QoS服务模型

产生背景：网络的不断发展，网络规模及流量类型的不断增加，使互联网流量激增，产生网络拥塞，增加转发时延，严重时还会丢包，导致业务质量下降甚至不可用。所以要开展实时性业务，就必须解决网络拥塞问题，而解决网络拥塞的最直接的办法就是增加网络带宽，但从网络的建设成本考虑，这是不现实的

QoS（Quality of Service）技术：在带宽有限的情况下，应用一个“有保证”的策略对网络流量进行管理，并实现不同的流量可以获得不同的优先服务

传统端到端网络通信存在的问题：
1.无区别地对待所有的报文，网络设备处理报文采用的策略是先入先出FIFO，依照报文到达时间的先后顺序分配转发所需要的资源。所有报文共享网络和设备的带宽等资源，最终得到资源的多少完全取决于报文到达的时机
2.FIFO尽最大的努力将报文送到目的地，但对报文的延迟、抖动、丢包率和可靠性等需求不提供任何承诺和保证，故对于一些关键业务（如语音、视频等）的通信质量无法进行保证

各类业务对网络质量的要求：

   根本上讲，要想提高通信质量，就是要提高带宽、减少时延和抖动、降低丢包率

网络带宽：单位时间（一般指的是1秒钟）内能传输的数据量
网络时延：一个报文从一个网络的一端传送到另一端所需要的时间（端到端网络时延等于路径上所有时延之和）
传输时延：一个数据位从发送方到达接收方所需要的时间。该时延取决于传输距离和传输介质，与带宽无关
串行化时延：指发送节点在传输链路上开始发送报文的第一个比特至发完该报文的最后一个比特所需的时间。该时延取决于链路带宽以及报文大小
处理时延：指路由器把报文从入接口放到出接口队列需要的时间。它的大小跟路由器的处理性能有关
队列时延：指报文在队列中等待的时间。它的大小跟队列中报文的大小和数量、带宽以及队列机制有关
抖动：由于每个报文的端到端时延不相等造成的
丢包率：在网络传输过程中丢失报文占传输报文的百分比。丢包可用于衡量网络的可靠性
丢包（packet loss）可能在所有环节中发生：
处理过程：路由器在收到报文的时候可能由于CPU繁忙，无法处理报文而导致丢包
排队过程：在把报文调度到队列的时候可能由于队列被装满而导致丢包
传输过程：报文在链路上传输的过程中，可能由于种种原因（如链路故障等）导致的丢包

改善网络通信质量的方案：
1.尽力而为服务模型（Best-Effort）：可通过增大网络带宽、升级网络设备等方式来提升网络通信质量
是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型。应用程序可以在任何时候，发出任意数量的报文，而且不需要事先获得批准，也不需要通知网络。
应用Best-Effort服务模型的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（适用于绝大多数网络应用，如FTP、E-Mail等）
Best-Effort服务是现在Internet的缺省服务模型，通过先入先出（FIFO）队列来实现的
增大网络带宽：
优：可以增大单位时间内传输的数据量，改善带宽瓶颈、串行化延迟、丢包等问题
缺：网络建设成本较高
升级网络设备：
优：可以增大数据处理能力，改善处理延迟、队列延迟、丢包等问题
缺点：成本较高，替换设备增大业务中断风险

2.综合服务模型：使设备运行一些协议来保障关键业务的通信质量（基于流的服务模型，基于流做QOS流，IPv4-五元组；IPv6-流标签+源地址）在网络中预先占用带宽资源，保证通信质量
优点：可以为某些特定业务提供带宽、延迟保证
缺点：实现较复杂；当无流量发送时，仍然独占带宽，使用率较低；该方案要求端到端所有节点设备都支持并运行RSVP协议
RSVP协议工作过程：在应用程序发送报文前，需要向网络申请特定的带宽和所需的特定服务质量的请求，等收到确认信息后才发送报文
（该服务模型在现实网络中并不多见）

3.区分服务模型（DiffServ）（基于类的服务模型）
工作过程：首先将网络中的流量分成多个类，然后为每个类定义相应的处理行为，使其拥有不同的优先转发、丢包率、时延等
Diffserv服务模型概述：
业务流分类和标记由边缘路由器来完成。边界路由器可以通过多种条件（比如报文的源地址和目的地址、ToS域中的优先级、协议类型等）灵活地对报文进行分类，然后对不同类型的报文设置不同的标记字段，而其他路由器只需要简单地识别报文中的这些标记，然后对其进行相应的资源分配和流量控制即可。因此，DiffServ是一种基于报文流的QoS模型
它只包含有限数量的服务等级，少量的状态信息来提供有差别的流量控制和转发
DS节点：实现DiffServ功能的网络节点称为DS节点
DS边界节点：负责连接另一个DS域或者连接一个没有DS功能的域的节点。DS边界节点负责将进入此DS域的业务流进行分类和流量调整
DS内部节点：用于在同一个DS域中连接DS边界节点和其他内部节点。DS内部节点仅需基于报文中的EXP、802.1p、IPP等字段值进行简单的流分类以及对相应的流进行流量控制
DS域（DS Domain）：一组采用相同的服务提供策略和实现了相同PHB（Per Hop Behaviors）的相连DS节点组成。一个DS域由相同管理部门的一个或多个网络组成，如一个DS域可以是一个ISP，也可以是一个企业的内部网络
DiffServ模型充分考虑了IP网络本身所具有的灵活性、可扩展性强等特点，将复杂的服务质量保证通过报文自身携带的信息转换为单跳行为，从而大大减少了信令的工作。该模型是目前应用最广的服务模型

区分服务：
1.先给数据包打上标记
IPv4数据包标记：vlan pri 3bit
mpls exp 3bit
ip ipp 3bit
dscp 6bit
IPv6数据包优先级 Traffic Class 使用方法和dscp一样

三种服务模型对比