2200 字详细讲解计算机网络的“流量管理员”：QoS 服务质量

你好，这里是网络技术联盟站。

在平时工作中，不管是软件开发者、还是运维实施者、还是网络工程师，都会遇到一个专业术语：QoS。像软件开发人员在对接 MQTT 的时候就会面临着 QoS 的设置，像网络工程师在设置流策略的时候，也会面临 QoS 的设置，那么这个 QoS 到底是个什么神器，能够受到多方 IT 技术人员的青睐呢？

本期瑞哥将带大家揭开 QoS 背后的原理，让我们直接开始！

本文介绍网络世界中的 QoS。

什么是 QoS？

• 英文全称：Quality of Service
  

• 中文名称：服务质量

随着网络使用量增长、流量类型种类越来越多，网络拥塞变得越来越频繁，工程师们很快意识到需要一种方法来控制流量的优先级，并且保证流量的可靠性，这个时候 QoS 技术就应运而生。

QoS，顾名思义，服务质量，就是通过控制流量的走向、停留、速度等来保证服务的可靠运行，保证其质量。

官方一点说法就是：QoS 是一种流量控制过程，可根据特定时间敏感应用程序的要求调整其整体网络流量，减少了常见的质量下降问题，例如网络内的丢包、网络抖动和高延迟等。

举个生活中的例子

堵车的例子用来形容 QoS 再形象不过了，毕竟 QoS 的灵感就是来源于交通堵塞，在网络中叫做流量堵塞。

想象一个场景，在堵车的时候，我们最常看到一个身影：交警。

交警可以迅速起到红绿灯的效果，经过疏散，可以在有限的时间内缓解交通堵塞，那么至于交警如何疏散，这个疏散方法其实就是 QoS 策略。

QoS 为什么如此重要？

QoS 可以通过许多机制保证网络性能稳定性，而且随着物联网 (IoT) 的不断成熟，低延迟的网络需求是极其重要的，比如无人驾驶方面，你说无人汽车能有延迟吗？这个是拿生命开玩笑的，那么 QoS 就可以实现低延迟。

总的来说，QoS 有以下好处：

1、减少延迟

延迟是网络请求从发送方到接收方以及接收方处理它所需的时间，QoS 可以通过策略来减少延迟或加快网络请求的过程。

2、减少抖动

抖动是指由于信号脉冲偏差而导致的数据包速度不规则，QoS 通过相关策略可以极大地减少了抖动的发生。

3、预防丢包

当网络故障或者网络状态不佳时候，容易发生数据包丢失，QoS 可以通过优先处理高性能应用程序的带宽来避免丢包。

4、增强安全性

QoS 可以检测网络中的异常情况，设置特定的 QoS 安全策略来阻止恶意流量确保应用程序的可靠性。

5、降低成本

QoS 可以减少用户升级网络带宽和购买额外网络基础设施的费用，从而节省成本。

6、流量管理

可以通过 QoS 为不同类型的数据包设置不同的带宽，从而达到管理流量的效果，进而避免潜在的网络拥塞的风险。

QoS 的度量指标

一般来说，QoS 有以下四种度量指标：

带宽

带宽是在指定时间内通过网络通信系统传输的信息最大量，通常以兆字节每秒 (Mbps) 为单位，这里注意速度和带宽的区别，不能搞混。

QoS 可以根据时延来对数据包进行优先排序和分配资源，从而起到优化带宽的效果。

时延

时延是数据包从源 IP 地址传输到目标所需的总时间，在理想的计算机网络中，时延应该非常接近于零。

时延又分为好多种时延，最常见的就是单向时延和往返时延。

• 单向时延：数据包从源到达目的地所需的时间

• 往返时延：从源到目的地再返回所需的时间

除了这两种时延外，还有：

• 处理时延

• 排队时延

• 序列化时延

• 传播时延

在这里不做过多介绍。

抖动

抖动是指网络频段上数据包延迟的变化，一般都是因为网络拥塞、时间漂移和路线变化造成的，如果是在实时视频或语音通信网络中，过度的抖动可能会带来很大的问题。

丢包率

丢包就是通信期间数据包的丢失，这个一般就是网络过度拥挤时没有办法像往常一样传输所有数据包，也就是数据包超载了，这个时候会有一部分的数据包将被丢弃。

QoS 服务模型

QoS 服务一般有三种模型：

尽力而为

尽力而为是指所有数据包获得相同优先级的 QoS 模型，尽其所能将数据包发送到目的地，没有任何延迟、延迟、抖动等限制，如果不能送到就直接放，并且不会通知发送者或接收者。

预留资源

预留资源简单来说就是沿网络上的特定路径保留带宽，说白了就是应用程序请求网络进行资源预留，网络设备监控数据包的流向，来确保网络资源可以接收数据包。

差分服务

差分服务简单来说就是将服务的流量进行分类，每种分类都有其优先级，比如被标记为语音分类的流量优先级最高，那么它就最先被处理。

💡 我们在学习技术的时候，很多技术都是来源于生活，技术名词无非就披了一层术语外衣，我们不要被大量的陌生术语吓到，其实每个术语都是有它自己的道理的，仔细想想也真的佩服起名字的人，我们要学会用白话文解释这些术语，并且记忆的时候也直接就记这些白话文，这样才会利于你理解，好多朋友记不住，大多数都是这个门槛。

QoS 工作机制

QoS 工作机制一般就如下几个：

下面我们来分别介绍一下。

分类和标记

分类和标记的工作机制很明显包含两种过程：

1. 分类

2. 标记

如图所示，开始杂乱无章的流量经过分类后，分为视频流类、语音流类、HTTP 流类、FTP 流类，然后每个包都会进行标记。

拥塞管理

当网络流量比较多的情况，容易发生网络拥塞，这个时候我们用 QoS 创建不同优先级的队列，从而缓解拥塞。

拥塞避免

拥塞避免和拥塞管理很相似，我们可以使用 QoS 相关工具管理数据包丢失并减少拥塞。

流量整形和监管

流量监管使用预定义的流量策略来管理网络流量，使用这些配置的流量策略，在超出带宽期间，所需和期望的操作会根据流量种类进行排序，使用此策略，流量会被标记或通过预定义的操作被丢弃。

流量整形不像流量监管那么严格，使用流量整形，流量会受到控制，如果流量超额，它将会使用队列并使一些流量进入等待队列，而不是直接丢弃。

接口限速

接口限速也是流量整形和监管的范畴，接口限速，顾名思义就是针对进行流量的限速，这个没啥好解释的。

总结

QoS 在当今企业 IT 基础架构中越来越重要，QoS 不仅对于网络上的语音和视频流至关重要，而且还是支持新兴物联网 (IoT) 的重要因素。

本文主要从以下方面展开对 QoS 理论的讲解：

• 什么是 QoS？

• QoS 为什么如此重要？

• 1、减少延迟

• 2、减少抖动

• 3、预防丢包

• 4、增强安全性

• 5、降低成本

• 6、流量管理

• QoS 的度量指标

• 带宽

• 时延

• 抖动

• 丢包率

• QoS 服务模型

• 尽力而为

• 预留资源

• 差分服务

• QoS 工作机制

• 分类和标记

• 拥塞管理

• 拥塞避免

• 流量整形和监管

• 接口限速