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什么是网络中的服务质量 (QoS)?

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什么是网络 QoS?

服务质量 (QoS) 是指使用在网络上运行的机制或技术来控制流量,确保关键应用程序在有限的网络容量下的性能。它使组织能够通过优先考虑特定的高性能应用来调整其总体网络流量

QoS 通常适用于为资源密集型系统传输流量的网络。需要 QoS 的常见服务包括互联网协议电视 (IPTV)、在线游戏、流媒体、视频会议、视频点播 (VOD) 和 IP 语音 (VoIP)。 

通过使用网络 QoS,组织能够优化其网络中多个应用程序的性能,并了解其网络的比特率、延迟、抖动和数据包速率。这可确保他们能够对其网络中的流量进行工程设计,并改变数据包传送到互联网或其他网络的方式,以避免传输延迟。这还可确保组织能够实现应用程序的预期服务质量,并提供预期的用户体验。

根据 QoS 的含义,关键目标是使网络和组织能够优先处理流量,包括提供专用带宽、控制抖动和降低延迟。用于确保这一点的技术对于提高业务应用程序、广域网 (WAN) 和服务提供商网络的性能至关重要。

QoS 的工作原理是什么?

QoS 网络技术通过标记数据包来识别服务类型,然后根据优先级配置路由器,为每个应用程序创建单独的虚拟队列。因此,带宽被保留用于具有优先权限的关键应用程序或网站。 

QoS技术为网络流量中的特定流量分配容量和处理优先级。这使得网络管理员能够指定数据包的处理顺序,并为每个应用程序或流量提供适当的带宽。

网络流量类型

了解 QoS 网络软件的工作原理有赖于定义软件测量的各种流量类型。流量类型包括:

  1. 带宽:链路的速度。QoS 可以告诉路由器如何使用带宽。例如,为不同流量类型的不同队列分配一定量的带宽。
  2. 延迟:数据包从源头传输到最终目的地所需的时间。这通常受到排队延迟的影响;排队延迟发生在拥塞期间,数据包在队列中等待一段时间后才会被传输。QoS 使组织能够通过为某些类型的流量创建优先级队列来避免这种情况。
  3. 丢失:数据包丢失造成的数据丢失,通常是网络拥塞所致。QoS 使组织能够决定在这种情况下应丢弃哪些数据包。
  4. 抖动:网络中数据包的速度因拥塞而变得不稳定,这可能会导致数据包延迟到达和顺序不正确。这可能会导致交付的音频和视频失真或断断续续。
什么是服务质量 (QoS)?

QoS 入门

要实施 QoS,企业首先需要确定对其重要、使用大量带宽和/或对延迟或数据包丢失敏感的流量类型。

这有助于组织了解网络中每种流量类型的需求和重要性,并设计一种综合方法。例如,一些组织可能只需要为特定服务配置带宽限制,而另一些组织可能需要为其所有服务完全配置接口和安全策略带宽限制,还需要根据流量速率优先将关键服务置于队列中。

然后,组织可以部署策略来对流量进行分类,并确保最重要应用程序的可用性和一致性。流量可以按端口或互联网协议 (IP) 进行分类,也可以通过更复杂的方法进行分类,例如,按应用程序或用户。

然后,带宽管理和排队工具获得分配的角色,以根据进入网络时收到的分类专门处理流量。这样就可以存储流量中的数据包,直到网络准备好处理这些数据包。优先排队还可用于确保重要应用和流量的必要可用性和最低的网络性能延迟。这样,网络的最重要活动就不会像那些优先级较低的活动一样出现带宽不够用问题。

此外,带宽管理工具还可测量和控制网络基础设施上的流量,以确保流量不会超出容量并防止拥塞。这包括使用流量整形(一种速率限制技术,可优化或保证性能并增加可用带宽)和调度算法(这些算法提供多种方法来为特定流量提供带宽)。

为什么 QoS 很重要?

传统的办公网络作为独立实体运作。电话和电话会议由一个网络处理,笔记本电脑、台式电脑、服务器和其他设备则连接到另一个网络。这些设备很少跨路径,除非计算机使用电话线接入互联网。

当网络只传输数据时,速度并非至关重要。但如今,传输音频和视频内容的交互式应用程序需要以高速交付,而且不能出现数据包丢失或交付速度变化情况。

QoS 对于确保需要较高实时流量带宽的关键应用程序保持高性能尤为重要。例如,它有助于企业优先确保通常具有最低带宽要求、最大延迟限制以及对抖动和延迟比较敏感的必要应用程序(例如 VoIP 和视频会议)的性能。

QoS 可帮助企业防止这些敏感应用出现延迟,确保它们达到用户所需的性能水平。例如,数据包丢失可能会导致数据流延迟,从而导致视频会议的声音和视频变得不连贯、不清晰。

随着网络性能要求根据用户数量的增加而调整,QoS 变得越来越重要。最新的在线应用程序和服务需要大量带宽和很高的网络性能,而且用户要求它们时刻提供高性能。因此,组织需要部署能够保证最佳服务的方法和技术。

QoS 变得越来越重要的另一个原因是,物联网 (IoT) 在不断成熟。例如,在如今的制造行业,机器利用网络来提供关于任何潜在问题的实时状态更新。因此,任何反馈延迟都可能导致 IoT 网络中出现代价高昂的错误。QoS 使数据流在网络中占据优先地位,并确保信息尽快流动。

如今的城市到处都装有智能传感器,智能传感器对于开展智能建筑等大型 IoT 项目至关重要。收集和分析的数据(例如,湿度和温度数据)通常具有较强的时效性,需要正确地识别、标记并排队。

QoS 涉及哪些技术和最佳实践?

技术

企业可以使用多种技术来保证最关键应用程序的高性能。这些技术包括:

  • 通过路由器和交换机确定延迟敏感 VoIP 流量的优先级:许多企业网络可能会变得过于拥塞,这会导致路由器和交换机丢弃传入和传出速度超出网络处理能力的数据包。因此,流媒体应用程序会受到影响。确定优先化使流量能够进行分类,并根据其类型和目的地获得不同的优先级。这在非常拥塞的情况下特别有用,因为优先级较高的数据包可以先于其他流量发送。
  • 资源预留:资源预留协议 (RSVP) 是传输层协议,它会预留网络中的各种资源,且可用于为应用程序数据流提供特定水平的 QoS。资源预留使企业能够按不同的类型和来源的流量划分网络资源,设置限制,保证带宽。
  • 排队:排队是指通过创建策略来使某些数据流比其他数据流得到优先处理。队列是路由器和交换机中的高性能内存缓冲区,流经队列的数据包将被保留在专用内存区域中。获得更高优先级的数据包将会转移到专用队列,该队列以更快的速度推送数据,从而降低数据包丢失的可能性。例如,企业可以分配策略,以使语音流量获得比大部分网络带宽更高的优先级。然后,路由设备或交换设备会将此流量的数据包和帧移动到队列前面,并立即传输它们。
  • 流量标记:当识别出需要优先于网络中其他带宽的应用程序时,需要标记这些流量。这可以通过服务类别 (CoS) 和差分服务代码点 (DSCP) 等进程来实现——前者在第 2 层帧标头中标记数据流,后者在第 3 层数据包标头中标记数据流。

最佳实践

除了使用上述技术,组织在确定自身的 QoS 要求时还应谨记以下最佳实践。

  1. 确保源接口和安全策略的带宽上限不会设置得太低,以防止过度丢包。
  2. 考虑在可用队列之间分配数据包的比率,以及哪些队列用于哪些服务,因为这可能会影响延迟级别、队列分配和数据包分配。
  3. 只对特定服务提供带宽保证。这样可避免在高流量情况下所有流量都使用同一个队列的可能性。
  4. 通过基于服务的优先级或安全策略优先级(不能同时使用这两者)配置所有流量的优先级。这样可简化分析和故障排除。
  5. 尽量降低 QoS 配置的复杂性,以确保高性能。
  6. 为了获得准确的测试结果,应使用用户数据报协议 (UDP),并且不要过度订阅带宽吞吐量。

QoS 的好处

部署 QoS 对于希望确保业务关键应用程序可用性的企业至关重要。要提供差异化带宽,并确保在不中断流量或造成数据包丢失的情况下进行数据传输,QoS 必不可少。部署 QoS 的主要好处包括:

  1. 无限制的应用程序优先级:QoS 确保企业的关键任务应用程序始终能获得优先级和必要资源来实现高性能。
  2. 更好的资源管理:QoS 使管理员能够更好地管理组织的互联网资源。这还可降低成本以及链路扩展方面的投资需求。
  3. 改善用户体验:QoS 的最终目标是保证关键应用程序的高性能,从而提供最佳用户体验。员工在使用高带宽应用程序时可获得高性能,从而能够提高工作效率,更快地完成工作。
  4. 点到点流量管理:无论以什么方式交付流量(端到端、节点到节点还是点到点),管理网络都至关重要。通过使用点到点方式,组织能够在互联网上按顺序将客户数据包从一个点交付到下一个点,而且不会出现数据包丢失情况。
  5. 防止数据包丢失:数据包丢失是指数据包在网络间传输的过程中丢失。造成这种情况的原因通常是故障或效率低下、网络拥塞、路由器故障、连接松动或信号弱。QoS 通过优先保证高性能应用程序的带宽来避免数据包丢失。
  6. 减少延迟:延迟是指网络请求从发送器传输到接收器并由后者进行处理所需的时间。造成延迟的原因通常包括:路由器需要更长时间来分析信息;中间交换机和网桥引致存储延迟。QoS 使组织能够通过确定其关键应用程序的优先级来减少延迟或加快网络请求过程。

通过 QoS 保证性能

对于所有希望保证关键应用程序和服务具有最佳性能的组织来说,QoS 都至关重要。要确保 VoIP、视频会议等高带宽解决方案以及日益增加的流媒体服务不会出现延迟或滞后,QoS 必不可少。 

QoS 使组织能够确定流量和资源的优先级,以保证特定应用程序或服务达到预期性能。它还使企业能够确定不同应用程序、数据流和用户的优先级,以确保网络性能达到最佳水平。

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