【摘要】 QoS是一種提高和保障IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以提高網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量、保障關(guān)鍵應(yīng)用。本文將詳細(xì)介紹QoS技術(shù)原理及其在中央臺(tái)內(nèi)網(wǎng)中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】 QoS局域網(wǎng)  帶寬  網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量

一. QoS技術(shù)
    QoS（Quality of Service）即“服務(wù)質(zhì)量”，是一種IP網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制,是解決網(wǎng)絡(luò)延遲、阻塞、抖動(dòng)和丟包等問(wèn)題的一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
通常情況下，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以分為兩種，即：時(shí)間不敏感應(yīng)用和時(shí)間敏感應(yīng)用。時(shí)間不敏感應(yīng)用對(duì)時(shí)間沒(méi)有特定限制，如WWW、文件傳輸、E-mail等，其對(duì)帶寬、延遲等性能也不敏感。而對(duì)于時(shí)間敏感應(yīng)用，如關(guān)鍵應(yīng)用和多媒體應(yīng)用等，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求很高，QoS技術(shù)對(duì)這類應(yīng)用具有十分重要的作用。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)載或擁塞時(shí)，QoS能確保重要業(yè)務(wù)的報(bào)文不被延遲或丟棄，同時(shí)還可以保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行。
    傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)無(wú)區(qū)別地對(duì)待所有的報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采取的是FIFO（First In First Out，先入先出）策略，其僅依照?qǐng)?bào)文到達(dá)的先后順序?qū)?bào)文依次進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，所有報(bào)文共享網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的資源，報(bào)文得到資源的多少完全取決于其到達(dá)的時(shí)機(jī)。這種服務(wù)策略稱作Best-Effort，即盡最大的努力將報(bào)文送到目的地，但對(duì)分組轉(zhuǎn)發(fā)的延遲、抖動(dòng)、丟包率和可靠性等需求不提供任何承諾和保證。這樣的網(wǎng)絡(luò)僅能滿足時(shí)間不敏感應(yīng)用的需求。
    隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，如可視電話、VoIP、視頻點(diǎn)播，用戶對(duì)時(shí)間敏感應(yīng)用的需求越來(lái)越大，對(duì)帶寬、延遲、抖動(dòng)等傳輸性能的要求越來(lái)越高。用戶已不再滿足于能夠簡(jiǎn)單地將報(bào)文送達(dá)目的地，還希望在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中得到更好的服務(wù)，如支持用戶提供專用帶寬、減少報(bào)文的丟失、避免網(wǎng)絡(luò)擁塞、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的流量和設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)等。

    二. QoS技術(shù)的基本原理 
    下圖所示為典型的網(wǎng)絡(luò)分組報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)流程，我們發(fā)現(xiàn)要保證報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的QoS必須針對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)的整個(gè)流程進(jìn)行控制，即二三層設(shè)備都要保證高優(yōu)先級(jí)報(bào)文被優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。其一般原理就是根據(jù)IP報(bào)文的特定信息對(duì)報(bào)文進(jìn)行標(biāo)記，然后網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)預(yù)定的規(guī)則對(duì)標(biāo)記后的報(bào)文進(jìn)行處理。QoS的處理過(guò)程一般分為三部分即：流分類，報(bào)文標(biāo)記，QoS動(dòng)作及擁塞解決。
    1.流分類
    流分類是指具有QoS能力的網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別不同應(yīng)用產(chǎn)生的不同數(shù)據(jù)包，所有應(yīng)用都將在數(shù)據(jù)包上留下可以識(shí)別的標(biāo)識(shí)。分類就是檢查這些標(biāo)識(shí)，識(shí)別數(shù)據(jù)包是由哪個(gè)應(yīng)用產(chǎn)生的。以下是4種常見(jiàn)的分類方法：

    (1)協(xié)議  有些協(xié)議非常“健談”，只要它們存在就會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)延遲，因此根據(jù)協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行識(shí)別和優(yōu)先級(jí)處理可以降低延遲。這可以通過(guò)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包類型（EtherType）進(jìn)行識(shí)別，譬如，AppleTalk協(xié)議采用0x809B，IPX使用0x8137。根據(jù)協(xié)議進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理是控制或阻止少數(shù)“健談”協(xié)議的一種強(qiáng)有力方法。
    (2)TCP和UDP端口號(hào)碼  許多應(yīng)用都采用特定的TCP或UDP端口進(jìn)行通信，如 HTTP采用TCP端口80。通過(guò)檢查IP數(shù)據(jù)包的端口號(hào)，就可以確定數(shù)據(jù)包是由哪類應(yīng)用產(chǎn)生的。
    (3)源IP地址  許多應(yīng)用都是通過(guò)其源IP地址進(jìn)行識(shí)別的。由于服務(wù)器是專門針對(duì)單一應(yīng)用而配置的，如電子郵件服務(wù)器，所以分析數(shù)據(jù)包的源IP地址可以識(shí)別該數(shù)據(jù)包是由什么應(yīng)用產(chǎn)生的。當(dāng)識(shí)別交換機(jī)與應(yīng)用服務(wù)器不直接相連，而且許多不同服務(wù)器的數(shù)據(jù)流都到達(dá)該交換機(jī)時(shí)，這種方法就非常有用。
    (4)交換設(shè)備物理端口號(hào)  與源IP地址類似，物理端口號(hào)碼可以指示哪個(gè)服務(wù)器正在發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法取決于交換機(jī)物理端口和應(yīng)用服務(wù)器的映射關(guān)系。雖然這是最簡(jiǎn)單的分類形式，但是它依賴于直接與該交換機(jī)連接的服務(wù)器。

    2.報(bào)文標(biāo)記
    在識(shí)別數(shù)據(jù)包之后，要對(duì)它進(jìn)行標(biāo)注，這樣其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能方便地識(shí)別這種數(shù)據(jù)。由于分類可能非常復(fù)雜，因此最好只進(jìn)行一次。識(shí)別應(yīng)用之后就必須對(duì)其數(shù)據(jù)包進(jìn)行標(biāo)記處理，以便確保網(wǎng)絡(luò)上的交換機(jī)或路由器可以對(duì)該應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理。通過(guò)采納標(biāo)注數(shù)據(jù)的兩種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE 802.1p或差異化服務(wù)編碼點(diǎn)(DSCP)，就可以確保多廠商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠?qū)υ摌I(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理。
802.1p優(yōu)先級(jí)位于二層報(bào)文頭部，適用于不分析三層報(bào)頭，而在二層環(huán)境下保證QoS的場(chǎng)合。它也被稱為CoS優(yōu)先級(jí)，由3個(gè)bit組成，取值范圍為0～7。

    3.QoS動(dòng)作及擁塞解決
    在局域網(wǎng)交換機(jī)中，多種業(yè)務(wù)隊(duì)列允許數(shù)據(jù)包優(yōu)先級(jí)存在。較高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)可以在不受較低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的影響下通過(guò)交換機(jī)，減少對(duì)諸如話音或視頻等時(shí)間敏感業(yè)務(wù)的延遲事故。
為了支持優(yōu)先級(jí)，交換機(jī)的每個(gè)端口必須至少提供2個(gè)隊(duì)列，這些隊(duì)列通常被稱為本地優(yōu)先級(jí)，交換機(jī)一般支持4個(gè)或8個(gè)本地優(yōu)先級(jí)。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)交換機(jī)時(shí)，都要根據(jù)其報(bào)文內(nèi)的802.1p優(yōu)先級(jí)將其分配到適當(dāng)?shù)谋镜仃?duì)列，然后該交換機(jī)再?gòu)拿總€(gè)本地隊(duì)列中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。交換機(jī)通過(guò)管理其本地隊(duì)列，即可完成對(duì)802.1p報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，如圖2所示。
以下是兩種常見(jiàn)的本地隊(duì)列調(diào)度方式：
    (1)嚴(yán)格優(yōu)先隊(duì)列(SPQ)  這是一種最簡(jiǎn)單的排隊(duì)方式，它首先為最高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列進(jìn)行服務(wù)，直到該隊(duì)列為空，然后為下一個(gè)次高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列服務(wù)，依此類推。這種方法的優(yōu)勢(shì)是高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)總是在低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)之前處理。但是，低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)有可能被高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)完全阻塞。 
    (2)加權(quán)循環(huán)(WRR)  這種方法為所有業(yè)務(wù)隊(duì)列服務(wù)，并且將優(yōu)先權(quán)分配給較高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。在大多數(shù)情況下，相對(duì)低優(yōu)先級(jí)，WRR將首先處理高優(yōu)先級(jí)，但是當(dāng)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)很多時(shí)，較低優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)并沒(méi)有被完全阻塞。

三. 現(xiàn)有播錄網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及缺點(diǎn)
    通過(guò)上圖我們發(fā)現(xiàn)，局域網(wǎng)內(nèi)部的所有機(jī)器對(duì)于帶寬的占用處于同樣的地位。但從實(shí)際機(jī)器數(shù)量上看，媒資網(wǎng)內(nèi)的機(jī)器占用了部分帶寬，這將不能保證各播出站、錄制站的正常帶寬。
基于以上分析，要保證播出站、錄制站的帶寬需求，我們可以通過(guò)兩方面來(lái)解決。
    (1)降低媒資網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)占用的帶寬，即在滿足辦公需求的前提下，采用端口限速的方法降低網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)的帶寬，做到媒資網(wǎng)占用總帶寬的可預(yù)測(cè)性。這樣即使通過(guò)媒資網(wǎng)使用音視頻點(diǎn)播、數(shù)據(jù)下載等占用大量帶寬的應(yīng)用，也不會(huì)對(duì)播出站、錄制站的正常工作造成影響。

四. QoS技術(shù)對(duì)現(xiàn)有播錄網(wǎng)改進(jìn)的具體實(shí)現(xiàn)
這里以連接到Cisco3550的F0/1上的辦公網(wǎng)PC為例，設(shè)置其端口速率最大為1M，具體配置如下：
Switch(config)#mls qos //在交換機(jī)上啟動(dòng)QOS
Switch(config)#access-list 10 permit 10.10.1.0 0.0.0.255 //控制pc上行流量
Switch(config)#access-list 100 permit any 10.10.1.0 0.0.0.255 //控制pc下行流量
Switch(config)# class-map user-up //定義PC上行類，并綁定訪問(wèn)列表10
Switch(config-cmap)# match access-group 10
Switch(config-cmap)# exit
Switch(config)# class-map user-down
Switch(config-cmap)# match access-group 100//定義PC下行類，并綁定訪問(wèn)列表100
Switch(config-cmap)# exit
Switch(config)# policy-map user-up //定義PC上行的速率為1M
Switch(config-pmap)# class user-up
Switch(config-pmap-c)# trust dscp
Switch(config-pmap-c)# police 1024000 1024000 exceed-action drop
Switch(config)# policy-map user-down定義PC下行的速率為1M
Switch(config-pmap)# class user-down
Switch(config-pmap-c)# trust dscp
Switch(config-pmap-c)# police 1024000 1024000 exceed-action drop
Switch(config-pmap-c)# exit
Switch(config)# interface f0/1
Switch(config-if)# service-policy input user-up
Switch(config-if)# service-policy input user-down

五. 總結(jié)
    采用QoS技術(shù)可以對(duì)現(xiàn)有制作、播出局域網(wǎng)進(jìn)行改造，大大提高了播出站、錄制站的服務(wù)能力，降低網(wǎng)絡(luò)通信成本，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)管理，保證了關(guān)鍵業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。緊跟IP技術(shù)的發(fā)展步伐可以大大提高我臺(tái)信息化程度，提高播出和制作的水平，使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更好的服務(wù)于廣播事業(yè)。B&P

參考文獻(xiàn)：
    1、W. Richard Stevens.《TCP/IP詳解卷1：協(xié)議》,第一版. 機(jī)械工業(yè)出版社.2000.第33頁(yè) 
    2、白建軍/盧澤新,《 路由器原理與設(shè)計(jì)》.第一版.人民郵電出版社.2002.7.第57頁(yè)
    3、林闖/單志廣/任豐原.《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量》第一版.清華大學(xué)初版社. 2004.4第28頁(yè)