QoS(服务质量)基础知识
QoS的基本概念
QoS(Quality of Service)即服务质量，QOS并不能创造带宽，但是可以有效的进行网络资源管理!
QoS(Quality of Service)的目标：
（1），避免并管理IP网络拥塞
（2），减少IP报文的丢失率
（3），调控IP网络的流量
（4），为特定用户或者特定的服务提供特定的宽带
（5），支持IP网络上的实时业务
QoS涉及的一部分概念
端到端时延：端到端时延等于传输路径中所有的传播时延、处理时延和排队时延的总和;（传播时延是固定值;处理和排队时延是未知可变的。）
处理时延：处理时延是数据包被路由器从入端口接受处理并放到出端口队列所 花费的时间;
排队时延：排队时延是数据包在出端口队列到被发送之前排队停留的时间;
传播时延：传播时延是数据包从线路上被发送和传播所花费的时间。
数据丢包：丢包通常发生在输出队列满的时候，也有一些其他类型的丢包 (输入队列丢包、错误、故障等)。在有线网络中链路拥塞是丢包的重要原因，在无线网络中 丢包通常是由于信道质量差造成的。
QoS的三种服务模型
（1）， Best-Effort service(尽力而为服务模型)
Best-Efforts是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型。对 Best-Effort服务模型，网络尽最大的可能性来发送报文。但对时 延、可靠性等性能不提供任何保证。Best-Effort服务模型是网络的缺省服务模型，通过FIFO队列来实 现。它适用于绝大多数网络应用，如FTP、E-Mail等。Best-Effort服务模型实质上并不属于QoS的范畴，因为在转发尽力 而为的通信时，并没有提供任何服务或者传送保证。
（2），Integrated service(综合服务模型，简称Int-Serv)
Int-Serv服务模型在发送报文前，需要向网络申请特定的服务。这 个请求是通过RSVP信令来完成的。应用程序首先通知网络它自己 的流量参数和需要的特定服务质量请求，包括带宽、时延等，应 用程序一般在收到网络的确认信息，即网络已经为这个应用程序 的报文预留了资源后，发送报文 。
RSVP(资源预留协议) ：RSVP运行在从源端到目的端的每个设备上，可以监视每个流，以防止其消耗资源过多。这种体系能够明确区分并保证每一个业务流的服务质量，为网络提供最细粒度化的服务质量区分。
传统RSVP协议不适用于移动环境 （资源预留无法穿越移动IP的隧道，无提前预留机制，无资源浪费避免机制，不区分不同类型会话的预留请求）
（3），Differentiated service(区分服务模型，简称Diff-Serv)
对DiffServ服务模型，网络不需要为每个流维护状态，它根据每个报文 的差分服务类(IP报文头中的差分服务标记字段DS)，来提供特定的服务。
| name | 概念 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| Int-Serv | Int-Serv服务模型在发送报文前，需要向网络申请特定的服务。这 个请求是通过RSVP信令来完成的。 | 能够提供绝对有保证的QoS | 1，可扩展性是Int-Serv结构最致命的一个问题，需要端到端信令，为每一个会话预留软状态。2，对路由器的要求较高，要求路径上所有路由器必须支持RSVP。3，不适合于短生存期的流，包预留资源的开销很可能大于流中所有包的开销 |
| Diff-Serv | 对DiffServ服务模型，网络不需要为每个流维护状态，它根据每个报文 的差分服务类(IP报文头中的差分服务标记字段DS)，来提供特定的服务。 | 1，扩展性好，简单可实现，DS标记只是规定了有限数量的业务级别，状态信息的数量正比于业务级别，而不是流的数量。2，具有层次化结构，不同区域有不同的服务提供策略。3，不影响路由，仅限于队列调度与缓冲管理。 | 1，仅实现粗略的分等级服务。2，本质上是一种相对优先级策略，不能保证端到端QOS性能。3，组件分散，需要协同一致、统一策略和管理。 |
典型的QoS机制
流量分类和标记
流量分类与标记被广泛用于很多QoS保障方案中
拥塞管理和调度策略
队列调度
不同等级的分组放入不同的队列中，路由器按照一定的队列调度 算法，决定从哪个队列中取出数据分组进行服务。队列调度算法直接影响路由器的性能和QoS效果。
拥塞管理
定制队列(CQ)-调度：队列调度使用轮询算法.每个队列一次调度允许发送规定阈值的字节数。
| name | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| FIFO(First In First Out):先进先出队列 | 1，算法简单、快速。2，平台支持性好 | 1，流之间带宽不能分配公平。2，不分优先级，无法保障重要业务 |
| PQ(Priority Queue):优先级队列 | 1，算法简单。2，可以保障高优先级的QoS | 1，算法欠公平。2，高优先级队列可能会饿死其他队列 |
| CQ(Custom Queue):定制队列 | 1，可以保障每种等级的带宽 (防止不同等级的业务被饿死) | 1，在单一队列内仍然是FIFO。2，轮询调度无法严格保证最高优先级业务的QoS。3，调度时容易产生比较高的时延抖动 |
| WFQ(Weighted Fair Queue):加权公平队列 | 1，优先保障高优先级流的QoS。2，兼顾所有流的带宽。3，配置非常简单 | 1，不能对流进行客户化定制。2，不能提供固定的带宽保障 |
| CBWFQ(Class Based WFQ):基于类的加权公平队列 |
流量监管与流量整形
限速和整形
限速将超过带宽限额的突发数据简单丢弃或降为低等级流量转发
整形将超过带宽限额的突发数据缓冲起来，等流量下降后再发送出去，使得发送出去的流量变得平滑
路由器如何测量流量速率
路由器使用令牌桶数学模型来跟踪数据包的到达速率。
令牌桶：
（1），当网络设备衡量流量是否超过额定带宽时， 需要查看令牌桶，而 令牌桶中会放置一定数量的令牌，一个令牌允许接口发送或接收 1bit数据(有时是1 Byte数据)，当接口通过1bit数据后，同时也 要从桶中移除一个令牌。当桶里没有令牌的时候，任何流量都被 视为超过额定带宽,只有当桶中有令牌时，数据才可以通过接口。
（2），令牌桶中的令牌不仅仅可以被移除，同样也可以往里添加，所以 为了保证接口随时有数据通过，就必须不停地往桶里加令牌，由 此可见，往桶里加令牌的速度，就决定了数据通过接口的速度。 因此，我们通过控制往令牌桶里加令牌的速度从而控制用户流量 的带宽。而设置的这个用户传输数据的速率被称为承诺信息速率 (CIR)，通常以bit/s为单位。
来源：CSDN
作者：_BOTAK_
链接：https://blog.csdn.net/BOTAK_/article/details/103752562