QoS技术白皮书_28页_442kb

报告摘要

QoS技术白皮书总结
新华三技术有限公司

概述
传统IP网络采用Best-Effort服务模型，对报文无差别处理，无法保证时延、可靠性等性能指标，导致无法满足实时业务（如VoIP）需求。QoS技术通过区分业务类别，提供差异化的服务质量保障，成为满足多业务需求的关键手段。
QoS服务模型
- Best-Effort：默认模型，仅尽力传输，无性能保证，适用于非敏感业务（如FTP、Email）。
- IntServ：通过RSVP协议为每一流预留资源，提供带宽和时延保证，但需复杂状态维护，适用于小规模网络。
- DiffServ：基于DSCP字段实现流量分类，通过分层策略（EF/AF/BE）提供服务质量，实现简单且扩展性强，是当前IP骨干网主流方案。
- 互通问题：IntServ与DiffServ可通过映射关系（如EF对应IntServ的保证服务，AF对应负载控制服务）实现协作，但需统一DSCP与PHB映射规则。
IP QoS技术实现
- 流量分类与标记：通过IP优先级、DSCP、802.1p等机制识别业务类型，支持五元组（源/目的IP、端口、协议）分类。
- 拥塞管理：
  - FIFO：无优先级，按先进先出规则处理，简单但无法区分业务。
  - PQ：基于优先级队列，高优先级业务抢占低优先级带宽，适配实时应用（如VoIP），但易造成低优先级业务饥饿。
  - CBWFQ：基于类的加权公平队列，支持多类业务带宽分配，可结合LLQ（低时延队列）保障关键业务时延，但需复杂配置。
  - CQ：定制队列，按带宽比例分配资源，平衡公平与优先级，但对实时业务支持不足。
  - RTP优先队列：专门用于实时业务，优先级最高，结合LLQ和WFQ可优化时延。
- 拥塞避免：
  - 尾部丢弃：传统策略，易引发TCP全局同步问题。
  - RED/WRED：通过随机丢弃报文缓解拥塞，WRED根据优先级调整丢弃概率，避免流量震荡。
- 流量监管与整形：
  - CAR：限制流量速率，可标记或丢弃超限报文，保护网络资源。
  - GTS：通过缓冲队列平滑突发流量，减少丢弃，适用于接口速率匹配。
  - LR：物理接口总速率限制，统一控制所有报文速率，简化配置。
链路效率机制
- LFI：分片与交叉技术，将非实时报文分片并优先发送实时业务，降低低速链路时延。
- IPHC：压缩IP/UDP/RTP报文头，显著节省带宽（如40字节头压缩至5字节），提升链路利用率。
MPLS QoS技术
- MPLSDiffServ：通过EXP字段映射IP DSCP值，实现与IP网络的互通，支持E-LSP路径（映射DSCP到EXP）或L-LSP路径（依赖标签与EXP联合决策）。
- MPLS-TE：结合流量工程与MPLS，通过LSP路径规划和资源预留（如RSVP-TE）优化带宽利用，支持带宽优先级抢占（如建立优先级高于保持优先级的LSP）。
典型组网方案
- 企业VPN：利用VLAN划分业务（如语音、视频、数据），通过CBWFQ保障关键业务带宽，结合CAR/GTS限制接入流量，PE路由器配置WFQ/CBWFQ及WRED优化拥塞处理。
- VoIP网络设计：确保丢包率<1%、单向时延<150ms、抖动<30ms；采用LLQ或RTP优先队列降低时延，配合IPHC/LFI优化低速链路性能，合理部署各层级QoS策略。
参考文献
包括RFC2474-2475、RFC2597-2598、RFC3270等核心标准，以及IEEE 802.1Q协议。