第33讲 QoS概述与调度策略
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QOS讲解
第一章 整体回顾1.1 QOS概念英文解释Quality of Service（服务质量保证），具体做什么的不解释了，个人认为主要应用于在带宽还不充裕的情况下可以平衡一下各种服务流量占用的矛盾，如果带宽足够的话，QOS是没有任何使用价值的。
1.2 QOS的服务模型网络应用是端到端的通讯结构，比如两个不同网络的主机进行通讯，中间可能跨越各种router和核心switch，那么想整体的实现所谓的QOS，就必须全局考虑，QOS的服务模型的概念就是采用通过什么模式全局实现服务质量保证，一共分成三种。
Best-Effort service 尽力而为服务模型Integrated service 综合服务模型简称IntservDifferentiated service 区分服务模型简称Diffserv1.2.1 Best-Effort服务模型Best-Effort是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型，应用程序可以在任何时候，发出任意数量的报文，而且不需要事先获得批准，也不需要通知网络，对Best-Effort服务，网络尽最大的可能性来发送报文，但对时延、可靠性等性能不提供任何保证Best-Effort服务是现在Internet的缺省服务模型，它适用于绝大多数网络应用，如FTP、 E-Mail等。
其实best-effort并非是什么QOS，就是互联网的简单数据传输方式而已，有什么传什么，阻塞也就阻塞了，丢且也就丢弃了。
只不过QOS指一种全局网络通讯的质量保证机制，不得不把这种低智商的服务模式提及一下1.2.2 Intserv服务模型如图所示（摘自）Intserv：集成服务模型，它可以满足多种QoS需求。
这种服务模型在发送报文前，需要向网络申请特定的服务。
应用程序首先通知网络它自己的流量参数和需要的特定服务质量请求：包括带宽、时延等。
应用程序一般在收到网络的确认信息，即确认网络已经为这个应用程序的报文预留了资源后，才开始发送报文，同时应用程序发出的报文应该控制在流量参数描述的范围以内。
计算机网络中的网络服务质量(QoS)保障技术
计算机网络中的网络服务质量（QoS）保障技术概述计算机网络中的网络服务质量（Quality of Service，简称QoS）保障技术是一种通过网络来提供可靠、高效的服务的方法。
QoS旨在保证网络中的不同应用程序和流量能够按照其特定需求得到适当的网络资源，以确保网络服务的可靠性、延迟、带宽和吞吐量等关键指标能够达到预期的水平。
QoS的重要性在当今的计算机网络环境中，用户对网络服务的需求日益增长。
随着云计算、视频流媒体、语音通信等应用的普及，网络上的数据传输变得更加复杂，而传统的“尽力而为”（Best Effort）的服务方式已经无法满足用户的需求。
因此，确保网络服务质量的保障技术变得尤为重要。
QoS的核心概念1. 带宽（Bandwidth）：带宽是指网络中能够传输的最大数据量。
在QoS保障技术中，带宽是指网络资源分配的重要因素，可以通过限制其他不重要的流量，为重要的应用程序或服务分配更多的带宽。
2. 延迟（Delay）：延迟是指数据从发送端到接收端所需的时间。
对于一些实时应用，如语音通信和视频流媒体，延迟必须尽可能地降低，以确保实时性。
3. 抖动（Jitter）：抖动是指数据包在网络中传输时出现的时间差异。
对于实时应用，如VoIP（Voice over IP），抖动必须控制在合理的范围内，以避免影响语音质量。
4. 丢包率（Packet Loss Rate）：丢包率是指在数据传输过程中丢失的数据包的比例。
在QoS保障技术中，需要通过一系列的机制来减少数据包丢失，如优化路由算法、拥塞控制等。
QoS的保障技术1. 流量控制：流量控制是指通过限制传输速率来控制网络中的数据流量。
通过使用流量控制机制，网络可以根据不同应用程序的需求来分配资源，以提供更好的QoS。
2. 拥塞控制：拥塞控制是指通过调整传输速率以避免网络拥塞的发生。
拥塞控制技术通过监测网络拥塞状态并相应地调整传输速率，以保证网络的正常运行。
3. 优先级调度：优先级调度是指通过为不同类型的流量分配优先级来提供服务质量的保障。
网络优化中的QoS策略与控制
网络优化中的QoS策略与控制随着互联网技术的飞速发展，网络优化变得愈发重要。
而在网络优化的过程中，提供高质量的服务（Quality of Service，简称QoS）是至关重要的。
本文将重点探讨网络优化中的QoS策略与控制。
一、QoS的概念与重要性在介绍QoS策略与控制之前，我们先了解一下QoS的概念及其在网络优化中的重要性。
QoS是指在网络传输过程中对不同流量进行差异化的服务质量保障措施。
它通过合理分配网络资源，优化网络性能，提高应用程序的响应速度和用户体验，从而满足用户对网络连接的需求。
QoS的重要性主要体现在以下几个方面：1. 提供稳定的网络连接：通过QoS策略与控制，网络运营商可以保证网络连接的稳定性，降低丢包率和延迟，提高网络传输的可靠性和稳定性。
2. 保障重要数据的传输：对于一些对带宽、延迟有较高要求的应用，如实时视频会议、在线游戏等，QoS策略可以提供专属带宽，优先保障其数据传输，减少卡顿、延迟等问题。
3. 确保网络公平性：QoS策略可以合理分配网络资源，避免某些用户或应用垄断带宽资源，保证网络的公平性。
4. 提高用户满意度：通过提供稳定、快速、流畅的网络连接，QoS 策略可以大幅提高用户的满意度，提升用户对网络服务的忠诚度。
二、QoS策略与控制的实施方式实施QoS策略与控制主要涉及以下几个方面：1. 流量分类与标记：网络优化中的QoS主要根据应用或用户的不同需求对网络流量进行分类和标记，以便在路由和交换设备上进行处理和调度。
常用的分类方法包括DiffServ（差异化服务）和IntServ（集成服务）等。
2. 带宽管理与控制：通过设置带宽限制、优先级排队等方式，对不同的流量进行管理与控制，以保证带宽资源的合理分配。
常用的带宽管理技术包括流量整形、压缩、调度等。
3. 延迟控制与优化：对于对延迟敏感的应用，如在线游戏、视频会议等，需要采取相应的延迟控制与优化策略，减少传输时延，提高用户的实时性体验。
网络流量知识：网络流量控制方法——QoS简介
网络流量知识：网络流量控制方法——QoS简介网络流量控制方法——QoS简介随着互联网的普及和计算机技术的不断发展，网络流量的需求量也越来越大，网络的稳定性和速度变得越来越重要。
为了保证网络的高效运行，网络流量控制方法也应运而生。
其中，QoS (Quality of Service)是网络流量控制方法之一。
本文将就QoS的概念、应用、技术实现等方面进行详细介绍。
一、QoS的概念QoS即服务质量，是一种能够在网络传输中保证某些数据流的特殊需求和请求的方法。
其目标是在网络上进行不同数据流的分配，以保证网络的性能和服务质量，包括实时性、可靠性等等。
通过QoS，网络管理员可以对不同的用户、应用程序或数据流进行优先级的管理和分配。
二、QoS的应用QoS是应用在网络中的一种技术，可以对网络中不同需求的数据流进行优化处理。
具体来说，QoS主要应用在以下几个方面：1、实时性应用对于实时传输过程中的视频、音频等媒体传输，实现高效传输。
例如在视频会议、流媒体播放、网络游戏中，确保传输的实时性和低延迟。
2、数据可靠性通过差错检测、纠错等技术，实现在网络传输过程中数据的可靠性，确保数据的传输质量和完整性。
3、带宽控制通过分配带宽，可以控制不同数据流的传输速度和占用网络带宽，保证不同数据流之间按需分配。
4、网络安全QoS也包括一定的安全措施，包括对网络流量进行控制和安全过滤，防止网络攻击和恶意代码的扩散。
三、QoS的技术实现QoS的技术实现包括以下几个部分：1、流量分类为了实现网络带宽的分配和管理，需要对网络流量进行分类。
常见的分类方式有按应用、用户、服务、流量类型等。
通过分类，可以对不同的数据流进行优先级分配和带宽控制。
2、流量调度流量调度是指根据用户和数据流的优先级，对网络带宽进行动态分配的一种技术。
在流量调度过程中，需要对不同的数据流进行访问控制和带宽调度。
3、流量限制流量限制是指限制网络中某些流量的传输速率，这样就可以避免某些应用或用户占用大量带宽，导致其他用户的网络速度慢。
QOS技术原理及配置.
• 保证服务：它提供保证的带宽和时延限制来满足应用程序的要求。 • 负载控制服务：它保证即使在网络过载的情况下，能对报文提供 近似于网络未过载类似的服务，即在网络拥塞的情况下，保证某 些应用程序的报文低时延和优先通过。
Differentiated service
（区分服务模型，简称DiffServ）
WRED和队列机制的关系
WRED和队列机制关系示意图
令牌桶
用令牌桶评测流量
流量监管
丢弃：比如对评估结果为“不符合”的报文进行丢弃 转发：比如对评估结果为“符合”或者“不符合”的报文进
行转发
改变802.1p 优先级并转发：比如对评估结果为“符合”
的报 文将之标记为其它的802.1p 优先级后再进行转发；
������
广播或者组播报文流量密集，瞬间突发流量大的网络 环境中。 ������ 报文从高速链路进入设备，由低速链路转发出去；或 者报文从相同速率的多个接口同时进入设备，由一个 相同速率的接口转发出去。
流镜像
流镜像功能是指通过引用ACL 进行流识别， 将通过指定端口的匹配ACL 规则的报文镜 像到目的端口
QoS服务模型简介
通常QoS提供以下三种服务模型（服务模型， 是指一组端到端的QoS功能）：
☆ Best-Effort service（尽力而为服务模型） ☆ Integrated service（综合服务模型，简称IntServ） ☆ Differentiated service
（区分服务模型，简称DiffServ）
解决网络拥塞—队列技术
具体过程包括队列的创建、报文的分类、将报 文送入不同的队列、队列调度等 队列调度将对不同优先级的报文进行分别处理， 优先级高的报文会得到优先处理。 常用的队列有FIFO、PQ、CQ、WFQ、 CBWFQ、RTP优先队列等
QOS概述
QOS概述随着Internet的飞速发展，人们对于在Internet上传输多媒体流的需求越来越大，一般说来，用户对不同的多媒体应用有着不同的服务质量要求，这就要求网络应能根据用户的要求分配和调度资源，因此，传统所采用的“尽力而为”转发机制，已经不能满足用户的要求。
QOS应运而生。
QOS（Quality of Service，服务质量）是用来评估服务方满足客户需求的能力。
在因特网中，为了提高网络服务质量，引入QOS机制，用QOS评估网络投递分组的能力。
我们通常所说的QOS，是对分组投递过程中为延迟、抖动、丢包等核心需求提供支持的服务能力的评估。
66.1.1 QoS基础框架不支持QoS 功能的设备不具有提供传输品质服务的能力，它同等对待所有的交通数据流，并不保证某一特殊的数据流会受到特殊的转发待遇。
当网络带宽充裕的时候，所有的数据流都得到了较好的处理，而当网络拥塞发生的时候，所有的数据流都有可能被丢弃。
这种转发策略被称做提供最佳效果服务，因为这时设备是尽最大能力转发数据，设备本身的交换带宽得到了充分的利用。
本设备支持QoS 功能，能够提供传输品质服务。
针对某种类别的数据流，您可以为它赋予某个级别的传输优先级，来标识它的相对重要性，并使用设备所提供的各种优先级转发策略、拥塞避免等机制为这些数据流提供特殊的传输服务。
配置了QoS 的网络环境，增加了网络的性能可预知性，并能够有效地分配网络带宽，更加合理地利用网络资源。
本设备的QoS 实现以IETF（Internet Engineering Task Force）的DiffServ （Differentiated Servece Mode），差分服务模型）体系为基础。
DiffServ 体系规定网络中的每一个传输报文将被划分成不同的类别，分类信息被包含在了IP 报文头中，DiffServ 体系使用了IPv4 报文头中的TOS（Type Of Service）或者Ipv6 报文头中的Traffic Class 字段的前6 个比特来携带报文的分类信息。
qos的控制策略
qos的控制策略QoS的控制策略一、引言随着互联网的不断发展，网络传输的质量和性能也成为了用户关注的焦点之一。
而QoS（Quality of Service，服务质量）作为一种网络管理技术，旨在提供对网络资源的有效管理和分配，以满足不同网络应用的不同需求。
本文将讨论QoS的控制策略，探讨如何通过合适的策略来提高网络的性能和用户体验。
二、QoS的概念和作用QoS是一种网络管理机制，通过对网络流量进行分类、调度和控制，以确保关键应用的网络性能和可靠性。
其主要作用包括：1. 实现带宽的合理分配：QoS可以根据不同的应用需求，对网络带宽进行分配，优先保证关键应用的带宽需求，避免网络拥塞和延迟；2. 提供服务质量保障：QoS可以通过限制和控制网络流量，确保关键应用的数据传输的可靠性和稳定性，降低丢包率和延迟；3. 支持多媒体应用：QoS可以为音视频传输等多媒体应用提供低延迟和高带宽，提升用户的观看和使用体验；4. 实现网络的性能优化：QoS可以通过合理的流量调度和控制策略，优化网络的性能，提高网络的吞吐量和响应速度。
三、QoS的控制策略1. 优先级队列（Priority Queue）优先级队列是一种简单有效的QoS控制策略，它通过为不同类型的数据流设置不同的优先级，使得优先级高的数据流能够优先获得带宽资源。
例如，对于实时传输的音视频数据，可以设置较高的优先级，确保其能够在网络拥塞时获得足够的带宽。
2. 带宽保障（Bandwidth Guarantee）带宽保障是一种QoS控制策略，通过为不同应用分配一定的带宽，保证其数据传输的可靠性和稳定性。
例如，对于对延迟敏感的应用，可以为其分配一定的带宽，以确保其数据传输时延低于一定的阈值。
3. 流量调度（Traffic Shaping）流量调度是一种QoS控制策略，通过对网络流量进行调度和限制，使得网络流量在一定的范围内波动，避免网络拥堵和丢包。
例如，可以对大流量数据进行拥塞控制，避免其对其他数据流造成干扰。
Qos培训
培训内容介绍Q o s概述Q o s服务模型拥塞管理拥塞避免流量整形和速率约定Q o s配置命令内容介绍Q o s概述Q o s服务模型拥塞管理拥塞避免流量整形和速率约定Q o s配置命令Qos概述--什么是QosQ o S，Q u a l i t y o f S e r v i c e，服务质量是指允许用户在吞吐量、延迟抖动、延迟，丢包率等方面获得可预期的服务水平的一系列技术的集合Qos概述--为什么引入Qos当前的I n t e r n e t状况是：报文的带宽、延迟、延迟抖动、丢包率不能预期。
传统IP网络中，所有的报文都无区别的对待。
人们对I n t e r n e t的期望是：报文的带宽、延迟、延迟抖动、丢包率能得到一定的保证，既能满足V o I P，V P N，电子商务等的要求，又能满足向e m a il这样对时间延迟不敏感的应用的需求。
在梦想和现实之间的便是：为I n t e r n e t提供支持Q o S的能力Qos概述--Qos的功能支持为用户提供专用带宽减少报文的丢失率避免和管理网络拥塞流量整形设置报文的优先级内容介绍Q o s概述Q o s服务模型拥塞管理拥塞避免流量整形和速率约定Q o s配置命令Qos服务模型服务模型，是指一组端到端的Q o s功能B e s t-E f f o r t s e r v i c eI n t e g r a t e d s e r v i c e(I n t s e r v)D i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e(D i f f s e r v)D iffS e r v-A w a r e T r a f f i cE n g i n e e r i n g(D S-T E)Best-Effort serviceB e s t-E f f o r t是单一的服务模型，也是最简单的服务模型。
应用程序可任意发送任意报文，不需要事先得到批准或通知网络网络尽最大可能发送这些报文，但对时延，可靠性等性能不提供任何保障B e s t-E f f o r t s e r v i c e是目前I n t e r n e t的缺省服务模型，主要实现技术是先进先出队列Integrated serviceI n t e g r a t e d s e r v i c e是一个综合服务模型，它可以满足多种Q o s需求这种服务模型在发送报文前，需要向网络申请特定服务。
QoS概述PPT课件
• 带宽不足: 多个数据流竞争有限的带宽 • 端到端(end-to-end)延迟(固定或变动的): 报文需要经过许多网络设备和链路，从而增加总延迟 • 延迟的变动(抖动): 有时网络中存在大量其他流量，这将增加延迟 • 报文丢失: 当链路发生拥塞时报文将被丢弃
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可用带宽
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总结(续)
• 资源的缺少将导致网络遭受不同类型的延迟，包括处理延迟、队列延迟、序列化延迟和传播延迟等。 • 在部署QoS策略时必须定义不同的QoS流量类别。 • 部署QoS需要3个步骤: 识别需求、分类网络流量、定义策略。 • QoS策略是指为不同类型的网络流量定义不同级别的QoS。
第16页/共31页
防止丢包的方法
升级链路(最好但最昂贵的解决方法) 为重要的报文保障足够的带宽。 在拥塞发生前，通过随机丢弃不重要的报文来避免拥塞。
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丢包的解决方法
问题: 接口拥塞引起TCP和语音报文丢弃，导致FTP流量变慢以 及语音质量下降。
结论: 可利用拥塞避免机制和队列机制 解决方法: 使用WRED(加权随机早期检测)和LLQ(低延迟队列)
在ISP路由器进行: 根据QoS策略重新设置优先级
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丢包
第14页/共31页
丢包的影响
电话呼叫: “I cannot understand you. Your voice is breaking up.” 电话会议: “The picture is very jerky. Voice is not synchronized.” Publishing company: “This file is corrupted.” Call center: “Please hold while my screen refreshes.”
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可用带宽
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总结(续)
• 资源的缺少将导致网络遭受不同类型的延迟，包括处理延迟、队列延迟、序列化延迟和传播延迟等。 • 在部署QoS策略时必须定义不同的QoS流量类别。 • 部署QoS需要3个步骤: 识别需求、分类网络流量、定义策略。 • QoS策略是指为不同类型的网络流量定义不同级别的QoS。
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防止丢包的方法
升级链路(最好但最昂贵的解决方法) 为重要的报文保障足够的带宽。 在拥塞发生前，通过随机丢弃不重要的报文来避免拥塞。
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丢包的解决方法
问题: 接口拥塞引起TCP和语音报文丢弃，导致FTP流量变慢以 及语音质量下降。
结论: 可利用拥塞避免机制和队列机制 解决方法: 使用WRED(加权随机早期检测)和LLQ(低延迟队列)
在ISP路由器进行: 根据QoS策略重新设置优先级
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丢包
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丢包的影响
电话呼叫: “I cannot understand you. Your voice is breaking up.” 电话会议: “The picture is very jerky. Voice is not synchronized.” Publishing company: “This file is corrupted.” Call center: “Please hold while my screen refreshes.”
QOS策略
QOS策略QoS术语解释QoS的英文全称为"Quality of Service"，中文名为"服务质量"。
QoS是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。
在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，比如Web 应用，或E-mail设置等。
但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。
当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。
QoS具有如下功能：1．分类分类是指具有QoS的网络能够识别哪种应用产生哪种数据包。
没有分类，网络就不能确定对特殊数据包要进行的处理。
所有应用都会在数据包上留下可以用来识别源应用的标识。
分类就是检查这些标识，识别数据包是由哪个应用产生的。
以下是4种常见的分类方法。
(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。
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QoS机制与拥塞控制机制的关系
拥塞控制的目的是防止网络来不及处理用户 的负载，并且在出现拥塞的情况下将拥塞的 影响减至最少，并且尽可能快地从拥塞恢复。 QoS机制则是为不同的用户提供不同的服务 质量保证，通过对于不同用户的分组进行区 别对待来完成。
12.2.1 调度策略概述
一条重要的设计原则是网络层尽可能地简单， 而将许多包括流量控制、可靠递交、拥塞控制 等复杂的功能交给高层来处理。 由于采用数据报服务，分组可能会采用不同的 路径到达目的地，因此分组经历的延迟可能会 各不相同，到达也可能会不按序到达。 而当链路出现拥塞时候，排队延迟会显著增加， 从而分组经历的延迟会增大，当队列满时分组 将被丢弃。
《数据通信与计算机网络（第二版）》 电子教案
笫三十三讲 QoS概述与调度策略 概述与调度策略
本讲内容
第12章 服务质量控制QoS
12.1 QoS概述
12.1.1 实时和非实时应用 12.1.2 QoS的定义 12.1.3 QoS模型和QoS机制
12.2 调度策略和队列管理
12.2.1 调度策略概述 12.2.2 FIFO 12.2.3 优先级队列 12.2.4 轮转调度
12.1.1 实时和非实时应用（续）
按照是否能够容忍分组的“丢失”，实时应 用进一步又可以分为容错（Tolerant）应用 和不容错（Intolerant）应用。 实时容错应用可以根据是否能够对网络的当 前情况进行响应而进一步分为自适应和非自 适应两种。 通过改变播放延迟而对分组延迟的变化进行 自适应的机制称为延迟自适应（Delayadaptive）。
12.1.2 QoS的定义
什么是QoS
对于通信网络来说，QoS指的是网络提供给 用户或者应用的服务的等级或者质量描述； 而对于应用程序来说QoS指的是用户感受到 的应用质量
问题的提出
基于网络的QoS策略提供各种不同的服务质 量支持，但它并不能完全取代基于应用的 QoS控制策略。网络的状况会动态改变，在 这种环境下进行端到端的自适应QoS控制就 显得尤其重要。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
另外一种自适应方式被称为速率自适应 （Rate-adaptive），比如一个视频应用可以 在网络的带宽足够的情况下采用更好的视频 编码而达到更高的画面质量，而在网络带宽 下降时采用一个相对低速的视频编码。 不容错的实时应用无法接受分组丢失，有些 应用也可以通过检测吞吐率的变化而进行动 态地响应，而大多数应用则属于非自适应的。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
Over-dimensioning虽然非常简单，但是代价 也非常高，由于用户通过网络传输的负载可 动态变化，严格的over-dimensioning技术要 求在任何时候都有充足的网络资源，这也意 味着必须按照峰值负载来进行网络的配置。 在冗余尺寸网络中，网络可以通过和用户之 间进行协商以限制用户发送的平均负载以及 允许的突发程度，但是这种方法并没有最优 地利用网络的容量，因为用户的服务质量要 求可能会各不相同。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
交互式批量应用（Interactive bulk applications）对于延迟的要求和交互式应用 类似，但是可能有较高的吞吐量要求。 异步应用允许相对大的延迟，因为它一般是 采用存储转发方式来工作，用户并不需要实 时的交互，这个方面的例子是E-mail。 实时应用 实时应用又被称为无弹性应用（Inelastic Application），一般对于延时、延时抖动、 吞吐量的变化等相对敏感一些。
Mn 剩余资源数 = 尚未满足需求的流的个 = C - ∑ mi
i =1 n −1
上面的公式对于任何连续工作型的调度算法 都适用
12.2.1 调度策略概述（续）
断续工作（non-work-conserving）的调度器 而言，尽管有分组在等待传输，也可能会空 闲一段时间，以等待该分组满足传输的条件。 最大最小公平（max-min fairness）标准： • 首先把每个流要求的资源按顺序进行排列； • 资源被首先分配给具有最低要求的流 ； • 同时注意每个流不会获得它所要求之外的额 外资源，在剩下来的资源中，那些还没有达 到其要求的流平均分配剩余的资源。
12.2.1 调度策略概述（续）
转发/路由策略
Байду номын сангаас路由表
调度器
分组分类器
交换结构
输出队列
一个简单的路由器模型
12.2.1 调度策略概述（续）
调度算法
算法的特点： • 灵活性：不同的用户具有不同的服务质量要 求； • 公平性：不能因为某几个用户的不当行为而 导致别的用户的服务质量得不到保障； • 有效性：有效地利用包括链路带宽和缓冲区 在内的空闲的网络资源。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
另外一种方法是对于不同服务质量要求的数 据分别通过不同的物理链路进行传输。 尽力递交再加上冗余尺寸技术虽然可以提供 分组的及时递交，但是由于需要大量的网络 资源，一般只在某些特殊的环境下才使用。 传统的Internet应用只需要网络提供尽力递交 服务， 而实时的应用则希望网络能够提供数 据的及时递交。 网络应该对这些要求不同服务的应用的分组 进行区别对待，一个网络如果能够提供不同 类型的服务，我们经常说它支持QoS。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
冗余尺寸网络
实时应用的一个最主要的特性是它要求数据 能够及时到达。 非实时应用一般可以通过一个端到端的重传 机制来保证数据能够正确地到达。 在尽力递交的服务模型下面提供好的服务质 量的一种方法是网络提供大量的缓冲区和带 宽等资源，保证分组快速地转发，不出现拥 塞，分组的延时和延时抖动非常小，也不会 出现分组的丢失，这种方法称为冗余尺寸 冗余尺寸 （over-dimensioning）。 ）
12.1.2 QoS的定义（续）
服务
服务指的是分组在通过网络传递过程中所获 得的预先定义好的对待，一般说来服务质量 可以通过定性或者定量的方法进行描述。 定量方法： • 通过一些具体的QoS参数的定量来描述的， 常用的QoS参数包括延迟、延迟抖动、丢失 率和带宽等。 定性方法：
12.1.2 QoS的定义（续）
12.2.1 调度策略概述（续）
• 转发/路由表：通过路由协议来构建； ： • 输入队列：一般假设分组按照线速到达； • 分组分类器：基于相应的策略控制来对分组 进行分类； • 交换结构：分组从输入队列转移到相应的输 出队列； • 输出队列：等待传输的分组在此排队； ： • 调度器：决定为哪个输出队列进行服务。 ： 下图给出了一个简单的路由器模型
根据是否要求数据的及时递交，可以把 应用分为两大类：实时应用和非实时应 用。
交互式 非实时 交互式批量 异步 自适应 应用 容错 非自适应 实时 速率自适应 不容错 非自适应 延迟自适应 速率自适应
应用分类
12.1.1 实时和非实时应用（续）
非实时应用
非实时应用又被称为弹性应用（Elastic Application Application），因为它允许数据经历相对大 一点的延迟抖动。 基本要求是能够得到一个可靠的、有序的端 到端的数据递交服务。 交互式非实时应用要求几乎实时的交互，理 想的延迟是在200毫秒之内，但是也可以容 忍一个稍长的延时。
12.2.1 调度策略概述（续）
• 有N个流，首先把每个流按照所要求的资源 按序排列，流n要求的资源为 xn，其 中x1 ≤ x2 ≤ K≤ x N ，资源的总量为C，我们用 m n 表示实际分配给流n的资源。首先我们根据 剩下的资源按照平均分配的方法计算，我们 用M n 表示可以分配给流n的资源数，显然：
12.1.2 QoS的定义（续）
服务类型（Type-of-Service，ToS）
ToS是IPv4中IP头部的一个字段，目的是为 了使得根据ToS字段的取值来对分组进行不 ToS 同的处理。
0 1 2 3 4 5 6 7
优先级
T
D
R
0
0
IPv4 ToS字段
12.1.2 QoS的定义（续）
服务类（Class of Service，CoS）
12.1.3 QoS模型和QoS机制（续）
IP QoS的两种主要体系结构：
集成服务（Integrated Services，IntServ） • IntServ模型提供的是基于流的服务，它通过 预留相应的网络资源来提供QoS支持， RSVP协议用于传递相应的信令信息来进行 资源的预留，是IntServ模型的核心部分。 • 集成服务为每个流提供相应的服务质量保障。 • QoS要求一般包括两个负载描述字：
12.1.3 QoS模型和QoS机制（续）
TSpec：描述了用户发送的负载的特性。 RSpec：则描述了用户希望的服务质量。
区分服务（Differentiated Services， Diffserv）
• 区分服务利用IP分组头部中的字段把IP分组 映射成相应的服务类。 • 那个IP头部的字段被称为DSCP，DSCP在 IPv4中通过ToS字段来表示，而IPv6中则通 过负载类型来表示。
12.1.1 实时和非实时应用
问题的提出：
传统的Internet采用一种尽力递交的服务模型， 它并不确保会及时正确地递交。随着多媒体 技术和网络带宽的进一步提高，包括音频和 视频等在内的多媒体信息也开始在Internet上 进行传输，但是除了要求比较高的带宽外， 也具有一些新的特性，也就是说要求音频数 据能够及时地递交。
12.2.1 调度策略概述（续）
调度器 • 工作原理 有N个流等待调度，每个流n( 1 ≤ n ≤ N )的带宽 为λn，流n的平均服务率为 µn ，这样流n的平 λ ρ n = n 。假设属于流n的分 均链路利用率为 µn 组的平均等待时间为 q n 。
∑ρ
n =1
N
n
q n = C，其中C为常量
拥塞控制的目的是防止网络来不及处理用户 的负载，并且在出现拥塞的情况下将拥塞的 影响减至最少，并且尽可能快地从拥塞恢复。 QoS机制则是为不同的用户提供不同的服务 质量保证，通过对于不同用户的分组进行区 别对待来完成。
12.2.1 调度策略概述
一条重要的设计原则是网络层尽可能地简单， 而将许多包括流量控制、可靠递交、拥塞控制 等复杂的功能交给高层来处理。 由于采用数据报服务，分组可能会采用不同的 路径到达目的地，因此分组经历的延迟可能会 各不相同，到达也可能会不按序到达。 而当链路出现拥塞时候，排队延迟会显著增加， 从而分组经历的延迟会增大，当队列满时分组 将被丢弃。
《数据通信与计算机网络（第二版）》 电子教案
笫三十三讲 QoS概述与调度策略 概述与调度策略
本讲内容
第12章 服务质量控制QoS
12.1 QoS概述
12.1.1 实时和非实时应用 12.1.2 QoS的定义 12.1.3 QoS模型和QoS机制
12.2 调度策略和队列管理
12.2.1 调度策略概述 12.2.2 FIFO 12.2.3 优先级队列 12.2.4 轮转调度
12.1.1 实时和非实时应用（续）
按照是否能够容忍分组的“丢失”，实时应 用进一步又可以分为容错（Tolerant）应用 和不容错（Intolerant）应用。 实时容错应用可以根据是否能够对网络的当 前情况进行响应而进一步分为自适应和非自 适应两种。 通过改变播放延迟而对分组延迟的变化进行 自适应的机制称为延迟自适应（Delayadaptive）。
12.1.2 QoS的定义
什么是QoS
对于通信网络来说，QoS指的是网络提供给 用户或者应用的服务的等级或者质量描述； 而对于应用程序来说QoS指的是用户感受到 的应用质量
问题的提出
基于网络的QoS策略提供各种不同的服务质 量支持，但它并不能完全取代基于应用的 QoS控制策略。网络的状况会动态改变，在 这种环境下进行端到端的自适应QoS控制就 显得尤其重要。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
另外一种自适应方式被称为速率自适应 （Rate-adaptive），比如一个视频应用可以 在网络的带宽足够的情况下采用更好的视频 编码而达到更高的画面质量，而在网络带宽 下降时采用一个相对低速的视频编码。 不容错的实时应用无法接受分组丢失，有些 应用也可以通过检测吞吐率的变化而进行动 态地响应，而大多数应用则属于非自适应的。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
Over-dimensioning虽然非常简单，但是代价 也非常高，由于用户通过网络传输的负载可 动态变化，严格的over-dimensioning技术要 求在任何时候都有充足的网络资源，这也意 味着必须按照峰值负载来进行网络的配置。 在冗余尺寸网络中，网络可以通过和用户之 间进行协商以限制用户发送的平均负载以及 允许的突发程度，但是这种方法并没有最优 地利用网络的容量，因为用户的服务质量要 求可能会各不相同。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
交互式批量应用（Interactive bulk applications）对于延迟的要求和交互式应用 类似，但是可能有较高的吞吐量要求。 异步应用允许相对大的延迟，因为它一般是 采用存储转发方式来工作，用户并不需要实 时的交互，这个方面的例子是E-mail。 实时应用 实时应用又被称为无弹性应用（Inelastic Application），一般对于延时、延时抖动、 吞吐量的变化等相对敏感一些。
Mn 剩余资源数 = 尚未满足需求的流的个 = C - ∑ mi
i =1 n −1
上面的公式对于任何连续工作型的调度算法 都适用
12.2.1 调度策略概述（续）
断续工作（non-work-conserving）的调度器 而言，尽管有分组在等待传输，也可能会空 闲一段时间，以等待该分组满足传输的条件。 最大最小公平（max-min fairness）标准： • 首先把每个流要求的资源按顺序进行排列； • 资源被首先分配给具有最低要求的流 ； • 同时注意每个流不会获得它所要求之外的额 外资源，在剩下来的资源中，那些还没有达 到其要求的流平均分配剩余的资源。
12.2.1 调度策略概述（续）
转发/路由策略
Байду номын сангаас路由表
调度器
分组分类器
交换结构
输出队列
一个简单的路由器模型
12.2.1 调度策略概述（续）
调度算法
算法的特点： • 灵活性：不同的用户具有不同的服务质量要 求； • 公平性：不能因为某几个用户的不当行为而 导致别的用户的服务质量得不到保障； • 有效性：有效地利用包括链路带宽和缓冲区 在内的空闲的网络资源。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
另外一种方法是对于不同服务质量要求的数 据分别通过不同的物理链路进行传输。 尽力递交再加上冗余尺寸技术虽然可以提供 分组的及时递交，但是由于需要大量的网络 资源，一般只在某些特殊的环境下才使用。 传统的Internet应用只需要网络提供尽力递交 服务， 而实时的应用则希望网络能够提供数 据的及时递交。 网络应该对这些要求不同服务的应用的分组 进行区别对待，一个网络如果能够提供不同 类型的服务，我们经常说它支持QoS。
12.1.1 实时和非实时应用（续）
冗余尺寸网络
实时应用的一个最主要的特性是它要求数据 能够及时到达。 非实时应用一般可以通过一个端到端的重传 机制来保证数据能够正确地到达。 在尽力递交的服务模型下面提供好的服务质 量的一种方法是网络提供大量的缓冲区和带 宽等资源，保证分组快速地转发，不出现拥 塞，分组的延时和延时抖动非常小，也不会 出现分组的丢失，这种方法称为冗余尺寸 冗余尺寸 （over-dimensioning）。 ）
12.1.2 QoS的定义（续）
服务
服务指的是分组在通过网络传递过程中所获 得的预先定义好的对待，一般说来服务质量 可以通过定性或者定量的方法进行描述。 定量方法： • 通过一些具体的QoS参数的定量来描述的， 常用的QoS参数包括延迟、延迟抖动、丢失 率和带宽等。 定性方法：
12.1.2 QoS的定义（续）
12.2.1 调度策略概述（续）
• 转发/路由表：通过路由协议来构建； ： • 输入队列：一般假设分组按照线速到达； • 分组分类器：基于相应的策略控制来对分组 进行分类； • 交换结构：分组从输入队列转移到相应的输 出队列； • 输出队列：等待传输的分组在此排队； ： • 调度器：决定为哪个输出队列进行服务。 ： 下图给出了一个简单的路由器模型
根据是否要求数据的及时递交，可以把 应用分为两大类：实时应用和非实时应 用。
交互式 非实时 交互式批量 异步 自适应 应用 容错 非自适应 实时 速率自适应 不容错 非自适应 延迟自适应 速率自适应
应用分类
12.1.1 实时和非实时应用（续）
非实时应用
非实时应用又被称为弹性应用（Elastic Application Application），因为它允许数据经历相对大 一点的延迟抖动。 基本要求是能够得到一个可靠的、有序的端 到端的数据递交服务。 交互式非实时应用要求几乎实时的交互，理 想的延迟是在200毫秒之内，但是也可以容 忍一个稍长的延时。
12.2.1 调度策略概述（续）
• 有N个流，首先把每个流按照所要求的资源 按序排列，流n要求的资源为 xn，其 中x1 ≤ x2 ≤ K≤ x N ，资源的总量为C，我们用 m n 表示实际分配给流n的资源。首先我们根据 剩下的资源按照平均分配的方法计算，我们 用M n 表示可以分配给流n的资源数，显然：
12.1.2 QoS的定义（续）
服务类型（Type-of-Service，ToS）
ToS是IPv4中IP头部的一个字段，目的是为 了使得根据ToS字段的取值来对分组进行不 ToS 同的处理。
0 1 2 3 4 5 6 7
优先级
T
D
R
0
0
IPv4 ToS字段
12.1.2 QoS的定义（续）
服务类（Class of Service，CoS）
12.1.3 QoS模型和QoS机制（续）
IP QoS的两种主要体系结构：
集成服务（Integrated Services，IntServ） • IntServ模型提供的是基于流的服务，它通过 预留相应的网络资源来提供QoS支持， RSVP协议用于传递相应的信令信息来进行 资源的预留，是IntServ模型的核心部分。 • 集成服务为每个流提供相应的服务质量保障。 • QoS要求一般包括两个负载描述字：
12.1.3 QoS模型和QoS机制（续）
TSpec：描述了用户发送的负载的特性。 RSpec：则描述了用户希望的服务质量。
区分服务（Differentiated Services， Diffserv）
• 区分服务利用IP分组头部中的字段把IP分组 映射成相应的服务类。 • 那个IP头部的字段被称为DSCP，DSCP在 IPv4中通过ToS字段来表示，而IPv6中则通 过负载类型来表示。
12.1.1 实时和非实时应用
问题的提出：
传统的Internet采用一种尽力递交的服务模型， 它并不确保会及时正确地递交。随着多媒体 技术和网络带宽的进一步提高，包括音频和 视频等在内的多媒体信息也开始在Internet上 进行传输，但是除了要求比较高的带宽外， 也具有一些新的特性，也就是说要求音频数 据能够及时地递交。
12.2.1 调度策略概述（续）
调度器 • 工作原理 有N个流等待调度，每个流n( 1 ≤ n ≤ N )的带宽 为λn，流n的平均服务率为 µn ，这样流n的平 λ ρ n = n 。假设属于流n的分 均链路利用率为 µn 组的平均等待时间为 q n 。
∑ρ
n =1
N
n
q n = C，其中C为常量