Quality of Service - IWQoS 2003 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Stoica, Ion; Wehrle, Klaus; Jeffay, Kevin

出品人:

页数:536

译者:

出版时间:2003-08-05

价格:USD 99.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783540402817

丛书系列:

图书标签:

• Quality of Service
• IWQoS
• Networking
• Computer Networks
• Wireless Networks
• Performance Evaluation
• Traffic Management
• Queueing Theory
• Communication Networks
• Algorithms

《网络服务质量：理论、实践与挑战》 引言 在信息技术飞速发展的今天，网络已成为我们日常生活和工作中不可或缺的基础设施。从高清视频流媒体、实时语音通信，到复杂的金融交易和关键任务的工业控制，用户对网络服务的可靠性、性能和用户体验提出了前所未有的高要求。然而，互联网的开放性和尽力而为（best-effort）的传输机制，意味着网络资源并非总是充足且分配均匀，由此产生的延迟、丢包、抖动等问题，直接影响着网络应用的质量。在此背景下，服务质量（Quality of Service, QoS）的概念应运而生，并逐渐成为网络设计、部署和管理的核心要素。 本书《网络服务质量：理论、实践与挑战》旨在深入探讨服务质量的方方面面，为网络工程师、系统管理员、研究人员以及对网络性能优化感兴趣的专业人士提供一个全面而深入的视角。我们不仅会梳理QoS的核心理论基础，还会详细介绍其在不同网络环境下的实际应用，并分析当前QoS领域面临的主要挑战与未来发展趋势。本书内容力求详实，覆盖面广，并注重理论与实践的结合，旨在帮助读者建立扎实的QoS知识体系，解决实际网络问题，并为下一代网络服务质量的研究和发展奠定基础。 第一部分：服务质量基础理论 本部分将从根本上阐述服务质量的概念、度量和基本原理，为后续深入学习奠定坚实的基础。 第一章：服务质量概述 1.1 什么是服务质量（QoS）？ 定义：QoS是指网络能够为特定网络流量或应用提供特定水平的性能保障的能力。它不仅仅是“尽力而为”的传输，而是对网络资源进行管理和分配，以满足不同应用对带宽、延迟、抖动和丢包率的要求。 QoS的必要性：随着IP网络应用的多样化和复杂化，如VoIP、视频会议、在线游戏、实时数据流等，它们对网络性能有着截然不同的要求。尽力而为的网络无法保证这些关键应用的性能，导致用户体验下降甚至业务中断。QoS正是为了解决这一矛盾而诞生的。 QoS的目标：提高网络资源的利用率，优化关键应用的性能，提升用户体验，支持多样化的网络服务。 1.2 QoS的关键性能指标（KPIs） 带宽（Bandwidth）： 单位时间内网络链路或节点能够传输的数据量。 延迟（Delay/Latency）： 数据包从源端传输到目的端所需的时间。包括传输延迟、传播延迟、处理延迟和排队延迟。 抖动（Jitter）： 数据包到达时间的变异性。对于实时应用（如语音和视频），抖动会严重影响用户体验。 丢包率（Packet Loss Rate）： 在传输过程中丢失的数据包占总传输数据包的比例。 吞吐量（Throughput）： 在特定时间内成功传输的数据量，通常比带宽更接近实际使用情况。 链路利用率（Link Utilization）： 网络链路当前使用的带宽与总带宽的比例。 1.3 QoS模型与架构 尽力而为（Best-Effort）： Internet默认的服务模型，不对任何流量进行区别对待，也无法提供服务保证。 集成服务（Integrated Services, IntServ）： 基于流量的QoS模型，在网络边缘对每个流进行资源预留。 资源预留协议（Resource Reservation Protocol, RSVP）： IntServ的核心协议，用于在流的路径上请求和分配资源。 优点： 提供精细化的服务保证。 缺点： 扩展性差，对路由器处理能力要求高，在大型网络中难以部署。 区分服务（Differentiated Services, DiffServ）： 基于类别的QoS模型，在网络边缘对流量进行分类和标记，在网络核心根据标记提供不同的服务等级。 区分服务代码点（Differentiated Services Code Point, DSCP）： 作用在IP头部中，用于标识流量的服务等级。 区分服务域（Differentiated Services Domain, DSD）： 由一系列DiffServ路由器组成的区域。 服务等级（Per-Hop Behavior, PHB）： 路由器在每个节点对标记的流量执行的动作，如加速处理、丢弃等。 优点： 扩展性好，易于在大型网络中部署。 缺点： 服务粒度不如IntServ精细。 混合模型（Hybrid Models）： 结合IntServ和DiffServ的优势，以应对复杂网络环境。 1.4 QoS在不同网络层面的实现 物理层与数据链路层： 影响信号质量、帧传输的可靠性。 网络层（IP层）： QoS的主要实现层，通过IP头部标记、路由策略等。 传输层（TCP/UDP）： TCP的拥塞控制机制与QoS有交互，UDP的尽力而为特性。 应用层： 应用本身对QoS的需求，以及应用层如何利用QoS机制。 第二章：QoS核心技术与机制 2.1 流量整形（Traffic Shaping） 定义：控制发送到网络上的流量速率，使其符合预定义的速率曲线，以避免突发流量对网络造成冲击。 常用算法：令牌桶（Token Bucket）、漏桶（Leaky Bucket）。 作用：平滑流量，减少队列溢出，保证网络稳定性。 2.2 流量监管（Traffic Policing） 定义：监控进入网络的流量，并根据预定义的策略对超额的流量进行丢弃或标记。 与流量整形的区别：流量整形是控制发送速率，流量监管是监控和处理已发送的流量。 作用：限制流量，强制流量符合规定。 2.3 队列管理（Queue Management） 定义：当网络拥塞时，路由器上的队列会增长。队列管理策略决定了哪些数据包被允许进入队列，以及在队列满时如何处理新到达的数据包。 队列调度（Queue Scheduling）： 决定数据包出队顺序和速率。 先进先出（FIFO）： 最简单的队列调度，不提供QoS。 严格优先级（Strict Priority, SP）： 高优先级队列的数据包总是优先于低优先级队列。 加权公平队列（Weighted Fair Queuing, WFQ）： 为每个队列分配权重，按权重比例分配带宽。 加权轮询（Weighted Round Robin, WRR）： 类似于WFQ，按权重轮流服务队列。 差分服务QoS（DiffServ QoS）： 基于DSCP标记进行调度。 拥塞避免（Congestion Avoidance）： 在队列达到一定阈值时主动丢弃数据包，以防止队列完全溢出，并向发送方发出拥塞信号。 随机早期检测（Random Early Detection, RED）： 拥塞避免的核心算法，根据队列平均长度随机丢弃数据包。 加权随机早期检测（Weighted RED, WRED）： RED的改进版本，对不同优先级的流量应用不同的丢包概率。 2.4 资源预留（Resource Reservation） RSVP（Resource Reservation Protocol）： Path Message： 从源端到目的端建立路径信息。 Resv Message： 从目的端到源端请求和确认资源。 Tspec（Traffic Specification）： 描述发送方流量特性的参数。 Rspec（Resource Specification）： 描述路由器应为流分配的资源参数。 优点与局限性： 详细讨论。 2.5 标记与分类（Marking and Classification） IP Precedence： 早期的IP头部字段，用于表示优先级。 DSCP（Differentiated Services Code Point）： DiffServ的核心，提供更精细的8级分类。 CoS（Class of Service）： 工作在二层（如以太网帧头），与DSCP的映射关系。 流量分类器（Traffic Classifier）： 根据IP地址、端口号、协议等信息识别和区分流量。 映射（Mapping）： 将应用流量映射到相应的DSCP值或QoS队列。 第二部分：QoS在不同网络环境中的应用 本部分将深入探讨QoS如何在各种实际网络环境中发挥作用，以及针对不同场景下的QoS部署策略。 第三章：局域网（LAN）中的QoS 3.1 以太网QoS IEEE 802.1p/q： VLAN Tagging与优先级标记（CoS）。 交换机上的QoS配置： 端口QoS、队列调度、流量整形、流量监管。 VoIP与视频会议在LAN中的QoS保障： 优先处理语音和视频流量，降低延迟和抖动。 3.2 无线局域网（WLAN）QoS WMM（Wi-Fi Multimedia）： 802.11e标准的QoS扩展，定义了AC（Access Category）和EDCA（Enhanced Distributed Channel Access）。 AP上的QoS管理： 流量优先级、带宽分配。 在WLAN中优化流媒体和实时通信。 3.3 企业网络QoS策略 关键业务应用的识别与优先级划分。 策略的部署与验证： 使用流量分析工具。 第四章：广域网（WAN）与城域网（MAN）中的QoS 4.1 WAN链路上的QoS MPLS（Multiprotocol Label Switching）中的QoS： EXP（Experimental）字段： MPLS标签中的QoS字段，用于标识流量的优先级。 EF（Expedited Forwarding）、AF（Assured Forwarding）、BE（Best-Effort）等服务等级。 端到端QoS保障。 ATM（Asynchronous Transfer Mode）的AALs（ATM Adaptation Layers）与服务类别。 4.2 QoS在VPN中的应用 IPsec VPN与QoS： 在加密流量中保障QoS。 GRE VPN与QoS： 隧道中的QoS处理。 4.3 网络运营商的QoS策略 流量工程与QoS。 SLA（Service Level Agreement）中的QoS承诺。 第五章：IP语音（VoIP）与视频通信的QoS 5.1 VoIP与视频对QoS的需求 延迟： 影响对话的流畅度。 抖动： 导致语音中断、卡顿、画面撕裂。 丢包： 影响语音的清晰度，视频的完整性。 5.2 针对VoIP和视频的QoS配置 流量分类： 识别VoIP和视频流。 DSCP值分配： 使用EF（Expedited Forwarding）或AF4x（Assured Forwarding）等级。 队列调度： 优先处理高优先级流量。 流量整形： 控制码率，避免拥塞。 5.3 QoS对现代通信的影响 提高用户满意度。 降低通信成本。 第三部分：QoS的挑战、未来与实践 本部分将聚焦于QoS领域当前面临的挑战，展望未来的发展方向，并提供一些实践性的建议。 第六章：QoS的挑战与局限性 6.1 复杂网络环境下的QoS管理 大规模分布式网络： 部署和维护困难。 多厂商互通性： 不同厂商设备QoS实现可能存在差异。 动态网络环境： 移动性、流量突发等对QoS的持续保障构成挑战。 6.2 资源约束与开销 硬件资源： QoS处理需要额外的CPU和内存。 管理复杂性： QoS策略的配置和调优需要专业知识。 6.3 QoS的测量与监控 准确的QoS测量工具和方法。 实时监控与告警。 6.4 安全问题与QoS QoS欺骗与恶意利用。 拒绝服务（DoS）攻击与QoS。 6.5 应用感知QoS（Application-Aware QoS） 传统QoS的局限性： 无法完全理解应用行为。 深度包检测（Deep Packet Inspection, DPI）的应用。 第七章：QoS的未来发展趋势 7.1 SDN（Software-Defined Networking）与QoS 集中式QoS控制： SDN控制器简化QoS策略的部署和管理。 开放的QoS接口： 促进QoS技术的创新。 7.2 NFV（Network Functions Virtualization）与QoS 虚拟化环境下的QoS保障。 服务链（Service Chaining）中的QoS。 7.3 AI与机器学习在QoS中的应用 智能流量预测与资源分配。 自适应QoS策略。 异常流量检测与QoS保障。 7.4 5G及未来移动通信中的QoS 超可靠低延迟通信（URLLC）、增强移动宽带（eMBB）、海量机器类型通信（mMTC）。 网络切片（Network Slicing）与QoS。 7.5 云计算与边缘计算中的QoS 云环境中QoS的挑战与解决方案。 边缘节点QoS的优化。 第八章：QoS实践指南与案例分析 8.1 QoS部署的总体规划 需求分析： 明确应用需求和业务目标。 策略设计： 制定合适的QoS模型和技术。 实施步骤： 分阶段部署，逐步上线。 测试与验证： 确保策略有效性。 监控与优化： 持续改进。 8.2 常见QoS问题的故障排除 延迟过高、抖动严重、丢包率上升等问题的排查思路。 使用Wireshark、ping、traceroute等工具。 8.3 案例分析 某企业VoIP网络QoS优化案例。 某数据中心网络流量分类与调度案例。 某ISP提供高优先级业务的QoS部署案例。 结论 服务质量（QoS）是构建稳定、高效、用户体验良好的网络服务的基石。随着网络技术的不断演进和应用场景的日益复杂，对QoS的要求也越来越高。本书《网络服务质量：理论、实践与挑战》通过对QoS基础理论的深入解析、在各类网络环境中的实际应用探讨，以及对未来发展趋势的展望，力图为读者提供一个全面、系统、实用的QoS知识体系。我们相信，掌握QoS的关键技术和策略，对于保障现代信息通信的质量至关重要，也将为应对未来网络带来的挑战做好充分准备。本书的编写过程力求严谨，内容详实，希望能成为您在QoS领域学习和实践的宝贵参考。

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