網絡中的 QoS 含義：什麼是 QoS？（教程）

服務質量或 QoS 是一個複雜的主題。但是現在它的使用非常普遍，以至於每個網絡管理員都應該知道它。隨著越來越多的網絡開始傳輸需要優先處理的數據，同時娛樂網絡的使用變得越來越普遍，QoS 變得流行起來。

我們的目的不是讓您成為 QoS 專家，相反，我們希望盡可能以非技術方式闡明該主題。

簡單地說，我們的目標是回答以下問題：QoS 在網絡中的含義是什麼，它有什麼用？

這不是一門關於 QoS 理論和實現的課程。我們不會向您展示單個交換機或路由器命令。我們的目標是讓您簡單地掌握QoS的本質。

我們將首先闡明什麼是 QoS，什麼不是。之後，我們將暫停一下，討論一些您可能想嘗試的來自 SolarWinds 的工具。然後，我們將討論可能影響網絡性能的不同因素。這將帶我們進入我們問題的核心：QoS 是如何工作的。正如您將看到的，它比看起來簡單得多。在結束之前，我們將討論當您不使用 QoS 時會發生什麼以及 QoS 無法幫助您做什麼。

什麼是服務質量？

隨著網絡使用的增長，包括越來越多的不同類型的流量，以及網絡擁塞變得越來越頻繁和重要，工程師很快意識到他們需要一種方法來組織和優先考慮流量。QoS 不是一回事，而是共同實現這一目標的功能和技術的組合。

通過大量的反複試驗，我們現在有了一個相對通用的 QoS 系統，可以用來可靠地確保重要的流量得到它需要的關注。

QoS 的一個重要方面是它必須從端到端實施才能發揮作用。QoS 設置在處理流量的設備（例如交換機和路由器）上。數據路徑中的任何此類設備都必須具有正確的 QoS 配置，否則將不會產生預期效果。

此外，每個設備都必須具有與其他設備兼容的 QoS 配置。QoS 使用優先級標記來實現它的魔力。您可以很容易地想像，如果一個設備認為高優先級數字更重要，而另一個設備則相反，會發生什麼。

網絡中的 QoS 含義

我們經常將網絡與車輛交通進行比較，其中高速公路代表網絡鏈接，車輛代表數據包。這是一個相當好的類比，因為兩種類型的流量之間有許多相似之處。可能有更多的不同。我們將使用相同的類比來嘗試具體解釋 QoS 是什麼。

所以，讓我們想像一條繁忙的高速公路。這是周五下午的高峰時間，有很多汽車和卡車。交通已經很慢了，但更糟糕的是，我們正在接近一個十字路口，在那個十字路口的另一邊，有一些道路工程正在進行，除了增加問題之外什麼也沒做。你們中的大多數人很可能遇到過這種情況。

為了幫助交通改善一點，即將到來的十字路口有一名交通警察。他盡最大努力讓每一位駕駛者都能公平地分享道路。但即使有他的幫助，事情也沒有太大進展，不管你喜不喜歡，你都被堵在路上了。

然後，在遠處，您聽到身後傳來救護車的警報聲。這是十字路口的交警換高速檔的時候。

意識到救護車確實需要通過，他確保讓救護車前面的車輛通過，並阻止對面的車輛，確保它可以盡可能少的延遲繼續其路線。同時，一旦優先車輛通過，其他駕駛者必須等待輪到他們才能恢復原路。

SolarWinds QoS：最好的工具！

在我們進一步討論之前，我想先討論一下 SolarWinds 的一些工具。儘管它們與 QoS 沒有直接關係，但它們對於確定網絡中存在瓶頸的位置以及導致瓶頸的原因非常有用。

他們將幫助您評估當前情況，這是糾正一般問題和實施 QoS 的第一步。

1.網絡性能監視器（免費試用）

SolarWinds 的旗艦產品Network Performance Monitor可能是最好的 SNMP 帶寬監控工具之一。這是一個工具，將使用簡單網絡管理協議來繪製網絡電路帶寬利用率隨時間的演變圖。該軟件的儀表板、視圖和圖表是完全可定制的。該工具可以輕鬆設置，安裝後幾乎可以立即開始監控。NPM 可以從最小的網絡擴展到具有數百個設備分佈在多個站點的大型網絡。

• 免費試用： SolarWinds 網絡性能監視器
• 官方下載： https : //www.solarwinds.com/network-performance-monitor/

SolarWinds Network Performance Monitor 使用 SNMP 定期（通常為 5 分鐘）輪詢設備並讀取其接口計數器。

然後計算帶寬利用率，將其存儲在數據庫中以備將來參考，並顯示顯示帶寬使用隨時間演變的圖表。NPM 是一個巨大的工具，具有幾個額外的功能。例如，它可以構建網絡地圖並顯示兩個設備之間的關鍵路徑。

網絡性能監視器的起價約為 3,000 美元。一個30天的免費試用版，你應該更喜歡購買之前試用產品。

2. NetFlow 流量分析器（免費試用）

該SolarWinds的NetFlow流量分析儀為管理員提供了網絡流量的更詳細視圖。它不僅僅以每秒比特數顯示帶寬使用情況。

• 免費試用： SolarWinds Netflow 流量分析器
• 官方下載：https : //www.solarwinds.com/netflow-traffic-analyzer/

該工具提供有關觀察到的流量的詳細信息。它會告訴您哪種類型的流量更普遍，或者哪些用戶使用的帶寬更多。它還將提供有關網絡上承載的不同類型流量（例如 Web 瀏覽、業務應用程序、電話或流媒體視頻）的寶貴信息。

該NetFlow流量分析儀使用的NetFlow協議，從您的網絡設備收集詳細的使用信息。NetFlow 協議內置於來自不同供應商的許多網絡設備中。配置後，網絡設備將有關每個網絡“對話”或流的詳細信息發送到 NetFlow 收集器和分析器。SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer 就是這樣一種收集器和分析器。

如果您想在購買前試用該產品，可以從 SolarWinds 下載30 天免費試用版。這是一個功能齊全的版本，沒有時間限制。

影響網絡性能的因素

在典型的網絡中，數據傳輸會受到多種因素的影響。我們編制了一份可能影響網絡性能的主要因素的列表。

低吞吐量

這與網絡鏈接的容量有關。有些可以處理比其他更多的流量。它通常以每秒比特數（通常是千位或兆位）來衡量。如果超出鏈路的容量，就會發生擁塞並且性能會下降。

丟包

出於多種原因，網絡設備可能會丟棄數據包。也許他們在傳輸中被損壞了，無法再被識別了。但更常見的是，當數據包到達緩衝區已滿的設備時，數據包會被丟棄。接收應用程序通常會意識到某些數據丟失並請求重新傳輸，這將導致額外的延遲和性能下降。

錯誤

噪音和乾擾會破壞數據。在無線通信和長銅線上尤其如此。當檢測到錯誤時，接收應用程序將要求重新傳輸丟失的數據，再次降低性能。

潛伏

延遲與網絡設備在發送數據之前排隊數據有關。當使用更長的路線來避免擁堵時，也會發生這種情況。它不應與吞吐量混淆。對於延遲，即使吞吐量足夠，延遲也會隨著時間的推移而增加。

抖動

抖動被定義為每個數據包到達目的地所需的延遲變化。它的發生有多種原因。例如，兩個數據包可能採用不同的路由。結果是，當抖動太高時，數據包可能會亂序到達目的地。如果數據包是 Word 文檔的一部分，它們將被正確重新排序並且不會影響任何人，但如果我們談論的是語音或流視頻數據，則可能會導致各種問題。

正如我們剛剛看到的，某些類型的流量（例如語音或流視頻）將更受性能問題的影響。這就是為什麼不同的流量需要不同的處理以及 QoS 存在的原因。

QoS 的工作原理

在我們開始之前，我想說明一些事情。首先，我不是網絡工程師。其次，這種解釋的目的不是絕對準確。我故意將事情過於簡單化，甚至可能在一定程度上扭曲現實以使本節更容易消化。我的目標是讓您大致了解它的工作原理，而不是培訓您進行 QoS 配置。

QoS 的工作原理是確定哪些流量更“重要”，並優先考慮整個網絡中的流量。沒有關於什麼流量比其他流量更重要的“黃金法則”。顯然，某些流量（例如語音或流視頻）通常被認為是重要的，因為它在性能下降時無法正常工作。某些流量（例如許多組織中的 Web 瀏覽）被認為不重要，因此不會被優先考慮。

QoS 有兩個組成部分。首先，必須對流量進行分類和標記。儘管有多種方法可以標記流量，但當今最流行的是差異化服務。這是我們稍後將詳細介紹的內容。第二個組件是排隊，它將確保以盡可能少的延遲傳輸優先級數據。根據差異化服務標記在網絡設備上進行排隊。

區分服務，或稱DiffServ，在每個打包的報頭中使用一個六位代碼來標記是按照優先級遞增的幾類。此標記稱為區分服務代碼點或 DSCP。典型的 DSCP 值範圍從 0（最不重要的流量）到 48（最重要的流量）。

分類和標記

為了根據其優先級正確處理網絡流量，必須首先對其進行適當的分類和標記。標記可以在源頭完成。例如，IP 電話機將其流量標記為 DSCP 46（一個高優先級值）的情況並不少見。對於沒有在源頭標記的流量，事情稍微複雜一些。

DiffServ 實際上不存在未標記的流量。默認情況下，所有流量都標記為 DSCP 0，即最低優先級。由第一個處理流量的網絡設備（通常是交換機）來標記它。它是如何完成的？主要是通過 ACL。

ACL 或訪問控制列表是大多數網絡設備的一項功能，可用於識別流量。顧名思義，它們最初被用作控制訪問的手段。ACL 根據多個標準識別流量。其中，比較常見的是源目的IP地址和源目的端口號。這些年來，ACL 變得越來越精細，現在可以用來精確選擇非常具體的流量。

對於用於插入 QoS 標記的 ACL，規則不僅指定如何識別流量，還指定使用什麼 DSCP 值對其進行標記。

排隊

現在流量被標記了，剩下的就是根據它的標記對其進行優先級排序。這通常是通過使用具有增加優先級的多個隊列來實現的。儘管 DSCP 值是 6 位寬，因此範圍可以從 0 到 63，但網絡設備很少使用那麼多隊列。大多數網絡設備通常使用三到七個隊列，其中五個是最常見的數字。有 5 個隊列和 60 多個標記，您肯定已經發現每個隊列中有不止一個 DSCP 值。

優先級最低的隊列，通常稱為盡力而為或 BE 隊列，是路由引擎最少關注的隊列。相反，我們通常稱為實時或 RT 的最高優先級隊列將獲得最多關注。這確保了“重要”流量將被優先路由或交換。當然，這也意味著盡力而為可能會嚴重延遲，甚至可能永遠不會交付。在對盡力而為的流量進行分類和標記時要記住這一點

不使用 QoS 的後果

不使用 QoS 的後果千差萬別。例如，如果您的網絡不承載 IP 電話或流視頻等高度敏感的流量，則不使用 QoS 可能沒有任何區別。當您當前的流量水平較低時尤其如此。事實上，在低流量的情況下，QoS幾乎沒有帶來任何好處。如果我們回到我們的高速公路比喻。如果救護車單獨在 5 車道的高速公路上，則不需要優先考慮。

但在您的網絡遭受任何或多個問題（例如過度使用和擁塞）的情況下，QoS 的缺失將導致各種問題。對於需要實時或近實時傳輸的流量（例如 IP 電話），它可能是導致音頻亂碼、斷斷續續或無法理解的原因。視頻流也會受到影響，導致播放過程中緩衝過多。

但即使是其他服務也可能因缺乏 QoS 而受到影響。想像一下，一個企業網絡用戶正試圖訪問一個重要的基於 Web 的會計系統，同時數百名用戶正在午休，大量瀏覽 Internet。除非使用 QoS 正確確定其流量的優先級，否則這可能導致記帳應用程序無法使用。

QoS 不會解決所有問題

但儘管如此，實施 QoS 並不是解決所有問題的方法。網絡管理員傾向於認為實施 QoS 將減輕他們增加帶寬的需要。雖然實施 QoS 確實會立即和非常明顯地改善高優先級流量的運行。它還會降低優先級較低的級別。

QoS 將處理臨時網絡擁塞，並確保業務關鍵服務在擁塞時繼續正確運行，但不會阻止它。您仍然需要監控網絡使用情況並製定容量規劃計劃。

結論

QoS 應該是任何組織的網絡戰略的一部分，但它不應該是唯一的項目。但最重要的是，在規劃和設置 QoS 時應格外小心。雖然正確應用它可以創造小奇蹟，但它可能會使某些用戶的情況變得更糟。在實施 QoS 之前，還應部署監控工具來評估情況。這些相同的工具在實施後也將提供無價的價值。