互联网服务质量（QoS）

1. 基础概念：互联网服务质量指的是一套网络技术和管理机制，其核心目标是在共享的、尽力而为（Best-Effort）的IP网络上，为指定的网络流量提供可预测的、有保障的数据传输服务。简单来说，就是让重要的网络应用（如视频会议、在线游戏）能优先获得网络资源，从而保证其流畅性、低延迟和低丢包率，即使在网络拥堵时也是如此。这与传统互联网对所有数据包“一视同仁”、平等竞争带宽的模式形成对比。

2. 关键性能指标：要衡量和保障QoS，需要关注以下几个核心参数：

   • 带宽：单位时间内通过网络链路的数据量。QoS可以确保关键应用获得最小或最大的带宽承诺。
   • 延迟：数据包从源到目的地所需的时间。实时交互应用（如VoIP、游戏）对低延迟要求极高。
   • 抖动：延迟的变化程度。稳定的延迟（低抖动）对于音视频流播放的连贯性至关重要。
   • 丢包率：传输过程中丢失的数据包比例。过高的丢包率会导致音视频卡顿、文件传输错误或TCP重传加剧。

3. 核心实现机制（流量管理）：QoS通过一系列流量分类、标记、调度和整形技术来实现。

   • 分类与标记：这是第一步。网络设备（如路由器、交换机）根据数据包的来源、目的地、协议类型（如TCP/UDP端口号）或深层内容识别出不同类型的流量（如语音、视频、网页浏览）。识别后，在数据包的IP头部（通常是DSCP字段，属于“区分服务”模型的一部分）打上一个“优先级标签”。
   • 队列调度：网络设备为不同优先级的流量维护多个输出队列。当多个数据包争抢同一出口时，调度算法决定发送顺序。常见的算法有：
     • 优先队列：总是先发送高优先级队列中的数据，可能导致低优先级流量“饿死”。
     • 加权公平队列：为每个队列分配一个权重，按权重比例分配带宽，兼顾了优先级和公平性。
   • 流量整形与监管：
     • 流量监管：监控特定流量的速率，对超过约定速率的部分进行丢弃或降级标记，以强制执行带宽限制。
     • 流量整形：将超速的流量缓存在队列中，平滑地发送出去，而不是直接丢弃，以避免突发流量导致网络拥塞。

4. 主流架构模型：有两种广泛部署的QoS模型。

   • 集成服务：这是一种面向连接的、端到端的资源预留模型。应用程序在发送数据前，需要通过网络信令协议（如RSVP）向路径上的所有路由器显式地申请特定带宽和延迟资源。它提供硬性保证，但扩展性差，因为需要维护每个流的状态。
   • 区分服务：这是目前互联网和企业网的主流模型。它将复杂的流量分类和标记工作推到网络边缘（入口路由器），核心网络中的路由器只需根据数据包头部简单的优先级标签（DSCP值）执行相应的“每跳行为”，如加速转发、确保转发等。它不提供端到端的绝对保证，但扩展性好，易于部署。

5. 在现代网络中的应用与演进：

   • 软件定义网络：SDN的集中控制和全局视图使得QoS策略的部署和管理更加灵活和动态。控制器可以根据实时网络状态和应用需求，编程式地调整全网流量的路径和优先级。
   • 云与数据中心网络：在虚拟化环境中，QoS需要管理虚拟机之间、租户之间的资源竞争。通常结合虚拟交换机、流量整形和SDN技术，在共享的物理基础设施上为不同租户或应用提供有保障的服务级别。
   • 与“尽力而为”的共存：互联网的基石仍是“尽力而为”的传输。QoS并非要取代它，而是在其上增加一个可控的、差异化的服务层。对于绝大多数非实时应用（如电子邮件、文件下载），仍然运行在标准的“尽力而为”通道上。