本文提供了多媒体和云网络发展的简要历史,阐述了服务质量(QoS)概念的背景。它介绍了基本的QoS概念,标准以及该领域中最新的网络更改。本文专门涵盖以下主题:
- 交通类型和类别的演变
- 集成服务(IntServ)和差异服务(DiffServ)
QoS是一种基本的网络基础结构技术,与高可用性和安全性技术处于同一类别。像这些其他技术一样,QoS的基础已经保持了相当多年的稳定,但是在特定QoS机制的完善和复杂性以及可用这些工具的平台的范围内,一直在持续发展。
使用QOS的原因
语音和视频之类的实时通信可以使用“电路”,而不管底层的网络技术如何。但是,直到网络处理和内存功能变得足够快速且具有成本效益以实现应用程序部署之后,使用分组交换网络技术在虚拟电路上进行实时流量传输才变得切实可行。这在1990年代中期成为现实。
但是,通过分组交换网络进行实时通信的其他问题很快就显现出来了。由于缓冲,溢出或其他意外的网络事件导致的数据包在路由中的延迟或丢弃,不足以满足实时会话的最终用户体验。语音电话被剪辑,传真和调制解调器电话掉线,视频帧像素化或冻结。
为了创建用于在分组交换IP网络上无延迟地实时传输流量的电路的逻辑环境, 流量类别的概念得到了发展,并有了区别对待属于这些不同类别的分组的概念。
早期,SNA网络在其高级对等网络(APPN)架构中引入了服务等级(CoS)的概念,尽管APPN CoS使用了与现代QoS截然不同的方法,但它是该概念的先驱网络设备可以对特定类型的网络流量提供不同级别的处理。
几个基本特征定义了流量类别,从而决定了网络对属于该流量类别的数据包的处理方式。这些特征中的关键如下:
- 延迟(或延迟):这是从发送端点发送数据包到到达接收端点所花费的有限时间。
- 抖动(或延迟变化):这是顺序数据包之间到达的端到端延迟的变化或差异。
- 数据包丢弃:这是忠实发送和接收的数据包数量与已发送总数的比较度量,以百分比表示。
每个流量类别都有可能对任何这些特征敏感。如果网络使用处理,缓冲,带宽和内存资源来最小化每种流量类别所敏感的特性,则所有流量类型都可以在同一网络上传输,并为任何会话提供最大的最终用户体验。
QoS的演进
在2000年代初期,IP网络上管理的主要流量类型是语音和数据。语音流量是实时的,包括恒定且可预测的带宽和数据包到达时间。数据流量是非实时的,并且包含不可预测的(或突发的)带宽和变化很大的数据包到达时间。
从那时起,各种类型的视频流量对于业务通信和运营变得越来越重要。视频流量包括几种流量子类型,包括被动流视频,实时交互式视频和沉浸式视频会议。
视频流量可以是实时的(但不总是),使用不同的带宽要求,并且在相同的最终用户体验(会话)中包括具有不同延迟和丢失容限的不同类型的数据包。
下图给出了主要流量类别的大致特征。
在最初部署QoS功能以向最终用户提供不同级别的服务后的一段时间内,网络管理员开始实施QoS功能以管理流量以实现安全和业务目的。
与员工播放的非业务相关的Internet视频相比,企业通常希望为其内部培训视频提供更好的网络处理,即使这两个视频使用相同的技术,并且从技术角度而言,也是相同类型的视频流量(存储的广播或多播视频)。
QoS基础知识和概念
QoS的基本目的是管理网络资源的争用,以最大化会话(任何会话)的最终用户体验。由于并非所有数据包都是平等的,因此不应平等对待它们。
QoS功能实现了网络中管理不公平的系统。某些会话的优先级高于其他会话;延迟敏感会话绕过使会话对延迟不太敏感的数据包队列;当排队缓冲区溢出时,数据包会丢弃在可以从丢失中恢复的会话上,或者在可以将业务影响降至最低的情况下消除的会话上。
为了为属于高业务影响会话的数据包腾出空间,这些数据包在不影响最终用户体验的情况下不能容忍丢失,因此,根据会话中实现的QoS策略决策来管理其他会话(即,有争用时选择性地延迟或丢弃数据包)。网络。
QoS模型:IntServ和DiffServ
标准化QoS的第一次尝试排在90年代中期,当IETF发布的综合服务(IntServ服务)的RFC文档(RFC 1633, 2211和 2212)。这些RFC以称为资源预留协议(RSVP)的信令协议为中心。
RSVP沿着从发送端点到接收端点的路径(逻辑电路)向每个节点发送每个离散会话的带宽和等待时间要求。
最初,RSVP要求每个节点都注意其保留,这在Internet上非常不切实际,在Internet上,各种描述,年份和供应商的服务器,交换机和路由器共存。RSVP还要求每个节点保持每流状态。
为了应对这些挑战,很快出现了另一套标准-差异服务(DiffServ)模型,这是标准化QoS的第二次尝试。
DiffServ模型描述了每个兼容节点要采用的各种行为。节点可以使用供应商选择的任何可用功能(专有或其他功能)来进行兼容。定义了包标记,例如IP优先级(IPP)及其后继,区分服务代码点(DSCP),以及针对关键流量类型的特定逐跳行为(PHB)。
随着IntServ和DiffServ模型的发展,一种方法相对于另一种方法的普遍流行已在双方的坚定拥护者之间来回摇摆。尽管仍未解决理论上的争论(两种模型都不能提供完整的解决方案),但当今网络体系结构上的QoS实现主要集中在DiffServ模型上,偶尔包括某些IntServ功能的叠加。
IntServ和DiffServ模型在概念上是相互竞争的,但是在实践中,它们通常被证明更具互补性。因此,这些模型通常是在网络QoS实现中共同部署的。
IntServ是唯一具有动态网络意识的工具,可用于制定每流准入控制(AC)决策,从而使其在带宽非常宝贵的网络链路上实用。另一方面,DiffServ具有更大的灵活性和可伸缩性,因此可以广泛地部署在整个网络中,以确保在每个节点上都能满足PHB。