【摘要】 QoS是一種提高和保障IP網絡服務能力的網絡技術，可以提高網絡通信質量、保障關鍵應用。本文將詳細介紹QoS技術原理及其在中央臺內網中的應用。
【關鍵詞】 QoS局域網  帶寬  網絡服務質量

一. QoS技術
    QoS（Quality of Service）即“服務質量”，是一種IP網絡的安全機制,是解決網絡延遲、阻塞、抖動和丟包等問題的一項網絡技術。
通常情況下，網絡應用可以分為兩種，即：時間不敏感應用和時間敏感應用。時間不敏感應用對時間沒有特定限制，如WWW、文件傳輸、E-mail等，其對帶寬、延遲等性能也不敏感。而對于時間敏感應用，如關鍵應用和多媒體應用等，對網絡性能要求很高，QoS技術對這類應用具有十分重要的作用。當網絡過載或擁塞時，QoS能確保重要業務的報文不被延遲或丟棄，同時還可以保證網絡的高效運行。
    傳統的IP網絡無區別地對待所有的報文，網絡設備采取的是FIFO（First In First Out，先入先出）策略，其僅依照報文到達的先后順序對報文依次進行轉發，所有報文共享網絡和設備的資源，報文得到資源的多少完全取決于其到達的時機。這種服務策略稱作Best-Effort，即盡最大的努力將報文送到目的地，但對分組轉發的延遲、抖動、丟包率和可靠性等需求不提供任何承諾和保證。這樣的網絡僅能滿足時間不敏感應用的需求。
    隨著互聯網的普及和新業務的不斷涌現，如可視電話、VoIP、視頻點播，用戶對時間敏感應用的需求越來越大，對帶寬、延遲、抖動等傳輸性能的要求越來越高。用戶已不再滿足于能夠簡單地將報文送達目的地，還希望在轉發過程中得到更好的服務，如支持用戶提供專用帶寬、減少報文的丟失、避免網絡擁塞、調控網絡的流量和設置報文的優先級等。

    二. QoS技術的基本原理 
    下圖所示為典型的網絡分組報文轉發流程，我們發現要保證報文轉發的QoS必須針對轉發的整個流程進行控制，即二三層設備都要保證高優先級報文被優先轉發。其一般原理就是根據IP報文的特定信息對報文進行標記，然后網絡設備根據預定的規則對標記后的報文進行處理。QoS的處理過程一般分為三部分即：流分類，報文標記，QoS動作及擁塞解決。
    1.流分類
    流分類是指具有QoS能力的網絡能夠識別不同應用產生的不同數據包，所有應用都將在數據包上留下可以識別的標識。分類就是檢查這些標識，識別數據包是由哪個應用產生的。以下是4種常見的分類方法：

    (1)協議  有些協議非常“健談”，只要它們存在就會導致業務延遲，因此根據協議對數據包進行識別和優先級處理可以降低延遲。這可以通過以太網數據包類型（EtherType）進行識別，譬如，AppleTalk協議采用0x809B，IPX使用0x8137。根據協議進行優先級處理是控制或阻止少數“健談”協議的一種強有力方法。
    (2)TCP和UDP端口號碼  許多應用都采用特定的TCP或UDP端口進行通信，如 HTTP采用TCP端口80。通過檢查IP數據包的端口號，就可以確定數據包是由哪類應用產生的。
    (3)源IP地址  許多應用都是通過其源IP地址進行識別的。由于服務器是專門針對單一應用而配置的，如電子郵件服務器，所以分析數據包的源IP地址可以識別該數據包是由什么應用產生的。當識別交換機與應用服務器不直接相連，而且許多不同服務器的數據流都到達該交換機時，這種方法就非常有用。
    (4)交換設備物理端口號  與源IP地址類似，物理端口號碼可以指示哪個服務器正在發送數據。這種方法取決于交換機物理端口和應用服務器的映射關系。雖然這是最簡單的分類形式，但是它依賴于直接與該交換機連接的服務器。

    2.報文標記
    在識別數據包之后，要對它進行標注，這樣其他網絡設備才能方便地識別這種數據。由于分類可能非常復雜，因此最好只進行一次。識別應用之后就必須對其數據包進行標記處理，以便確保網絡上的交換機或路由器可以對該應用進行優先級處理。通過采納標注數據的兩種行業標準，即IEEE 802.1p或差異化服務編碼點(DSCP)，就可以確保多廠商網絡設備能夠對該業務進行優先級處理。
802.1p優先級位于二層報文頭部，適用于不分析三層報頭，而在二層環境下保證QoS的場合。它也被稱為CoS優先級，由3個bit組成，取值范圍為0～7。

    3.QoS動作及擁塞解決
    在局域網交換機中，多種業務隊列允許數據包優先級存在。較高優先級的業務可以在不受較低優先級業務的影響下通過交換機，減少對諸如話音或視頻等時間敏感業務的延遲事故。
為了支持優先級，交換機的每個端口必須至少提供2個隊列，這些隊列通常被稱為本地優先級，交換機一般支持4個或8個本地優先級。當數據包到達交換機時，都要根據其報文內的802.1p優先級將其分配到適當的本地隊列，然后該交換機再從每個本地隊列中轉發數據包。交換機通過管理其本地隊列，即可完成對802.1p報文的轉發，如圖2所示。
以下是兩種常見的本地隊列調度方式：
    (1)嚴格優先隊列(SPQ)  這是一種最簡單的排隊方式，它首先為最高優先級的隊列進行服務，直到該隊列為空，然后為下一個次高優先級隊列服務，依此類推。這種方法的優勢是高優先級業務總是在低優先級業務之前處理。但是，低優先級業務有可能被高優先級業務完全阻塞。 
    (2)加權循環(WRR)  這種方法為所有業務隊列服務，并且將優先權分配給較高優先級隊列。在大多數情況下，相對低優先級，WRR將首先處理高優先級，但是當高優先級業務很多時，較低優先級的業務并沒有被完全阻塞。

三. 現有播錄網的結構及缺點
    通過上圖我們發現，局域網內部的所有機器對于帶寬的占用處于同樣的地位。但從實際機器數量上看，媒資網內的機器占用了部分帶寬，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，我們可以通過兩方面來解決。
    (1)降低媒資網內計算機占用的帶寬，即在滿足辦公需求的前提下，采用端口限速的方法降低網內計算機的帶寬，做到媒資網占用總帶寬的可預測性。這樣即使通過媒資網使用音視頻點播、數據下載等占用大量帶寬的應用，也不會對播出站、錄制站的正常工作造成影響。

四. QoS技術對現有播錄網改進的具體實現
這里以連接到Cisco3550的F0/1上的辦公網PC為例，設置其端口速率最大為1M，具體配置如下：
Switch(config)#mls qos //在交換機上啟動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
    采用QoS技術可以對現有制作、播出局域網進行改造，大大提高了播出站、錄制站的服務能力，降低網絡通信成本，加強網絡運營管理，保證了關鍵業務的傳輸質量。緊跟IP技術的發展步伐可以大大提高我臺信息化程度，提高播出和制作的水平，使網絡技術更好的服務于廣播事業。B&P

參考文獻：
    1、W. Richard Stevens.《TCP/IP詳解卷1：協議》,第一版. 機械工業出版社.2000.第33頁 
    2、白建軍/盧澤新,《 路由器原理與設計》.第一版.人民郵電出版社.2002.7.第57頁
    3、林闖/單志廣/任豐原.《計算機網絡的服務質量》第一版.清華大學初版社. 2004.4第28頁