淺析QoS在校園網(wǎng)中的運用

許 璟

（西南財經(jīng)大學(xué) 信息與教育技術(shù)中心，四川 成都611130）

一、QoS的概念

QoS的英文全稱為“QualityofService”，中文名為“服務(wù)質(zhì)量”。QoS是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機制,是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)——用于評價網(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——即對帶寬、延遲、抖動等性能有特殊需求，這也就說對網(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，同時保證網(wǎng)絡(luò)的高效運行。

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，要求一個及時的、安全的、高速的、快捷的、穩(wěn)定的信息交互平臺。眾所周知，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中語音、視頻的應(yīng)用對帶寬要求和延時要求都比較高，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)先級和學(xué)生使用校園的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行的其他活動是完全不同的。如何來滿足學(xué)校信息頻繁傳輸?shù)男枰?，使師生更加便捷有效的進(jìn)行教學(xué)互動，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)。

圖1校園網(wǎng)絡(luò)的多種應(yīng)用

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，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)量又是相對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)而言的。在保障某一業(yè)務(wù)的時候，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)境存在競爭，就會存在網(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，彼此是互為競爭關(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)需要通過多個網(wǎng)絡(luò)、多個路由才能進(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是整條鏈路的實際帶寬。

圖2鏈路中最小帶寬決定全局網(wǎng)絡(luò)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：交換機或者路由器把數(shù)據(jù)從一個接口傳送到另一個接口所需要的時間與交換機或者路由器的性能有直接關(guān)系。

排隊延遲：數(shù)據(jù)從進(jìn)入隊列到發(fā)出所需的時間，即停留的時間。這個時間與數(shù)據(jù)的大小、數(shù)據(jù)包的量、帶寬和隊列機制有關(guān)。

數(shù)據(jù)的延遲和以上三個方面密切相關(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，就要從上面三個方面入手，即提高鏈路帶寬、適時的使用隊列機制避免擁塞、使用有效的鏈路機制，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)，鏈路效率機制，如圖3所示。

圖3QoS流量管理技術(shù)

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)別地實行流分類的前提。流量監(jiān)管的前提就是指對進(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，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調(diào)整傳出數(shù)據(jù)控制措施的技術(shù)，通常是為下一個網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)資源，避免不必要的報文丟失和擁塞。

3.擁塞管理

擁塞管理是指網(wǎng)絡(luò)擁塞時，所要采取的避免措施。通常是通過隊列調(diào)整技術(shù)，將報文放入隊列中，緩存，并采取特定算法，安排報文轉(zhuǎn)發(fā)秩序。每一種報文調(diào)度技術(shù)都用來解決特定問題，這些問題都會對網(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)一個局域網(wǎng)的終端向另一個局域網(wǎng)的終端發(fā)送數(shù)據(jù)時，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，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，將會使Router1的串口S1發(fā)生擁塞。

圖4網(wǎng)絡(luò)擁塞示意圖

4.擁塞避免技術(shù)

擁塞避免技術(shù)是指過度擁塞會對網(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，采用主動丟棄報文的策略，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)備在丟棄報文時，并不排斥與源端的流控動作（比如TCP流控）的配合，更好地使網(wǎng)絡(luò)的流量到達(dá)一個合理的負(fù)載狀態(tài)。丟包策略和源端流控機制有效的組合，可以使網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和利用效率最大化，并且使報文丟棄和延遲最小化。

5.鏈路效率機制

鏈路效率機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)包的時延（針對特定業(yè)務(wù)）、調(diào)整有效帶寬。