linux下QOS--理论篇

　1. Best-Effort服务模型Best-Effort是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型。对Best-Effort服务模型，网络尽最大的可能性来发送报文。但对时延、可靠性等性能不提供任何保证。
　　Best-Effort服务模型是网络的缺省服务模型，通过FIFO队列来实现。它适用于绝大多数网络应用，如FTP、E-Mail等。
　2. Int-Serv服务模型Int-Serv是一个综合服务模型，它可以满足多种QoS需求。该模型使用资源预留协议（RSVP），RSVP运行在从源端到目的端的每个设备上，可以监视每个流，以防止其消耗资源过多。这种体系能够明确区分并保证每一个业务流的服务质量，为网络提供最细粒度化的服务质量区分。
　　但是，Inter-Serv模型对设备的要求很高，当网络中的数据流数量很大时，设备的存储和处理能力会遇到很大的压力。Inter-Serv模型可扩展性很差，难以在Internet核心网络实施，前主要与MPLS TE（Traffic Engineering，流量工程）结合使用.
   3. Diff-Serv服务模型Diff-Serv是一个多服务模型，它可以满足不同的QoS需求。与Int-Serv不同，它不需要通知网络为每个业务预留资源。区分服务实现简单，扩展性较好，
可以说是为现在的网络量身打做的。这个这种类型的QOS中，数据流是要进行分类的，然后，我们可以进一步的对各种不同类的流进行的控制。这个控制的实现就是通过策略表来实现的。这样简单一说，我们就该知道了，实现他们是要有个类表，然后还得有个控制表---策略表.  
        它由RFC2475定义，在区分服务中，根据服务要求对不同业务的数据进行分类，对报文按类进行优先级标记，然后有差别地提供服务。
区分服务一般用来为一些重要的应用提供端到端的QoS，它通过下列技术来实现：
1）流量标记与控制技术：它根据报文的CoS（Class of Service，服务等级）域、ToS域（对于IP报文是指IP优先级或者DSCP）、IP报文的五元组（协议、源地址、目的地址、源端口号、目的端口号）等信息进行报文分类，完成报文的标记和流量监管。目前实现流量监管技术多采用令牌桶机制。
2）拥塞管理与拥塞避免技术：WRED、PQ、CQ、WFQ、CBQ等队列技术对拥塞的报文进行缓存和调度，实现拥塞管理与拥塞避免。
     QoS的应用
　　流量约定（SLA, Service Level Agreement服务等级协议）给数据流设定优先级，以此在网络／协议层面上，根据相互商定的尺度，设定有保障的性能、通过量、延迟等界限。一些特定形式的网络数据流需要定义服务质量，例如：
　　多媒体流要求有保障的通过量
　　IP电话需要严格的抖动和延迟限制
　　性命攸关的应用系统，例如远程外科手术要求有可靠保证的可用性（也称作硬性　QoS）.
这些类型的服务被称为非弹性，意思是它们需要固定的带宽才能运作--如果得到多余的带宽，它们也无法使用；如果得到较少的带宽，则根本无法工作。相形之下，弹性应用可以从多余的带宽中受益。
网络中会遇到的情况：
1. 数据包丢失 
当数据包到达一个缓冲器（buffer）已满的路由器时，则代表此次的发送失败，路由器会依网络的状况决定要丢弃一部份、不丢弃 或者是所有的数据包，而且这不可能在预先就知道，接收端的应用程序在这时必须请求重新传送，而这同时可能造成总体传输严重的延迟
2. 延迟 
或许需要很长时间才能将数据包传送到终点，因为它会被漫长的队列迟滞，或需要运用间接路由以避免阻塞；也许能找到快速、直接的路由。总之，延迟非常难以预料
3. 传输顺序出错
 当一群相关的数据包被路由经过因特网时，不同的数据包可能选择不同的路由器，这会导致每个数据包有不同的延迟时间。最后数据包到达目的地的顺序会和数据包从发送端发送出去的顺序不一致，这个问题必须要有特殊额外的协议负责刷新失序的数据包。
4. 出错 
有些时候，数据包在被运送的途中会发生跑错路径、被合并 甚至是 毁坏的情况，这时接收端必须要能侦测出这些情况，并将它们统统判别为已遗失的数据包，再请求发送端再送一份同样的数据包。
这里cos和dscp是修改了数据报文的内容，可以在网络其他设备来调度，还有本地主机的工具可以打一些标记，tc的u32模块，iptables的MARK，以及iproute2的工具.
这些工具并不修改报文，而是提供本地内核调度用.
QOS要保证服务，就要设计流量控制我们先了解几个概念：
流量控制中的概念
1. 整形
整形就是流量控制，把数据包的发送速率控制在一个固定的水平以下。由于整形通过延迟数据包的发送来控制数据包发送速率，故整形机制是非工作保存的。“非工作保存”可以理解为：系统必须进行一些操作来延迟数据包的发送。
反过来说，一种非工作保存的队列是可以进行流量整形的，而工作保存的队列（参考 PRIO）不能进行流量整形，因为工作保存队列无法延迟发送数据包。
2. 调度
一个调度器会对将要发送的数据包顺序进行排列或重排。
3分类
分类器能把不同类型的网络流量划分到不同的队列中去。
4.策略
决策器能计算并限制某个特定队列的流量
4. 丢弃
丢弃一个数据包，一个数据流或一个分类下的数据包，都可以叫做丢弃。
5. 标记
标记是一种对数据包进行一些修改的操作
注意
这里说的标记不是fwmark。iptables，$ipt-mark;，ipchains以及--mark都只修改数据包的元数据，而不修改数据包本身。
流量控制中的标记操作会给数据包加上一个DSCP，接下来在由一个管理员控制的一个网络下的其他路由器上将会使用这个标记。
QoS的关键指标主要包括：可用性、吞吐量、时延、时延变化(包括抖动和漂移)和丢失
在linux中是通过Tc命令来实现的（外加内核的支持）. 我们看到网上大部分说的队列规则、分类、分类器什么的都是说的TC的机制，而tc只是实现qos的方式之一.
在网络通信设备中不同的厂商对qos有各自的实现和配置. 基于QOS的特性，便产生了tc.
我们先看一个图：

关于tc的设计：
递归控制 所谓的递归控制就是分层次地控制，而对于每个层次，控制方式都是一致的
Qdisc –class –filter 的树型组织模式.
qdisc 队列规则(queueing discipline):
用来实现控制网络的收发速度.通过队列,linux可以将网络数据包缓存起来,然后根据用户的设置,在尽量不中断连接(如 tcp)的前提下来平滑网络流量.需要注意的是,linux 对接收队列的控制不够好,所以我们一般只用发送队列,即"控发不控收".它封装了其他两个主要 tc 组件(类和分类器).内核如果需要通过某个网络接口发送数据包,它都需要按照为这个接口配置的 qdisc 队列规则把数据包加入队列.然后,内核会尽可能多地从 qdisc里面取出数据包,把它们交给网络适配器驱动模块.
       最简单的 QDisc 是 pfifo 它不对进入的数据包做任何的处理,数据包采用先入先出的方式通过队列.不过,它会保存网络接口一时无法处理的数据包.常有的队列规则包括 FIFO 先进先出,RED 随机早期探测,SFQ 随机公平队列和令牌桶 Token Bucket,类基队列 CBQ,CBQ 是一种超级队列,即它能够包含其它队列,甚至其它 CBQ