基于流控系統(tǒng)提升應(yīng)用感知的摸索

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)使用的指數(shù)增長(zhǎng)，如何智能管理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提升應(yīng)用感知是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商需要面對(duì)的首要任務(wù)。為了保證網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的真實(shí)定位，需要利用流控系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行更加精細(xì)化的管理和分析。

【關(guān)鍵詞】流量控制 應(yīng)用感知

流量控制是指一整套的流量服務(wù)控制解決方案，它能幫助寬帶服務(wù)商提高網(wǎng)絡(luò)流量可見(jiàn)度，控制網(wǎng)絡(luò)資源分配，進(jìn)而根據(jù)他們的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略來(lái)優(yōu)化流量。此外，它也能幫助服務(wù)提供商降低網(wǎng)絡(luò)成本，改善網(wǎng)絡(luò)性能和應(yīng)用感知，同時(shí)創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)和產(chǎn)品組合。服務(wù)提供商們高度重視在該領(lǐng)域的深入研究，提出了流量控制分析的思路和方法，并進(jìn)行了有益的實(shí)踐探索。

Allot流量管理系統(tǒng)是Allot通訊公司以“基于策略的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Policy-Based Networking）”為概念，推出的能夠?yàn)槠髽I(yè)與IP服務(wù)提供商提供一整套改善網(wǎng)絡(luò)性能的整體解決方案。Allot設(shè)備管理采用三層結(jié)構(gòu)：NetEnforcer層（主要起到收集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和實(shí)施策略的作用）；NetXplorer層（主要存儲(chǔ)各種協(xié)議、策略，并從NetEnforcer端收集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并可以做NetXplorer的基礎(chǔ)配置和策略配置，下發(fā)到遠(yuǎn)端的NetXplorer）；用戶使用界面層（主要是圖形界面管理作用）。Allot流量管理系統(tǒng)通過(guò)深層數(shù)據(jù)包檢測(cè)（DPI）技術(shù)，具備能夠提供完整的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量采集功能，對(duì)用戶的上網(wǎng)行為進(jìn)行詳細(xì)的記錄與分析，為網(wǎng)絡(luò)流量精細(xì)化管理提供更強(qiáng)大的技術(shù)保證，為我們改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提供有效的數(shù)據(jù)支持，使出口帶寬得到有效利用及合理分配。在這里，僅是以此流控系統(tǒng)（Allot流量管理系統(tǒng)）為例進(jìn)行說(shuō)明，權(quán)當(dāng)拋磚引玉，希望借此系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量資源的精細(xì)化管理，用戶應(yīng)用感知的提升帶來(lái)一些思路和啟發(fā)。

1 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及流量資源優(yōu)化的必要性

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，用戶對(duì)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的要求不斷提高，不再滿足于單一的業(yè)務(wù)，而期望享受到數(shù)據(jù)、多媒體、娛樂(lè)等各種服務(wù)。加之網(wǎng)絡(luò)提供商近幾年全網(wǎng)整體光進(jìn)銅退的部署，固定用戶網(wǎng)絡(luò)將普遍具備20Mbp的接入帶寬，并逐步實(shí)現(xiàn)百兆入戶的帶寬需求。綜上所述一方面是用戶接入帶寬的提升，另一方面卻極力考驗(yàn)著網(wǎng)絡(luò)提供商的服務(wù)能力。

在流控設(shè)備入網(wǎng)初期，我們對(duì)全網(wǎng)的流量情況進(jìn)行了全面的分析。利用流控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)活躍應(yīng)用的監(jiān)控功能，精確識(shí)別出internet流量中的各種應(yīng)用，包括動(dòng)態(tài)端口的P2P應(yīng)用和加密的協(xié)議等。通過(guò)整體協(xié)議細(xì)化分析我們可以看到網(wǎng)絡(luò)http流媒體應(yīng)用占據(jù)了網(wǎng)絡(luò)中的26%的帶寬資源，排名前3位的應(yīng)用為http-streaming、http-browsing、http file-transfer ；而重要的http應(yīng)用只占約14%；通過(guò)對(duì)各時(shí)間段流量的細(xì)化分析，我們發(fā)現(xiàn)出口流量在高峰時(shí)間段（20：00——23：00）及周末進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)使用的高峰，出口利用率基本達(dá)到100%；再結(jié)合日常受理的投訴問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)用戶對(duì)P2P、在線視頻點(diǎn)播、在線網(wǎng)絡(luò)游戲、以及收發(fā)郵件等投訴比較多。綜合分析這些問(wèn)題后基本可以確定，造成上述情況的根本原因就是P2P類應(yīng)用的帶寬惡意搶占以及網(wǎng)絡(luò)流量資源不合理分配。因?yàn)镻2P類應(yīng)用具有搶占帶寬的特性，占用了大量帶寬，使有限的出口帶寬產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)瓶頸，影響了高峰時(shí)段非P2P類的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，使用戶體驗(yàn)下降。所以P2P應(yīng)用的控制、網(wǎng)絡(luò)流量資源的合理分配對(duì)于有效降低服務(wù)商出口成本、提升用戶感知變得尤為重要。

2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的可行性

2.1 對(duì)流量削峰填谷

流控系統(tǒng)支持基于按照時(shí)間段劃分的策略，因此按照時(shí)間段可以設(shè)置不同的P2P策略，以達(dá)到在不同的時(shí)間段實(shí)施不同的P2P控制效果。

2.2 基于對(duì)目的地址的特征碼進(jìn)行應(yīng)用識(shí)別

流控系統(tǒng)具備對(duì)網(wǎng)絡(luò)上各種應(yīng)用類型的識(shí)別能力，通過(guò)設(shè)定特定目的地址池，管道和目的地址，應(yīng)用到設(shè)備策略中。將目的地址劃歸到指定的pipe管道，監(jiān)控用戶定義的各種pipe管道TOPN所占用的帶寬分布。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，管理員可以首先利用這一功能查找網(wǎng)絡(luò)中哪些觀測(cè)目標(biāo)使用的帶寬不正常，從而便于故障排錯(cuò)。并且，由于外網(wǎng)目的地址更新頻繁，流控系統(tǒng)支持地址批量導(dǎo)入和單IP逐一添加，支持基于協(xié)議端口的服務(wù)添加，因此便于在日常維護(hù)中發(fā)現(xiàn)遺漏地址，及時(shí)進(jìn)行查缺補(bǔ)漏。

2.3 基于對(duì)源地址的特征碼進(jìn)行應(yīng)用識(shí)別

流控系統(tǒng)具備對(duì)內(nèi)網(wǎng)IP地址逐段、或逐IP進(jìn)行入、出雙向流量帶寬的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。可監(jiān)控從鏈路層到應(yīng)用層的流量類型的狀況，對(duì)網(wǎng)內(nèi)主機(jī)的IP 地址實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)提供當(dāng)前內(nèi)網(wǎng)最活躍的TOPN位主機(jī)所占用的帶寬分布，協(xié)議類型分布等。通過(guò)流控系統(tǒng)的深度挖掘，幫助管理員更快發(fā)現(xiàn)報(bào)表中數(shù)據(jù)更多的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 利用流控系統(tǒng)與計(jì)費(fèi)平臺(tái)，CDN業(yè)務(wù)平臺(tái)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)推廣，垃圾用戶清理，熱點(diǎn)業(yè)務(wù)捕獲等增值開發(fā)項(xiàng)目

3 結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)的優(yōu)化實(shí)施

3.1 根據(jù)優(yōu)化的可行性方案

結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析，我們分別對(duì)周一至周五設(shè)定2個(gè)時(shí)間段，對(duì)周六、日設(shè)定3個(gè)時(shí)間段，分別對(duì)P2P應(yīng)用進(jìn)行不同程度的流量控制。在網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間段（00：00——14：00）對(duì)P2P應(yīng)用不進(jìn)行控制，充分利用帶寬，在網(wǎng)絡(luò)占用率較高的忙時(shí)時(shí)間段分階段逐步對(duì)P2P應(yīng)用進(jìn)行流量控制，由網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)的不控制平穩(wěn)過(guò)渡到網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)的最強(qiáng)控制，既能避免P2P流量突然下降造成的用戶投訴，又能保證用戶其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的良好體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)出口流量的削峰填谷，提升全網(wǎng)用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)。

3.2 在對(duì)目的地址的管控方面

經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析，我們將目的地址分為已知的幾大類別：游戲類服務(wù)器、NDC視頻類服務(wù)器、它網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商類資源服務(wù)器等pipe，針對(duì)流量及各出口成本情況分別實(shí)施進(jìn)、出不同方向的控制，允許用戶實(shí)施不同的進(jìn)、出策略，引導(dǎo)用戶使用網(wǎng)內(nèi)的cache資源，限制付費(fèi)流量。對(duì)于時(shí)延、丟包率要求較高的游戲類、即時(shí)通訊類、視頻類等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)定較高的優(yōu)先級(jí)保證，確保在網(wǎng)絡(luò)擁塞的高峰時(shí)段這類業(yè)務(wù)優(yōu)先通過(guò)，能夠在不需要增加出口成本的基礎(chǔ)上較好的保證用戶體驗(yàn)。

3.3 在對(duì)源地址的管控方面

經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析，我們將源地址按用戶屬性進(jìn)行分類。經(jīng)過(guò)對(duì)學(xué)生、企業(yè)、VIP客戶群體的流量分析，我們針對(duì)不同的用戶分組實(shí)施了不同的流量控制策略，保證重要客戶的全方位網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。學(xué)生用戶群體一般比較關(guān)注網(wǎng)絡(luò)游戲、聊天、網(wǎng)頁(yè)瀏覽，如果網(wǎng)絡(luò)延時(shí)大則嚴(yán)重影響用戶感受，而對(duì)于P2P應(yīng)用關(guān)注不大，大部分學(xué)生是利用上課時(shí)間及睡覺(jué)時(shí)間在宿舍掛機(jī)下載的。因此針對(duì)學(xué)生分組用戶的特點(diǎn)，我們制定了控制方案為：在晚上19：00以后控制P2P應(yīng)用的占用帶寬，對(duì)游戲、視頻、IM等應(yīng)用給予優(yōu)先級(jí)保護(hù)，有效提高了該群體的用戶體驗(yàn)。對(duì)于企業(yè)及VIP客戶群體則需提供帶寬保證，我們制定了不同的優(yōu)先級(jí)策略，設(shè)置了保護(hù)“白名單”，保證網(wǎng)絡(luò)低延時(shí)、低抖動(dòng)、低丟包率和高吞吐量。

此外，在長(zhǎng)期摸索的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)源地址的p2p協(xié)議族進(jìn)行全局限制時(shí)，流控系統(tǒng)對(duì)于一些無(wú)法識(shí)別的TCP和UDP 流量會(huì)劃歸入other p2p組，這樣就導(dǎo)致很多用戶在玩某款游戲時(shí)，流控系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別出游戲，進(jìn)而被限制，導(dǎo)致用戶投訴增多。雖然廠家會(huì)定期更新協(xié)議包數(shù)據(jù)，但是網(wǎng)絡(luò)游戲的數(shù)量龐大，每天都有新游戲上市，僅靠手工查找游戲端口，效率低下，而且實(shí)時(shí)性很差。基于上述原因，我們進(jìn)一步修改了控制策略，采用更加精細(xì)化的網(wǎng)絡(luò)流量管理。基于每IP的應(yīng)用，我們?cè)O(shè)置了與總帶寬類似的優(yōu)先級(jí)等級(jí)，從初期的pipe管道精細(xì)到line管道，vc管道，針對(duì)重要的IP我們分給他們固定的帶寬分額，用戶可以自己決定他要使用的業(yè)務(wù)，比如用戶可以隨意玩任何游戲而不受限制，可以看各類視頻而不受限制，但是前提是總帶寬不能超過(guò)指定份額。經(jīng)測(cè)試，這個(gè)控制策略可以保證業(yè)務(wù)的優(yōu)先通過(guò)，減少隊(duì)列等待時(shí)間。用戶在未采用新方法進(jìn)行流控的時(shí)候，雖然我們對(duì)總帶寬有P2P限制，但是由于該用戶在線時(shí)間較長(zhǎng)，并且P2P線程較多，仍然有能力大量占據(jù)P2P的會(huì)話，導(dǎo)致大量帶寬被某些用戶用于P2P，使得其他用戶的關(guān)鍵應(yīng)用的帶寬被明顯擠占。采用了新的基于總帶寬和每用戶帶寬的優(yōu)先級(jí)機(jī)制以后，具有高優(yōu)先級(jí)的即時(shí)通訊、游戲等帶寬明顯提高，優(yōu)先級(jí)較低的P2P帶寬明顯被壓縮。

4 總結(jié)

現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)需求是在不斷變化的，因此流控系統(tǒng)的部署位置及相應(yīng)的策略加載也是隨之變化的。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的過(guò)程中，需要從網(wǎng)絡(luò)的資源利用率和安全性出發(fā)，利用流控系統(tǒng)將若干優(yōu)化關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行組合，以優(yōu)代劣，創(chuàng)建一個(gè)用戶可公平分享資源的網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)可以預(yù)測(cè)的、安全的接入環(huán)境。通過(guò)對(duì)資源的合理分配，提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的資源利用率，降低出口成本，提升應(yīng)用感知。

作者簡(jiǎn)介

閆彥（1983-），女，天津市人。現(xiàn)為中移鐵通有限公司天津分公司工程師。研究方向?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)寬帶接入。

作者單位

中移鐵通有限公司天津分公司 天津市 300142