基于校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量控制策略研究

張昕　馬龍

摘要：為有效使用校園網(wǎng)出口帶寬，提出基于用戶(hù)IP地址和基于業(yè)務(wù)類(lèi)型劃分帶寬的流量控制策略，并在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行部署，通過(guò)選取不同參數(shù)，對(duì)策略的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，并分析了兩種策略的適用條件。

關(guān)鍵詞：流量分析；流量控制；流量策略

1 引言

隨著校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)日益復(fù)雜化和多元化，有效的引導(dǎo)并控制校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量變得尤為重要。對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行分析，深入了解各類(lèi)用戶(hù)對(duì)帶寬的不同需求，將有限的網(wǎng)絡(luò)出口帶寬進(jìn)行合理分配，能夠降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本，使校園網(wǎng)的帶寬管理變得更人性化，從而提升用戶(hù)用網(wǎng)感受。

2 流量控制策略設(shè)計(jì)

2.1 校園網(wǎng)流量特點(diǎn)

互聯(lián)網(wǎng)流量存在自相似性、周期性和突發(fā)性等特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)我校網(wǎng)絡(luò)出口流量數(shù)據(jù)的分析，從空間分布看，校園網(wǎng)流量主要產(chǎn)生于辦公教學(xué)區(qū)、實(shí)驗(yàn)室和學(xué)生公寓等區(qū)域；在時(shí)間分布上，我校互聯(lián)網(wǎng)流量按照學(xué)校的作息時(shí)間有明顯的高峰和低谷期；按照業(yè)務(wù)類(lèi)型劃分，網(wǎng)絡(luò)流量主要來(lái)源于在Http應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)游戲、P2P類(lèi)業(yè)務(wù)等。

2.1 流量控制策略評(píng)估方法

判定流量控制策略的優(yōu)劣，需要從用戶(hù)滿(mǎn)意度和定量指標(biāo)兩方面考慮。流量控制策略對(duì)用戶(hù)端的使用產(chǎn)生直接的影響，用戶(hù)的使用體驗(yàn)如何、滿(mǎn)意度高低是評(píng)價(jià)流控策略的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從定量的角度講，可以從網(wǎng)絡(luò)的總吞吐量、帶寬利用率和應(yīng)用協(xié)議占比等方面考察流控策略的實(shí)施效果。

2.3 流量控制策略設(shè)計(jì)

根據(jù)流量評(píng)估體系，通過(guò)分析IP地址段、應(yīng)用協(xié)議、數(shù)據(jù)流向等信息，我們分別基于IP地址段、業(yè)務(wù)類(lèi)型及地址段與時(shí)間控制相結(jié)合等方式提出兩種流量控制策略。

第一種是基于IP地址分配帶寬資源。根據(jù)IP地址下發(fā)策略，不同區(qū)域的用戶(hù)獲得的IP地址不同，在進(jìn)行流量控制時(shí)，基于不同的IP地址對(duì)其可用帶寬進(jìn)行劃分，優(yōu)先保障重要用戶(hù)對(duì)帶寬的使用需求。

第二種是基于業(yè)務(wù)類(lèi)型分配帶寬資源。校園網(wǎng)的流量構(gòu)成以Http應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)游戲、P2P類(lèi)應(yīng)用等業(yè)務(wù)為主，不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型對(duì)帶寬資源的需求不盡相同，其中Http類(lèi)應(yīng)用對(duì)用戶(hù)的使用感受影響最大。通過(guò)對(duì)主要的業(yè)務(wù)類(lèi)型按比例劃分帶寬資源，可以較好的保證用戶(hù)的業(yè)務(wù)使用需求。

3 流量控制策略的實(shí)施

本文流控策略的實(shí)施環(huán)境是一個(gè)三層結(jié)構(gòu)、骨干為萬(wàn)兆的以太網(wǎng)絡(luò)，擁有兩個(gè)互聯(lián)網(wǎng)出口，分別為教育網(wǎng)200Mbps，中國(guó)電信500Mbps。

3.1 基于用戶(hù)IP地址的流控策略

根據(jù)用戶(hù)的IP地址，將200M的教育網(wǎng)出口分配給了一部分學(xué)生區(qū)，辦公教學(xué)區(qū)和另一部分學(xué)生區(qū)用戶(hù)則使用500M電信網(wǎng)出口。分別制定兩種帶寬分配策略如表1所示。

如圖1所示，實(shí)施基于用戶(hù)IP地址的兩種流控策略后，一天的網(wǎng)絡(luò)吞吐量對(duì)比情況。

從圖1中可以看出，在空閑時(shí)段（0：00-6：oo）黃色曲線(xiàn)代表的方案二有較大的吞吐量，在繁忙時(shí)段（10：00-22：00），兩種方案的總吞吐量相差不大，但是方案二的總體波動(dòng)較小。分析原因，主要是網(wǎng)絡(luò)的總出口帶寬有限的情況下，繁忙時(shí)段網(wǎng)絡(luò)出口基本處于滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)，在保證每用戶(hù)有足夠可用帶寬的情況下，基于IP地址進(jìn)行帶寬控制效果不是很明顯。

3.2 基于業(yè)務(wù)類(lèi)型的流控策略

將出口帶寬按業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行分配。在兩個(gè)方案中，均只對(duì)P2P影音，P2P下載以及HTTP應(yīng)用等業(yè)務(wù)進(jìn)行帶寬分配（三類(lèi)應(yīng)用共占用450M帶寬），其他業(yè)務(wù)全部放在剩余帶寬中使用。由于上行鏈路對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用影響不大，兩種方案中的上行速率采用相同設(shè)置，對(duì)下行速率在總帶寬（450Mbps）中按不同比例進(jìn)行劃分，分配比例如表2所示。

基于業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行帶寬分配的方案實(shí)施后，一天的網(wǎng)絡(luò)吞吐量對(duì)比情況如圖2所示。如表3所示，策略實(shí)施前后，不同類(lèi)型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)所占數(shù)據(jù)總量百分比。

從圖2中可看出，兩個(gè)方案實(shí)施后，網(wǎng)絡(luò)的總體吞吐量沒(méi)有發(fā)生明顯的區(qū)別。但通過(guò)表3的數(shù)據(jù)可以看出，策略實(shí)施后，各類(lèi)不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型在總流量中所占的百分比發(fā)生了明顯的變化，P2P類(lèi)應(yīng)用所占百分比下降明顯，HTTP業(yè)務(wù)應(yīng)用總量有明顯提高，其中，由于在方案二中對(duì)HTTP應(yīng)用有力度更大的帶寬保證，其趨勢(shì)較方案一更為明顯。相應(yīng)的，其他業(yè)務(wù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)量占比也有所提升，從而提高了不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)使用的公平性。

4 結(jié)語(yǔ)

文章針對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)帶寬使用的問(wèn)題，提出了基于用戶(hù)IP地址和基于不同業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行出口帶寬劃分的網(wǎng)絡(luò)流量控制策略，并在校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)施。在網(wǎng)絡(luò)出口帶寬有限的條件下，對(duì)于有大量用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)而言，基于IP地址的流量控制策略可以滿(mǎn)足重點(diǎn)用戶(hù)的帶寬需求，但對(duì)于普通用戶(hù)的使用感受提升并不明顯。基于業(yè)務(wù)類(lèi)型的流控策略，可以充分保證重要應(yīng)用的帶寬需求，限制不合理應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬資源消耗，增加各類(lèi)應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬使用的公平性。