OpenWrt开发:28---软件模块之QoS

时间：2024-04-04 15:46:08

一、QoS

  • 服务质量（Quality of Service，QoS）就是指网络通信过程中，保障用户业务在带宽、 时延、抖动和丢包率等方面获得可预期的服务水平。家庭网内部的QoS主要指保证用户实时交互的业务符合用户的要求

二、服务模型

  • QoS 服务模型是指一组实现端到端服务质量保证的方式，QoS 服务模型主要有如下3种：

尽力而为服务模型（Best-Effort service）

  • 尽力而为服务模型是一个单一的服务模型，也是最简单的服务模型。
  • 对尽力而为服务模型，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。
  • 尽力而为服务模型是Linux网络的缺省服务模型，通过先进先出队列来实现
  • 它适用于绝大多数网络应用，如HTTP、FTP和 E-Mail等

综合服务模型型（Integrated service）

  • 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。
  • 但是综合服务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。
  • 综合服务模型可扩展性很差，难以在互联网的核心网络实施。它仅适合在专用网络上实施

区分服务模型（Differentiated service）

  • 区分服务模型如下图所示，是IETF工作组为了克服综合服务模型的可扩展性差而在1998年提出的另一个服务模型，目的是制定一个可扩展性相对较强的方法来保证 IP的服务质量
  • 在区分服务模型中，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

OpenWrt开发:28---软件模块之QoS

三、OpenWrt的服务模型

  • OpenWrt采用区分服务模型来提供QoS。区分服务模型是一个多服务模型，它可以满足不同的QoS需求，例如优先保证通过HTTP上网流量
  • 它采用流量分类、流量整形、拥塞管理和拥塞避免机制来进行QoS
    • 流量分类：采用一定的规则识别符合某类特征的报文，它是对网络业务进行区分服务 的前提和基础。一般使用 Iptables 来根据端口和报文特征进行分类
    • 流量整形：当流量被整形时，其传输速率是受到控制。整形可以大大降低使用的带宽，这样是为了更好的网络效应。它也被用来平滑流量的突发大流量。流量整形发生在出口处
    • 调度：通过调度数据包的传输，可以在提高流量的交互性的同时，仍然保证大容量传 输的带宽。重新排序也被称为划分优先顺序，并且只发生在出口处
  • 带宽控制用于QoS时，一般用于保障某一类用户的服务质量，在家庭网内部常用于保 障主人的带宽，限制访客的带宽

四、工具

  • OpenWrt采用qos-Script来实现QoS，内部使用Iptables和Tc工具来实现QoS
    • Iptables工具实现数据报文的分类
    • Tc工具来实现配置Linux内核中优先级队列。Tc工具在iproute2代码包中。Tc的一个关键的概念是QDISC。QDISC 是“queueing discipline”的缩写，是指报文的排队规则，这是理解流量控制的基础

报文排队规则

  • 当内核需要发送一个数据包到一个接口时，它被排入到配置该接口的队列中。紧接着， 内核试图从队列获得尽可能多的数据包，把它们交由网络适配器驱动程序来处理。一个最 简单的 QDISC 队列是“PFIFO”，它根本没有特别处理，是一个纯粹的先进先出队列。当 网络接口不能瞬间处理完成时，它能存储部分流量
  • 类别：一些排队规则可以包含类，这些类又进一步包含了另外的排队规 则——流量可以在任何类内部排队规则。当内核试图取出一个数据包时，就可以来自任 何一个类的分类排队规则。排队规则可以在特定类别的队列中优先处理某些特定类型的 流量
  • 过滤器用于数据包分类，以确定哪一类数据包将加入队列中。当流量到达带有子类的 类时，数据包需要进行分类。各种方法都可以这样做，其中一个是过滤器。附着在类中的 所有过滤器被调用，直到其中一个返回一个决定。如果没有判决做出，其他标准可能是可 用的。每一个排队规则都是不同的处理。需要注意，过滤器位于排队规则内部，它们不能 独立存在。详细内容请参考Tc手册

五、配置Qos软件包

qos-scripts软件包

  • 在make menuconfig时，选择qos-scripts软件包：“Base system” ==> "qos-scripts"
  • 编译后生成的软件包为qos-scripts

OpenWrt开发:28---软件模块之QoS

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sqm-scripts、wshaper软件包

  • 在OpenWrt中至少还有其他两个QoS软件包分别为sqm-scripts和wshaper
  • 不能同时安装两个QoS软件包，因为它们均使用了Tc和iptables，并且按照不同的标准进行报文分类

六、配置文件（/etc/config/qos）

  • QoS的UCI配置文件为/etc/config/qos，如何进行报文分类才能得到好的性能，这取决于应用程序
  • 通常有两个处理原则：
    • 优先处理小包。例如 TCP-ACKs 和 DNS 等
    • 优先处理用户交互的报文。例如 SSH 等协议
  • QoS-script的默认配置将域名请求和SSH访问作为优先规则。通常域名请求负载非常小，并且用户在上网时的第一步请求动作，用户通常会等待上网请求页面，因此设置为最 高优先级。SSH也是同样的原因，用户和服务器之间交互，用户等待服务器的响应。这样将对用户非常友好。QoS配置非常复杂，此处不再讲述

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