摘要：本文以校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量控制模型設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，探討了校園網(wǎng)中流量分類(lèi)、校園網(wǎng)隊(duì)列調(diào)度和管理，校園網(wǎng)流量整形及流量監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，相信對(duì)同行能有所裨益。
　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)流量 控制模型 隊(duì)列調(diào)度管理 流量監(jiān)測(cè)
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　1 前言
　　隨著以IP為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的極大豐富，互聯(lián)網(wǎng)己經(jīng)逐漸發(fā)展成為承載多種業(yè)務(wù)、服務(wù)多類(lèi)用戶群體的全球性公共信息傳輸平臺(tái)。但是由于IP協(xié)議固有的無(wú)連接特性和傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)盡力而為(Best-effort)的服務(wù)原則，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)無(wú)法向用戶提供有效的服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障，也不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的有效監(jiān)控和管理。
　　網(wǎng)絡(luò)電視（PPS、PPLive、qvod）、音頻/視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播V0D(Video on Demand)、遠(yuǎn)程教育等實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)、WWW業(yè)務(wù)、電子商務(wù)等各種業(yè)務(wù)在Internet網(wǎng)上的應(yīng)用愈加廣泛，這些不同的應(yīng)用將有不同的QoS需求，如:不同的帶寬、延遲和抖動(dòng)需求。傳統(tǒng)TCP/IP技術(shù)的弱點(diǎn)逐漸顯露，報(bào)文丟失率上升，網(wǎng)絡(luò)性能下降，且隨著新業(yè)務(wù)的涌現(xiàn)，這種狀況進(jìn)一步加劇。如何在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)引入QoS的概念，并通過(guò)多種手段加強(qiáng)對(duì)新業(yè)務(wù)的支持，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　另一方面 ，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，加重了網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作的負(fù)擔(dān)，而網(wǎng)絡(luò)管理的效果直接影響到網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。研究如何進(jìn)行資源分配和流量規(guī)劃，提高網(wǎng)絡(luò)管理的效率，是改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境運(yùn)行質(zhì)量的重要問(wèn)題。
　　網(wǎng)絡(luò)流量控制模型一般包括流量分類(lèi)器、流量整形器、流量監(jiān)測(cè)器和隊(duì)列管理器等幾個(gè)部分。分類(lèi)器的功能是按照不同的優(yōu)先級(jí)或者控制策略，把數(shù)據(jù)包注入到不同的隊(duì)列；整形器的功能是使數(shù)據(jù)包比較平穩(wěn)地注入網(wǎng)絡(luò)，減少擁塞的發(fā)生，提高傳輸效率；監(jiān)測(cè)器是對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制模塊實(shí)施效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，打印報(bào)表等；隊(duì)列管理器的功能主要是隊(duì)列緩存管理以及隊(duì)列調(diào)度管理，這些與業(yè)務(wù)的帶寬分配有關(guān)。
　　通過(guò)對(duì)流量的分類(lèi)，劃分流量的優(yōu)先級(jí)或者應(yīng)用不同控制策略，確保重要的流量?jī)?yōu)先通過(guò)，并限制不重要的流量，網(wǎng)絡(luò)流量的分類(lèi)是后續(xù)控制階段的基礎(chǔ)；主動(dòng)緩存管理通過(guò)丟包策略，減少網(wǎng)絡(luò)瓶頸的擁塞幾率；各種不同類(lèi)的流量進(jìn)入不同的隊(duì)列中，通過(guò)隊(duì)列調(diào)度算法，分配不同的帶寬，對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)流可以分配合適的帶寬，保證其通暢性；流量整形，使數(shù)據(jù)包比較平緩地在網(wǎng)絡(luò)邊界瓶頸處轉(zhuǎn)發(fā)出去，減少包丟失率，能提高TCP/UDP的傳輸性能；而流量監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，能夠?qū)?shí)施效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，通過(guò)這些信息反饋，從中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制各模塊的不足，以便后續(xù)改進(jìn)。
　　2 校園網(wǎng)流量控制的意義
　　在網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行控制，能夠在校園網(wǎng)骨干網(wǎng)缺乏端到端服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制的情況下，提供部分的服務(wù)質(zhì)量解決方案，有效緩解校園網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量壓力，特別是能夠提高重要業(yè)務(wù)流量的服務(wù)質(zhì)量性能，同時(shí)從總體上實(shí)現(xiàn)對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的資源優(yōu)化和管理，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。從經(jīng)濟(jì)的角度，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)流量控制可以降低校園網(wǎng)絡(luò)隨著業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)而帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)接入擴(kuò)容的壓力，降低校園網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行成本。
　　目前在校園網(wǎng)上傳輸?shù)牧髁看蟛糠质荰CP和UDP流量。通常所謂的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用一般都采用TCP作為傳輸協(xié)議。因此保證TCP的傳輸性能是保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的重點(diǎn)。必須對(duì)TCP和UDP流量進(jìn)行管理控制，以實(shí)現(xiàn)有效的帶寬利用。
　　現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)流量控制模型一般包括以下幾個(gè)主要部分：流量分類(lèi)器、流量整形器、流量監(jiān)測(cè)器、隊(duì)列管理器等。分類(lèi)器功能是按照不同的優(yōu)先級(jí)或者控制策略，把數(shù)據(jù)包注入到不同的隊(duì)列；整形器的功能是使數(shù)據(jù)包比較平穩(wěn)地注入網(wǎng)絡(luò)，減少擁塞的發(fā)生，提高傳輸效率；監(jiān)測(cè)器是對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制模塊實(shí)施效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，打印報(bào)表等；隊(duì)列管理器作用主要是隊(duì)列緩存管理以及隊(duì)列調(diào)度管理，這些與業(yè)務(wù)的帶寬分配有關(guān)。
　　3 校園網(wǎng)流量分類(lèi)
　　數(shù)據(jù)包分類(lèi)就是根據(jù)數(shù)據(jù)包本身攜帶的信息或與數(shù)據(jù)包有關(guān)的信息(主要指IP包頭和傳輸層頭部攜帶的信息)索引預(yù)先設(shè)置的分類(lèi)器，查找匹配的規(guī)則來(lái)達(dá)到區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包的目的。數(shù)據(jù)包分類(lèi)的結(jié)果決定了這個(gè)數(shù)據(jù)包屬于哪一數(shù)據(jù)流以及此數(shù)據(jù)包應(yīng)達(dá)到什么樣的服務(wù)等級(jí)，然后轉(zhuǎn)發(fā)引擎根據(jù)分類(lèi)的結(jié)果采用相應(yīng)的處理來(lái)滿足用戶的需求。這些處理可能包括丟棄未授權(quán)的分組、進(jìn)行特殊的排隊(duì)和調(diào)度處理或者作為路由選擇的依據(jù)等。許多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)包分類(lèi)，如尋路、防火墻訪問(wèn)控制、策略路由和業(yè)務(wù)帳單等。
　　4 校園網(wǎng)中隊(duì)列調(diào)度管理
　　當(dāng)某個(gè)輸出端口的分組到達(dá)速率快于輸出端口的分組傳輸速率時(shí)，就會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，校園網(wǎng)隊(duì)列調(diào)度管理常用來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)擁塞。校園網(wǎng)隊(duì)列調(diào)度管理分為隊(duì)列調(diào)度以及隊(duì)列存儲(chǔ)器管理。
　　4.1 校園網(wǎng)隊(duì)列調(diào)度
　　管理分配給每一服務(wù)類(lèi)的輸出端口帶寬，通過(guò)隊(duì)列調(diào)度，可以控制每一服務(wù)類(lèi)對(duì)有限的校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源—鏈路帶寬的占用；
　　4.2 校園網(wǎng)隊(duì)列存儲(chǔ)器管理
　　在隊(duì)列出現(xiàn)擁塞時(shí)，通過(guò)確定何時(shí)丟棄、丟棄何種分組來(lái)控制隊(duì)列中分組的數(shù)量，通過(guò)隊(duì)列存儲(chǔ)器管理，可以控制每一服務(wù)類(lèi)對(duì)另一種有限的網(wǎng)絡(luò)資源—分組緩沖器的占用。
　　雖然這兩種機(jī)制緊密相關(guān)，但它們解決問(wèn)題的方式卻截然不同。校園網(wǎng)隊(duì)列調(diào)度通過(guò)對(duì)不同服務(wù)類(lèi)分配不同的輸出端口帶寬比來(lái)管理?yè)砣?，而?duì)列存儲(chǔ)器管理通過(guò)控制隊(duì)列的平均深度來(lái)避免擁塞的發(fā)生.
　　5 校園網(wǎng)流量整形
　　流量整形 (Traffic Shaping)也稱(chēng)速率整形、流量控制、傳輸整形、流量引導(dǎo)等。校園網(wǎng)流量整形首先用在信源數(shù)據(jù)流整形，盡管信源產(chǎn)生數(shù)據(jù)流總體速率可能不變或有規(guī)律，但短時(shí)無(wú)序性使得數(shù)據(jù)流速率起伏很大不適合直接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，常用漏桶(Leaky Bucket)或令牌桶(Token Bucket)先進(jìn)行流量整形再進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。其次，流量整形也常用于平滑網(wǎng)絡(luò)傳輸中的業(yè)務(wù)流，從而控制擁塞。
　　6 校園網(wǎng)流量監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)
　　網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)(network Traffic Measurement)提供了一種探索實(shí)際環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)特性的手段。網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)是指從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上采集數(shù)據(jù)、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的過(guò)程。它從網(wǎng)絡(luò)中采集一些具體指標(biāo)數(shù)據(jù)，并反饋給監(jiān)測(cè)者.這些數(shù)據(jù)可以用來(lái)作為分析網(wǎng)絡(luò)性能、了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行動(dòng)態(tài)、診斷可能存在的問(wèn)題、甚至預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)問(wèn)題的“度量值”。這一技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于商業(yè)和科研領(lǐng)域。在商業(yè) 領(lǐng) 域，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者和網(wǎng)絡(luò)使用者組成。網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)作為雙方都需要的工具，這方面的軟件開(kāi)發(fā)有著廣闊的市場(chǎng)前景。對(duì)于一個(gè)大型IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況、掌握網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化、了解用戶的使用情況，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)作為網(wǎng)絡(luò)管理的一部分，發(fā)揮著重要作用。
　　在校園網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)技術(shù)作為“測(cè)量?jī)x”，是實(shí)現(xiàn)具體建模、分析的必要前提和手段。在網(wǎng)絡(luò)安全的研究方面，借助網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)捕獲流量數(shù)據(jù)是IDS
　　(入侵監(jiān)測(cè)系統(tǒng))中的必要一步。在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議開(kāi)發(fā)方面，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)技術(shù)可以用來(lái)分析具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的性能。在互聯(lián)網(wǎng)流量工程的研究方面，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)提供了獲取實(shí)際網(wǎng)絡(luò)特性的手段，而網(wǎng)絡(luò)模擬和理論分析則側(cè)重于在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)之上建立起抽象的分析模型。