一種互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬瓶頸解決方法探討

田東旭

(廣東省粵電集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠廣東珠海519050)

1 引言

近年來，以太網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，從10年前的10 M 桌面發(fā)展到現(xiàn)今的千兆，甚至萬兆，使得計(jì)算機(jī)用戶可以在局域網(wǎng)內(nèi)部廣泛而高效的進(jìn)行新傳遞和共享[1]。但這種優(yōu)勢許多年來也僅限于本地局域網(wǎng)內(nèi)部，與1 000 M 桌面的局域網(wǎng)帶寬相比，互聯(lián)網(wǎng)接入的出口帶寬則成為制約和限制用戶信息共享和傳遞效率的最大瓶頸。然而這只是其一，近年來P2P 軟件的快速發(fā)展和普及，不管是互聯(lián)網(wǎng)上傳下載，還是互聯(lián)網(wǎng)視頻點(diǎn)播；在桌面帶寬足夠充分的前提下，個(gè)別極少數(shù)P2P"發(fā)燒友"就會(huì)將團(tuán)體的互聯(lián)網(wǎng)出口一時(shí)間占盡，致使其他用戶無法使用互聯(lián)網(wǎng)資源。文章要探討和分析的問題就是，在上述局域網(wǎng)出口互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬資源不足的環(huán)境中，如何保證更多的用戶使用互聯(lián)網(wǎng)資源。

2 數(shù)制概念

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用來衡量網(wǎng)速的單位比較容易引起混淆。通常運(yùn)營商（如電信、聯(lián)通和移動(dòng)等）所說的百兆、千兆帶寬，單位都是Mbps(兆位/ 秒)，即每秒傳輸1,000,000bit[2]；而計(jì)算機(jī)日常使用中比較常見的帶寬速度則多表示為：MB/s、KB/s（例如下載軟件、傳輸工具等），即"Byte/s"，而不是" 位/s"。為了便于討論分析，暫且將網(wǎng)絡(luò)帶寬的單位統(tǒng)一換算為MB/s 或KB/s。

在計(jì)算機(jī)數(shù)制單位換算中，1 Byte=8 bit[1]。所以換算方法是：以M bps 為單位的數(shù)值除以8，可得出以MB/S 為單位的數(shù) 值，例 如：2 M bps =2/8 （MB/s）=0.25 MB/s=0.25*1 024（KB/s）=256 KB/s。幾種常見帶寬單位的換算結(jié)果如表1 所示。

表1 帶寬速率單位換算

也就是說，運(yùn)營商概念上的帶寬速率與計(jì)算機(jī)日常使用過程中下載工具中顯示的速度在數(shù)值上是成8 倍比例的。同時(shí)事實(shí)上用戶的下行速度也是無法達(dá)到帶寬最大值的，因?yàn)橛幸簧俨糠謳捯米鰯?shù)據(jù)上行使用，這也就是如果使用電信2 Mbps ADSL 時(shí)下載速度始終無法達(dá)到256 KB/S 的原因[3]。

3 傳統(tǒng)思路分析

網(wǎng)絡(luò)管理人員經(jīng)常遇到的一個(gè)問題就是：局域網(wǎng)用戶中有人大肆利用eM ule、BT、迅雷、QQ 旋風(fēng)等P2P 軟件進(jìn)行上傳下載，這種軟件的特性就是互聯(lián)網(wǎng)上同時(shí)在線連接下載的人越多速度越快[4]。換句話說，只要互聯(lián)網(wǎng)上有足夠的連接點(diǎn)，下載用戶的出口有多少帶寬就可以占多少帶寬，因此也一度被運(yùn)營商稱為"帶寬殺手"。如此，即出現(xiàn)了一種現(xiàn)象，那就是極個(gè)別少數(shù)用戶的使用得到了滿足，達(dá)到高速下載的效果；然而，其他大部分用戶則只能默默的等待緩慢的訪問進(jìn)度。

面對這樣的問題，業(yè)界曾經(jīng)有人提出，利用基于可管理交換機(jī)在端口限速和基于服務(wù)端口流量控制等方法進(jìn)行解決和控制個(gè)人的可使用帶寬。

3.1 桌面端口限速

這種策略的思路就是在桌面端口直連的交換機(jī)端口上實(shí)施速率限制，以達(dá)到對用戶訪問速率的控制[5]。由于日常使用中交換機(jī)端口速率與運(yùn)營商所說帶寬速率的單位相同（比如，百兆寬帶即指的是帶寬速率為100 Mbps 的寬帶接入，100 Mbps 桌面即指的是桌面端口速率為100 M bps[1]），因此在此討論二者時(shí)，不必進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換。

首先，聲明幾個(gè)名詞：最大速度：允許桌面使用的最大帶寬；出口帶寬：Internet 互聯(lián)網(wǎng)接入總帶寬；最大用戶數(shù)：在用戶使用最大帶寬的情況下，出口帶寬同時(shí)滿足使用的用戶數(shù)。從用戶普遍可以接受的互聯(lián)網(wǎng)訪問速度著手，反向逆推。比如，單用戶可以接受的訪問網(wǎng)絡(luò)速度假設(shè)為分別為256 KB/S（即2 Mbps）、512 KB/S、1 024 KB/S，那么經(jīng)過計(jì)算就可以得到局域網(wǎng)的出口帶寬分別是2 Mbps、10 Mbps、50 M bps、100 Mbps 情況下，能夠同時(shí)滿足上網(wǎng)的用戶數(shù)量，如表2 所示。

表2 出口帶寬與最大用戶數(shù)

從表2 所列結(jié)果，可以看出如果將桌面帶寬限制的最大為2 M bps（256KB/S），那么10 Mbps 的出口就能滿足5個(gè)用戶全速使用，百兆的出口就能能滿足25個(gè)用戶同時(shí)全速使用，1 000 Mbps 的出口則可由500 用戶同時(shí)全速使用。如是，此種方法也不為是一種解決或者緩解問題的方法。

但是由于這種方法把速率控制做在做在與PC 相連接的交換機(jī)端口上（與此端口直連的就是PC 機(jī)的網(wǎng)卡），因而這種策略使得在實(shí)施互聯(lián)網(wǎng)訪問速率限制的同時(shí)，也限制了客戶端主機(jī)（PC）訪問局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)速度。從意圖上講是可以達(dá)到控制出口速率的目的，但也由此產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的副作用-影響了局域網(wǎng)的桌面帶寬。在如今信息化高度普及時(shí)代，事實(shí)上諸如企事業(yè)單位這樣的集體，其局域網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用要遠(yuǎn)多于互聯(lián)網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)的使用，如果采用這種方法來控制互聯(lián)網(wǎng)資源，可謂傷敵一萬，自損八千，得不償失。

3.2 服務(wù)端口封堵

這種基于服務(wù)端口限制策略方法的思路是，通過在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上對大流量使用帶寬的端口進(jìn)行封堵，使其特征數(shù)據(jù)包不能被網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過，以限制其對帶寬的侵占[5]。比如BT 默認(rèn)使用的是6881～6890 端口，迅雷默認(rèn)使用3 076～3 077 端口，eM ule 默認(rèn)使用4662,4661 和4242 端口等[6]，把能夠收集到的端口在交換機(jī)、路由器或者網(wǎng)管設(shè)備上進(jìn)行限制。

那么試想，如果這些端口始終不會(huì)變化，那這種方法不失為一種解決問題的好方法，然而實(shí)踐證明這一思路是事倍功半的。一方面，互聯(lián)網(wǎng)上每天新發(fā)布的此類新軟件又豈是每個(gè)網(wǎng)管人員能夠全部發(fā)現(xiàn)的呢，封了一個(gè)，出來了又一個(gè)新的，永遠(yuǎn)封之不盡；另一方面，后續(xù)發(fā)布的新版軟件都有著自動(dòng)檢測端口功能，如果檢測到默認(rèn)端口不能用，就嘗試更換其他端口，網(wǎng)管總不能把所有端口都封掉，那是會(huì)影響計(jì)算機(jī)正常工作的。

4 基于網(wǎng)管平臺(tái)的單用戶限速

通過對業(yè)界2 種傳統(tǒng)解決思路的分析，可以得出二者都有能夠在一定程度上解決局域網(wǎng)出口帶寬資源不足的問題，但確是事倍功半，見效甚微。但如果把第一種思路的限速節(jié)點(diǎn)換個(gè)位置，把限速放在出口網(wǎng)關(guān)上做，就既達(dá)到了限制個(gè)人用戶使用互聯(lián)網(wǎng)的速度，又不影響其使用局域網(wǎng)的速度。這就是在互聯(lián)網(wǎng)出口處，利用網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)可以針對單個(gè)用戶組或單個(gè)用戶限速的功能，限制每個(gè)用戶互聯(lián)網(wǎng)連接的速度，以達(dá)到公用互聯(lián)網(wǎng)資源"利益均攤"，從而解決互聯(lián)網(wǎng)出口瓶頸問題的有效方法和思路。

按照前面表2 的計(jì)算結(jié)果，比如出口帶寬是100 M bps 的，如果在網(wǎng)管平臺(tái)上限制單個(gè)用戶允許的最大速率為256 KB/S（這個(gè)速率大小可以根據(jù)實(shí)際需要任意調(diào)整，其實(shí)64 KB/S 的速度完全可以滿足流暢瀏覽網(wǎng)頁之用，100 KB/S 則在線視頻也不會(huì)因緩沖而停頓），那么最少都能滿足50個(gè)用戶同時(shí)以2 M bps（等于256 KB/S）家用ADSL 線路的速度使用互聯(lián)網(wǎng)。實(shí)際上在日常使用過程中，局域網(wǎng)中是很少會(huì)有50個(gè)用戶會(huì)同時(shí)全速使用互聯(lián)網(wǎng)（學(xué)校、網(wǎng)吧等除外）的，也就是說這樣可以滿足比50 更多數(shù)量的用戶來順利使用互聯(lián)網(wǎng)，用戶群也不必因?yàn)閭€(gè)別用戶占盡互聯(lián)網(wǎng)帶寬而苦于等待緩慢的訪問進(jìn)度。至此，將前面表2 的計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步細(xì)化計(jì)算得到數(shù)據(jù)，如表3 所示。

表3 出口帶寬與最大用戶數(shù)

描點(diǎn)繪圖可以得出2 幅二維曲線圖，如圖1 何圖2 所示，在圖三條斜線分別表示單個(gè)用戶的最大出口速率是256 KB/S、512 KB/S 和1 024 KB/S 時(shí)出口總帶寬和最大用戶數(shù)量之間的關(guān)系。從圖1 可以看出，如果出口帶寬一定（如圖中50 M bps 或100 M bps），那么控制單個(gè)用戶的最大速率越小，可以同時(shí)使用資源的最大用戶數(shù)就越大；相反控制單個(gè)用戶的最大速率越大，最大用戶數(shù)就越小。

圖1 單用戶最大速率與最大用戶數(shù)關(guān)系

從圖2 可以看出，如果要求同時(shí)使用資源的最大用戶數(shù)一定（比如，如圖中10個(gè)或者15個(gè)），那么控制單個(gè)用戶的最大速率越小，需要的出口帶寬就越??；同樣如果控制單個(gè)用戶的最大速率越大，需要的出口帶寬就越大。

圖2 單用戶最大速率與出口帶寬關(guān)系

綜上所述，在局域網(wǎng)出口處的網(wǎng)管平臺(tái)上利用網(wǎng)管平臺(tái)對單用戶限速的功能，實(shí)現(xiàn)團(tuán)體用戶互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬不足情況下，滿足局域網(wǎng)內(nèi)更多用戶同時(shí)可使用互聯(lián)網(wǎng)資源。這個(gè)思路最大的要點(diǎn)就是如何掌握出口帶寬、用戶數(shù)和單個(gè)用戶允許的最大速率三者之間關(guān)系，以充分保證盡可能多的用戶同時(shí)使用集體公共互聯(lián)網(wǎng)資源。

5 結(jié)束語

在當(dāng)前多用戶局域網(wǎng)出口帶寬需求與互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬對比懸殊，且P2P 軟件又沒有有效控制手段的情況下；對于諸如像黨政機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、校園等集體公用互聯(lián)網(wǎng)出口的機(jī)構(gòu)，可以采用在出口網(wǎng)管設(shè)備上對單用戶進(jìn)行限速的思路，來保證更多的用戶可以同時(shí)使用互聯(lián)網(wǎng)資源。避免機(jī)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)由于個(gè)別用戶長時(shí)間占盡網(wǎng)絡(luò)帶寬，致使其他用戶無法正常使用互聯(lián)網(wǎng)資源。從而有效緩解互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬與局域網(wǎng)出口帶寬需求懸殊的這一突出矛盾，解決互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬的瓶頸問題。

[1]金舒原,段海新.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2002.

[2]胡道元.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第2 版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

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[5]馬學(xué)文,夏 利.網(wǎng)絡(luò)公平帶寬共享算法研究[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2006(4):669- 672.

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