校園網(wǎng)流量控制初探

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摘 要：本文分析了校園網(wǎng)中引起網(wǎng)速過慢和網(wǎng)速分配不均的基本原因以及解決這些問題的措施和手段，以便保證校園網(wǎng)用戶可正常使用網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：帶寬單位；P2P技術(shù)；流量控制

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8454（2009）04-0066-03

引言

隨著現(xiàn)代社會信息化的快速發(fā)展以及各高校的擴建、發(fā)展，校園網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)打破了傳統(tǒng)的概念，早期作為一種小型局域網(wǎng)出現(xiàn)的校園網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已發(fā)展成為大型局域網(wǎng)，有的甚至具備小型城域網(wǎng)的規(guī)模。校園網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷擴大，加入人數(shù)急劇增多，隨之而來的是學(xué)生們對網(wǎng)絡(luò)流量的更大需求。目前在校內(nèi)常會收到這樣的投訴：“網(wǎng)速太慢，網(wǎng)頁無法打開”，“網(wǎng)絡(luò)游戲幾乎玩不了，玩一下卡一下”，“QQ經(jīng)常會掉線”等等。這些問題常常困擾著網(wǎng)絡(luò)管理人員，本文將分析這些問題并提出一些應(yīng)對的策略。

一、現(xiàn)狀分析

目前校園網(wǎng)絡(luò)從總帶寬及使用人數(shù)來看，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小的高校，其網(wǎng)絡(luò)帶寬一般在100M左右，加入校園網(wǎng)人數(shù)在1000人以上，而一般的學(xué)校，網(wǎng)絡(luò)帶寬在1000M左右，加入校園網(wǎng)人數(shù)近1萬人左右。以規(guī)模較小的高校為例，如果1000個網(wǎng)絡(luò)用戶同時在線，按照平均分配帶寬的方式計算，每個用戶平均分配到的網(wǎng)絡(luò)流量為100Kbps，這里我們要注意的是，網(wǎng)絡(luò)流量的單位Kbps，其含義是每秒傳輸?shù)亩M制數(shù)；而下載速度的單位一般用B/s來表示，也就是每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，8位二進制數(shù)等于1個字節(jié),所以100Kbps折算成下載速度為100Kbps/8=12.5Kbytes/s。這與運營商提供的每戶1M寬帶接入、下載速度可達(dá)到100Kbytes/s以上相比，校園網(wǎng)的下載速度是沒有任何優(yōu)勢可言的，下載慢也屬于正常現(xiàn)象。

從校園網(wǎng)絡(luò)用戶所使用的業(yè)務(wù)情況來看，加入校園網(wǎng)的用戶主要是瀏覽網(wǎng)頁、打游戲、在線觀看視頻以及下載等。在網(wǎng)絡(luò)高峰期時，通過走訪用戶以及實地測試發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)很不穩(wěn)定，用戶下載速度有時可達(dá)1MB/s左右，有時卻只有幾K/s甚至是幾百B/s，而且打開網(wǎng)頁的速度也很慢，大多數(shù)時間網(wǎng)頁都無法打開，玩游戲根本就玩不了，甚至連進入到游戲中都很難，偶爾進去也會卡在那里動不了。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可做如下解釋，如果以個別用戶下載速度達(dá)到1MK/s為例，這個用戶所占用的網(wǎng)絡(luò)流量就是8Mbps，如果有12個甚至更多的用戶下載速度達(dá)到了1M/S，那么整個100M的帶寬都將被占滿，這時如果用PING的命令來檢測內(nèi)網(wǎng)連接到外網(wǎng)的狀態(tài)，將會出現(xiàn)大范圍的丟包，丟包率可能達(dá)到40%以上。在這種情況下若是我們玩網(wǎng)絡(luò)游戲，在線看電影或者是打開網(wǎng)頁，幾乎都成為不可能的事情。

二、P2P技術(shù)分析

P2P是peer-to-peer的縮寫，peer在英語里有“同等者（地位、能力等）”、“同事”和“伙伴”等意義。因此，P2P也就可以理解為“伙伴對伙伴”的意思，或稱為對等聯(lián)網(wǎng)。直觀一點地解釋，我們可以將其理解為一臺計算機在下載時，可以和多臺擁有此下載資源的計算機建立連接，在多臺計算機上分別下載自己沒有的資源片段，同時本機又可作為一個服務(wù)器，將已經(jīng)下載的資源片段上傳給其他計算機，這種下載方式打破了傳統(tǒng)的服務(wù)器-客戶端的模式，即一臺計算機在下載時只能從一臺服務(wù)器上獲得所需要的資源。在P2P技術(shù)中，客戶端計算機不再依賴一臺服務(wù)器上的資源，這樣一方面可以減輕服務(wù)器的壓力，另一方面由于下載不再依賴一臺機器，而是從多臺機器上同時下載，所以它的下載速度也得到了很大的提升。從網(wǎng)絡(luò)的資源共享角度來分析，我們擁有了這樣的一種技術(shù)，提高了信息交換的速度，應(yīng)該是一種進步，但從通信的實時性及多元化發(fā)展的角度來分析，這種技術(shù)卻成為了我們對網(wǎng)絡(luò)正常需求的一種負(fù)擔(dān)。

現(xiàn)在大多數(shù)下載及在線視頻軟件都采用P2P 技術(shù)，例如BT、迅雷、PPLive等軟件，這些軟件可以無休止地吞噬你的整個網(wǎng)絡(luò)資源，并且這種技術(shù)搶占網(wǎng)絡(luò)資源的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

在校園網(wǎng)絡(luò)中，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上來看，占網(wǎng)絡(luò)流量最大的就是使用P2P技術(shù)所產(chǎn)生的流量，這種流量可以占到總流量的80%甚至更多，由于每個學(xué)校的出口總帶寬是有限的，如果絕大部分的帶寬都被P2P所占用，那么在做其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時，將會出現(xiàn)帶寬過小，無法正常訪問網(wǎng)絡(luò)。我們曾經(jīng)對一個50M的小型校園網(wǎng)絡(luò)進行過故障分析，用戶的反饋信息是，當(dāng)?shù)搅司W(wǎng)絡(luò)使用高峰期，會出現(xiàn)用戶無法打開網(wǎng)頁、玩網(wǎng)絡(luò)游戲會卡住等現(xiàn)象。此時我們對網(wǎng)絡(luò)流量進行監(jiān)測，監(jiān)測的結(jié)果是50M帶寬上行、下行流量全部占滿，查詢電信網(wǎng)關(guān)接口的流量已經(jīng)達(dá)到了60M以上，嚴(yán)重超出50M的流量。在電信部門的配合下，我們將電信機房的網(wǎng)關(guān)接口流量限制到100M，也就是把50M的帶寬擴大為100M，這時再來監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，發(fā)現(xiàn)流量在幾分鐘內(nèi)就沖到了100M左右，而且急劇增長的流量即P2P流量，在網(wǎng)絡(luò)帶寬為50M和帶寬為100M時我們也對流量進行了分析，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)流量也都是P2P流量。通過進一步訪問用戶對網(wǎng)絡(luò)的使用情況以及抓包分析來看，個別用戶的下載流量已經(jīng)達(dá)到了1MB/s，如前面我們所提到的，如果網(wǎng)絡(luò)中有少數(shù)這樣的用戶，那么網(wǎng)絡(luò)流量就都將被這些用戶所占有，其他用戶的正常網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，例如看網(wǎng)頁、玩游戲就會不正常。所以引起網(wǎng)絡(luò)訪問不正常、造成網(wǎng)絡(luò)壓力的主因就是用戶使用的依賴于P2P技術(shù)的軟件。

三、其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分析

對于正常的訪問網(wǎng)頁、玩網(wǎng)絡(luò)游戲等業(yè)務(wù)究竟需要有多大的帶寬才能滿足使用。我們通過相關(guān)軟件對一臺測試用計算機的IP進行了限速，流量控制在40Kbps，然后我們用這臺計算機來玩網(wǎng)絡(luò)游戲“魔獸世界和傳奇”，發(fā)現(xiàn)游戲畫面非常流暢，網(wǎng)絡(luò)延遲也不高，事實證明40Kbps的速度完全滿足學(xué)生對游戲的需求。同樣，我們也測試了打開網(wǎng)頁的速度和下載的速度，毋庸置疑，下載的速度最大可達(dá)到40/8=5KB/s左右，問題出在訪問網(wǎng)站上，在這種限速設(shè)置下我們打開新浪網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)頁打開速度很慢，文字性信息要半分鐘左右才能打開，圖片等信息要1分鐘以上才能完全打開。網(wǎng)站的訪問模式和其他的一些訪問有一些差異，具體表現(xiàn)為打開不同網(wǎng)頁所需流量大小的不均勻性，打開大型網(wǎng)頁時需要很大的流量把網(wǎng)頁上的文字、圖片以及Flash信息下載下來，流量限制過小時，大的流量請求不能立即處理完，所以要全部打開這個網(wǎng)頁需要很大的時間延遲；當(dāng)我們要查看網(wǎng)頁上文字性的鏈接新聞時，需要的流量就很小，只要有幾百字節(jié)的流量就足以打開文字網(wǎng)頁，這個流量比我們限制的流量要小得多，打開這類網(wǎng)頁時間延遲也會很小。所以訪問網(wǎng)站流量大小的不均勻性導(dǎo)致了帶寬限制過小時打開大型網(wǎng)頁的時間延遲很大，甚至造成一些大型的門戶網(wǎng)站無法打開。

在這里我們說到打開大型網(wǎng)頁需要很大的流量，那么這個大的流量會不會給網(wǎng)絡(luò)帶來很嚴(yán)重的后果呢？答案是不會的，因為訪問網(wǎng)頁所產(chǎn)生的流量是一種瞬時流量，一般只持續(xù)幾秒鐘甚至更短的時間，如果在這幾秒鐘同學(xué)們都在打開大型網(wǎng)頁，瞬間流量過大造成了網(wǎng)絡(luò)堵塞，那么這種堵塞所持續(xù)的時間也將很短，隨著網(wǎng)頁請求的完成也隨之消失，用戶一般無法察覺。所以正常的網(wǎng)站服務(wù)和游戲服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)幾乎無影響。

四、流量控制方法

綜上所述，各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不可管理的特性，特別是P2P技術(shù)，會讓個別用戶訪問網(wǎng)絡(luò)時流量過大，導(dǎo)致其所在網(wǎng)絡(luò)的性能下降、網(wǎng)速過慢，為解決這些問題，首先要做的是控制網(wǎng)絡(luò)流量?，F(xiàn)在市面上有很多這種流量控制的硬件設(shè)備，這些設(shè)備可以按照具體的業(yè)務(wù)來限制流量，例如限制BT、迅雷、PPLive等服務(wù)的流量，也可以按照每個IP來限制流量。如何找到一個合適的限制流量的方法，是值得我們深思的。針對校園網(wǎng)中的P2P流量，我們的控制策略可以從以下幾個方面考慮：

1.總量抑制：把校園網(wǎng)中的P2P業(yè)務(wù)所產(chǎn)生流量限制在一個預(yù)先定義的上限流量值之下

P2P業(yè)務(wù)流量對網(wǎng)絡(luò)帶寬有很強的吞噬性，實際上有多大的帶寬都不能滿足P2P的需求，而且大量的P2P流量還會影響對實時性要求很高的一些服務(wù)，例如網(wǎng)頁服務(wù)和游戲服務(wù)等，那么我們可以在總帶寬中劃分一部分帶寬專門給P2P用，而其余的帶寬用來滿足其他方面的應(yīng)用。

2.IP控制：把校園網(wǎng)中每個用戶的流量限制在一個預(yù)先定義的上限流量值之下

IP控制可以限制每個用戶的最大流量，對帶寬起到調(diào)節(jié)和平均分配的作用，這樣就不至于出現(xiàn)個別用戶的流量遠(yuǎn)大于其他用戶流量的現(xiàn)象發(fā)生。

3.優(yōu)先級控制：調(diào)整網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的優(yōu)先級別

優(yōu)先級控制策略，主要改變P2P 技術(shù)本身資源搶占特點帶來的危害，通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的優(yōu)先級讓關(guān)鍵的、實時性高的應(yīng)用得到保障，讓重要的應(yīng)用得到優(yōu)先的服務(wù)。

按照以上控制策略的思想，以100M出口帶寬、使用人數(shù)在1000人左右的網(wǎng)絡(luò)為例，我們可以在流量控制的硬件設(shè)備上采取如下的控制策略：

（1）100M的出口總帶寬可以分出30M，分配給P2P流量，并且在這一設(shè)置下再細(xì)分，按IP限制每個人產(chǎn)生的最大P2P流量不超過512K。

（2）其余的總帶寬（剩余帶寬），按IP限制每個人產(chǎn)生的最大流量不超過512K。

（3）設(shè)置每個IP的http服務(wù)也就是網(wǎng)頁服務(wù)的優(yōu)先級最高。

使用這種控制策略的效果是顯著的。首先按照第一條策略，我們把P2P流量限制為總流量的30%，為了不致使個別用戶的P2P流量過大（最大有可能達(dá)到10M以上的流量），其他人搶占不到P2P的流量，所以必須對這30M流量再進行一次平均分配；然后按照第二條策略，實現(xiàn)剩余帶寬的平均分配；之后按照第三條策略，我們把http服務(wù)的優(yōu)先級設(shè)置為最高，當(dāng)剩余的70M帶寬發(fā)生堵塞的時候，流控設(shè)備會首先處理http的請求，然后再處理其他請求，保證學(xué)生對網(wǎng)站的訪問。實踐證明，這種設(shè)置可以滿足學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)多元化的需求，不至于因為個別同學(xué)或者個別業(yè)務(wù)的流量過大導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞。整個網(wǎng)絡(luò)的測試結(jié)果很好。

五、結(jié)論

在校園網(wǎng)絡(luò)中引起網(wǎng)絡(luò)性能下降、造成網(wǎng)絡(luò)堵塞的最直接因素就是使用基于P2P技術(shù)的軟件，如果要保證我們的網(wǎng)絡(luò)處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，就要求我們加大對P2P的控制力度，以及限制每個用戶的平均帶寬 ，同時搭建校內(nèi)資源站點，把同學(xué)所需要的軟件、課件、影視、游戲以及其他的一些應(yīng)用程序放在學(xué)校的資源服務(wù)器上，供學(xué)生訪問，這樣學(xué)生在使用P2P軟件下載時可以在內(nèi)網(wǎng)中找資源，緩解學(xué)生對校園網(wǎng)出口造成的網(wǎng)絡(luò)壓力。

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（編輯：隗爽）