淺析QoS在校園網(wǎng)中的運(yùn)用

許璟

摘 要：經(jīng)過10多年的建設(shè)和發(fā)展，校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)所承載的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用越來越多，如何提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量目前是我們網(wǎng)絡(luò)管理者必須面對(duì)的問題。QoS技術(shù)是我們區(qū)別網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的有效手段。通過在校園網(wǎng)中應(yīng)用QoS技術(shù)，提高校園網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，從而滿足日益多樣化的網(wǎng)絡(luò)使用需求。

關(guān)鍵詞：QoS；校園網(wǎng)；帶寬；擁塞避免技術(shù)；鏈路效率機(jī)制

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2014）04-0085-03

一、QoS的概念

QoS的英文全稱為“Quality of Service”，中文名為“服務(wù)質(zhì)量”。QoS是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制， 是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)——用于評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)傳送、分組的一種技術(shù)?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)條件早已經(jīng)不是以前單一的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，而是集成了語音、視頻、圖像等多種業(yè)務(wù)。這些新業(yè)務(wù)的共同特點(diǎn)——即對(duì)帶寬、延遲、抖動(dòng)等性能有特殊需求，這也就說對(duì)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量——QoS有著更高的需求。QoS 能確保重要業(yè)務(wù)量不受延遲或丟棄，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行。

二、QoS在校園網(wǎng)中的作用和決定QoS的因素

1.QoS在校園網(wǎng)中的作用

從學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)需求的角度，要求一個(gè)及時(shí)的、安全的、高速的、快捷的、穩(wěn)定的信息交互平臺(tái)。眾所周知，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中語音、視頻的應(yīng)用對(duì)帶寬要求和延時(shí)要求都比較高，還有就是學(xué)校重要的應(yīng)用數(shù)據(jù)的傳輸很重要，其重要性和優(yōu)先級(jí)和學(xué)生使用校園的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行的其他活動(dòng)是完全不同的。如何來滿足學(xué)校信息頻繁傳輸?shù)男枰箮熒颖憬萦行У倪M(jìn)行教學(xué)互動(dòng)，特別是保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)先傳輸和足夠的帶寬保證是迫切需要解決的問題。這種情況下就要考慮到QoS技術(shù)。

提高服務(wù)質(zhì)量無非是保障傳輸?shù)膸?，降低傳送的延遲和抖動(dòng)，降低數(shù)據(jù)丟包率等措施。廣義來講，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的方方面面，只要對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有利的措施都是提高服務(wù)質(zhì)量。所以從廣義來講，校園網(wǎng)中的防火墻、路由的策略部署、快速轉(zhuǎn)發(fā)，這些都是提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的業(yè)務(wù)和措施，當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量又是相對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)而言的。在保障某一業(yè)務(wù)的時(shí)候，可能導(dǎo)致其他網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)受到限制。這些都是由于網(wǎng)絡(luò)資源的有限性決定的。只要網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在競(jìng)爭(zhēng)，就會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求。比如校園網(wǎng)絡(luò)總出口帶寬為1G，而BT下載占用了800M，那么其他業(yè)務(wù)就只剩下200M，如果限制了BT下載的帶寬為200M，那么其他業(yè)務(wù)就提高了服務(wù)質(zhì)量。

可以看出，各種業(yè)務(wù)在帶寬資源有限的情況下，彼此是互為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的，而資源的有限性又決定了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的絕對(duì)必要性。

2.決定QoS的因素

（1）帶寬

1G的帶寬表示數(shù)據(jù)可以以1Gbps的速率進(jìn)行傳送，但數(shù)據(jù)的送達(dá)需要通過多個(gè)網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)路由才能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，還需要考慮到全局的網(wǎng)絡(luò)帶寬。全局網(wǎng)絡(luò)帶寬取決于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路上最小的帶寬，這是我們說鏈路帶寬的關(guān)鍵之處。如圖2所示，256kbs是整條鏈路的實(shí)際帶寬。

（2）延遲

傳輸延遲：從鏈路一端到另一端的延遲。一般來說，鏈路帶寬越大，傳輸?shù)难舆t越小。

交換延遲：交換機(jī)或者路由器把數(shù)據(jù)從一個(gè)接口傳送到另一個(gè)接口所需要的時(shí)間與交換機(jī)或者路由器的性能有直接關(guān)系。

排隊(duì)延遲：數(shù)據(jù)從進(jìn)入隊(duì)列到發(fā)出所需的時(shí)間，即停留的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間與數(shù)據(jù)的大小、數(shù)據(jù)包的量、帶寬和隊(duì)列機(jī)制有關(guān)。

數(shù)據(jù)的延遲和以上三個(gè)方面密切相關(guān)。

（3）丟包

丟包是數(shù)據(jù)在傳送過程中，由于設(shè)備繁忙、隊(duì)列排滿、鏈路中斷等原因被丟棄。丟包可能發(fā)生在數(shù)據(jù)傳輸過程中的任何環(huán)節(jié)。

上述三個(gè)因素就是決定QoS的關(guān)鍵因素。如何有效的提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，就要從上面三個(gè)方面入手，即提高鏈路帶寬、適時(shí)的使用隊(duì)列機(jī)制避免擁塞、使用有效的鏈路機(jī)制，提高交換性能，從而提高網(wǎng)絡(luò)整體服務(wù)質(zhì)量。

三、在校園網(wǎng)應(yīng)用中提高QoS的技術(shù)

在IP網(wǎng)絡(luò)中部署QoS，那就是要在網(wǎng)絡(luò)中使用各種QoS技術(shù)，包括分類標(biāo)示技術(shù)，監(jiān)管、整形技術(shù)，擁塞管理技術(shù)，擁塞避免技術(shù)，鏈路效率機(jī)制，如圖3所示。

1.流分類和標(biāo)示技術(shù)

依據(jù)一定的匹配規(guī)則，讓流分組，是區(qū)別地實(shí)行流分類的前提。流量監(jiān)管的前提就是指對(duì)進(jìn)入交換設(shè)備特定的流量進(jìn)行監(jiān)管，當(dāng)流量超出規(guī)格時(shí)，可采用限制、關(guān)閉或者行政管理措施，以保護(hù)校園網(wǎng)用戶的正常使用。

2.流量整形技術(shù)

流量整形是一種主動(dòng)調(diào)整傳出數(shù)據(jù)控制措施的技術(shù)，通常是為下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)資源，避免不必要的報(bào)文丟失和擁塞。

3.擁塞管理

擁塞管理是指網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，所要采取的避免措施。通常是通過隊(duì)列調(diào)整技術(shù)，將報(bào)文放入隊(duì)列中，緩存，并采取特定算法，安排報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)秩序。每一種報(bào)文調(diào)度技術(shù)都用來解決特定問題，這些問題都會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生特定影響。

在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信中，通信信道是被多個(gè)終端共享的，并且外網(wǎng)的帶寬通常小于校內(nèi)網(wǎng)的帶寬。這樣，當(dāng)一個(gè)局域網(wǎng)的終端向另一個(gè)局域網(wǎng)的終端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于外網(wǎng)的帶寬小于內(nèi)網(wǎng)的帶寬，數(shù)據(jù)將不可能按內(nèi)網(wǎng)發(fā)送的速度在外網(wǎng)上發(fā)送。此時(shí)，處在外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)之間的交換設(shè)備將不能發(fā)送某些報(bào)文，即網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞。如圖4所示，當(dāng)局域網(wǎng) 1向局域網(wǎng) 2以10M的速率發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將會(huì)使Router 1的串口S1發(fā)生擁塞。

4.擁塞避免技術(shù)

擁塞避免技術(shù)是指過度擁塞會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成影響，擁塞避免是監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，當(dāng)擁塞情況加重時(shí)，采用主動(dòng)丟棄報(bào)文的策略，通過調(diào)整流量來避免網(wǎng)絡(luò)過度擁塞。這里的流控具有廣泛的意義，它影響到設(shè)備中更多的業(yè)務(wù)流的負(fù)載。設(shè)備在丟棄報(bào)文時(shí)，并不排斥與源端的流控動(dòng)作（比如TCP流控）的配合，更好地使網(wǎng)絡(luò)的流量到達(dá)一個(gè)合理的負(fù)載狀態(tài)。丟包策略和源端流控機(jī)制有效的組合，可以使網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和利用效率最大化，并且使報(bào)文丟棄和延遲最小化。

5.鏈路效率機(jī)制

鏈路效率機(jī)制是可以改善鏈路的性能，間接提高網(wǎng)絡(luò)的QoS，如降低鏈路發(fā)包的時(shí)延（針對(duì)特定業(yè)務(wù)）、調(diào)整有效帶寬。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)QoS的支持是應(yīng)用各種QoS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。在這些QoS技術(shù)中，流分類和標(biāo)記是基礎(chǔ)，是有區(qū)別地實(shí)施服務(wù)的前提，而其他QoS技術(shù)則從不同方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量及帶寬的資源實(shí)施控制（見圖5），是校園網(wǎng)管理者有區(qū)別地提供服務(wù)思想的具體體現(xiàn)。

四、QoS在校園網(wǎng)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

QoS的應(yīng)用使校園網(wǎng)管理者可以管理各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，針對(duì)不同的需求，提供不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。可以限制主干網(wǎng)上各種應(yīng)用所需的帶寬，針對(duì)不同業(yè)務(wù)需求，有針對(duì)性地提高某種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。對(duì)于實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如語音、視頻等，校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以針對(duì)不同報(bào)文加以區(qū)別對(duì)待，滿足教學(xué)所求。校園網(wǎng)服務(wù)提供者能夠保障重要網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)（如視頻會(huì)議）的帶寬和低延遲，在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行基本服務(wù)外不會(huì)影響到重大敏感業(yè)務(wù)。

綜上所述，隨著目前視頻和語音等技術(shù)的發(fā)展，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用的廣泛，對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量也有了很強(qiáng)的需求。通過在校園網(wǎng)絡(luò)有效的利用QoS技術(shù)，能夠有效整合網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多種運(yùn)用的不沖突；校園網(wǎng)的管理者也有了保障校園網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的靈活管理手段，從而保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的QoS。

參考文獻(xiàn)：

[1]（美）Tim Szigeti、Christina Hattingh著，田敏，宋輝譯.端到端QoS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]黃天云.視頻流量分析與QoS管理[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2013.

[3]周文安，馮瑞軍，劉露等.異構(gòu)/融合網(wǎng)絡(luò)的QoS管理與控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]張國清.QoS在IOS中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

（編輯：魯利瑞）endprint