定义
1. 国际电信联盟(ITU)在x．902标准即“信息技术开放式处理参考模型”中定义服务质量(QoS)为：定义在一个或多个对象的集体行为上的一套质量需求的集合。 吞吐量、 传输延迟和错误率等一些服务质量参数描述了数据传输的速度和可靠性等。
2.在 ATM中定义服务质量(QoS)为“关于ATM性能参数集合的术语，这些参数描述了在一个给定虚拟连接上数据流量的特征”。服务质量参数大多应用在较低层次的协议层上，这些参数并不直接被应用程序所观察和感觉到。这些参数包括信元丢失率、信元错误率、信元错误插入率、信元延迟变化、信元传输延迟和平均信元传输延迟。根据服务质量参数定义了五种服务级别，级别0指的是“尽最大努力”服务方式，在这种服务级别中没有特定的流量参数和绝对的服务质量保证。
3. ETF在研究ATM时就已经开始考虑服务质量的问题。即有陈述：“随着在网络上实时服务的逐步增加，在共享网络上要求提供确定的传输服务。这些确定的传输服务要求应用程序和网络基础设施有能力请求、设置和强化数据的传输。总的来说，这些服务指的是带宽预留和服务质量”。在“基于ATM的IP”中这样描述: “实时应用程序所使用的服务质量参数被假设在数据传输之前的 资源预留协议中设置，或者以某种形式携带在数据之中”。“目前的工作正在重点研究服务质量参数怎样被表达出来和怎样做出本地的决定”。
[1]
背景
在 因特网创建初期，没有意识到QoS应用的需要。因此，整个 因特网运作如一个“竭尽全力”的系统。每段信息都有4个“服务类别”位和3个“优先级”位，但是他们完全没有派上用场。依发送和接收者看来， 数据包从起点到终点的传输过程中会发生许多事情，并产生如下有问题的结果：
·
丢失数据包- 当数据包到达一个缓冲器（buffer）已满的 路由器时，则代表此次的发送失败，路由器会依网络的状况决定要丢弃、不丢弃一部份或者是所有的数据包，而且这不可能在预先就知道，接收端的 应用程序在这时必须请求重新传送，而这同时可能造成总体传输严重的延迟。
·
延迟- 或许需要很长时间才能将 数据包传送到终点，因为它会被漫长的 队列迟滞，或需要运用间接路由以避免阻塞；也许能找到快速、直接的路由。总之，延迟非常难以预料。
·
传输顺序出错- 当一群相关的数据包被 路由经过 因特网时，不同的数据包可能选择不同的 路由器，这会导致每个数据包有不同的延迟时间。最后数据包到达目的地的顺序会和数据包从发送端发送出去的顺序不一致，这个问题必须要有特殊额外的协议负责刷新失序的数据包。
·
出错- 有些时候， 数据包在被运送的途中会发生跑错路径、被合并 甚至是 毁坏的情况，这时接收端必须要能侦测出这些情况，并将它们统统判别为已遗失的数据包，再请求发送端再送一份同样的数据包。
QoS简介
参数
QoS是通过给定的虚连接描述传输质量的ATM性能参数术语。这些参数包括： CTD、 CDV、 CER、 CLR、 CMR和SECBR、 ALLservice classes、Qos Classes、 traffic contract、traffic control。
含义
计算机网络中的QoS
网络资源总是有限的，只要存在抢夺网络资源的情况，就会出现服务质量的要求。服务质量是相对网络业务而言的，在保证某类业务的服务质量的同时，可能就是在损害其它业务的服务质量。例如，在网络总 带宽固定的情况下，如果某类业务占用的带宽越多，那么其他业务能使用的带宽就越少，可能会影响其他业务的使用。因此，网络管理者需要根据各种业务的特点来对 网络资源进行合理的规划和分配，从而使网络资源得到高效利用。
下面从QoS服务模型出发，对目前使用最多、最成熟的一些QoS技术逐一进行描述。在特定的环境下合理地使用这些技术，可以有效地提高服务质量。
QoS服务模型
通常QoS提供以下三种服务模型：
l Best-Effort service（尽力而为服务模型）
l Integrated service（综合服务模型，简称Int-Serv）
l Differentiated service（区分服务模型，简称Diff-Serv）
1． Best-Effort服务模型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。但对延时、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（first in first out 先入先出） 队列来实现。它适用于绝大多数网络应用，如FTP、E-Mail等。
2． Int-Serv服务模型Int-Serv是一个综合服务模型，它可以满足多种QoS需求。该模型使用 资源预留协议（RSVP），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。
但是，Inter-Serv模型对设备的要求很高，当网络中的数据流数量很大时，设备的存储和处理能力会遇到很大的压力。Inter-Serv模型可扩展性很差，难以在Internet核心网络实施。
3． Diff-Serv服务模型Diff-Serv是一个多服务模型，它可以满足不同的QoS需求。与Int-Serv不同，它不需要通知网络为每个业务预留资源。区分服务实现简单，扩展性较好。
提高QoS的技术
1.链路效率机制
链路效率机制，用于改善链路的性能，间接提高网络的QoS，如降低链路发包的时延（针对特定业务）、调整有效带宽。链路效率机制有很多种，下面介绍两种比较典型的链路效率机制及其基本原理。
α 链路分片与交叉（Link Fragment & Interleave，LFI）
对于低速链路，即使为语音等实时业务报文配置了高优先级队列（如RTP优先队列或LLQ），也不能够保证其时延与抖动，原因在于接口在发送其他数据报文的瞬间，语音业务报文只能等待，而对于低速接口发送较大的数据报文要花费相当的时间。采用LFI以后，数据报文（非RTP实时队列和LLQ中的报文）在发送前被分片、逐一发送，而此时如果有语音报文到达则被优先发送，从而保证了语音等实时业务的时延与抖动。LFI主要用于低速链路。
链路效率机制的工作原理图如图11 所示：
链路效率[2]
如上图所示，应用LFI技术，在大报文出队的时候，可以将其分为定制长度的小片报文，这就使RTP优先队列或LLQ中的报文不必等到大片报文发完后再得到调度，它等候的时间只是其中小片报文的发送时间，这样就很大程度的降低了低速链路因为发送大片报文造成的时延。
β RTP报文头压缩（RTP Header Compression，cRTP）
cRTP主要在低速链路上使用，可将40字节的IP/UDP/RTP头压缩到2~4个字节（不使用校验和可到2字节），提高链路的利用率。cRTP主要得益于同一会话的语音分组头和语音分组头之间的差别往往是不变的，因此只需传递增量。
RTP协议用于在IP网络上承载语音、视频等实时多媒体业务。RTP报文包括数据部分和头部分，RTP的数据部分相对小，而RTP的报头部分较大。12字节的RTP头，加上20字节的IP头和8字节的UDP头，就是40字节的IP/UDP/RTP头。而RTP典型的负载是20字节到160字节。为了避免不必要的带宽消耗，可以使用cRTP特性对报文头进行压缩。cRTP可以将IP/UDP/RTP头从40字节压缩到2～5字节，对于40字节的负载，头压缩到5字节，压缩比为（40+40）/（40+5），约为1.78，可见效果是相当可观的，可以有效的减少链路，尤其是低速链路带宽的消耗。
rtp[2]
2.链路层QoS技术
链路层QoS技术主要针对ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）、帧中继、令牌环等链路层协议支持QoS。作为一种面向连接的技术，ATM提供对QoS最强有力的支持，而且可以基于每个连接提供特定的QoS保证。帧中继网络确保连接的CIR（Committed Information Rate，承诺信息速率）最小，即在网络拥塞时，传输速度不能小于这个值。令牌环和更新的IEEE802.1p标准具有区分服务的机制。
α ATM QoS
ATM是一种大小固定的信元交换和多路复用技术，它是面向连接的，任何用户数据在两个或更多ATM连接设备之间传输之前，都必须建立虚电路（VC，Virtual Circuit）。ATM有两种主要的连接方式（或VC）：永久虚电路（PVC，Permanent Virtual Circuit）和交换虚电路（SVC，Switched Virtual Circuit）。PVC通常是静态的，需要手工或外部配置来建立；而SVC是动态，根据需要创建。它们的创建需要在ATM端点和ATM交换机之间运行信令协议。
ATM通过使ATM端系统显示流量合同来提供QoS保证，流量合同描述了希望的通信流指标。流描述符包括QoS参数，例如峰值信元速率（PCR，Peak Cell Rate）、持续信元速率（SCR，Sustained Cell Rate）以及突发量。
ATM端系统负责确保传输的流量符合QoS合同。ATM端系统通过缓冲数据来对流量进行整形，并按约定的QoS参数传输通信。ATM交换机控制每个用户的通信指标，并将其与QoS合同进行比较。对于超过了QoS合同的通信，交换机可以设置不顺从通信的CLP位。在网络拥塞时，CLP位被设置的信元被丢弃的可能性更大。
β FR QoS
FR（Frame Relay，帧中继）是一种流行的适用于数据通信的广域网（WAN）分组技术。它是一种较简单的协议，消除了X.25网络中链路层流控和纠错功能，这些功能被留给端点站的应用程序处理。这种协议最适合于数据通信，因为它可以传送偶然的突发。
帧中继使用VC（Virtual Circuit）运行，VC提供了帧中继网络上两个端点之间的逻辑连接，网络可以使用帧中继VC代替私有的租用线。PVC是网络操作员在网络管理站创建的，而SVC是基于呼叫动态建立的。
帧中继报头中的3个位提供了帧中继网络中的拥塞控制机制，这3个位分别叫做向前显式拥塞通知（FECN，Forward Explicit Congestion Notification）位、向后显式拥塞通知（BECN，Backward Explicit Congestion Notification）位和丢弃合格（DE，Discard Eligible）位。可以通过交换机将FECN位置1来告知诸如路由器等目标数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment），在帧从源传送到目的地的方向发生了拥塞。交换机将BECN位置1则告知目标路由器，在帧从源传送到目的地的反方向上发生了拥塞。DE位由路由器或其他DTE设备设置，指出被标记的帧没有传输的其他帧那么重要，它在帧中继网络中提供了一种基本的优先级机制，如果发生拥塞时，DE位被设置的帧将在DE位没有被设置的帧之前被丢弃。
帧中继流量整形（FRTS，Frame Relay Traffic Shaping）对从帧中继VC输出的通信进行整形，使之与配置速率一致，它将超出平均速率的分组放到缓冲区来使突发通信变得平滑。根据配置的排队机制，当有足够的可用资源时，这些缓冲的分组出队并等候被传输。排队算法是基于单个VC配置的，它只能针对接口的出站通信进行设置。FRTS可对每个VC的流量进行整形，将其峰值速率整形为承诺信息速率（CIR，Committed Information Rate）或其他定义的值，如超额信息速率（EIR，Excess Information Rate）。自适应模式的FRTS还能够根据收到的网络BECN拥塞指示符降低帧中继VC的输出量，将PVC的输出流量整形为与网络的可用带宽一致
[2] 。
功能
分类
QoS
(1)协议 有些协议非常“健谈”，只要它们存在就会导致业务延迟，因此根据协议对 数据包进行识别和优先级处理可以降低延迟。应用可以通过它们的EtherType进行识别。譬如，AppleTalk协议采用0x809B，IPX使用0x8137。根据协议进行优先级处理是控制或阻止少数较老设备所使用的“健谈”协议的一种强有力方法。
(2) TCP和 UDP端口号码 许多应用都采用一些TCP或UDP端口进行通信，如 HTTP采用TCP端口80。通过检查IP 数据包的端口号码， 智能网络可以确定数据包是由哪类应用产生的，这种方法也称为 第四层交换，因为TCP和UDP都位于OSI模型的第四层。
(3)源IP地址 许多应用都是通过其源IP地址进行识别的。由于服务器有时是专门针对单一应用而配置的，如 电子邮件服务器，所以分析 数据包的源IP地址可以识别该数据包是由什么应用产生的。当识别 交换机与应用服务器不直接相连，而且许多不同服务器的数据流都到达该交换机时，这种方法就非常有用。
(4)物理端口号码 与源IP地址类似，物理端口号码可以指示哪个服务器正在发送数据。这种方法取决于 交换机物理端口和应用服务器的映射关系。虽然这是最简单的分类形式，但是它依赖于直接与该 交换机连接的服务器。
标注
在识别 数据包之后，要对它进行标注，这样其他 网络设备才能方便地识别这种数据。由于分类可能非常复杂，因此最好只进行一次。识别应用之后就必须对其 数据包进行标记处理，以便确保网络上的 交换机或 路由器可以对该应用进行优先级处理。通过采纳标注数据的两种行业标准，即IEEE 802.1p或差异化服务编码点(DSCP)，就可以确保多厂商 网络设备能够对该业务进行优先级处理。
在选择 交换机或 路由器等产品时，一定要确保它可以识别两种标记方案。虽然DSCP可以替换在局域网环境下主导的标注方案 IEEE802.1p，但是与IEEE 802.1p相比，实施DSCP有一定的局限性。在一定时期内，与IEEE 802.1p 设备的兼容性将十分重要。作为一种过渡机制，应选择可以从一种方案向另一种方案转换的 交换机。
优先级设置
QoS功能示意图
在 局域网交换机中，多种业务 队列允许 数据包优先级存在。较高优先级的业务可以在不受较低优先级业务的影响下通过 交换机，减少对诸如话音或视频等对时间敏感业务的延迟事故。
为了提供优先级， 交换机的每个端口必须有至少2个 队列。虽然每个端口有更多 队列可以提供更为精细的优先级选择，但是在局域网环境中，每个端口需要4个以上队列的可能性不大。当每个数据包到达 交换机时，都要根据其优先级别分配到适当的 队列，然后该交换机再从每个队列转发数据包。该 交换机通过其排队机制确定下一步要服务的 队列。有以下2种排队方式。
(1)严格优先 队列(SPQ) 这是一种最简单的排队方式，它首先为最高优先级的队列进行服务，直到该队列为空，然后为下一个次高 优先级队列服务，依此类推。这种方法的优势是高优先级业务总是在低优先级业务之前处理。但是，低优先级业务有可能被高优先级业务完全阻塞。
(2) 加权循环(WRR) 这种方法为所有业务 队列服务，并且将优先权分配给较高 优先级队列。在大多数情况下，相对低优先级，WRR将首先处理高优先级，但是当高优先级业务很多时，较低优先级的业务并没有被完全阻塞。
Qos可以根据报文中的802.1Q判断优先级
补充：
现在的 路由器一般均支持QoS。
路由器上的QoS可以通过下面几种手段获得：
1．通过大带宽得到
在 路由器上除增加接口带宽以外不作任何额外工作来保障QoS。由于数据通信没有相应公认的数学模型作保障，该方法只能粗略地使用经验值作估计。通常认为当带宽利用率到达50%以后就应当扩容，保证接口带宽利用率小于50%。
2．通过端到端 带宽预留实现
该方法通过使用RSVP或者类似协议在全网范围内通信的 节点间端到端预留 带宽。该方法能保证QoS，但是代价太高，通常只在 企业网或者私网上运行，在大网公网上无法实现。
3．通过 接入控制、 拥塞控制和区分服务等方式得到
该方式无法完全保证QoS。这能与增加接口 带宽等方式结合使用，在一定程度上提供相对的QoS。
4．通过MPLS流量工程得到
需要QoS的应用
流量约定（
SLA,
Service Level Agreement服务等级协议）给 数据流设定优先级，以此在网络/协议层面上，根据相互商定的尺度，设定有保障的性能、通过量、延迟等界限。一些特定形式的网络 数据流需要定义服务质量，例如：
多媒体流要求有保障的通过量
IP电话需要严格的抖动和延迟限制
性命攸关的应用系统，例如远程外科手术要求有可靠保证的可用性（也称作
硬性 QoS）.
这些类型的服务被称为
非弹性，意思是它们需要固定的带宽才能运作--如果得到多余的带宽，它们也无法使用；如果得到较少的带宽，则根本无法工作。相形之下，弹性应用可以从多余的带宽中受益。
应用
QoS应用示意图
在Internet等计算机网络上为用户提供高质量的QoS必须解决以下问题：
1． QoS的分类与定义。对QoS进行分类和定义的目的是使网络可以根据不同类型的QoS进行管理和分配资源。例如 ，给实时服务分配较大的带宽和较多的CPU处理时间等，另一方面，对QoS进行分类定义也方便用户根据不同的应用提出QoS需求。
2． 准入控制和协商。即根据网络中资源的使用情况，允许用户进入网络进行多媒体信息传输并协商其QoS。
3． 资源预约。为了给用户提供满意的QoS，必须对 端系统、 路由器以及传输 带宽等相应的资源进行预约，以确保这些资源不被其他应用所强用。
4． 资源调度与管理。对资源进行预约之后，是否能得到这些资源，还依赖于相应的资源调度与管理系统。
目前的Internet仅提供尽力而为( best-effort service)的传送服务，业务量尽快传送，没有明确的时间和可靠性保障。随着 网络多媒体技术的飞速发展，Internet上的多媒体应用层出不穷，如IP电话、 视频会议、视频点播(VOD)、远程教育等多媒体实时业务、电子商务在Internet上传送等。Internet已逐步从单一的 数据传送网向数据、语音、图像等 多媒体信息的综合 传输网演化。这些不同的应用需要有不同的Qos(quality of service)要求，Qos通常用 带宽、时延、 时延抖动和分组丢失率来衡量。各种应用对服务质量的需求在迅速增长。
显然，现有的尽力传送服务已无法满足各种应用对 网络传输质量的不同要求，需要Internet提供多种服务质量类型的业务。而尽力而为的服务仍将提供给那些只需要连通性的应用。
服务质量Qos系指用来表示服务性能之属性的任何组合。为了使其具有价值，这些属性必须是可提供的、可管理的、可验证和计费的，而且在使用时它们必须是始终如一的、可预测的、有的属性甚至是起决定性作用的。为了满足各种用户应用的需要，构建对IP最优并具备各种服务质量机制的网络是完全必要的。专线服务、语音、文件传递、 存储转发、交互式视频和广播视频是现有应用的一些例子。
关键指标
QoS in Internet
可用性
是当用户需要时网络即能工作的时间百分比。可用性主要是设备可靠性和网络存活性相结合的结果。对它起作用的还有一些其他因素，包括 软件稳定性以及网络演进或升级时不中断服务的能力。
吞吐量
是在一定时间段内对网上流量(或 带宽)的度量。对IP网而言可以从 帧中继网借用一些概念。根据应用和服务类型， 服务水平协议(SLA)可以规定 承诺信息速率(CIR)、突发信息速率(BIR)和最大突发信号长度。承诺信息速率是应该予以严格保证的，对突发信息速率可以有所限定，以在容纳预定长度突发信号的同时容纳从话音到视像以及一般数据的各种服务。一般讲， 吞吐量越大越好。
时延
指一项服务从网络入口到出口的平均经过时间。许多服务，特别是话音和视像等实时服务都是高度不能容忍时延的。当时延超过200-250毫秒时，交互式会话是非常麻烦的。为了提供高质量话音和会议电视，网络设备必须能保证低的时延。
产生时延的因素很多，包括分组时延、 排队时延、交换时延和传播时延。传播时延是信息通过铜线、光纤或无线链路所需的时间，它是光速的函数。在任何系统中，包括 同步数字系列(SDH)、 异步传输模式（ATM）和弹性分组环路( RPR)，传播时延总是存在的。
时延变化
QoS流程
漂移是任何同步传输系统都有的一个问题。在SDH系统中是通过严格的全网分级定时来克服漂移的。在异步系统中，漂移一般不是问题。漂移会造成基群失帧，使服务质量的要求不能满足。
丢包
不管是比特丢失还是分组丢失，对分组 数据业务的影响比对实时业务的影响都大。在通话期间，丢失一个比特或一个分组的信息往往用户注意不到。在视像广播期间，这在 屏幕上可能造成瞬间的波形干扰，然后视像很快恢复如初。即便是用 传输控制协议(TCP)传送数据也能处理丢失，因为传输控制协议允许丢失的信息重发。事实上，一种叫做随机早丢( RED)的 拥塞控制机制在故意丢失分组，其目的是在流量达到设定门限时抑制TCP传输速率，减少拥塞，同时还使TCP流失去同步，以防止因速率窗口的闭合引起 吞吐量摆动。但分组丢失多了，会影响传输质量。所以，要保持统计数字，当超过预定门限时就向网络管理人员告警。
QoS业务分类标准
优先级分类根据各种网络所关注的业务类型已经出现多种不同的标准，相关标准可以参考：
1. RFC 791,Internet Protocol
根据各IP应用的特点，将业务分为Network Control、Internetwork Control、CRITIC/ECP、Flash Override、Flash、Immediate、Priority、Routine共8类优先级。其中，Routine优先级最低，Network Control优先级最高。
2. RFC 1349
将业务按照TOS的定义分为16类优先级，TOS使用4个bit位分别表示：minimize delay、maximize throughput、minimize monetary cost、maximize reliability，并建议了各IP应用应该如何取TOS值，例如，FTP CONTROL报文建议其TOS取值为minimize delay。
3.RFC 1490
将业务按照Frame Relay Discard Eligibility bit的定义分为2类丢弃优先级。
4. RFC 1483
Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5
将业务按照ATM Cell Loss Priority bit的定义分为2类丢弃优先级。
5. RFC 2474
Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Header
DiffServ网络定义了四类PHB：EF（Expedited Forwarding）PHB适用于低时延、低丢失、低抖动、确保带宽的优先业务；AF（Assured Forwarding）PHB分为四类，每个AF类又分为三个丢弃优先级，可以对相应业务进行等级细分，QoS性能参数低于EF类型；CS（class selector）PHB是从IP TOS字段演变而来，共8类；BE PHB是CS中特殊一类，没有任何保证，现有IP网络流量也都默认为此类。
6. IEEE 802.5
Token ring access method and Physical Layer specifications
令牌环网的优先级，可以将业务根据Access Priority的定义为8类优先级 。
7.IEEE 802.1p,Class of Service
以太网优先级，可以将业务根据802.1P Priority的定义分为8类优先级，0类至7类优先级相应递增，0类是BE业务，尽力传输)（class selector）PHB是从IP TOS字段演变而来，共8类；BE PHB是CS中特殊一类，没有任何保证，现有IP网络流量也都默认为此类
[2] 。
现状及相关技术
现在，IP网络如何提供服务质量QoS支持这一问题现已成为业界关注的焦点。对于由QoS控制来实现QoS保证，国际上不同组织和团体提出了不同的控制机制和策略，比较著名的有：
1． ISO/OSI提出了基于 ODP分布式环境的QoS控制，但至今仍只停留在只给出了 用户层的QoS参数说明和变成接口阶段，具体实现QoS控制策略并未提出；
2. ATM论坛提出了QoS控制的策略和实现，ATM控制是“连接预定”型（connection and reservation），它的核心内容是在服务建立之前，通过接纳控制和资源预留来提供服务的QoS保证，而在服务交互的过程中，用户进程和网络要严格按照约定的QoS实现服务QoS保证；
3． IETF组织也已经提出了多种服务模型和机制来满足对QoS的需求，其中比较典型的有：RFC2115，RFC2117以及1998、1999年提出的 RFC26xx系列中的综合业务模型（Int-Serv）、差分业务模型(differentiated services)、多协议标签MPLS技术(Multi-Protocol Label Switching)、流量工程( traffic engineering)和QoS路由(QoS-based routing)等均用于解决Internet网络的QoS控制和管理。