“疏堵”結(jié)合打造校園網(wǎng)出口高速公路

李鍇淞

[摘 要] 高校校園網(wǎng)建設(shè)十余年的發(fā)展，產(chǎn)生了許多令人矚目的成績(jī)。然而校園網(wǎng)仍然普遍存在問(wèn)題是：出口帶寬資源優(yōu)先，網(wǎng)間結(jié)算費(fèi)用高；在線視頻和P2P引用流量大量擠占高?；ヂ?lián)網(wǎng)出口資源，影響正常教學(xué)和科研；國(guó)內(nèi)熱點(diǎn)率高度集中，重復(fù)資源率高擠占出口帶寬；廣大師生網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)差，影響學(xué)習(xí)和辦公；高校信息化建設(shè)遭遇掣肘。

[關(guān)鍵詞] 高校；校園網(wǎng)；出口；流控；優(yōu)化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 23. 075

[中圖分類號(hào)] TP311 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2018）23- 0179- 03

0 前 言

本文以東北財(cái)經(jīng)大學(xué)校園網(wǎng)出口的改造為案例，首先介紹了目前網(wǎng)絡(luò)出口的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，然后介紹了出口優(yōu)化的改造思路和技術(shù)方案，對(duì)具體實(shí)施使用的設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和描述，展示了優(yōu)化改造后的實(shí)際使用效果。由單一案例進(jìn)行了延伸，提出了在校園網(wǎng)出口優(yōu)化方面的一些觀點(diǎn)和建議，為高校信息化建設(shè)中的網(wǎng)絡(luò)保障建設(shè)明確方向。

1 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

1.1 概述

東北財(cái)經(jīng)大學(xué)校園網(wǎng)建設(shè)從1999年12月至今，已建成全冗余萬(wàn)兆光纖以太網(wǎng)，覆蓋校內(nèi)教學(xué)、辦公、學(xué)生宿舍等全部樓宇。用戶規(guī)模20 000余人，接入計(jì)算機(jī)萬(wàn)余臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)2萬(wàn)多個(gè)，鋪設(shè)地下光纜30余公里，全網(wǎng)提供IPv4/IPv6雙棧協(xié)議支持。完成了校內(nèi)圖書(shū)館、教學(xué)樓、辦公樓及宿舍無(wú)線校園網(wǎng)部署，共計(jì)部署無(wú)線接入點(diǎn)1 300余臺(tái)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

校園網(wǎng)總出口累計(jì)帶寬1.5 Gbps，分別為中國(guó)教育網(wǎng)100 Mbps、中國(guó)聯(lián)通400 Mbps、中國(guó)電信相連800 Mbps，并以1 Gbps帶寬接入中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)CNGI。學(xué)校校園網(wǎng)每日上網(wǎng)高峰存在于晚間21：00至23：00時(shí)間段內(nèi)，根據(jù)SAM計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，校內(nèi)注冊(cè)用戶在17 848人，高峰期間平均在線人數(shù)在7 000人左右，原有的校園網(wǎng)出口帶寬從2010年的600 Mbps擴(kuò)充到如今的1.5 Gbps，仍然不能滿足用戶的需求，學(xué)生和教職工普遍反映上網(wǎng)體驗(yàn)差，尤其是晚間高峰基本的網(wǎng)頁(yè)瀏覽都無(wú)法保障。為了緩解出口帶寬的用戶下載壓力，校內(nèi)通過(guò)建設(shè)BT資源站進(jìn)行緩解。

根據(jù)當(dāng)前校園網(wǎng)出口情況，可優(yōu)化部分包括出口流控策略配置細(xì)化、出口多鏈路負(fù)載均衡、更加靈活的外網(wǎng)資源緩存以及為了提升整體管理水平需要的豐富靈活的日志記錄和查詢功能等等，這些都可以作為潛在的優(yōu)化點(diǎn)。

2 網(wǎng)絡(luò)出口優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

2.1 細(xì)化流控策略

流控策略將主要的三類角色分開(kāi)，分別是校內(nèi)的辦公用戶、學(xué)生以及機(jī)房和部分代理服務(wù)器，其他作為特殊角色出現(xiàn)。針對(duì)校內(nèi)主要三類用戶角色定義了六種會(huì)話限制，分別為：學(xué)生一般、學(xué)生高峰、辦公一般、辦公高峰、服務(wù)器會(huì)話及非重要服務(wù)器會(huì)話。

協(xié)議的定制，根據(jù)我們的主體流控思想，大致將用戶應(yīng)用分為三大類：普通網(wǎng)頁(yè)瀏覽、P2P下載、在線流媒體，具體配置，如圖1所示。

三大類應(yīng)用的分法是有依據(jù)的，首先網(wǎng)頁(yè)瀏覽等關(guān)鍵應(yīng)用重點(diǎn)保障；其次，作為P2P下載這種極占帶寬的應(yīng)用要在高峰的時(shí)間段進(jìn)行控制；最后，在線流媒體作為一種輔助應(yīng)用出現(xiàn)，用戶對(duì)視頻觀看的體驗(yàn)需求介于HTTP瀏覽和P2P下載之間，所以其作為一種可調(diào)控的應(yīng)用協(xié)議出現(xiàn)，即在出口帶寬壓力能夠承受時(shí)可通過(guò)放寬流媒體協(xié)議控制提升用戶體驗(yàn)，而出口帶寬壓力過(guò)大時(shí)可通過(guò)縮緊流媒體協(xié)議保障HTTP應(yīng)用。

將上面所述的多種對(duì)象條件進(jìn)行組合控制，最終形成策略中心配置，如圖2所示（部分策略）。

根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，流控通道配置將出口的1.3 Gbps作為了一個(gè)共享通道存在，而三種主要用戶角色作為多個(gè)VC存在，多個(gè)VC內(nèi)用戶共享1.3 Gbps的出口帶寬，但是通過(guò)最大帶寬的限制可以做到對(duì)特定用戶群的流量上限控制。對(duì)學(xué)生組內(nèi)用戶的每用戶最大帶寬限制可以避免出現(xiàn)帶寬分配嚴(yán)重差異的狀況。

在流控通道針對(duì)協(xié)議和VC的流控策略進(jìn)行匹配，如圖3所示。

限制每學(xué)生用戶最大帶寬4 Mbps，這里我們將P2P下載和流媒體協(xié)議作了最大每用戶帶寬3 Mbps的限制，即保證每用戶可以有1 Mbps的剩余帶寬來(lái)負(fù)擔(dān)HTTP應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)應(yīng)用的保障，而3 Mbps由用戶自己支配，P2P下載和流媒體兩者孰快孰慢完全取決于用戶個(gè)人使用，但是無(wú)論如何都不會(huì)搶占關(guān)鍵應(yīng)用帶寬。

2.2 出口路由優(yōu)化

根據(jù)東財(cái)出口的實(shí)際情況，分別接入三個(gè)運(yùn)營(yíng)商，開(kāi)啟智能DNS將學(xué)校主頁(yè)服務(wù)器地址、VPN虛擬專用網(wǎng)地址做了智能DNS從而加速非教育網(wǎng)用戶的訪問(wèn)速度，這是由外向內(nèi)的“疏導(dǎo)”，能夠提升用戶訪問(wèn)校內(nèi)資源的體驗(yàn)。

出口路由設(shè)備開(kāi)啟多鏈路負(fù)載均衡功能之前，原有三條鏈路負(fù)載嚴(yán)重失衡，如圖4所示。

出口路由設(shè)備開(kāi)啟多鏈路負(fù)載均衡功能之后，三條鏈路負(fù)載嚴(yán)重失衡狀況得到極大改觀，如圖5所示。

東北財(cái)經(jīng)大學(xué)出口流量監(jiān)控

2.3 出口緩存設(shè)備

緩存設(shè)備在東財(cái)以集群方式部署，且與大連海事大學(xué)的Cache設(shè)備組成云資源平臺(tái)，目前系統(tǒng)旁路運(yùn)行，安全、方便，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無(wú)影響，也不存在單點(diǎn)故障。

吞吐比例如圖6所示。

至文章完成時(shí)峰值服務(wù)流量已經(jīng)突破600 Mbps，這對(duì)于我們的校園網(wǎng)出口來(lái)說(shuō)相當(dāng)于又增加了一半的出口帶寬，平時(shí)服務(wù)流量也均在300 Mbps至400 Mbps之間，這無(wú)疑極大地緩解了出口壓力。

并發(fā)用戶數(shù)如圖7所示。

通過(guò)用戶數(shù)統(tǒng)計(jì)，可以看到最大并發(fā)用戶數(shù)在8 k左右，而同時(shí)命中用戶數(shù)在5 k，占總?cè)藬?shù)的60%以上，命中率同樣讓人驚喜。

3 結(jié) 語(yǔ)

方案改動(dòng)測(cè)試一段時(shí)間以來(lái)，東北財(cái)經(jīng)大學(xué)校園網(wǎng)在多種設(shè)備的幫助下，合理利用各種“疏”和“堵”的手段，目前出口帶寬高峰穩(wěn)定在1.2 Gbps左右，以前經(jīng)常由于出口擁堵造成的網(wǎng)管員尷尬的情況已經(jīng)不復(fù)存在，東北財(cái)經(jīng)大學(xué)校園網(wǎng)走上了一條信息化的“高速公路”。

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