高速公路會堵車，網絡這條信息的高速公路也會堵。

距離過完年也有段時間了，相信大家對春節期間開車返鄉堵在高速路上一天一夜一動不動的痛苦經曆深有體會。因為道路寬窄和交通工作人員處理工作效率有限，導緻車流量在短時間内達到高峰就會造成堵車，如果把網絡比作高速公路，數據流量比作車流量，那麼網絡帶寬等資源和存儲、處理數據的能力有限，在出現突發流量時也會造成網絡擁塞。

網絡擁塞不僅會造成資源浪費，嚴重的話還會引發業務異常，網絡擁塞作為普遍發生的網絡問題，有什麼機制可以提高網絡資源使用率，提供更好的網絡服務質量呢？

為了解決這個問題，QoS（Quality of Service，服務質量）誕生了！

小貼士：影響網絡服務質量有4個要素：帶寬、時延、抖動和丢包率，這四個要素也是QoS質量指标。

Qos如何提高網絡服務質量？

QoS是如何對網絡流量進行調控，避免并處理網絡擁塞的呢？QoS是通過3種服務模型為用戶提高網絡服務質量的，下面開始詳細為大家介紹這3種模型。

1. Best-Effort 服務模型（盡力而為）

簡單的一種服務模型，通過FIFO（Frist in First Out，先進先出）隊列來實現。例如小明需要從FTP服務器中拷貝某一文件到自己的電腦中，小明的電腦要發送一個報文到FTP服務器，并從FTP中獲取到一個個報文組成該文件，電腦可以在不通知網絡的情況下随時發送報文，發送的報文在網絡中不被分類和标記，直接進入FIFO隊列進行轉發或者丢棄。該服務模型适用于FTP、E-Mail等對質量指标要求不高的業務。

2. InServ 服務模型（Intergrated Service，綜合服務）

該模型通過RSVP（Resource ReSerVation Protocol，資源預留協議）申請QoS需求的方式來工作的，用手機看視頻時，手機發送一個報文到網絡視頻服務器，并從視頻服務器中獲取到一個個報文在手機中組成視頻畫面，手機發送報文到服務器前通知網絡待發送報文的流量配置和需要的特定服務質量請求，報文将經過的所有傳輸設備确認這些請求，随後視頻服務器向網絡申請資源預留，在網絡中要經過的所有傳輸設備為手機發送到服務器的報文預留了資源後，手機才開始發送報文給服務器，同時手機發送的報文流量要在申請的範圍内。該模型不适用于有大量數據量的骨幹網，目前主要與MPLS-TE（Multi-Protocol Label Switching-TE，基于流量工程的多協議标簽交換）一起使用。

RSVP工作在傳輸層，從第一節點開始使用路徑消息（Path）逐跳對每個節點進行資源請求，到達目的地後使用預留消息（Resv）反向逐跳進行資源預留。

3. DiffServ 服務模型（Differentiated Service，差分服務）

該模型一般用來為一些重要的應用提供QoS，主要包含流量分類和标記、流量監管、流量整形、接口限速、擁塞管理和擁塞避免等技術。下面小編以一個有5輛貨車的車隊在A高速路通行為例來介紹A設備在此服務模型下如何處理轉發一個5Bit大小的報文。

流量分類和标記

道路上有不同的車隊，有運輸車隊、遊行車隊、驢友車隊等等，這些車隊有不同的任務要完成，對交通服務有不同的需求。為了給有不同業務的各個車隊提供有差别的服務，交通服務人員會根據服務需求對各個進來的車隊進行服務等級分類，分好類後給車隊的領隊相應位置貼上不同的标記，來識别車隊處理通行的優先等級。

流量監管和流量整形

在A高速路入口和出口處各放置了一台自動出卡機，出卡機以一定的速率不停地向卡桶（令牌桶）中投放通行證。這時過來了一個有5輛車的車隊A，該車隊的領隊小明從卡桶中領取到5張通行證小明的車隊才可以通行，此時桶内隻有3張通行證，小明從桶内拿出通行證後發現數量不夠，他們不允許通行，小明隻好沮喪地把拿到的3張通行證放回桶中另尋他法。為了将業務流量限制在一定帶寬内，預防網絡擁塞，利用令牌桶機制評估報文，丢棄流量超出的報文，未超出流量的報文進入隊列調度或者轉發的處理過程稱為流量監管。

擁塞管理

A車隊走在A高速路上，突然前方道路發生了交通擁堵，小明他們隻好進入調度隊列排隊接受交通管制人員的安排協調，管制人員看了看各個領隊車上貼的标記，開始讨論調度方案，随後協調隊伍中各個車隊通行的次序。在發生網絡擁塞時将報文放入隊列中緩存，并采取PQ、CQ、WFQ、WRR、DWRR等隊列調度算法安排報文的轉發次序的過程稱為擁塞管理。

擁塞避免

交通管制人員小王時刻觀察着車輛通行情況，小王發現交通開始越來越擁堵了，于是決定采取策略強烈禁止後面的所有或者部分車輛通行，以此來緩解交通過于擁堵。在網絡擁堵時采用丢棄策略，主動調整流量來解除網絡過載的過程稱為擁塞避免。

流量整形

A車隊到了出口處隻領到了一張通行證，放回通行證後因為小明他們處理優先級很高，可以排隊等待交通管制人員的安排調度，經過調度後小明從桶中拿到了5張通行證，終于可以順利通行了。流量整形就是在設備出口處利用令牌桶機制評估報文，超出流量的報文進入隊列緩存處理的流量控制措施。

接口限速

不區分車隊而是對入口、出口處的所有來往車輛統一采取流量監管或者流量整形的制度。

QoS升級版HQos提升網絡服務質量效果更好？

随着互聯網的快速發展，網絡用戶規模不斷擴大，業務數量和種類不斷增多，傳統QoS已經不适合部署在用戶接入側，無法對多個用戶的多個業務進行流量監管和調度。為了解決該問題，QosHQos（Hierarchical Quality of Service，層次化Qos）誕生了！

HQoS也是提升網絡服務質量的，與傳統QoS區别就是HQoS可以将調度隊列劃分為多個調度級别，每個級别使用不同的特征進行流量監管。

HQoS不僅可以更細化的區分業務流量還可以對多個用戶和多種業務等傳輸對象進行統一流量監管和分層調度。

今天，我們又get到了以下知識！

1. 網絡是一條信息高速公路，需要QoS來避免堵車。

2. QoS的3大法寶，可以用來提高網絡質量。Best-Effort服務模型适用于FTP、E-Mail等應用；IntServ 服務模型适用于電視會議、視頻點播等應用；DiffServ 服務模型适用于遊戲/視頻網站等應用。

3. HQos帶來的更細化區分和多層調度可以更好地幫助運營商進行多用戶、多業務的服務管理。

轉載内容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場

來源：中興文檔

編輯：Garrett

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