數(shù)據(jù)傳輸延遲的優(yōu)化策略

引言： 針對城域網(wǎng)中實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)時存在的網(wǎng)絡(luò)延遲的問題，本文從TCP/IP協(xié)議入手，分析各層造成網(wǎng)絡(luò)延遲的原因，并給出其優(yōu)化策略，從而為數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)包括數(shù)據(jù)、視頻、電文和語音等類型的業(yè)務(wù)，各種業(yè)務(wù)的流量差別很大、要求的服務(wù)質(zhì)量也不相同，各式各樣的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)中通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如TCP/IP）進(jìn)行傳輸，如果信息量過大不加以限制，超額的網(wǎng)絡(luò)流量就會導(dǎo)致設(shè)備反應(yīng)緩慢，造成網(wǎng)絡(luò)延遲。

城域網(wǎng)內(nèi)部各點(diǎn)位之間距離較近、光纜資源相對豐富，采用分層的設(shè)計思想，在網(wǎng)絡(luò)整體設(shè)計中，采用層次化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計結(jié)構(gòu)，將整個網(wǎng)絡(luò)分成三層：核心層、匯聚層和接入層，結(jié)構(gòu)圖如圖1，其為一典型雙核心匯聚的城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)際層

網(wǎng)際層常用設(shè)備有路由器。路由器改善網(wǎng)絡(luò)延遲的方法主要是通過優(yōu)化路由策略來完成，具體實(shí)施策略為：廣域網(wǎng)采用靜態(tài)路由，即降低系統(tǒng)資源，同時又可以屏蔽網(wǎng)絡(luò)變化波及的范圍，使網(wǎng)絡(luò)更加安全、可靠。

圖1 網(wǎng)絡(luò)連接圖

局域網(wǎng)采用OSPF（開放式最短路徑優(yōu)先）路由協(xié)議和組播路由協(xié)議，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的自動路由和快速路由切換功能，保證業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

OSPF路由協(xié)議采用的是最短路徑優(yōu)先算法（SPF），可以 保證僅 使用OSPF路由協(xié)議時在一個區(qū)域內(nèi)沒有環(huán)路，由于有的城域網(wǎng)還出現(xiàn)了組播路由協(xié)議和靜態(tài)路由的參與，就不能保證沒有環(huán)路了。因此，需要對設(shè)備做進(jìn)一步的優(yōu)化。

網(wǎng)絡(luò)接口層

網(wǎng)絡(luò)接口層常用設(shè)備有HUB，網(wǎng)卡，中繼器，交換機(jī)，網(wǎng)橋等。此類設(shè)備造成網(wǎng)絡(luò)延遲的原因有兩種：一是設(shè)備性能不能滿足需要；二是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障產(chǎn)生阻塞造成網(wǎng)絡(luò)延遲。第一種因?yàn)樵O(shè)備老舊不能滿足需要的情況，選擇帶寬高、吞吐量高、時延小的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備替換原有設(shè)備，就可以排除因性能造成的網(wǎng)絡(luò)延遲。下面著重研究因網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障造成網(wǎng)絡(luò)延遲的問題。

在城域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)傳輸以光纖通信方式為主。其中，光傳輸網(wǎng)絡(luò)為SDH網(wǎng)絡(luò)，隨著節(jié)點(diǎn)不斷增多，一旦環(huán)上有兩處或以上的故障將會導(dǎo)致通信中斷或者會造成廣播風(fēng)暴，且環(huán)路越長，故障影響的范圍也越大，因此，城域網(wǎng)采用冗余模式，當(dāng)主傳輸線路故障時，切換到備份線路，但這種網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式容易造成環(huán)路，本文采用RSTP（快速生成樹協(xié)議）+SDH環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的方式，如圖2所示，當(dāng)線路①故障時，自動切換到線路②③④，具體實(shí)施策略如下。

1.配置交換機(jī)為RSTP模式

局域網(wǎng)中均采用華為交換機(jī)，根據(jù)性能高低確認(rèn)主線路switchA和備份線路switchB后，將交換機(jī)配置模式為RSTP模式。

systemview

[HUAWEI]sysname switchA

圖2 RSTP+SDH環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)連接圖

[switchA]stp mode rstp

然后根據(jù)需求配置端口的角色和狀態(tài)，使其能夠做到，通過運(yùn)行RSTP協(xié)議阻塞端口，將環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)修剪成無環(huán)路的樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但一般交換機(jī)的CPU的BPDU包不能發(fā)送頻率過高，因此，僅使用RSTP協(xié)議方式，故障檢測的時間無法大幅提高，一般都在秒級。因此，單一使用RSTP方式可以定位故障點(diǎn)，但對于要求數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，僅使用RSTP這種協(xié)議方式是無法滿足實(shí)時要求的。

2.設(shè)備加載主控模塊（SDH+RSTP）

SDH環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)具有50ms的切換性能，它主要通過硬件芯片與SDH傳輸模塊和交換模塊連接，檢測線路信號質(zhì)量來決定是否進(jìn)行切換，故障檢測快，切換速率也快。試驗(yàn)過程中，對于實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸要求高，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中加載主控模塊（SDH+RSTP），當(dāng)線路①故障時，通過讀取芯片中的AIS和LOS等告警信息可以迅速判定線路發(fā)生故障，并告知全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，SDH環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議根據(jù)故障狀態(tài)，可快速切換到備份線路②③④，快速恢復(fù)通信。

應(yīng)用層

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配置路由器和交換機(jī)的服務(wù)質(zhì)量QoS（如圖 3） 。

圖3 QoS部署

1.在業(yè)務(wù)接入的交換機(jī)入口，根據(jù)用戶源IP和目的IP地址進(jìn)行流分類，標(biāo)記業(yè)務(wù)優(yōu)先級；對業(yè)務(wù)流量進(jìn)行監(jiān)管，按照用戶業(yè)務(wù)類型和數(shù)量進(jìn)行帶寬預(yù)留和限制；

2.在上游交換機(jī)（匯聚和核心交換機(jī)）的入口設(shè)置信任上行業(yè)務(wù)的優(yōu)先級；

3.在業(yè)務(wù)接入的交換機(jī)的出口設(shè)置pq隊列，實(shí)行嚴(yán)格的優(yōu)先級隊列管理；

4.具有擁塞控制機(jī)制，支持端口擁塞丟棄；

5.在路由器出口進(jìn)行Hqos配置限制出口總帶寬。

結(jié)束語

針對實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)時存在的網(wǎng)絡(luò)延遲的問題，從TCP/IP模型入手，分析各層造成網(wǎng)絡(luò)延遲的原因，并給出數(shù)據(jù)傳輸在網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層和應(yīng)用層的優(yōu)化策略，其中，在網(wǎng)際層給出路由器的優(yōu)化部署策略，保證小區(qū)域內(nèi)無環(huán)路；在網(wǎng)絡(luò)接口層解決因冗余產(chǎn)生的環(huán)路問題；在應(yīng)用層使用QoS策略優(yōu)化設(shè)備的使用效率，從而為數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。