QoS模型术语详

QoS模型术语详解

随着数据设备对QoS实现的越来越多，我们也应该更多地去关注QoS方面的知识。但是在阅读QoS文献的时候，发现太多的QoS术语让我们对相关文档望而却步。如果要对各种QoS模型做详尽的阐述，限于篇幅不太可能，而且也没有必要，因为关于QoS文献很多。本文试图对QoS模型及其中的术语做深入浅出的解释，并给出出现该术语的RFC，以便大家做深入的了解，希望对大家的学习有所帮助。

QoS

QoS，英文全称Quality of Service，即服务质量。不同网络的服务质量指标不同，不同的组织对QoS也有不同的定义：电信网的QoS由ITU（国际电信联盟）定义；ATM网络的QoS由ATM论坛定义；IP网络的QoS由IETF定义。

IP QoS

IP网络服务质量由RFC 2386定义，具体的服务质量指标可以量化为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率和吞吐量等。以下术语都是与IP QoS相关的术语。

QoS模型

目前IETF定义了两种QoS模型：综合服务（IntServ）和区分服务（DiffServ），综合服务是一种基于资源预留的端到端服务质量模型；区分服务是基于每跳PHB的服务质量模型。

IntServ模型

RFC1633定义的IntServ模型只是一个基本的体系架构，它规定了在网络上保证QoS 的一些基本要素。IntServ的基本思想是网络中的每个网络单元，包括主机和路由器，在需要进行数据传输时首先在传输路径上进行资源预留，这种预留是基于流的，相比较DiffServ 来讲，属于精细粒度的预留。IntServ模型可以用在视频流和音频流应用方面，它可以保证多媒体流在网络拥塞时不受干扰。在IntServ中，Flow Specs作为资源预留的描述，RSVP 作为资源预留的信令。

Flow Specs

中文翻译成流规范，流规范包括两个方面：1、流是什么样子的？在流描述（T-Specs，Traffic Specification）中定义。2、流需要什么样的保障？在预留描述（R-Specs，Request Specification）中定义。

T-Specs

T-Specs主要描述了令牌桶算法的参数，包括令牌桶的速率和桶的深度，一些实时业务流需要较高的桶速率和较小的桶深度，而其它一些应用可能需要较低的速率和较大的桶深，桶深依据数据的突发程度而定。

R-Specs

R-Specs主要描述数据流的服务需求，可以分为三种服务类型：可以是普通的Best Effort服务，不需要预留资源，如HTTP、FTP等；也可以是受控负载服务，在网络负载较轻的时候，可以提供最优质的服务，延迟最低，无丢包，网络负载较重的时候，服务将会有一定的降级，延迟增加，有一定的丢包率；也可以是有保证的服务，无论网络状况怎样，都应该做到最低的迟延和不丢包。

RSVP

RSVP是使用在IntServ上的一种信令协议，IntServ依靠它传递资源预留信息。RSVP 在RFC 2205中描述。在所有实现资源预留的路径上，源端每隔30s发送一次PATH消息，目的端返回RESV消息，来刷新各路由器设备的资源预留状态。具体的资源预留过程如下图所示：

1、发送端确定数据流所需的带宽、延迟和延迟抖动等指标，确定T-Spec，并将其包含在PATH分组中发送给接收端。

2、当网络上的某一路由器收到PATH分组时，它将PATH分组中的路径状态信息存储起来，该路径状态信息描述了PATH的上一跳地址，然后将PATH发送至下一跳路由器。

3、接收端接收到PATH分组时，响应一个RESV分组，该分组包含了为数据流进行资源预留所需要的QoS信息描述。

4、当中间路由器接收到RESV分组时，通过接纳控制来决定是否有足够的资源来满足QoS需求。如果有就进行带宽的预留，然后将RESV转发给下一路由器。如果没有足够的资源，将会拒绝预留请求，并给发送端一个错误消息。

5、源端接收到RESV分组，说明资源预留成功，可以发送数据。如果在资源没有预留成功的情况下强行发送数据，将只会得到BestEffort服务。

由上述描述可以看出，RSVP可以实现基于每条流的资源预留，尽管这种控制粒度很细，但是可扩展性很差。

per-microflow 资源预留

端到端主机之间的路径资源预留是基于每个流的，这种流叫微流，这种资源预留也较微流资源预留。因为基于每个microflow预留的机制的可扩展性很差，中间路由器需要维护每个微流的信息，再则端主机可能不支持RSVP协议，所以这种预留的应用很少。

per-macroflow资源预留

边界路由器可以对到达另一端边界路由器的同一类流进行聚合，实现统一的资源预留，这种资源预留称为宏流资源预留，目前的应用中比较多见。

DiffServ模型

DiffServ模型（RFC2475）将数据流分为几个类别，根据每种类别来分配资源。这种资源的分配不是在转发路径上实施统一的资源预留，而是在每一跳上对不同标记（DSCP）的包实施不同的行为，如对DSCP为101110的包进行优先转发，当拥塞发生时，对于DSCP 为011110的包优先丢弃等，这样同样可以实现端到端的服务质量保证，只是这种服务质量在网络拥塞的时候会打折扣，即在网络拥塞时，无法完全满足用户的需求。

DiffServ网络是由一个或多个DS区域组成的。每个DS区域可能定义自己不同的PHB 行为，如果流传输需要跨多个DS区域，那么在DS区域边界需要进行协商。DS区域之间通过协商可以达到全网统一的PHB行为。数据包经过的IP路径上所有网络单元必须启用DiffServ服务。一个DS区域的组成节点是入口DS节点，内部DS节点和出口DS节点。一般来讲，边界节点执行数据包的分类和流量的调节工作，而中间节点根据流量策略执行PHB行为。

DSCP

RFC2474对IP头的优先级域（RFC1349）重新定义：

Diff-Serv Model

6比特的区分服务编码点（DSCP）在IP包头标识出数据包的类别。6个比特可以实现

64中不同的类别；IP优先级级别可以映射到固定的DSCP类别，映射关系如下：

PHB行为

每跳行为（PHB：Per-Hop Behavior），RFC3140。路径沿途的网络单元（每跳）检查DSCP字段值，并确定该数据包要求的QoS，这被称为“每跳行为”。每个网络单元都有一张表，它把数据包中发现的DSCP值映射到PHB，PHB决定了如何对待这个包。DSCP是数据包中携带的一个标记值，而PHB则是应用于数据包的指定的行为。到目前为止，可以采用4种标准的DiffServ的PHB实现：缺省（DEF）PHB、类别选择器（CS）PHB、快速转发（EF）PHB（RFC3246）、保证转发（AF）PHB（RFC2579）。

BA

如果很多数据包具有相同的DSCP值，且按照同一方向穿越某一个网络单元，那么这样的数据包的集合称为“行为集合（BA）”。DSCP的QoS粒度为行为集合。

缺省PHB

缺省PHB产生标准的“尽力而为“的IP数据包传送。用DSCP值000000标识的数据包会从一个遵从DiffServ的网络单元得到尽力而为的转发服务。如果一个数据包到达时，它的DSCP值没有映射到任何的PHB行为，那么将会被映射到缺省的PHB。

类别转发器PHB

类别转发器PHB主要是为了和IP优先级字段兼容而定义的，网络单元对形式为xxx000的DSCP的行为与IP优先级字段是一直的，如具有DSCP值为100000（IP优先级100）的数据包会比DSCP值为011000（IP优先级011）的数据包得到优先转发。

快速转发PHB

EF PHB的DSCP标识将会产生快速转发行为，这样的数据包拥有绝对的优先级，会得到优先转发，具有最小的迟延和丢失率。适用于VoIP、视频及无线电子商务等应用。EF 的推荐DSCP为101110。

保证转发PHB

AF PHB为携带不同DSCP值的IP数据包指定了AF类别和丢弃优先级。在相同的AF 类别中，将会根据丢弃优先级的不同来做丢弃决定，丢弃优先级高的数据包会得到优先丢弃。

RFC2587推荐了12个AF PHB ，代表4种AF 的类别，每一种具有3个丢弃优先级。前三位代表类别，后三位代表丢弃优先级。

E-LSP

在MPLS 网络中，为了避免对数据包进行深层次的解析，使用MPLS 包头的EXP 作为优先级字段，这种方式叫做E-LSP ，它只能支持最多8种优先级标记。

L-LSP

因为E-LSP 只能支持8中优先级标记，颗粒过于粗糙，如果想需要8种以上的PHB 行为，那么必须想其它办法。L-LSP 是以Label 为优先级标记的LSP ，也就是说PHB 行为是从Label 中推断出来的。

Uniform

模型

当用户网络数据包携带DSCP 标记进入MPLS 网络时，MPLS 网络运营商完全信任用户网络优先级，从而直接将DSCP （101000）的前三位映射到MPLS 的EXP （101）域，在

MPLS 网络中实施PHB 行为，这称为统一模型。

LSP

Uniform Model with/without PHP

Pipe 模型

MPLS 网络不信任客户网络优先级标记，在数据进入MPLS 网络时重新进行优先级标记，根据重新定义的EXP 映射PHB 行为。

Pipe Model without PHP

如上图所示，尽管外层标签的PE2的UNI侧已经弹出，但是依然根据EXP映射PHB 行为。注意EXP数值3并不是DSCP：40的前三位映射。

Short Pipe模型

短管道模型跟管道模型的区别在于，MPLS的PHB行为在次末节结束，而管道模型的PHB行为在LER结束。

Short Pipe Model without PHP

Short Pipe Model with PHP

根据EXP映射PHB

如上图，如果在PE2弹出标签，那么PE2的PHB行为将根据客户的DSCP值决定。如果在P处弹出标签。那么P节点的PHB行为依然根据EXP决定，但是PE2的PHB行为已经根据客户优先级标记DSCP来决定。

SLA

业务等级协议（SLA）实质上就是要分清用户与运营商之间的责、权、利。对于一般用户而言，SLA可以是非常简化的标准协议，以方便使用；而对于商业用户来说，SLA可以是专门的，为其专门定制的多方位协议。当然，如果一般用户愿意为细化的服务而额外支付费用的话，也可以为他们定制专门的协议。

一般来说，SLA定义了端到端的业务规程，它可以包括以下几个方面的内容：

（1）可用性——保证的正常运行时间。

（2）提供的业务——提供业务级别的规程。

（3）服务保证——对每种级别，包括吞吐量、丢包率、延迟、延迟偏差以及对超额预定的处理等方面的保证。

（4）责任——违反合同条款的后果。

（5）定价——为每项具体的业务级别定制的价格。

HQoS

层次化QoS就是通过配置抽象出真实网络的网络拓扑结构，来对流量进行合理的调度和流量控制，达到质量保证的目的。在每个调度层次上都可以根据需要配置流调度策略，流监管策略和拥塞控制策略。具体的HQoS介绍见另外技术积累