校园网流量多维度行为分析及优化

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1、校园网流量多维度行为分析及优化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，钱杰作者：公绪晓，尚群，付中南，钱杰报告人：公绪晓报告人：公绪晓北京大学计算中心北京大学计算中心CERNET 2016，重庆，重庆2016年年10月月27日日介绍提纲1引言引言2校园网高带宽占用比网络协议的流量特校园网高带宽占用比网络协议的流量特征征3时间维度总体流量趋势分析时间维度总体流量趋势分析4区域维度流量行为分析区域维度流量行为分析5接入维度流量行为分析接入维度流量行为分析6链路维度流量行为分析链路维度流量行为分析7校园网出口流量优化策略校园网出口流量优化策略2024/8/182一 引言高带宽需求的

2、网络应用使校园网出口带宽拥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，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，其流量行为用户大规模从有线迁移到无线，其流量行为方式随之转变方式随之转变针对针对P2P协议协议的的以以IP为单位的粗粒度流控为单位的粗粒度流控策略难以适应当前变化中的校园网流量环境策略难以适应当前变化中的校园网流量环境2024/8/183二 校园网高带宽占用比网络协议的流量特征根据根据校园网出口流量日平校园网出口流量日平均值数据均值数据，目前流量占校目前流量占校园网入

3、带宽前园网入带宽前5位的网络位的网络协议如表协议如表1所示所示协议类型入带宽百分比/%HTTP_Streaming19.9HTTP DownloadManager7.4Thunder5.6Undefined4.4HTTP_Browsing3.8表1 校园网入带宽TOP5协议2024/8/184在线视频应用的流量特征2024/8/185在线视频应用的流量特征HTTP Streaming下载的峰值速率比较高，呈现离散下载的峰值速率比较高，呈现离散的脉冲波形的脉冲波形HTTP Streaming是非对称协议，下载速率约为上传是非对称协议，下载速率约为上传的的23-26倍倍不同在线视频网站呈现的流量特

4、征略有不同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倍的波动，峰值之间的平静期随清晰度的提升缩短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无线网移动流媒体的流量特征与有线网相似的流量特征与有线网相似2024/8/186HTTP Download Manager流量特征流量特征2024/8/187HTTP Download Manager流量特征流量特征流量特征为下载开始时流量迅速攀升到峰值并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随后保持稳定的下载速

5、率直到文件下载结束流量是对称的，既有上传也有下载，且上下行流量是对称的，既有上传也有下载，且上下行的速率都很高的速率都很高2024/8/188P2P协议的流量特征协议的流量特征2024/8/189P2P协议的流量特征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

6、用相当是一种对称流量，在下载数据的同时，使用相当的带宽上传数据的带宽上传数据使用向多个使用向多个IP并发多个连接的方法不断扩展带宽并发多个连接的方法不断扩展带宽2024/8/1810三三 时间维度总体流量趋势分析时间维度总体流量趋势分析校园网出口的校园网出口的流量协议分布流量协议分布发生了明显的发生了明显的改变。入带宽改变。入带宽占比前占比前5的协的协议从议从2015.9到到2016.5的的变化见表变化见表2协议20159占总带宽百分比/% 2016.5占总带宽百 分比/%增加百分比/%HTTP_Streaming17.819.61.8HTTP DownloadManager6.16.70.6

7、Thunder5.95.5-0.4HTTP_Browsing4.84.1-0.7HTTP_File_Transfer3.72.4-1.3表表2 2015.9与与2016.5入带宽前入带宽前5位协议对比位协议对比2024/8/1811时间维度总体流量趋势分析时间维度总体流量趋势分析入带宽占比前四位的协议在入带宽占比前四位的协议在当日的时间分布当日的时间分布规律规律2024/8/1812时间维度总体流量趋势分析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用户入带宽占总入带宽的百分比k-用户入带宽

8、排名用户入带宽排名y呈幂指数单调递减函数，随呈幂指数单调递减函数，随k增加快速衰减。增加快速衰减。在双对数坐标下在双对数坐标下, 幂律分布表现为一条斜率为幂指数的负数幂律分布表现为一条斜率为幂指数的负数的直线的直线, 这一线性关系是判断随机变量是否满足幂律的依据这一线性关系是判断随机变量是否满足幂律的依据 2024/8/1813时间维度总体流量趋势分析时间维度总体流量趋势分析2024/8/1814时间维度总体流量趋势分析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排名百分比分布函数为:xk-用户入带宽排名百分比，n

9、-为用户总数。1%用量最多的用户使用了校园网入流量的用量最多的用户使用了校园网入流量的54%4%的用户使用的用户使用80%的流量的流量20%的用户几乎使用了校园网的全部入流量的用户几乎使用了校园网的全部入流量2024/8/1815区域维度流量行为分析区域维度流量行为分析2024/8/1816区域维度流量行为分析区域维度流量行为分析公共区域无线流量的峰值波动最为剧烈公共区域无线流量的峰值波动最为剧烈,可能与可能与公共区域人群的短时间聚集或离开有关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，需要制定差异根据不同区域流量的时间特征，需

10、要制定差异化的流量时间控制策略化的流量时间控制策略2024/8/1817区域维度流量行为分析区域维度流量行为分析 图7 不同区域有线、无线主要网络协议入带宽百分比分布2024/8/1818区域维度流量行为分析区域维度流量行为分析区域无线维度区域无线维度: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偏好度最高

11、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，公共区域、教学区用户偏好度较高的是优酷视频，宿舍区的高，公共区域、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用户偏好度则比较均衡2024/8/1819接入维度流量行为分析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不同，其流量特征有较大差别从时间分布来看从时间分布来看：宿舍区的有线和无线流量时间分布特征基本一致宿舍区的有线和无线流量时间分布特征基本一致办公区办公区1

12、8:00-8:00之间的流量无线比有线下降的之间的流量无线比有线下降的幅度和趋势更为明显幅度和趋势更为明显2024/8/1820接入维度流量行为分析接入维度流量行为分析从用户协议偏好度从用户协议偏好度：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。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，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。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，有线用户在线视频应用方面，办公区无线用户偏好腾讯视频，有线用户偏好

13、迅雷看看，而在宿舍区，无线用户偏好度比较均衡，有线偏好迅雷看看，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。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用比会进一步提高2024/8/1821链路维度流量行为分析链路维度流量行为分析图8 不同链路主要网络协议入带宽百分比分布2024/8/1822链路维度流量行为分析链路维度流量行为分析HTTP Streaming和和HTTP Download Manag

14、er、迅雷是迅雷是4条链路偏好度都比较高的协议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：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教育网链路偏好度较高的是文件传输类与HTTPS协议协议联通链路联通链路BITS与直播和游戏类协议占比较高与直播和游戏类协议占比较高电信链路中加密、游戏和电信链路中加密、游戏和P2P下载占比较高下载占比较高电信通链路中视频流媒体和电信通链路中视频流媒体和P2P下载占比较高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

15、优化策略流量分布特征，制定差异化的流量优化策略2024/8/1823校园网出口流量优化策略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分布的特征，需要制定更公平合理的单IP带宽分配机带宽分配机制，使流量分布趋于均衡制，使流量分布趋于均衡(2). 协议方面：协议方面：HTTP Streaming的流量优化需要在流媒体下载速率与用户的流量优化需要在流媒体下载速率与用户播放体验播放体验QoE之间取得平衡之间取得平衡保障保障VOIP、视频直播等对延迟和抖动敏感的应用、视频直播等对延迟和抖动敏感的应

16、用根据时间特征限制根据时间特征限制P2P流量流量对其他高带宽占用比流量如对其他高带宽占用比流量如HTTP Download Manager等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带宽2024/8/1824校园网出口流量优化策略校园网出口流量优化策略(3). 时间维度：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

17、流量白天时段的带宽占比，在夜间则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网页浏览的体验2024/8/1825校园网出口流量优化策略校园网出口流量优化策略(4). 区域维度：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：链路维度：根据不同根据不同ISP链路的带宽利用情况，对不同链路相同协议类型执链路的带宽利用情况，对不同链路相同协议类型执行不同的限速策略行不同

18、的限速策略在拥塞线路针对某些高带宽占用协议如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，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充分利用非拥塞线路的带宽2024/8/1826校园网出口流量优化策略校园网出口流量优化策略(6). 对校园网的重要服务如对校园网的重要服务如SMTP、DNS和和VPN等提等提供带宽保障供带宽保障(7). 加大加大Cache缓存服务的部署力度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在拥塞的ISP线路上对线路上对Cache服务器提供带宽保障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，提高实验显示，该策略可以大大缓解出口拥塞，提高Cache服务器服务器在拥塞线路的上下行速率，从而进一步提高在拥塞线路的上下行速率，从而进一步提高Cache服务的性能服务的性能2024/8/1827汇报完毕，谢谢大家！