指示。机制 用户可以选择可适应的QoS级或者降低服务级来响应该指示。 QoS QoS扩展机制包括QoS过滤机制（当信息流通过通信系统时处扩展理流）和QoS适应机制（只在端系统上处理流）。 机制 图1.4 QoS管理机制 二、综合服务体系结构IntServ 1、 IntServ概述

在服务层次上，IntServ提供三种服务类型：尽力而为型服务、质量保证型服务和可控负载型服务。

在实现层次上，IntServ方案要求所有的路由器在控制路径上处理每个流的信令消息并维护每个流的路径状态和资源预留状态，并且在数据路径上执行基于流的分类、调度和缓冲区管理。

在技术层次上，IntServ依靠资源预留协议RSVP提供QoS协商机制，逐节点地建立或拆除每个数据流的路径状态和资源预留软状态；依靠接纳控制决定链路或网络节点是否有足够的资源满足用户的资源预留请求；依靠传输控制将IP分组分类成不同的传输流并根据每个流的状态对分组的传输实施QoS路由、传输调度等控制。

2、 IntServ的服务类型

IntServ提供三种服务类型：尽力而为型服务、质量保证型服务和可控负载型服务。

IP协议提供的是一种无连接的网络层传输服务，必须辅以其他的高层协议才能更好地实现端到端的可靠传输，这种传统的IP服务易受分组丢失、分组重复、路由器缓冲区队列延迟等的影响。由于缺少必要的QoS控制或保证，传统的IP传输服务被称为尽力而为型服务。

质量保证型服务要求网络中各元素保证用户所要求的最小延迟时间，从而保证会话过程中每个分组确定的延迟界限，只要数据流的传输保持在特定的传输参数范围内，就不会因为队列的溢出而被丢弃。质量保证型服务是一种“硬实时”服务。

可控负载型服务需要指定用户服务指标作为接纳控制处理的关键输入，以限制流的数目，从而保证网络处于非重载的网络模式。可控负载型服务使用户感到网络是在一种很轻的负载或具有很大容量条件下运行，用户感觉不到不可忍耐的延迟。可控负载型服务是一种“软实时”服务。

3、 QoS控制的实现框架及参数

QoS控制的实现框架包括几个部分：用户与用户、用户与网络系统的QoS协商方法与界面；用户QoS要求的接纳控制；QoS参数与服务类型的控制分组的定义与实现；资源预留协议；分组调度与队列管理方法；QoS控制管理与评价标准。

支持质量保证型服务和可控负载型服务的主要QoS控制参数主要有三类：FLOWSPEC、ADSPED和SENDER-TSPEC。对象FLOWSPEC传输信息接收端所要求的流量（TSpec）和调用这些服务的参数（RSpec）；对象SENDER-TSPEC描述发送端的数据流量；对象ADSPED用于由网络中的各个网络元素向接收端发送关于延迟、估计带宽、QoS控制服务的参数以及支持的QoS控制服务等信息。

4、 资源预留协议RSVP

RSVP用于点到点通信和点到多点通信的Internet网络环境中多媒体用户对网络资源的预留。