最大最小公平性原則分配帶寬

最大最小公平性原則分配帶寬給企業(yè)局域網接入光纖高速帶寬后，老板們通常以為這就夠了，理所當然地認為上網業(yè)務效率會大幅提升。事實上，很多企業(yè)的老問題還是存在，網絡帶寬不足、網絡擁堵的問題并沒有隨接入帶寬的提升而明顯改善。為此有不少網管背黑鍋，成為老板和員工的“夾心層”，里外不是人，員工怨聲載道，老板指指點點。因此，網管員們必須要徹查帶寬浪費原因，解決帶寬問題，才能擺脫尷尬的困境。接入帶寬充足而上網速度不快，往往是帶寬發(fā)生了不公平分配的情況。帶寬“貧富不均”，少數(shù)人壟斷了高速帶寬，搶占了大量流量，其他大部分員工上網速度必然慢的像蝸牛。那少數(shù)人通過什么方式能搶奪這么多的帶寬資源呢？顯然不是他們顯赫的權利和背景，而是他們的一些不合理上網行為導致的。所有消耗單位上網帶寬、影響網絡性能的諸多網絡應用中，以P2P下載、P2P視頻對網絡資源的侵占最為嚴重，尤其是國內當前應用最廣的迅雷、BT、電驢、酷狗、QQiive等P2P軟件，在其傳輸?shù)倪^程中可以無限制地占用單位的網絡資源，從而導致企業(yè)基本的網頁訪問、收發(fā)電子郵件都變得極為困難。那么，要解決局域網上網慢，就必須限制占用帶寬資源太多的電腦，具體來說就是要封堵P2P下載，禁止在線視頻，限制網速。河南管理軟件企業(yè)局域網管理軟件可以幫助網管解決上網慢的難題。只需要在管理員電腦或服務器部署安裝而不需要對員工端做任何設置就可以完全封堵P2P下載流媒體下載，精確分配帶寬資源，保證公司業(yè)務正常運轉。1.下載封堵P2P限制功能可以有效識別高達30余種國內最流行的P2P軟件，可以有效進行迅雷下載限制、限制電驢下載、禁止BT下載、限制比特精靈下載、監(jiān)控酷狗音樂限制QQiive、限制PPIive、限制PPStream、禁止快車下載、限制QQ旋風下載、禁止沸點網絡電視、限制快播、限制UUsee等所有流行的P2P下載軟件和P2P視頻軟件。進入策略點開P2P下載勾選相應下載工具即可。2.在線視頻封堵可以有效限制各種在線視頻、網絡電視、在線游戲。針對當前觀看在線視頻、網頁視頻、玩在線游戲的現(xiàn)象日漸普遍，互普河南管理軟件威盾系統(tǒng)集成了對當前所有主流的大型視頻網站、在線游戲站點的控制，從而可以遏制局域網用戶使用公司帶寬觀看各種網頁視頻、在線視頻和玩在線游戲的行為。進入策略點開P2P下載，勾選想要封堵的在線視頻項目。3.帶寬限制可以限制局域網電腦的上網速度，并且可以針對電腦的上下行帶寬進行分別的限制，防止個別電腦過量占用帶寬而影響局域網其他人、正常的業(yè)務行為。同時，河南管理軟件系統(tǒng)還可以針對電腦的上網流速和上網流量進行深入的分析，從而可以輔助網管人員分析單位內部局域網的網絡狀況、網絡傳輸內容等，進一步強化對局域網上網流量的控制。直接的帶寬限制功能同樣也只要在策略當中勾選就可以可見，管理軟件能夠輕松實現(xiàn)企業(yè)上網管理要求，沒有網絡技術基礎的老板也能很快上手應用管理。除了帶寬管理之外，河南管理軟件考慮到局域網上網管理的各個方面，完全實現(xiàn)各種網絡游戲的嚴格封堵，可以禁止員工上班時間登陸各種股票軟件、禁止訪問股票網站，并能記錄上網網址；針對熱愛社交聊天的員工，河南管理軟件獨家實現(xiàn)了qq、MSN、阿里旺旺、skype等聊天軟件的智能限制管理；河南管理軟件還著眼于企業(yè)的網絡安全問題，能限制員工私自修改IP地址、mac地址，可以隔離外來電腦接入，檢測arp攻擊等等。相關的知識：1:網絡延時一個信號在它的發(fā)送和它的最后接受之間存在一個延遲,每個網絡都受這個延遲的支配.由于網絡的復雜性,網絡流量的動態(tài)變化和網絡路由的動態(tài)選擇,網絡延時隨時都在不停的變化（抖動）.影響延時的因素:（1） 路由的跳數(shù)（每次路由轉發(fā)需要時間）（2） 網絡的流量（流量越大,交換機和路由器排隊的時間就長）2:帶寬(1)電磁波的速度傳播速度:不管是電信號,還是光信號,只要進入線路后,就能夠進行快速的傳播.單位是m/s/傳播速度只與傳播介質有關.不同的傳播介質中的信號的傳播速度幾乎等于常量,不論數(shù)據發(fā)送裝置以多快的發(fā)送速度讓數(shù)據以信號的形式進入線路,在線路中的信號傳播速度幾乎不變.(2)數(shù)據發(fā)送速度帶寬其實表示數(shù)據的發(fā)送速度,比如百兆網卡表示網卡的最大發(fā)送速度為100Mbps.影響發(fā)送速度的素主要有2個:a:傳輸頻率:數(shù)據發(fā)送裝置將二進制信號傳送至線路的能力，以及另一端的數(shù)據接收裝置對二進制信號的能力.需要注意信號的接收能力至關重要,如果接受能力跟不上,則發(fā)送能力不可能提高,b:數(shù)據傳輸介質的并行度,等價于計算機系統(tǒng)總線寬度的概念，比如64位的計算機系統(tǒng)表示同一時刻可以傳輸64位數(shù)據要提高計算機總線的帶寬,包括提高總線頻率和總線寬度.另外也需要注意信號在傳輸介質中的衰減,所以這也是為什么光纖傳播能力強的原因.(3)限制帶寬的原因:交換機存儲轉發(fā)機制:web站點服務器托管在某IDC，通過將其連接到某個交換機，從而接入互聯(lián)網.交換機從連接服務器的端口接收數(shù)據,存儲到交換機內部的高速緩沖區(qū)隊列中,然后將其從連接路由器的端口發(fā)送出去,再經過路由器的轉發(fā),進入另一網絡.交換節(jié)點的出口帶寬:所有數(shù)據匯集到路由器的轉發(fā)隊列,路由器按照轉發(fā)隊列的順序交錯地發(fā)送這些來之不同主機的數(shù)據,轉發(fā)的發(fā)送速度必定小于所有從路由器發(fā)出去的數(shù)據發(fā)送速度.因為帶寬是有限的,所以互聯(lián)網運營商一般會在基礎交換節(jié)點上設置關卡,也就是限制數(shù)據從你的主機流入路由器轉發(fā)隊列的速度,而只要流入路由器轉發(fā)隊列的速度都會按照路由器的出口帶寬,流入其他網絡.(4)共享和獨享帶寬(5)下載速度單位時間內從服務器到達用戶pc的數(shù)據量多少,一般用數(shù)據量字節(jié)數(shù)多少來描述,單位為Bytes/s數(shù)據從服務器開始發(fā)送直到完全到達用戶PC的這段時間稱為響應時間.響應時間=發(fā)送時間+傳播時間+處理時間.發(fā)送時間=數(shù)據量/帶寬,總的發(fā)送時間也包括多個節(jié)點之間數(shù)據轉發(fā)花費的時間傳播時間主要依賴于傳播距離.處理時間表示數(shù)據在交換節(jié)點中為存儲裝發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間,主要組成部分就是數(shù)據在緩沖區(qū)隊列中排隊所花費的時間.處理時間的多少取決于數(shù)據流經各交換節(jié)點所在網絡的數(shù)據通信量,往往是不可預測的,計算比較復雜.響應時間=(數(shù)據量比特數(shù)/帶寬)+(傳播距離/傳輸速度)+處理時間下載速度=數(shù)據量字節(jié)數(shù)/響應時間(6)響應時間的計算web服務器托管在某互聯(lián)網數(shù)據中心(IDC)，以10M獨享帶寬的方式接入互聯(lián)網，位于江蘇的用戶通過小區(qū)提供的1M獨享帶寬方式接入互聯(lián)網?用戶下載一個100MB的文件,假如僅僅只有2個交換節(jié)點服務器發(fā)送時間=800Mbit/(10Mbit/s)=80s用戶PC接入的交換節(jié)點到用戶PC的發(fā)送時間為800Mbit/(1Mbit/s)=800s這二個交換節(jié)點都在所在城市的城域網頂級節(jié)點并且通過光纜連接,帶寬假設為40G.發(fā)送時間=800Mbit/(40Gbit/s)=0.02s?傳播時間，北京到江蘇的距離大概1000km,傳播時間大概0,005s?則忽略處理時間，響應時間大概為880.025s?下載速度則為113.KB/s但是一般由于IDC設計的問題,交換節(jié)點可能有多個,但是這些節(jié)點（基礎節(jié)點和骨干節(jié)點有較高的帶寬）制約實際的下載速度因素:a:共享帶寬以及網絡通信數(shù)據量過大時,交換節(jié)點中的數(shù)據在轉發(fā)隊列的等待時間較長.b:pc網卡接受數(shù)據到內存后,完成數(shù)據接收,但是需要將數(shù)據寫入到磁盤才會進行下一次接收數(shù)據的調用,可能在系統(tǒng)調用過程中會有暫停.（7）互聯(lián)互通如果服務器和用戶PC處于不同運營商的互聯(lián)網中,那么無論是否在同一個城市,數(shù)據都必須經過兩個互聯(lián)網運營商之間的互聯(lián)節(jié)點,節(jié)點的帶寬將很麻煩.選擇IDC的時候要考慮出口帶寬以及與骨干網絡是否直連,如果要同時為多個互聯(lián)網運營商的網絡的用戶提供服務,需要考慮出口節(jié)點與運營商互聯(lián)節(jié)點的帶寬.3:下行帶寬ADSL技術是一種不對稱數(shù)字用戶線實現(xiàn)寬帶接入互連網的技術,ADSL作為一種傳輸層的技術，充分利用現(xiàn)有的銅線資源，在一對雙絞線上提供上行640kbps（理論上行1Mbps）下行8Mbps的帶寬?從而克服了傳統(tǒng)用戶在"最后一公里啲"瓶頸",實現(xiàn)了真正意義上的寬帶接入.現(xiàn)在的所謂加大帶寬,提速網絡,其實本上是一種掩人耳目的做法,理論上只有改變傳輸介質,更換網鏈路拓撲結構絡協(xié)議才能使得現(xiàn)有的帶寬加大,而現(xiàn)在的雙絞線和主要協(xié)議TCP/IP已經使用很久了,基本上沒有辦法再提供它們的通訊質量,所以只能在犧牲上行帶寬的前提下加大網絡帶寬,即把上傳的帶寬劃撥一部分給下行帶寬,而普通用戶很少用的上行帶寬.4:多核和多路其中的多路指服務器物理CPU的數(shù)量，也就是服務器主板上CPU插槽的數(shù)量?而多核處理器,是在一顆物理CPU內部封裝了兩個或更多CPU核心,其好處在于能夠讓用戶在成本增加不多的前提下,擁有更強勁的性能。而且多核處理器能夠比較顯著地降低性能功耗比Iperf是一個網絡性能測試工具。Iperf可以測試最大TCP和UDP帶寬性能。Iperf具有多種參數(shù)和UDP特性，可以根據需要調整。Iperf可以報告帶寬，延遲抖動和數(shù)據包丟失。Reno是目前應用最廣泛且較為成熟的算法。該算法所包含的慢啟動、擁塞避免和快速重傳、快速恢復機制，是現(xiàn)有的眾多算法的基礎。慢啟動與擁塞避免TCP發(fā)送端采用慢啟動和擁塞避免算法來控制向網絡輸送的數(shù)據量。為了實現(xiàn)這些算法，必須向TCP每個連接狀態(tài)加入3個參量：擁塞窗口(cwnd)，如前所述，它是對發(fā)送端收到確認(ACK)之前能向網絡傳送的最大數(shù)據量的一個發(fā)送端的限制。接收端通知窗口(rwnd)，它是對未完成數(shù)據量的接收端的限制，cwnd和rwnd的最小值決定了數(shù)據傳送。慢啟動閥值(ssthresh)，被用來確定是用慢啟動還是用擁塞避免算法來控制數(shù)據傳送，具體用法如下：當cwndvssthresh時使用慢啟動算法；cwnd>ssthresh時使用擁塞避免算法；當cwnd=ssthresh時，發(fā)送端既可以使用慢啟動也可以使用擁塞避免。ssthresh的初始值可以任意大(比如，一些實現(xiàn)中使用接收端通知窗口的尺寸)，但是一旦對擁塞響應之后，其大小可能會被減小。在不清楚網絡環(huán)境的情況下向網絡傳送數(shù)據，要求TCP緩慢地探測網絡以確定可用帶寬，以避免突然傳送大量數(shù)據而使網絡擁塞。為達此目的，在傳送開始時，采用了慢啟動機制，這個機制在修復了由重發(fā)定時器探測到的數(shù)據丟失之后也被采用。首先要確定的是cwnd的初始值IW(初始窗口大小)，這里規(guī)定它必須小于或等于2*SMSS字節(jié)而且不能大于兩個數(shù)據段。在慢啟動期間，每收到一個新的ACK,cwnd最多增長1。直到cwnd超過ssthresh或者檢測到擁塞時，停止執(zhí)行慢啟動算法，轉入擁塞避免階段。在擁塞避免期間，cwnd在每個ACK以l/cwnd(或每個RTT增加SMISS個字節(jié))的速度遞增。擁塞避免算法一直保持直到檢測出擁塞。等式(5.1.1)給出了一個在擁塞避免期間用來修正cwnd值的公式:cwnd+=l/cwnd(5.1.1)每收到一個非重復的ACK都采用等式(5.1.1)來調整cwnd。等式(5.1.1)用于近似擁塞避免算法的增長。在實現(xiàn)中，在擁塞避免期間常用公式:cwnd+=SMSS*SMSS/cwnd來修正cwnd的值，當SMSS*SMSS/cwnd<1時，cwnd+=1。另一種改進的方案是每當新的ACK到來時記下被新確認的字節(jié)數(shù)，然后cwnd就可增加相應字節(jié)數(shù)，這個增加的數(shù)目最多可達到SMSS字節(jié)。一旦TCP發(fā)送端使用重傳定時器檢測到包丟失時，ssthresh的值就如下設置:Ssthresh=max(FlightSize/2，2*SMSS)(5.1.2)式中，F(xiàn)ilghtSize是已發(fā)送但未收到ACK的數(shù)據的大小。在重發(fā)了丟失的數(shù)據段之后，cwnd必須被設置成LW(丟失窗口)，它等于一個滿尺寸數(shù)據段的大小。再發(fā)丟失的數(shù)據段之后，發(fā)送端起用慢啟動算法增長窗口直到該窗口大小增長到等于新設置的ssthresh值之后，又采用擁塞避免算法了。快速重傳與快速恢復當接收端收到一個失序的數(shù)據報時，會立即發(fā)回一個重復ACK，這個ACK的目的是告知發(fā)送端收到一個失序的數(shù)據報并說明其所期望的接受序號。從發(fā)送端的角度看，重復ACK可能是許多網絡問題引起的。首先，它們有可能是因為包丟失而引起。在此情況下，在此數(shù)據段之后的所有數(shù)據段都會觸發(fā)重復ACK。其次，重復ACK可能是由于網絡對數(shù)據段的重新排序引起的。最后，重復ACK有可能是ACK或數(shù)據段被網絡復制所引起的。此外，當接收端部分或完整地填補了序號空缺應立即發(fā)送一個ACK，這樣可以更及時地通知發(fā)送端，使其迅速從重發(fā)狀態(tài)中恢復過來。TCP發(fā)送端應該使用快速重傳算法來探測或者修復數(shù)據丟失，在收到3個重復ACK(即連續(xù)的4個相同的ACK，標志著1個數(shù)據段已丟失)時，TCP不等重傳定時器超時就立即重傳看來已丟失的數(shù)據段。此后起用快速恢復算法來進行新的數(shù)據傳輸，直到1個非重復ACK到達。下面是快速傳送/快速恢復算法的實現(xiàn):（1）當?shù)诙€重復ACK收到時，ssthresh根據等式（5.1.2）設值。（2）重傳丟失的數(shù)據段并將cwnd的值設置為ssthresh+3*SMSS，稱之為給擁塞窗口“充氣”。（3）此后對每個接收到一個重復ACK，將cwnd增大SMSS字節(jié)，這將人為地擴充擁塞窗口用以反映已經離開網絡的附加數(shù)據段。（4） 如果cwnd和接收端的通知窗口值允許的話，發(fā)送一個數(shù)據段。（5）當下一個確認新數(shù)據的ACK到達時，設定cwnd值為ssthresh（步驟1設置的值），這稱作給窗口“放氣”。這個ACK必須是步驟1觸發(fā)的重發(fā)引起的確認，重發(fā)之后一個RTT（在接收端有次序紊亂的數(shù)據段的情況下，它可能一會兒就到達）。另外，此ACK應該確認丟失數(shù)據段和第二個重復ACK期間的數(shù)據段，如果它們一個也沒有丟失的話。Reno算法的性能分析從Reno運行機制中很容易看出，為了維持一個動態(tài)平衡，必須周期性地產生一定量的丟失，再加上AIMD機制--減少快，增長慢，尤其是在大窗口環(huán)境下，由于一個數(shù)據報的丟失所帶來的窗口縮小要花費很長的時間來恢復，這樣，帶寬利用率不可能很高且隨著網絡的鏈路帶寬不斷提升，這種弊端將越來越明顯。公平性方面，根據統(tǒng)計數(shù)據，Reno的公平性還是得到了相當?shù)目隙?，它能夠在較大的網絡范圍內理想地維持公平性原則。數(shù)據鏈路控制協(xié)議也稱鏈路通信規(guī)程，也就是OSI參考模型中的數(shù)據鏈路層協(xié)議。鏈路控制協(xié)議可分為異步協(xié)議和同步協(xié)議兩大類。面向字符的同步協(xié)議是最早提出的同步協(xié)議，其典型代表是IBM公司的二進制同步通信（BinarySynchronousCommunication、BISYNC或BSC）協(xié)議，通常，也稱該協(xié)議為基本型協(xié)議。隨后，ANSI和ISO都提出類似的相應標準。ISO的標準稱為數(shù)據通信系統(tǒng)的基本型控制過程(BasicmodecontrolproceduresfordatacommunicationSystems)，即ISO1745標準。任何鏈路層協(xié)議均可由鏈路建立、數(shù)據傳輸和鏈路拆除三部分組成。為實現(xiàn)建鏈、拆鏈等鏈路管理以及同步等各種功能，除了正常傳輸?shù)臄?shù)據塊和報文外，還需要一些控制字符。BSC協(xié)議用ASC2或EBCDIC字符集定義的傳輸控制(TC)字符來實現(xiàn)相應功能。這些傳輸控制字符的標記、名稱及ASC2碼值和EBCDIC碼值見表3.1o各傳輸控制字符的功能如下：SOH(StartofHead)：序始或標題開始，用于表示報文(塊)的標題信息或報頭的開始。STX(StartofTEXT):文始，標志標題信息的結束和報文(塊)文本的開始。ETX(EndofText):文終，標志報文(塊)文本的結束。EOT(EndofTransmission):送畢，用以表示一個或多個文本塊的結束，并拆除鏈路。ENQ(Enquire):詢問，用以請求遠程站給出響應，響應可能包括站的身份或狀ACK(Acknowledge):確認，由接收方發(fā)出一肯定確認，作為對正確接收來自發(fā)送方的報文(塊)的響應。DLE(DataLinkEscape):轉義，用以修改緊跟其后的有限個字符的意義。用于在BSC中實現(xiàn)透明方式的數(shù)據傳輸，或者當10個傳輸控制字符不夠用時提供新的轉義傳輸控制字符。NAK(NegativeAcknowledge):否認，由接收方發(fā)出的否定確認，作為對未正確接收來自發(fā)送方的響應。SYN(Synchronous):同字符，在同步協(xié)議中，用以實現(xiàn)節(jié)點之間的字符同步，或用于在列數(shù)據傳輸時保持該同步。ETB(EndofTransmissionBlock):塊終或組終，用以表示當報文分成多個數(shù)據塊時，一個數(shù)據塊的結束。BSC協(xié)議將在鏈路上傳輸?shù)男畔⒎譃閿?shù)據報文和監(jiān)控報文又分為正向監(jiān)控和反向監(jiān)控兩種。每一種報文中至少包含一個傳輸控制字符，用以確定報文中信息的性質或實現(xiàn)某種控制作用。數(shù)據報文和文本組成。文本是要傳送的有用數(shù)據信息，而報文是與文本傳送及處理有關的輔助信息，報頭有時也右不用，對于不超過長度限制的報文可只用一個數(shù)據塊作為一個傳輸單位。接收方對于每一個收到的數(shù)據塊都要給予確認，發(fā)送方收到返回的確認后，才能發(fā)送下一個數(shù)據塊。BSC協(xié)議為數(shù)據塊格式可以有5種。BSC協(xié)議中所有發(fā)送的數(shù)據均跟在至少兩個SYT字符之后，以使接收方能實現(xiàn)字符同步。報頭字段用以說明數(shù)據文字段的包識別符（序號）及地址。所有數(shù)據塊在塊終限定符（ETX或ETB）之后不有塊驗字符BCC（BlockCheckCharracter），BCC可以是垂直奇偶校驗或16位CRC，校驗范圍自STX始，至ETX或ETB止。當發(fā)送的報文是二進制數(shù)據而不是字符串時，二進制數(shù)據中形同傳輸控制字符的比特串將會引傳輸混亂。為使二進制數(shù)據中允許與傳輸控制字符相同的數(shù)據（即數(shù)據的透明性），可在各幀中真正的傳輸控制字符（SYN除外）前加上DLE轉義字符，在發(fā)送時，若文本中也出現(xiàn)與DLE字符相同的二進制比特串，則可插入一個外加的DLE字符加以標記。在接收端則進行同樣的檢測，若發(fā)現(xiàn)單個的DLE字符，則知其后的DLE為數(shù)據，在進一步處理前將其中一個刪去。正、反向監(jiān)控報文有四種格式，如圖3-6所示。監(jiān)控報文一般由單個傳輸控制字符或由若干個其它字符引導的單個傳輸控制字符組成。引導字符統(tǒng)稱為前綴，它包含識別符（序號）、地址信息、狀態(tài)信息以及其它所需的信息。ACK和NAK監(jiān)控報文的作用，首先作為對先前所發(fā)數(shù)據塊是否正確接收的響應，因而包含識符（序號）；其次，用作對選擇監(jiān)控信息的響應，以ACK表示所選站能接收數(shù)據塊，而NAK表示不能接收。ENQ用作輪詢和選擇監(jiān)控報文，在多結構中，輪詢或選擇的站地址在ENQ字符前。EOT監(jiān)控報文有用以標志報文的結束，并在兩站點間除邏輯鏈路。面向字符的同步協(xié)議的最大缺點，是它和特定的字符編碼集關系過于密切，不利于兼容性。為了實現(xiàn)數(shù)據的透明性而采用的字符填充法，實現(xiàn)起來比較麻煩，且也依賴于采用的字符編碼集。另外，由于BSC是一個半雙工協(xié)議，它的鏈路傳輸效率很低，即使物理連路支持全雙工傳輸，BSC也不能加以運用。不過，由于BSC協(xié)議需要的緩沖存儲容量最小，因而在面向終端的網絡系統(tǒng)中仍然廣泛使用。七十年代初，IBM公司率先提出了面向比特的同步數(shù)據鏈路控制規(guī)程SDLC