2200字详细讲解计算机网络的“流量管理员”：QoS 服务质量

你好，这里是网络技术联盟站。

在平时工作中，不管是软件开发者、还是运维实施者、还是网络工程师，都会遇到一个专业术语：QoS。像软件开发人员在对接MQTT的时候就会面临着QoS的设置，像网络工程师在设置流策略的时候，也会面临QoS的设置，那么这个QoS到底是个什么神器，能够受到多方IT技术人员的青睐呢？

本期瑞哥将带大家揭开QoS背后的原理，让我们直接开始！

本文介绍网络世界中的QoS。

什么是QoS？

• 英文全称：Quality of Service
• 中文名称：服务质量

随着网络使用量增长、流量类型种类越来越多，网络拥塞变得越来越频繁，工程师们很快意识到需要一种方法来控制流量的优先级，并且保证流量的可靠性，这个时候QoS技术就应运而生。

QoS，顾名思义，服务质量，就是通过控制流量的走向、停留、速度等来保证服务的可靠运行，保证其质量。

官方一点说法就是：QoS是一种流量控制过程，可根据特定时间敏感应用程序的要求调整其整体网络流量，减少了常见的质量下降问题，例如网络内的丢包、网络抖动和高延迟等。

举个生活中的例子

堵车的例子用来形容QoS再形象不过了，毕竟QoS的灵感就是来源于交通堵塞，在网络中叫做流量堵塞。

想象一个场景，在堵车的时候，我们最常看到一个身影：交警。

交警可以迅速起到红绿灯的效果，经过疏散，可以在有限的时间内缓解交通堵塞，那么至于交警如何疏散，这个疏散方法其实就是QoS策略。

QoS为什么如此重要？

QoS 可以通过许多机制保证网络性能稳定性，而且随着物联网 (IoT) 的不断成熟，低延迟的网络需求是极其重要的，比如无人驾驶方面，你说无人汽车能有延迟吗？这个是拿生命开玩笑的，那么QoS就可以实现低延迟。

总的来说，QoS有以下好处：

1、减少延迟

延迟是网络请求从发送方到接收方以及接收方处理它所需的时间，QoS可以通过策略来减少延迟或加快网络请求的过程。

2、减少抖动

抖动是指由于信号脉冲偏差而导致的数据包速度不规则，QoS通过相关策略可以极大地减少了抖动的发生。

3、预防丢包

当网络故障或者网络状态不佳时候，容易发生数据包丢失，QoS可以通过优先处理高性能应用程序的带宽来避免丢包。

4、增强安全性

QoS 可以检测网络中的异常情况，设置特定的 QoS 安全策略来阻止恶意流量确保应用程序的可靠性。

5、降低成本

QoS可以减少用户升级网络带宽和购买额外网络基础设施的费用，从而节省成本。

6、流量管理

可以通过QoS为不同类型的数据包设置不同的带宽，从而达到管理流量的效果，进而避免潜在的网络拥塞的风险。

QoS的度量指标

一般来说，QoS有以下四种度量指标：

带宽

带宽是在指定时间内通过网络通信系统传输的信息最大量，通常以兆字节每秒 (Mbps) 为单位，这里注意速度和带宽的区别，不能搞混。

QoS 可以根据时延来对数据包进行优先排序和分配资源，从而起到优化带宽的效果。

时延

时延是数据包从源 IP 地址传输到目标所需的总时间，在理想的计算机网络中，时延应该非常接近于零。

时延又分为好多种时延，最常见的就是单向时延和往返时延。

• 单向时延：数据包从源到达目的地所需的时间
• 往返时延：从源到目的地再返回所需的时间

除了这两种时延外，还有：

• 处理时延
• 排队时延
• 序列化时延
• 传播时延

在这里不做过多介绍。

抖动

抖动是指网络频段上数据包延迟的变化，一般都是因为网络拥塞、时间漂移和路线变化造成的，如果是在实时视频或语音通信网络中，过度的抖动可能会带来很大的问题。

丢包率

丢包就是通信期间数据包的丢失，这个一般就是网络过度拥挤时没有办法像往常一样传输所有数据包，也就是数据包超载了，这个时候会有一部分的数据包将被丢弃。

QoS 服务模型

QoS 服务一般有三种模型：

尽力而为

尽力而为是指所有数据包获得相同优先级的 QoS 模型，尽其所能将数据包发送到目的地，没有任何延迟、延迟、抖动等限制，如果不能送到就直接放，并且不会通知发送者或接收者。

预留资源

预留资源简单来说就是沿网络上的特定路径保留带宽，说白了就是应用程序请求网络进行资源预留，网络设备监控数据包的流向，来确保网络资源可以接收数据包。

差分服务

差分服务简单来说就是将服务的流量进行分类，每种分类都有其优先级，比如被标记为语音分类的流量优先级最高，那么它就最先被处理。

💡 我们在学习技术的时候，很多技术都是来源于生活，技术名词无非就披了一层术语外衣，我们不要被大量的陌生术语吓到，其实每个术语都是有它自己的道理的，仔细想想也真的佩服起名字的人，我们要学会用白话文解释这些术语，并且记忆的时候也直接就记这些白话文，这样才会利于你理解，好多朋友记不住，大多数都是这个门槛。

QoS 工作机制

QoS 工作机制一般就如下几个：

下面我们来分别介绍一下。

分类和标记

分类和标记的工作机制很明显包含两种过程：

1. 分类
2. 标记

如图所示，开始杂乱无章的流量经过分类后，分为视频流类、语音流类、HTTP流类、FTP流类，然后每个包都会进行标记。

拥塞管理

当网络流量比较多的情况，容易发生网络拥塞，这个时候我们用QoS创建不同优先级的队列，从而缓解拥塞。

拥塞避免

拥塞避免和拥塞管理很相似，我们可以使用QoS相关工具管理数据包丢失并减少拥塞。

流量整形和监管

流量监管使用预定义的流量策略来管理网络流量，使用这些配置的流量策略，在超出带宽期间，所需和期望的操作会根据流量种类进行排序，使用此策略，流量会被标记或通过预定义的操作被丢弃。

流量整形不像流量监管那么严格，使用流量整形，流量会受到控制，如果流量超额，它将会使用队列并使一些流量进入等待队列，而不是直接丢弃。

接口限速

接口限速也是流量整形和监管的范畴，接口限速，顾名思义就是针对进行流量的限速，这个没啥好解释的。

总结

QoS在当今企业 IT 基础架构中越来越重要，QoS 不仅对于网络上的语音和视频流至关重要，而且还是支持新兴物联网 (IoT) 的重要因素。

本文主要从以下方面展开对QoS理论的讲解：

• 什么是QoS？
• QoS为什么如此重要？
  • 1、减少延迟
  • 2、减少抖动
  • 3、预防丢包
  • 4、增强安全性
  • 5、降低成本
  • 6、流量管理
• QoS的度量指标
  • 带宽
  • 时延
  • 抖动
  • 丢包率
• QoS 服务模型
  • 尽力而为
  • 预留资源
  • 差分服务
• QoS 工作机制
  • 分类和标记
  • 拥塞管理
  • 拥塞避免
  • 流量整形和监管
  • 接口限速

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