優(yōu)化鏈路層K窗尺寸提升華東DDN網(wǎng)中繼線路性能探析

汪勇（上海民航華東通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有限公司虹橋網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行室，上海 200335）

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優(yōu)化鏈路層K窗尺寸提升華東DDN網(wǎng)中繼線路性能探析

汪勇
（上海民航華東通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有限公司虹橋網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行室，上海 200335）

【摘要】民航華東DDN網(wǎng)主要承擔(dān)著華東地區(qū)以及中南地區(qū)各類空中交通管制業(yè)務(wù)，其網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)星型結(jié)構(gòu)形式，設(shè)備采用美國Motorola公司Vanguard路由器，中心節(jié)點(diǎn)至各個(gè)分節(jié)點(diǎn)之間的中繼線路以O(shè)SI參考模型中的幀中繼協(xié)議來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的有效交換。在分組網(wǎng)絡(luò)中，高使用帶寬引起傳輸時(shí)延上升的效應(yīng)一直存在，這一效應(yīng)可能是造成民航華東DDN網(wǎng)上海到廣州之間業(yè)務(wù)傳輸瓶頸的主要原因；在通常的通信參數(shù)配置條件下，傳輸甚為不暢，而調(diào)整鏈路層K窗口大小可以使之顯著地得以改善。

【關(guān)鍵詞】帶寬 時(shí)延 帶寬時(shí)延積 K窗口 幀中繼虛電路

在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行過程中，曾經(jīng)不時(shí)出現(xiàn)單中繼同時(shí)承載多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量猛增時(shí)，在接入端路由器某幾個(gè)輸入端口會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包大量丟失現(xiàn)象（lost segment），但大部分輸入端口數(shù)據(jù)包收發(fā)正常；登陸遠(yuǎn)端路由器監(jiān)測主干中繼線路質(zhì)量時(shí)，并沒有發(fā)現(xiàn)線路上有任何誤碼，但遠(yuǎn)端路由器響應(yīng)操作者輸入的指令時(shí)，感覺上錯(cuò)頓感明顯。以上這種不正常狀況，白天比較顯著，晚上略微平緩，尤其在承載有20多個(gè)雷達(dá)業(yè)務(wù)的廣州節(jié)點(diǎn)上，出現(xiàn)的故障概率特別突出。

1 帶寬和時(shí)延

1.1 帶寬和時(shí)延性能呈反向變化

實(shí)際使用帶寬和時(shí)延的這種反方向變化的情況可以舉一個(gè)通俗的例子來說明：對一個(gè)2M電信ADSL上網(wǎng)的終端來說，其最大的下載速率一般在200K左右，在終端沒有下載任何網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的情況下，ping一些通用網(wǎng)站的時(shí)延一般在10～30ms之間；如果終端下載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)有一定的流量存在時(shí)， ping同樣網(wǎng)站的時(shí)延會增加；如果終端下載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)達(dá)到最大下載流量200K左右時(shí)，ping同樣網(wǎng)站的時(shí)延會達(dá)到200ms以上。

當(dāng)沒有其它數(shù)據(jù)流量（即正常的ping包）時(shí)，A機(jī)ping B機(jī)，線路時(shí)延＜1ms；為了加大網(wǎng)絡(luò)中繼數(shù)據(jù)流量，我們開啟一個(gè)ping包進(jìn)程，通過A機(jī)使用最大的ICMP包（10000）不停地ping B機(jī)，同時(shí)A機(jī)使用正常的ping包ping B機(jī)，此時(shí)線路時(shí)延達(dá)到200ms，且不穩(wěn)定。在兩臺Vanguard路由器背對背連接尚存在這種時(shí)延增加效應(yīng)，那么民航華東DDN網(wǎng)長途線路連接，也肯定存在高使用帶寬造成時(shí)延上升的效應(yīng)。

綜上所述我們可以從理論上解釋，為什么上海至廣州之間單中繼線路上承載的業(yè)務(wù)輸入端口丟包現(xiàn)象白天比晚上嚴(yán)重的原因。由于華東DDN網(wǎng)傳輸?shù)睦走_(dá)數(shù)據(jù)流是由雷達(dá)掃描的航空器數(shù)量決定的，白天空域航空器數(shù)量多造成雷達(dá)數(shù)據(jù)流量高，從而使白天中繼線路的延遲相對比晚上大，當(dāng)中繼線路數(shù)據(jù)流達(dá)到高峰時(shí)，導(dǎo)致路由器發(fā)送的排隊(duì)幀持續(xù)增加，一旦排隊(duì)幀數(shù)量超出內(nèi)存限制尺寸時(shí)，輸入端口就發(fā)生了嚴(yán)重的丟包現(xiàn)象。

1.2 帶寬時(shí)延積顧名思義，帶寬時(shí)延積=使用帶寬×線路時(shí)延，它在通信理論里有時(shí)也被稱為線路容量（注意這里的容量和上文容量的概念上的區(qū)別），它表示甲方已經(jīng)發(fā)送但乙方還未能收到的信息總量，這些信息總量或在線路上運(yùn)行或在終端路由器中排隊(duì)。通過以上分析，當(dāng)線路實(shí)際流量增加，線路使用帶寬增加，線路時(shí)延上升，兩個(gè)因素的上升將導(dǎo)致通訊網(wǎng)絡(luò)變成高帶寬時(shí)延積網(wǎng)絡(luò)，顯然網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的這種轉(zhuǎn)變對傳輸實(shí)時(shí)信號是不利的。

2 K滑動窗口的意義

K值即為鏈路層滑動窗口尺寸，其意義是在未收到確認(rèn)幀的情況下，一次能發(fā)送的最多幀數(shù)。利用窗口機(jī)制對提高信息傳輸?shù)恼_性，可以獲得非常有效的流量控制手段。

3 決定鏈路層窗口K值的因素

那么具體K值取多大合適呢？按照《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》一書的說法，K值的大小取決于前面所述的帶寬時(shí)延積，亦即線路容量。當(dāng)線路容量增加時(shí)，K值應(yīng)該取得較大，反之較小。也就是說，當(dāng)華東DDN網(wǎng)的某一中繼線路的實(shí)際使用帶寬增加時(shí)，導(dǎo)致了中繼線路時(shí)延增加，進(jìn)一步使線路容量增加。為了保持網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)捻槙?，此時(shí)K值應(yīng)該取得大一些，當(dāng)要求的K值大于7時(shí)，應(yīng)該采用模128的幀結(jié)構(gòu)。

在Vanguard路由器中，鏈路層窗口K值對應(yīng)于frame station菜單項(xiàng)中K windows size參數(shù)； 模8或模128的幀計(jì)數(shù)對應(yīng)于port菜單項(xiàng)中frame sequence counting參數(shù)，即m值； 當(dāng)m值設(shè)為norm時(shí)，K值的取值范圍為0～7（norm模式時(shí)m=8）；當(dāng)該值設(shè)為ext時(shí)，K值的取值范圍為0～63（ext模式時(shí)，m=128）。

在實(shí)踐反復(fù)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，我們通過將Vanguard路由器中的frame sequence counting參數(shù)由原來norm設(shè)為ext， 將K windows size參數(shù)設(shè)為63，排除了接入端路由器出現(xiàn)數(shù)據(jù)包大量丟失的故障現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，本次故障的原因在于鏈路層窗口K值取值太小，在數(shù)據(jù)流量較大時(shí)，造成了網(wǎng)絡(luò)吞吐的瓶頸點(diǎn)。為了提高中繼線路的信息傳輸效率，保證信息傳輸?shù)恼_性，合理調(diào)整K窗口尺度是整網(wǎng)性能優(yōu)化的關(guān)鍵因素。

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