深度探討校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量控制模型設(shè)計思路

　　摘要：本文以校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量控制模型設(shè)計為研究對象，探討了校園網(wǎng)中流量分類、校園網(wǎng)隊列調(diào)度和管理，校園網(wǎng)流量整形及流量監(jiān)測與統(tǒng)計，相信對同行能有所裨益。
　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)流量 控制模型 隊列調(diào)度管理 流量監(jiān)測
　　中圖分類號：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　1 前言
　　隨著以IP為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的極大豐富，互聯(lián)網(wǎng)己經(jīng)逐漸發(fā)展成為承載多種業(yè)務(wù)、服務(wù)多類用戶群體的全球性公共信息傳輸平臺。但是由于IP協(xié)議固有的無連接特性和傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)盡力而為(Best-effort)的服務(wù)原則，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)無法向用戶提供有效的服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障，也不能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的有效監(jiān)控和管理。
　　網(wǎng)絡(luò)電視（PPS、PPLive、qvod）、音頻/視頻會議、視頻點播V0D(Video on Demand)、遠(yuǎn)程教育等實時多媒體業(yè)務(wù)、WWW業(yè)務(wù)、電子商務(wù)等各種業(yè)務(wù)在Internet網(wǎng)上的應(yīng)用愈加廣泛，這些不同的應(yīng)用將有不同的QoS需求，如:不同的帶寬、延遲和抖動需求。傳統(tǒng)TCP/IP技術(shù)的弱點逐漸顯露，報文丟失率上升，網(wǎng)絡(luò)性能下降，且隨著新業(yè)務(wù)的涌現(xiàn)，這種狀況進(jìn)一步加劇。如何在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時引入QoS的概念，并通過多種手段加強(qiáng)對新業(yè)務(wù)的支持，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)研究的一個熱點問題。
　　另一方面 ，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，加重了網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)運作的負(fù)擔(dān)，而網(wǎng)絡(luò)管理的效果直接影響到網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量。研究如何進(jìn)行資源分配和流量規(guī)劃，提高網(wǎng)絡(luò)管理的效率，是改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境運行質(zhì)量的重要問題。
　　網(wǎng)絡(luò)流量控制模型一般包括流量分類器、流量整形器、流量監(jiān)測器和隊列管理器等幾個部分。分類器的功能是按照不同的優(yōu)先級或者控制策略，把數(shù)據(jù)包注入到不同的隊列；整形器的功能是使數(shù)據(jù)包比較平穩(wěn)地注入網(wǎng)絡(luò)，減少擁塞的發(fā)生，提高傳輸效率；監(jiān)測器是對網(wǎng)絡(luò)控制模塊實施效果進(jìn)行監(jiān)測分析，打印報表等；隊列管理器的功能主要是隊列緩存管理以及隊列調(diào)度管理，這些與業(yè)務(wù)的帶寬分配有關(guān)。
　　通過對流量的分類，劃分流量的優(yōu)先級或者應(yīng)用不同控制策略，確保重要的流量優(yōu)先通過，并限制不重要的流量，網(wǎng)絡(luò)流量的分類是后續(xù)控制階段的基礎(chǔ)；主動緩存管理通過丟包策略，減少網(wǎng)絡(luò)瓶頸的擁塞幾率；各種不同類的流量進(jìn)入不同的隊列中，通過隊列調(diào)度算法，分配不同的帶寬，對關(guān)鍵業(yè)務(wù)流可以分配合適的帶寬，保證其通暢性；流量整形，使數(shù)據(jù)包比較平緩地在網(wǎng)絡(luò)邊界瓶頸處轉(zhuǎn)發(fā)出去，減少包丟失率，能提高TCP/UDP的傳輸性能；而流量監(jiān)測和統(tǒng)計分析，能夠?qū)嵤┬ЧM(jìn)行監(jiān)測分析，通過這些信息反饋，從中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制各模塊的不足，以便后續(xù)改進(jìn)。
　　2 校園網(wǎng)流量控制的意義
　　在網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點，對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行控制，能夠在校園網(wǎng)骨干網(wǎng)缺乏端到端服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制的情況下，提供部分的服務(wù)質(zhì)量解決方案，有效緩解校園網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量壓力，特別是能夠提高重要業(yè)務(wù)流量的服務(wù)質(zhì)量性能，同時從總體上實現(xiàn)對校園網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的資源優(yōu)化和管理，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。從經(jīng)濟(jì)的角度，實施網(wǎng)絡(luò)流量控制可以降低校園網(wǎng)絡(luò)隨著業(yè)務(wù)的增長而帶來的網(wǎng)絡(luò)接入擴(kuò)容的壓力，降低校園網(wǎng)絡(luò)的運行成本。
　　目前在校園網(wǎng)上傳輸?shù)牧髁看蟛糠质荰CP和UDP流量。通常所謂的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用一般都采用TCP作為傳輸協(xié)議。因此保證TCP的傳輸性能是保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的重點。必須對TCP和UDP流量進(jìn)行管理控制，以實現(xiàn)有效的帶寬利用。
　　現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)流量控制模型一般包括以下幾個主要部分：流量分類器、流量整形器、流量監(jiān)測器、隊列管理器等。分類器功能是按照不同的優(yōu)先級或者控制策略，把數(shù)據(jù)包注入到不同的隊列；整形器的功能是使數(shù)據(jù)包比較平穩(wěn)地注入網(wǎng)絡(luò)，減少擁塞的發(fā)生，提高傳輸效率；監(jiān)測器是對網(wǎng)絡(luò)控制模塊實施效果進(jìn)行監(jiān)測分析，打印報表等；隊列管理器作用主要是隊列緩存管理以及隊列調(diào)度管理，這些與業(yè)務(wù)的帶寬分配有關(guān)。
　　3 校園網(wǎng)流量分類
　　數(shù)據(jù)包分類就是根據(jù)數(shù)據(jù)包本身攜帶的信息或與數(shù)據(jù)包有關(guān)的信息(主要指IP包頭和傳輸層頭部攜帶的信息)索引預(yù)先設(shè)置的分類器，查找匹配的規(guī)則來達(dá)到區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包的目的。數(shù)據(jù)包分類的結(jié)果決定了這個數(shù)據(jù)包屬于哪一數(shù)據(jù)流以及此數(shù)據(jù)包應(yīng)達(dá)到什么樣的服務(wù)等級，然后轉(zhuǎn)發(fā)引擎根據(jù)分類的結(jié)果采用相應(yīng)的處理來滿足用戶的需求。這些處理可能包括丟棄未授權(quán)的分組、進(jìn)行特殊的排隊和調(diào)度處理或者作為路由選擇的依據(jù)等。許多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)包分類，如尋路、防火墻訪問控制、策略路由和業(yè)務(wù)帳單等。
　　4 校園網(wǎng)中隊列調(diào)度管理
　　當(dāng)某個輸出端口的分組到達(dá)速率快于輸出端口的分組傳輸速率時，就會發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，校園網(wǎng)隊列調(diào)度管理常用來控制網(wǎng)絡(luò)擁塞。校園網(wǎng)隊列調(diào)度管理分為隊列調(diào)度以及隊列存儲器管理。
　　4.1 校園網(wǎng)隊列調(diào)度
　　管理分配給每一服務(wù)類的輸出端口帶寬，通過隊列調(diào)度，可以控制每一服務(wù)類對有限的校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源—鏈路帶寬的占用；
　　4.2 校園網(wǎng)隊列存儲器管理
　　在隊列出現(xiàn)擁塞時，通過確定何時丟棄、丟棄何種分組來控制隊列中分組的數(shù)量，通過隊列存儲器管理，可以控制每一服務(wù)類對另一種有限的網(wǎng)絡(luò)資源—分組緩沖器的占用。
　　雖然這兩種機(jī)制緊密相關(guān)，但它們解決問題的方式卻截然不同。校園網(wǎng)隊列調(diào)度通過對不同服務(wù)類分配不同的輸出端口帶寬比來管理擁塞，而隊列存儲器管理通過控制隊列的平均深度來避免擁塞的發(fā)生.
　　5 校園網(wǎng)流量整形
　　流量整形 (Traffic Shaping)也稱速率整形、流量控制、傳輸整形、流量引導(dǎo)等。校園網(wǎng)流量整形首先用在信源數(shù)據(jù)流整形，盡管信源產(chǎn)生數(shù)據(jù)流總體速率可能不變或有規(guī)律，但短時無序性使得數(shù)據(jù)流速率起伏很大不適合直接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，常用漏桶(Leaky Bucket)或令牌桶(Token Bucket)先進(jìn)行流量整形再進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。其次，流量整形也常用于平滑網(wǎng)絡(luò)傳輸中的業(yè)務(wù)流，從而控制擁塞。
　　6 校園網(wǎng)流量監(jiān)測與統(tǒng)計
　　網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(network Traffic Measurement)提供了一種探索實際環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)特性的手段。網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測是指從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上采集數(shù)據(jù)、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的過程。它從網(wǎng)絡(luò)中采集一些具體指標(biāo)數(shù)據(jù)，并反饋給監(jiān)測者.這些數(shù)據(jù)可以用來作為分析網(wǎng)絡(luò)性能、了解網(wǎng)絡(luò)運行動態(tài)、診斷可能存在的問題、甚至預(yù)測可能出現(xiàn)問題的“度量值”。這一技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于商業(yè)和科研領(lǐng)域。在商業(yè) 領(lǐng) 域，一個網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)運營者和網(wǎng)絡(luò)使用者組成。網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測作為雙方都需要的工具，這方面的軟件開發(fā)有著廣闊的市場前景。對于一個大型IP網(wǎng)絡(luò)運營者來說，了解整個網(wǎng)絡(luò)的運行狀況、掌握網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化、了解用戶的使用情況，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測作為網(wǎng)絡(luò)管理的一部分，發(fā)揮著重要作用。
　　在校園網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測技術(shù)作為“測量儀”，是實現(xiàn)具體建模、分析的必要前提和手段。在網(wǎng)絡(luò)安全的研究方面，借助網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測捕獲流量數(shù)據(jù)是IDS
　　(入侵監(jiān)測系統(tǒng))中的必要一步。在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議開發(fā)方面，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測技術(shù)可以用來分析具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的性能。在互聯(lián)網(wǎng)流量工程的研究方面，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測提供了獲取實際網(wǎng)絡(luò)特性的手段，而網(wǎng)絡(luò)模擬和理論分析則側(cè)重于在真實的網(wǎng)絡(luò)之上建立起抽象的分析模型。