路由器限速之QoS原理解剖

2017-03-13

路由器限速之QoS原理解剖

一、什么是QoS

当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。QoS(Quality of Service)服务质量，是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术，路由器就是利用QoS来限速的。

如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，比如Web应用，或E-mail设置等，但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。

二、QoS的分类与定义

对QoS进行分类定义方便用户根据不同的应用提出QoS需求，对QoS进行分类和定义的目的是使网络可以根据不同类型的QoS进行管理和分配资源。例如，给实时服务分配较大的带宽和较多的CPU处理时间等。

(1)资源调度与管理

对资源进行预约之后，是否能得到这些资源，还依赖于相应的资源调度与管理系统。

(2)准入控制和协商

即根据网络中资源的使用情况，允许用户进入网络进行多媒体信息传输并协商其QoS。

(3)资源预约

为了给用户提供满意的QoS，必须对端系统、路由器以及传输带宽等相应的资源进行预约，以确保这些资源不被其他应用所强用。

QoS的应用可以有效解决传输顺序出错、延迟、丢失数据包、出错等问题，为最大化利于带宽提供了一种方案。

路由器QoS的设置方法

比较上面的两个设置界面可以看到企业级路由器IP QOS功能与SOHO级路由器IP带宽控制不同之处：

1) 设置带宽控制规则时，SOHO级路由器只能选择“保障最小带宽”和“限制最大带宽”二者中的一个，也就是只能设置上限或者下限，不可以同时对二者进行限制。相反的企业级路由器在设置的时候既可设置最小带宽，又可设置最大带宽的值。

2) 当一条规则的IP地址是一个地址段时，SOHO级路由器是此地址段内的所有电脑共享填写在“带宽大小”里的值。而企业级路由器则可以选择“独立带宽”和“共享带宽”。独立带宽是此地址段内每一台电脑分配最大和最小的带宽值，当我们要设置的内网电脑数目比较多时，利用独立带宽可以方便快捷的设置QOS规则;共享带宽是此地址段内所有电脑共享所分配最大和最小的带宽值。可以理解为SOHO级路由器只有共享带宽模式

点击“QoS 设置”界面如下图：

上图中红线勾勒部分的信息重要性就不强调了，下面有“上行总带宽”和“下行总带宽”两项参数，点击页面“帮助”按钮可以看到下图信息：

可以将“上行总带宽”和“下行总带宽”理解为用户申请的宽带线路的实际上下行带宽，上面是10M光纤接入的数值。需要注意的是，普通的ADSL接入方式，上带宽会远远小于下行带宽的值，往往我们申请宽带是的ADSL2M或者6M这些值指的都仅仅是下行总带宽，上行总带宽要向运行商咨询具体数值。

注意：如果是多WAN口路由器，此处填写数值因为各个WAN口上下行带宽之和。

如上图，在这里强调的是：必须先开启这里的开关“开启QoS”并填入线路实际的上下行带宽，然后才能在IP QoS页面继续配置，否则会提示错误。

下面来具体添加QOS规则，点击QOS 规则出现如下界面：

举例添加如下新条目，如下图：

相关参数解释如下：

1) “地址段”——包含了从.100到.190总共100个IP地址。

另：这里的地址段允许输入和路由器LAN口IP地址不在同一网段的IP地址，意味着用户内网如果采用三层交换设备规划了不同子网的方案下，我们的路由器也可以支持对不同网段IP的带宽限制。

2) “模式”——独立带宽，顾名思义下面的“最大带宽”“最小带宽”是针对这段IP地址里面的每一个IP而言，如果模式选择了“共享带宽”也就是这段IP共享下面的参数。

3) “上行/下行”——我们都知道网络上传输的数据流是有方向的，比如BT下载，可以从Internet上的服务器下载数据，自身也作为服务器上传数据，我司路由器IP QoS就是根据这种“有方向性的数据流”来分别进行限制。

4) 这里有100个IP地址，每个IP地址保障的最小带宽是100K，总数是100*100K=10000K。也就是所有IP地址最小带宽的和不能超过QOS设置中的上行总带宽和下行总带宽。如果这里超过10000K就会报错。

路由器非常准确的对上/下行数据流分开来进行了限制。就上图填写的参数，假设配置了192.168.1.100这个IP地址的主机正在进行BT下载，那么这台主机的数据流量会比较大，这台主机的数据流分两部分：一部分是它从别的服务器下载数据，一部分是它上传数据给别的主机。路由器的IP QoS将会对这台192.168.1.100的主机下载和上传两个方向的数据流量分别进行规定限制。

按照上面填写的参数，192.168.1.100主机在上行方向(上传数据)的数据流量最小保证100Kbps、最大不超过500Kbps的带宽，下行方向(下载数据)的数据流量最小保证100Kbps、最大不超过500Kbps的带宽。这里上行数据和下行数据的可用带宽是以线路实际上/下行带宽作为参考的。

那么QOS规则到底是怎么工作的呢?是不是我设置了最小保障100K的带宽，这100K就永远“预留”给我，无论网络多么繁忙别的主机也不可能用到这100K的带宽呢?很明显这样是很不合理的，会造成对带宽的巨大浪费。我公司路由器是用优先级的方法分配带宽资源的。如果现在192.168.1.100 —192.168.1.149这50台主机都在进行网络活动，而线路的实际下行带宽是有限的10Mbps ，可能发生带宽争用，按照我们上面设置的参数路由器优先给每一个IP地址分配最小100Kbps的带宽，也就是说在第一轮的资源分配中，带宽占用未达到100K的主机在使用带宽时就会优先处理，待所有需求不到100K的主机分配到了自己需要的值，所有需求大于100K的主机分配到了100K的值之后，那么此时50台主机总共使用了不到5000Kbps的带宽资源，这条线路总的下行带宽资源10000Kbps还余留超过5000Kbps的带宽，这5000Kbps的剩余带宽资源就会被仍然需求带宽的主机竞争使用。在此期间每台电脑又有最大带宽的限制，当主机占用的带宽达到最大带宽时它将退出竞争。

举例如下：

如上图红色标注，现在假设线路的下行带宽是10Mbps ，配置了192.168.1.10和192.168.1.11这两台主机的“下行带宽”最小都是100Kbps ，最大却不同分别是1000Kbps和2000Kbps ，那么带宽在分配的时候：

路由器先保证两台主机的“下行带宽”最小可以使用到100Kbps 。

最小带宽保证后，两台主机进一步还有下行带宽的需求，那么超过100Kbps的流量后，路由器采用“轮询”方式，开始增大两台主机占用的有效带宽，当192.168.1.10这台主机的下行数据流占用的带宽达到最大1000Kbps的时候，路由器将不会载转发超过1000Kbps带宽的数据包。但是192.168.1.11这台主机在争用带宽的时候，数据流达到1000Kbps后这台主机仍然需要更大的带宽，路由器会一直增大它占用的有效下行带宽至2000Kbps后，将不再继续转发超过这个带宽范围的数据包。

剩余的下行7Mbps的带宽资源将闲置，不会分配给.10和.11 ，除非将其最大可用“下行带宽”改为更大，否则它们将不能使用剩余带宽。

配置IP QoS的时候，“模式”选择为“共享带宽”，则是地址段内包含的所有IP地址共享设置的上下行最大最小带宽。

上面我们用了较长篇幅来描述企业级路由器新增的IP QoS功能的使用，是不是看似很复杂?不过即使您看的不是太懂的话也没有关系，您只需要按照下面的步骤来设置您的网络即可：

1、将内网的电脑的IP手工指定，并且是连续的，如192.168.1.2～192.168.1.100，这样方便后面的设置;

2、在IP QOS设置开关处设置您的线路的带宽，分别设置线路的上行带宽和下行带宽，如10M的光纤线路需要填入10000;然后开启QOS总开关;

3、进入IP QOS规则设置页面，添加新条目，设置：

4、IP地址段如192.168.1.2～192.168.1.100; 模式选择为“独立”;

5、上行最小带宽：线路真实上行带宽/内网电脑数，在此例中为10000/99=101;最大带宽的设置关系不大，推荐设置800或1000或2000;

6、下行最小带宽：线路真实下行带宽/内网电脑数，在此例中为10000/99=101;最大带宽的设置关系不大，推荐设置800或1000或2000;

7、保存，设置完成

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