浅析QoS在校园网中的运用

许璟

摘 要：经过10多年的建设和发展，校园网网络所承载的网络运用越来越多，如何提高网络服务的质量目前是我们网络管理者必须面对的问题。QoS技术是我们区别网络业务，保障网络稳定的有效手段。通过在校园网中应用QoS技术，提高校园网络的服务质量，从而满足日益多样化的网络使用需求。

关键词：QoS；校园网；带宽；拥塞避免技术；链路效率机制

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2014）04-0085-03

一、QoS的概念

QoS的英文全称为“Quality of Service”，中文名为“服务质量”。QoS是网络的一种安全机制， 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术——用于评价网络传送、分组的一种技术。现在的网络条件早已经不是以前单一的数据网络，而是集成了语音、视频、图像等多种业务。这些新业务的共同特点——即对带宽、延迟、抖动等性能有特殊需求，这也就说对网络的质量——QoS有着更高的需求。QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。

二、QoS在校园网中的作用和决定QoS的因素

1.QoS在校园网中的作用

从学校网络教学需求的角度，要求一个及时的、安全的、高速的、快捷的、稳定的信息交互平台。众所周知，网络教学中语音、视频的应用对带宽要求和延时要求都比较高，还有就是学校重要的应用数据的传输很重要，其重要性和优先级和学生使用校园的网络资源进行的其他活动是完全不同的。如何来满足学校信息频繁传输的需要，使师生更加便捷有效的进行教学互动，特别是保证关键业务在网络传输的优先传输和足够的带宽保证是迫切需要解决的问题。这种情况下就要考虑到QoS技术。

提高服务质量无非是保障传输的带宽，降低传送的延迟和抖动，降低数据丢包率等措施。广义来讲，网络服务质量是网络应用的方方面面，只要对网络应用有利的措施都是提高服务质量。所以从广义来讲，校园网中的防火墙、路由的策略部署、快速转发，这些都是提高网络服务质量的业务和措施，当然网络服务质量又是相对网络业务而言的。在保障某一业务的时候，可能导致其他网络业务受到限制。这些都是由于网络资源的有限性决定的。只要网络环境存在竞争，就会存在网络质量的要求。比如校园网络总出口带宽为1G，而BT下载占用了800M，那么其他业务就只剩下200M，如果限制了BT下载的带宽为200M，那么其他业务就提高了服务质量。

可以看出，各种业务在带宽资源有限的情况下，彼此是互为竞争关系的，而资源的有限性又决定了网络服务质量在网络应用中存在的绝对必要性。

2.决定QoS的因素

（1）带宽

1G的带宽表示数据可以以1Gbps的速率进行传送，但数据的送达需要通过多个网络、多个路由才能进行数据交换，还需要考虑到全局的网络带宽。全局网络带宽取决于整个网络链路上最小的带宽，这是我们说链路带宽的关键之处。如图2所示，256kbs是整条链路的实际带宽。

（2）延迟

传输延迟：从链路一端到另一端的延迟。一般来说，链路带宽越大，传输的延迟越小。

交换延迟：交换机或者路由器把数据从一个接口传送到另一个接口所需要的时间与交换机或者路由器的性能有直接关系。

排队延迟：数据从进入队列到发出所需的时间，即停留的时间。这个时间与数据的大小、数据包的量、带宽和队列机制有关。

数据的延迟和以上三个方面密切相关。

（3）丢包

丢包是数据在传送过程中，由于设备繁忙、队列排满、链路中断等原因被丢弃。丢包可能发生在数据传输过程中的任何环节。

上述三个因素就是决定QoS的关键因素。如何有效的提高网络服务质量，就要从上面三个方面入手，即提高链路带宽、适时的使用队列机制避免拥塞、使用有效的链路机制，提高交换性能，从而提高网络整体服务质量。

三、在校园网应用中提高QoS的技术

在IP网络中部署QoS，那就是要在网络中使用各种QoS技术，包括分类标示技术，监管、整形技术，拥塞管理技术，拥塞避免技术，链路效率机制，如图3所示。

1.流分类和标示技术

依据一定的匹配规则，让流分组，是区别地实行流分类的前提。流量监管的前提就是指对进入交换设备特定的流量进行监管，当流量超出规格时，可采用限制、关闭或者行政管理措施，以保护校园网用户的正常使用。

2.流量整形技术

流量整形是一种主动调整传出数据控制措施的技术，通常是为下一个网络交换设备提供网络资源，避免不必要的报文丢失和拥塞。

3.拥塞管理

拥塞管理是指网络拥塞时，所要采取的避免措施。通常是通过队列调整技术，将报文放入队列中，缓存，并采取特定算法，安排报文转发秩序。每一种报文调度技术都用来解决特定问题，这些问题都会对网络产生特定影响。

在网络数据通信中，通信信道是被多个终端共享的，并且外网的带宽通常小于校内网的带宽。这样，当一个局域网的终端向另一个局域网的终端发送数据时，由于外网的带宽小于内网的带宽，数据将不可能按内网发送的速度在外网上发送。此时，处在外网和内网之间的交换设备将不能发送某些报文，即网络发生了拥塞。如图4所示，当局域网 1向局域网 2以10M的速率发送数据时，将会使Router 1的串口S1发生拥塞。

4.拥塞避免技术

拥塞避免技术是指过度拥塞会对网络造成影响，拥塞避免是监管网络的拥塞情况，当拥塞情况加重时，采用主动丢弃报文的策略，通过调整流量来避免网络过度拥塞。这里的流控具有广泛的意义，它影响到设备中更多的业务流的负载。设备在丢弃报文时，并不排斥与源端的流控动作（比如TCP流控）的配合，更好地使网络的流量到达一个合理的负载状态。丢包策略和源端流控机制有效的组合，可以使网络的吞吐量和利用效率最大化，并且使报文丢弃和延迟最小化。

5.链路效率机制

链路效率机制是可以改善链路的性能，间接提高网络的QoS，如降低链路发包的时延（针对特定业务）、调整有效带宽。

网络设备对QoS的支持是应用各种QoS技术来实现的。在这些QoS技术中，流分类和标记是基础，是有区别地实施服务的前提，而其他QoS技术则从不同方面对网络流量及带宽的资源实施控制（见图5），是校园网管理者有区别地提供服务思想的具体体现。

四、QoS在校园网中的技术优势

QoS的应用使校园网管理者可以管理各种网络应用，针对不同的需求，提供不同的网络服务质量。可以限制主干网上各种应用所需的带宽，针对不同业务需求，有针对性地提高某种业务的网络服务质量。对于实时的网络应用，如语音、视频等，校园网网络服务提供者可以针对不同报文加以区别对待，满足教学所求。校园网服务提供者能够保障重要网络活动（如视频会议）的带宽和低延迟，在网络进行基本服务外不会影响到重大敏感业务。

综上所述，随着目前视频和语音等技术的发展，它们在网络中的应用的广泛，对网络服务质量也有了很强的需求。通过在校园网络有效的利用QoS技术，能够有效整合网络资源，实现网络多种运用的不冲突；校园网的管理者也有了保障校园网稳定运行的灵活管理手段，从而保证了整个网络的QoS。

参考文献：

[1]（美）Tim Szigeti、Christina Hattingh著，田敏，宋辉译.端到端QoS网络设计[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2]黄天云.视频流量分析与QoS管理[M].成都：电子科技大学出版社，2013.

[3]周文安，冯瑞军，刘露等.异构/融合网络的QoS管理与控制技术[M].北京：电子工业出版社，2009.

[4]张国清.QoS在IOS中的实现与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

（编辑：鲁利瑞）endprint