數據傳輸延遲的優化策略

引言： 針對城域網中實時傳輸數據時存在的網絡延遲的問題，本文從TCP/IP協議入手，分析各層造成網絡延遲的原因，并給出其優化策略，從而為數據實時傳輸提供穩定可靠的網絡環境。

網絡中傳輸的業務包括數據、視頻、電文和語音等類型的業務，各種業務的流量差別很大、要求的服務質量也不相同，各式各樣的數據在網絡介質中通過網絡協議（如TCP/IP）進行傳輸，如果信息量過大不加以限制，超額的網絡流量就會導致設備反應緩慢，造成網絡延遲。

城域網內部各點位之間距離較近、光纜資源相對豐富，采用分層的設計思想，在網絡整體設計中，采用層次化的網絡設計結構，將整個網絡分成三層：核心層、匯聚層和接入層，結構圖如圖1，其為一典型雙核心匯聚的城域網結構。

網際層

網際層常用設備有路由器。路由器改善網絡延遲的方法主要是通過優化路由策略來完成，具體實施策略為：廣域網采用靜態路由，即降低系統資源，同時又可以屏蔽網絡變化波及的范圍，使網絡更加安全、可靠。

圖1 網絡連接圖

局域網采用OSPF（開放式最短路徑優先）路由協議和組播路由協議，實現業務的自動路由和快速路由切換功能，保證業務傳輸的可靠性。

OSPF路由協議采用的是最短路徑優先算法（SPF），可以 保證僅 使用OSPF路由協議時在一個區域內沒有環路，由于有的城域網還出現了組播路由協議和靜態路由的參與，就不能保證沒有環路了。因此，需要對設備做進一步的優化。

網絡接口層

網絡接口層常用設備有HUB，網卡，中繼器，交換機，網橋等。此類設備造成網絡延遲的原因有兩種：一是設備性能不能滿足需要；二是網絡設備故障產生阻塞造成網絡延遲。第一種因為設備老舊不能滿足需要的情況，選擇帶寬高、吞吐量高、時延小的網絡設備替換原有設備，就可以排除因性能造成的網絡延遲。下面著重研究因網絡設備故障造成網絡延遲的問題。

在城域網中，數據傳輸以光纖通信方式為主。其中，光傳輸網絡為SDH網絡，隨著節點不斷增多，一旦環上有兩處或以上的故障將會導致通信中斷或者會造成廣播風暴，且環路越長，故障影響的范圍也越大，因此，城域網采用冗余模式，當主傳輸線路故障時，切換到備份線路，但這種網絡組網方式容易造成環路，本文采用RSTP（快速生成樹協議）+SDH環網保護技術的方式，如圖2所示，當線路①故障時，自動切換到線路②③④，具體實施策略如下。

1.配置交換機為RSTP模式

局域網中均采用華為交換機，根據性能高低確認主線路switchA和備份線路switchB后，將交換機配置模式為RSTP模式。

systemview

[HUAWEI]sysname switchA

圖2 RSTP+SDH環網保護技術連接圖

[switchA]stp mode rstp

然后根據需求配置端口的角色和狀態，使其能夠做到，通過運行RSTP協議阻塞端口，將環形網絡結構修剪成無環路的樹形網絡結構。但一般交換機的CPU的BPDU包不能發送頻率過高，因此，僅使用RSTP協議方式，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，但對于要求數據實時傳輸的網絡，僅使用RSTP這種協議方式是無法滿足實時要求的。

2.設備加載主控模塊（SDH+RSTP）

SDH環網保護技術具有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，檢測線路信號質量來決定是否進行切換，故障檢測快，切換速率也快。試驗過程中，對于實時數據傳輸要求高，因此在網絡設備中加載主控模塊（SDH+RSTP），當線路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生故障，并告知全網網絡設備，SDH環網保護協議根據故障狀態，可快速切換到備份線路②③④，快速恢復通信。

應用層

根據網絡結構，配置路由器和交換機的服務質量QoS（如圖 3） 。

圖3 QoS部署

1.在業務接入的交換機入口，根據用戶源IP和目的IP地址進行流分類，標記業務優先級；對業務流量進行監管，按照用戶業務類型和數量進行帶寬預留和限制；

2.在上游交換機（匯聚和核心交換機）的入口設置信任上行業務的優先級；

3.在業務接入的交換機的出口設置pq隊列，實行嚴格的優先級隊列管理；

4.具有擁塞控制機制，支持端口擁塞丟棄；

5.在路由器出口進行Hqos配置限制出口總帶寬。

結束語

針對實時傳輸數據時存在的網絡延遲的問題，從TCP/IP模型入手，分析各層造成網絡延遲的原因，并給出數據傳輸在網絡接口層、網際層和應用層的優化策略，其中，在網際層給出路由器的優化部署策略，保證小區域內無環路；在網絡接口層解決因冗余產生的環路問題；在應用層使用QoS策略優化設備的使用效率，從而為數據實時傳輸提供穩定可靠的網絡環境。