高职院校QOS技术应用实例分析

孙振华,赵 咪

(1.中国海洋大学，山东 青岛 266100；2.山东省青岛第五十七中学，山东 青岛 266000)

高职院校QOS技术应用实例分析

孙振华1,赵 咪2

(1.中国海洋大学，山东 青岛 266100；2.山东省青岛第五十七中学，山东 青岛 266000)

根据历来工作经验，简单介绍QOS技术原理，并通过实例来介绍高职院校如何部署QOS。

QOS；应用流量；智慧校园；负载均衡

1 引言

目前，大部分高校的网络数据传输主要采用基于分组交换的统计复用方式，一般情况使用的是尽力而为的服务模型，这种模型它不能对分组的传输质量做出任何承诺。随着远程教学、智慧校园的提出以及语音、视讯等新兴应用的不断更新，不管是办公还是宿舍区用户对网络输服务质量提出了更高的要求。尽力而为的服务模型已远不能满足高校智慧校园的发展，因此，QOS技术被广泛地使用，用来在不能提供绝对充足的带宽部分高职院校中对重要的应用做出通信质量上的保证和承诺。为高校智慧校园建设打下坚实的基础。

对于高校影响通信传输质量的因素主要有以下几点：吞吐量 时延 时延抖动 分组丢失率

目前高校使用QOS技术，主要是为了对像远程教学、精品课堂、学生数据中心的语音、视频、数据等这类对时延、丢失十分敏感的应用提供传输质量的保证，同时要保证其他各种应用获得相应得服务质量。下面我们通过分析几种典型的QOS应用，来分析探讨在实际应用中如何部署QOS才能对各种业务做出通信质量的保证。

2 QOS技术概述

所谓QOS技术就是网络中一种安全机制，它是针对服务提供传输质量的保证的的一种技术。反过来讲就是对网络传输质量能够进行保障的技术我们都可以成为QOS技术。但是足够的网络带宽是保障的前提，优秀的QOS技术配合足够的网络带宽才是所有应用的网络传输质量的保障。当前科技迅速发展，各种资源对网络传输要求越来越高，但是现有条件下线路带宽的扩充困难比较大。对高校来讲，必须花费一定的资金去购买运营商的带宽以及架设管线，从使用上讲，高校高带宽的利用率并不高，所以花费高额的资金去提高网络带宽对高校并不适用，因此，我们高校的网络通信的服务质量还是需要有一定的QOS机制来对重要的引用做出保障。目前我们通常所指的QOS技术主要有如下几种模型。

2.1 尽力而为的服务(Best-effort Service)模型

采用的统计复用方式，对于数据通信设备(分组交换设备)，通过TCP/IP协议栈针对每一个分组单独的选择传输路径，不像时分复用(TDM)那样具有专用连接的概念。

2.2 保证服务(IntServ 又称之为综合服务)模型

保证服务模型的目标是在IP网络中同时支持实时服务和传统的尽力而为服务，它是基于为每个信息流预留资源的一种结构。

2.3 区分服务(DiffServ) 模型

保证服务模型存在着很大的弊端，它的弊端主要体现在扩展性上，于是服务提供商和各种研究机构开始提出新的机制，用于增加的支持服务数，而且这种机制必须具有良好的可扩展性，于是便产生了区分服务模型。

区分服务模型的主要技术有：

流量分类与标记技术、拥塞管理技术(主要是各种队列技术)、拥塞避免技术、流量监管技术、流量整型技术、链路层QoS技术、链路效率机制

3 QOS技术应用实例分析

高校网络结构相对来说比较简单，主要连接点都采用运营商现有的网络结构基础上进行架构，随着科技的发展，对企业组网提出了更高的要求实现三网合一(语音、视频、数据)以最大程度的对现有IP网络进行利用并节约成本。各个场点互联的联网形式往往通过向运营商申请专线或申请Interner链路在各场点间做VPN来实现，由于只有单一出口，所以在网络出口作QOS策略就显得尤为重要。通过QOS对带宽、时延敏感的应用做出保障。QOS的实现工具：分类和标记工具 管制和整形工具 拥塞管理工具 拥塞避免工具等。

3.1 高校专线三网合一用户的QOS部署

图1 专线用户企业组网图

图1是通过专线连接各个分支场点的企业组网。各个分支场点都运行语音、视频及传统的数据应用实现全网的三网合一。网络的局域网带宽为100M远远大于广域网的出口带宽(2M)，所以在出口处会造成转发的瓶颈，因此为保证重要数据的传输带宽要求网络各个场点需要部署QOS来保证语音、视频应用的带宽和时延要求。组网前做好网络所有应用所需要带宽的情况的分析调查，QOS技术实质本身并不能创造新的带宽，只能在现有带宽的基础上保证特定业务的通信质量，这就比如一条交通道路，路面宽度是一定的，只能通过划分车道区分公交车专用道、超车道、大型汽车道、小型汽车道、来合理管理交通道路，保障道路的通常，保障车辆快速的通过。如果道路并不宽阔，车流量有很大，在合理的管理也是不能达到预期效果的，所以带宽是否满足所有重要应用在正常网络中的传输，是部署QOS的前提关键。带宽足够那我们如何在现有的网络中通过QOS技术对关键应用做出保障，需要我们从端到端的角度进行部署。

3.2首先分析现有网络会对服务质量造成影响的因素：

3.2.1 流量的分类：

首先要了解网络中数据流量成分。其中哪些流量是重要的优先级别高的，这些流量对网络都有什么要求，这是部署任何QOS策略的前提。就像一个带宽中有FTP和HTTP语音、视频及数据库等流量，那我们就要分析例如FTP流量时延不敏感与对带宽及时延都有要求的应用对QOS的部署的要求是完全不同的。同时路由器对任何QOS策略的部署都会对转发效率造成影响，因此完整的流量进行分析是合理部署QOS的前提，减少QOS对网络造成的转发效率上的影响。所以部署QOS策略第一步是要标记保障业务流量。其他不重要的流量只需采用尽力而为的转发即可。

3.2.2 运营商

运营商的网络情况一般对中小企业用户都是不透明的，一般运营商不会参与到中小企业网络的策略部署中，但是就我校宿舍区移动出口与联通出口对比来说，移动出口对一些网站以及联通电信服务器存在较大延时，这无疑产生一定的瓶颈问题，所以在部署QOS时需要考虑调查，对于视频、语音、数据流等数据运营商的网络都可以说带宽是充足的，这些流量的转发不会在运营商处出现瓶颈。

3.2.3 局域网交换机与路由器之间处理性能上的差异

在高校局域网内一般采用交换机设备，分别有接入层交换机、汇聚层交换机，有时候我们称其为三层交换机和二层交换机，接入成交换机采用硬件芯片对数据进行转发，而带有路由功能的汇聚交换机以及路由器设备通常是用软件进行转发，软件转发的数度取决于设备的处理能力以及数据量，一般达不到硬件转发的速度，所以在设备中硬件转发和软件转发会存在转发的瓶颈，汇聚交换机或路由器中线速流量会造成CPU繁忙，导致设备工作异常，所以在部署全网QOS策略时需要考虑这个问题。通常的解决办法是在设备上连的接口上配置限速。例如：第一种是当路由器出口带宽等于入口带宽时，如高校向运营商申请了1G的以太网专线，路由器下联汇聚交换机是通过1000M以太网链路，此时需要对路由器的转发性能进行实测。假如测试出路由器的转发性能为800M，考虑到路由器长时间运行可能会出现转发能力下降的情况，在汇聚交换机的上连路由器的接口处限制速率为700-750M以保证交换机的数据流量不会对路由器造成冲击。同时在限速的汇聚交换机端口上配置以PQ一类的QOS队列调度技术，保证重要流量的优先传输。第二种情况是当高校网络向运营商申请的网络带宽小于路由器局域网入口带宽时，例如：我校出口带宽分别为联通400M、移动1G带宽，此时交换机可以配置上连路由器接口的速率限制为路由器出口带宽，也可以按照第一种情况配置为路由器接口的转发能力范围内的速率。如果交换机上连口配置为2M，然后配合PQ一类的QOS队列调度技术保证重要业务的优先传输可以大大减轻路由器对QOS策略的处理负担，但是交换机的QOS支持能力往往不够完善，可以采用一些专业的流量控制设备就行合理搭配使用。

例如：我校出口带宽分别为联通400M、移动1G带宽，400主要用于办公教学区域，属于第一种情况，有比较宽裕的出口带宽，移动1G带宽主要用于学生宿舍以及无线网络出口，并且我校采用H3CS10500运营商级双核构架，局域网需求远远大于移动出口带宽，我校在核心与路由之间增加流量控制设备(山石SG6000M)，采用多种QOS控制工具。如图2 IP QOS管理：

图2 IPQOS管理

3.2.4 采用的QOS模型

目前可以使用的QOS模型主要是区分服务模型。对于语音视频一类的应用主要是使用PQ和CBQ(CISCO称之为CBWFQ)技术来进行通信的带宽和时延的保障。PQ针对带宽进行一定的限制会导致部分应用流量无法传输，目前在高校智慧校园网络中最常使用的QOS技术是CBQ队列调度技术，通过CBQ队列技术提供的LLQ队列来保证精品课堂，远程教学视频的带宽和时延，同时可以限制这类应用的带宽，以避免该应用占用太多的带宽导致HTTP等其他应用的流量被抢占。

3.2.5 端到端的考虑

由于每一种应用都是端到端的应用，所以在本例的网络模型中每个场点都需要对QOS进行相同的规划，以保证重要数据在全网都可以正常传输。

4 总结

通过以上实例我们可以知道高校网络部署QOS的策略方法，具体策略需要根据各高校实际情况进行部署。在出口带宽足够的情况下，高校用户通常只需要在自己的网络中部署区分服务模型的QOS即可满足重要业务的应用。并且可以采用负载均衡设备进行流量优化，由于我校资金有限处于设备过渡时期，并未购置负载均衡设备。

总之，QOS技术的部署是十分灵活的，各高校智慧校园建设初期所关注的应用流量不同，往往使用不同技术的组合来对关键流量进行带宽的保证。目前随着各种应用的出现，QOS已成为组网中必须要考虑的一个重要组件，同时具有QOS技术的设备更新也越来越多，可根据各高校实际资金情况进行部署，以适应不断变化的组网出口带宽需求。除了上面讲到的高校网络，很多运营商级别的网络得以普遍的实施很大程度上也决定于QOS技术的合理部署，目前端到端的QOS技术一直是NGN网络实现的瓶颈(例如移动运营商、联通、电信之间点对点的转化瓶颈)，为能顺利部署NGN网络，QOS技术必然会有日新月异的发展和变化。当然，部署了合理的QOS并不表示网络就一定不会出现异常，网络攻击的存在、特别是内部的攻击对网络的破坏是QOS无法保证和避免的。所以，要想真正使关键业务得到通信质量的保证，也必须加强网络应用的安全保障力度，但QOS作为网络质量保证的技术基础，地位还是无可替代的。以上内容是自己工作经验的总结，如有不对之处敬请谅解。

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(责任编辑：孙强)

Application of QOS technology in Higher Vocational Colleges

SUN Zhen-hua1,ZHAO Mi2

(1.Ocean University of China,Qingdao Shandong 266100,China;2.No.57 Middle School of Qingdao,Shandong 266000,China)

Abstract: Based on the authors' work experience,this thesis introduces the principle of QOS technology,and elaborates how to deploy QOS in higher vocational colleges through examples.

QOS; flow; wisdom campus; load balancing

2013-12-30

孙振华(1984-)，男，山东济宁人，青岛酒店管理职业技术学院工程师，中国海洋大学在读硕士生。

TD392

A

1671-4385(2014)02-0119-04