基于Linux的QoS编程接口研究与分析（2）

1.4 QoS在网络应用中的重要性

随着因特网的快速爆炸式发展，新兴的业务也层出不穷。因为网络正在从初期的单一的数据网络，向集成音频、视频、数据的宽带多媒体网络方向发展。而随着骨干网和接入网上带宽的不断增长，语音、传真、会议电视、视频点播等业务迅速的浮出水面，成为电信网络上新的增值业务。这些业务有一个共同的特征，对带宽要求高，对时延非常敏感。初期的因特网基于TCP/IP协议栈规划和设计，其中IP网络最典型和最精髓的一个设计思想是“Best effort”，和传统的电信网络相比，它是一种面向无连接（connectionless）尽力而为的基于包交换的一种网络，在这种机制之上很难保证用户的带宽、吞吐量和传输的时延，尽管高层的协议提供了更好的机制，但是依然无法使新兴的业务得到服务质量。在这种状况下，服务质量保证（QoS）成为因特网发展的一个重点。

    传统的因特网协议栈中经典的方式是先进先出（FIFO），即不区分业务类型和对时延的敏感程度，统一按照一个队列进行处理。这种机制对于音频和视频等多媒体业务很不合适，尤其是对时延要求非常敏感的一些业务。当网络发生拥塞，队列过长时，部分数据将被丢弃或者重传，对于实时的业务而言，这样造成服务质量无法保证的局面。

    针对以上的问题，出现了很多QoS技术。比较典型的是：集成服务(InterServ，intergrate Service)与RSVP（Resource Reservation Protocol）模型，区分服务（DiffServ，Differentiated Service），流量工程和约束路由，多协议标记交换（MPLS）技术。与QoS相关的参数主要包括用户传送带宽、传送时延、时延抖动、传送误码率等。比如视频传送属于调用型业务，为保证其实时性，需要很高的传输速率，占用较大的带宽。传送带宽的不足和网络业务量的拥塞往往引起传送时延和时延抖动，实现QoS的关键就是解决网络的拥塞问题。对于企业网络来说，越是简单的解决方案，越有生命力。人们公认ATM技术有完善的QoS支持、灵活的应用形式，但现在使用者很少，主要原因也就是它太复杂、太昂贵。当通过在网络中采用更高的带宽、更快的设备同样能实现服务质量要求时，没有人愿意再去进行繁复设置。

    由于以太网是基于不定长数据包的技术，很难像ATM那样提供显示的QoS功能，但QoS组件为它提供了可供选择的方案。所谓QoS组件就是指诸如具有资源预留的分组或流量的优先级控制和通过技术映射业务级别等实现服务质量要求的方法。常见的QoS组件有IEEE 802.1Q/p标准、RSVP（IEFT资源预约协议）、IP TOS（服务类型）等。对于网络管理者来说，重要的是选择满足其服务质量要求的QoS组件的最佳组合。

1)灵活支持CoS/ToS/Port任选方式之一的每个端口2个优先级队列。

2)基于IEEE802.1p的优先级控制使网络能主动避免导致吞吐量下降的拥塞现象；具有主动从拥塞状态恢复正常的能力。

3)基于IP ToS的优先级支持使交换机能优先处理具有较高优先级的业务，而不加剧拥塞现象。

4)基于Port的优先级设置，使管理员能更简便的为VIP用户分配高优先级。

5)灵活的QoS保障，使得用户能在不对基础网络硬件和协议做大规模或根本性改造的前提下，充分运用已安装的网络要素和软件，提高网络容量，增加新服务，并因此保护原有投资。

拥有QOS保障，在实际网络应用中具有特殊的意义。因为在网络应用业务不断发展的情况下，需要适当扩大广域网的接入带宽，以满足需求。但是，一味扩大带宽并不能彻底解决问题，只有和QoS结合起来，才能取得事半功倍的效果，并为企业节约投资。通过采用QoS策略、千兆以太网技术智能型交换机，可以解决应用可用性的基本问题，这样，通过区分应用优先级、灵活分配带宽，因此可以有效地利用网络资源，并建立智能网络以提高网络可用性，从而实现QoS策略，保证业务平稳运行。

当前有三种典型的 QoS：

尽力而为型服务（Best-effort service）――基本连通性，没有发送流量、发送速度和顺序方面的保证。

区分型服务（Differentiated service）――流量较好（处理快速、平均带宽较多、平均丢包率较低）。它属于统计性能，不同于由流量分类提供的典型保证型服务。

证型服务（Guaranteed service）――它是解决网络资源特殊流量的最佳方案。该服务通过分组网络中的QoS工具RSVP实现。传统的电话网络(PSTN)使用的线路交换能够确保链路连接和带宽分配，从而保证服务质量。

QoS技术涉及以下三个方面：

QoS识别和标志技术：主要是调整网络单元之间从终端到终端的服务质量，这是通过数据包流量分类和预留带宽完成的。识别流量的一般方法包括访问控制表（ACLs）、策略路由技术、承诺访问速率（CAR）以及基于网络应用的识别（NBAR）。

单一网络单元中的 QoS ：包括拥塞控制、队列管理、链接效率等技术和分层/流量监管工具。

QoS 策略、管理和计费功能：主要控制和管理终端到终端的网络流量，包括配置网络设备如RMON探测器。当获取网络流量及目标应用程序时，需要采用 QoS 技术来提高服务质量。通过测试目标应用程序的响应可以知道该过程是否达到 QoS 标准。

 

1.5 小结

 

    Linux操作系统在短短的几年之内得到了非常迅猛的发展，这与Linux具有的良好特性是分不开的。

Linux诞生于因特网，它具有Unix血统特性保证了它支持所有标准因特网协议（事实上，Linux是第一个支持IPv6的操作系统）。由于Linux低成本、高可靠、丰富的Internet应用软件，Linux是因特网服务提供商ISP中最流行的服务器操作系统。任何Linux发行版都提供了电子邮件、文件传输、网络新闻等等服务软件。  
    Linux是一个优异的、标准的网页Web应用平台，您可利用它来作为路由器、防火墙、网页服务器、电子邮件服务器、数据库服务器和目录服务器来建立一个完善的、安全的因特网站点。Linux 包含复杂的带宽管理系统 TC (流量控制，Traffic Control)。该系统支持分类、优先、共享和输入、输出流量限制等。这套系统可以与专用的带宽管理系统相媲美。

目前，Linux 所提供的 QoS（服务质量）是所有操作系统中最复杂、最完善的。另外， BSD 的 ALTQ 应该说也相当不错；但是，在复杂性、灵活性和可扩展性等方面要落后 Linux 一大截。我不太清楚微软的产品是否提供了这方面的功能。Sun 的 Solaris 提供 了 CBQ 和 RSVP 的功能。