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1、校园网流量多维度行为分析及优化 作者：公绪晓，尚群，付中南，钱杰 报告人：公绪晓 北京大学计算中心 CERNET 2016，重庆 2016年10月27日 2016/10/182 介绍提纲 1 引言 2 校园网高带宽占用比网络协议的流量特征 3 时间维度总体流量趋势分析 4 区域维度流量行为分析 5 接入维度流量行为分析 6 链路维度流量行为分析 7 校园网出口流量优化策略 一 引言 高带宽需求的网络应用使校园网出口带宽拥 塞的压力不断增大 在线视频网站、云存储、P2P 有线无线一体化部署在校园网中不断推进， 用户大规模从有线迁移到无线，其流量行为 方式随之转变 针对P2P协议的以IP为单位的粗
2、粒度流控 策略难以适应当前变化中的校园网流量环境 2016/10/183 二 校园网高带宽占用比网络协议的流量特征 根据2016.5.14- 2016.6.14校园网出口 流量日平均值数据，目前 流量占校园网入带宽前5 位的网络协议如表1所示 协议类型入带宽百分比/% HTTP_Streaming19.9 HTTP DownloadManager7.4 Thunder5.6 Undefined4.4 HTTP_Browsing3.8 2016/10/184 表1 校园网入带宽TOP5协议 在线视频应用的流量特征 2016/10/185 在线视频应用的流量特征 HTTP Streaming下载的
3、峰值速率比较高，呈现离散 的脉冲波形 HTTP Streaming是非对称协议，下载速率约为上传 的23-26倍 不同在线视频网站呈现的流量特征略有不同 在视频播放中间切换清晰度时，流量脉冲的峰值出现成 倍的波动，峰值之间的平静期随清晰度的提升缩短 无线网移动流媒体的流量特征与有线网相似 2016/10/186 HTTP Download Manager流量特征 2016/10/187 HTTP Download Manager流量特征 流量特征为下载开始时流量迅速攀升到峰值并 随后保持稳定的下载速率直到文件下载结束 流量是对称的，既有上传也有下载，且上下行 的速率都很高 2016/10/18
4、8 P2P协议的流量特征 2016/10/189 P2P协议的流量特征 在下载的初始阶段，并发连接数迅速达到峰值，随后迅 速下降并逐渐稳定 下载流量逐步增长，直到文件下载结束时，下载流量达 到峰值 上传流量在文件下载结束后继续增长，直到关闭迅雷 P2P是一种对称流量，在下载数据的同时，使用相当 的带宽上传数据 使用向多个IP并发多个连接的方法不断扩展带宽 2016/10/1810 三 时间维度总体流量趋势分析 校园网出口的 流量协议分布 发生了明显的 改变。入带宽 占比前5的协 议从2015.9 到2016.5的 变化见表2 2016/10/1811 协议 20159占总带宽百 分比/% 20
5、16.5占总带宽百 分比/% 增加百分比/% HTTP_Streaming17.819.61.8 HTTP DownloadManager 6.16.70.6 Thunder5.95.5-0.4 HTTP_Browsing4.84.1-0.7 HTTP_File_Transfer3.72.4-1.3 表2 2015.9与2016.5入带宽前5位协议对比 时间维度总体流量趋势分析 入带宽占比前四位的协议在2016.6.1当日的时 间分布规律 2016/10/1812 时间维度总体流量趋势分析 校园网用户入带宽资源使用统计分布律符合幂律分布 y-用户入带宽占总入带宽的百分比 k-用户入带宽排名 y
6、呈幂指数单调递减函数，随k增加快速衰减。 在双对数坐标下, 幂律分布表现为一条斜率为幂指数的负数 的直线, 这一线性关系是判断随机变量是否满足幂律的依据 2016/10/1813 时间维度总体流量趋势分析 2016/10/1814 时间维度总体流量趋势分析 校园网用户使用带宽资源的情况非常不均衡: 排名百分比分布函数为: 2016/10/1815 xk-用户入带宽排名百分比， n-为用户总数。 1%用量最多的用户使用了校园网入流量的54% 4%的用户使用80%的流量 20%的用户几乎使用了校园网的全部入流量 区域维度流量行为分析 2016/10/1816 区域维度流量行为分析 公共区域无线流量
7、的峰值波动最为剧烈,可能与 公共区域人群的短时间聚集或离开有关 宿舍区无线流量则相对平稳 根据不同区域流量的时间特征，需要制定差异 化的流量时间控制策略 2016/10/1817 区域维度流量行为分析 2016/10/1818 图7 不同区域有线、无线主要网络协议入带宽百分比分布 区域维度流量行为分析 区域无线维度: 流媒体视频和迅雷下载偏好度最高的是宿舍区用户，最低的是教 学区用户 文件下载和移动流媒体偏好度最高的是公共区域用户 Baidu web偏好度最高的是教学区用户 HTTP Browsing偏好度最高的是办公区用户 几种常见的在线视频应用中，办公区用户对腾讯视频的偏好度最 高，公共区
8、域、教学区用户偏好度较高的是优酷视频，宿舍区的 用户偏好度则比较均衡 2016/10/1819 接入维度流量行为分析 校园网同一区域的有线和无线用户因接入方式 不同，其流量特征有较大差别 从时间分布来看： 宿舍区的有线和无线流量时间分布特征基本一致 办公区18:00-8:00之间的流量无线比有线下降的 幅度和趋势更为明显 2016/10/1820 接入维度流量行为分析 从用户协议偏好度： 同一区域无线用户对流媒体、文件下载和HTTP Browsing 的偏好度高于有线用户。 使用迅雷下载方面，宿舍区的有线用户比无线用户偏好度高， 办公区则完全相反。 在线视频应用方面，办公区无线用户偏好腾讯视频
9、，有线用户 偏好迅雷看看，而在宿舍区，无线用户偏好度比较均衡，有线 用户偏好迅雷看看。 随着有线无线一体化部署的实施，无线用户的比例不断 增加，流媒体、文件下载等高带宽需求应用对带宽的占 用比会进一步提高 2016/10/1821 链路维度流量行为分析 2016/10/1822 图8 不同链路主要网络协议入带宽百分比分布 链路维度流量行为分析 HTTP Streaming和HTTP Download Manager、 迅雷是4条链路偏好度都比较高的协议 链路的协议分布呈现出较大的差异性： 教育网链路偏好度较高的是文件传输类与HTTPS协议 联通链路BITS与直播和游戏类协议占比较高 电信链路中
10、加密、游戏和P2P下载占比较高 电信通链路中视频流媒体和P2P下载占比较高 因此对出口各条链路，特别是拥堵链路，需要根据其不同的协议 流量分布特征，制定差异化的流量优化策略 2016/10/1823 校园网出口流量优化策略 (1). 根据校园网用户入带宽资源使用统计分布呈幂律 分布的特征，需要制定更公平合理的单IP带宽分配机 制，使流量分布趋于均衡 (2). 协议方面： HTTP Streaming的流量优化需要在流媒体下载速率与用户 播放体验QoE之间取得平衡 保障VOIP、视频直播等对延迟和抖动敏感的应用 根据时间特征限制P2P流量 对其他高带宽占用比流量如HTTP Download Ma
11、nager等 根据时间和区域特征进行差异化优先级设定，根据优先级分配 带宽 2016/10/1824 校园网出口流量优化策略 (3). 时间维度： 对带宽占比较大的下载类协议根据其时间分布特征执行差异化 的时间控制策略 对网页浏览等办公属性的流量保障白天时段的带宽 适当限制流媒体等娱乐性流量白天时段的带宽占比，在夜间则 不做限制 实验显示，时间维度优化策略可以有效提升用户白天工作时段 网页浏览的体验 2016/10/1825 校园网出口流量优化策略 (4). 区域维度： 对不同区域根据其协议偏好度，制定区域差异化的流控策略 (5). 链路维度： 根据不同ISP链路的带宽利用情况，对不同链路相同
12、协议类型执 行不同的限速策略 在拥塞线路针对某些高带宽占用协议如P2P、HTTP Download Manager协议采用比其他链路更严格的流控策略 实验显示，链路维度优化策略可以有效缓解拥塞线路的拥塞情况 ，充分利用非拥塞线路的带宽 2016/10/1826 校园网出口流量优化策略 (6). 对校园网的重要服务如SMTP、DNS和VPN等提 供带宽保障 (7). 加大Cache缓存服务的部署力度 对流媒体和下载这两种带宽占用比最高的协议提供缓存 在拥塞的ISP线路上对Cache服务器提供带宽保障 实验显示，该策略可以大大缓解出口拥塞，提高Cache服务器 在拥塞线路的上下行速率，从而进一步提高Cache服务的性能 2016/10/1827 汇报完毕，谢谢大家 ！