校園網流量多維度行為分析及優(yōu)化資料講解

校園網流量多維度行為分析及優(yōu)化作者：公緒曉，尚群，付中南，錢杰報告人：公緒曉北京大學計算中心CERNET2016，重慶2016年10月27日介紹提綱引言校園網高帶寬占用比網絡協(xié)議的流量特征時間維度總體流量趨勢分析區(qū)域維度流量行為分析接入維度流量行為分析鏈路維度流量行為分析校園網出口流量優(yōu)化策略2024/9/262一引言高帶寬需求的網絡應用使校園網出口帶寬擁塞的壓力不斷增大

在線視頻網站、云存儲、P2P有線無線一體化部署在校園網中不斷推進，用戶大規(guī)模從有線遷移到無線，其流量行為方式隨之轉變針對P2P協(xié)議的以IP為單位的粗粒度流控策略難以適應當前變化中的校園網流量環(huán)境2024/9/263二校園網高帶寬占用比網絡協(xié)議的流量特征根據2016.5.14-2016.6.14校園網出口流量日平均值數據，目前流量占校園網入帶寬前5位的網絡協(xié)議如表1所示協(xié)議類型入帶寬百分比/%HTTP_Streaming19.9HTTPDownloadManager7.4Thunder5.6Undefined4.4HTTP_Browsing3.8表1校園網入帶寬TOP5協(xié)議2024/9/264在線視頻應用的流量特征HTTPStreaming下載的峰值速率比較高，呈現(xiàn)離散的脈沖波形HTTPStreaming是非對稱協(xié)議，下載速率約為上傳的23-26倍不同在線視頻網站呈現(xiàn)的流量特征略有不同在視頻播放中間切換清晰度時，流量脈沖的峰值出現(xiàn)成倍的波動，峰值之間的平靜期隨清晰度的提升縮短無線網移動流媒體的流量特征與有線網相似2024/9/266HTTPDownloadManager流量特征2024/9/267HTTPDownloadManager流量特征流量特征為下載開始時流量迅速攀升到峰值并隨后保持穩(wěn)定的下載速率直到文件下載結束流量是對稱的，既有上傳也有下載，且上下行的速率都很高2024/9/268P2P協(xié)議的流量特征2024/9/269P2P協(xié)議的流量特征在下載的初始階段，并發(fā)連接數迅速達到峰值，隨后迅速下降并逐漸穩(wěn)定下載流量逐步增長，直到文件下載結束時，下載流量達到峰值上傳流量在文件下載結束后繼續(xù)增長，直到關閉迅雷P2P是一種對稱流量，在下載數據的同時，使用相當的帶寬上傳數據使用向多個IP并發(fā)多個連接的方法不斷擴展帶寬2024/9/2610三時間維度總體流量趨勢分析校園網出口的流量協(xié)議分布發(fā)生了明顯的改變。入帶寬占比前5的協(xié)議從2015.9到2016.5的變化見表2協(xié)議2015．9占總帶寬百分比/%2016.5占總帶寬百

分比/%增加百分比/%HTTP_Streaming17.819.61.8HTTPDownloadManager6.16.70.6Thunder5.95.5-0.4HTTP_Browsing4.84.1-0.7HTTP_File_Transfer3.72.4-1.3表22015.9與2016.5入帶寬前5位協(xié)議對比2024/9/2611時間維度總體流量趨勢分析入帶寬占比前四位的協(xié)議在2016.6.1當日的時間分布規(guī)律2024/9/2612時間維度總體流量趨勢分析校園網用戶入帶寬資源使用統(tǒng)計分布律符合冪律分布y-用戶入帶寬占總入帶寬的百分比k-用戶入帶寬排名y呈冪指數單調遞減函數，隨k增加快速衰減。在雙對數坐標下,冪律分布表現(xiàn)為一條斜率為冪指數的負數的直線,這一線性關系是判斷隨機變量是否滿足冪律的依據

2024/9/2613時間維度總體流量趨勢分析2024/9/2614時間維度總體流量趨勢分析校園網用戶使用帶寬資源的情況非常不均衡:

排名百分比分布函數為:xk-用戶入帶寬排名百分比，n-為用戶總數。1%用量最多的用戶使用了校園網入流量的54%4%的用戶使用80%的流量20%的用戶幾乎使用了校園網的全部入流量2024/9/2615區(qū)域維度流量行為分析2024/9/2616區(qū)域維度流量行為分析公共區(qū)域無線流量的峰值波動最為劇烈,可能與公共區(qū)域人群的短時間聚集或離開有關宿舍區(qū)無線流量則相對平穩(wěn)根據不同區(qū)域流量的時間特征，需要制定差異化的流量時間控制策略2024/9/2617區(qū)域維度流量行為分析圖7不同區(qū)域有線、無線主要網絡協(xié)議入帶寬百分比分布2024/9/2618區(qū)域維度流量行為分析區(qū)域無線維度:流媒體視頻和迅雷下載偏好度最高的是宿舍區(qū)用戶，最低的是教學區(qū)用戶文件下載和移動流媒體偏好度最高的是公共區(qū)域用戶Baiduweb偏好度最高的是教學區(qū)用戶HTTPBrowsing偏好度最高的是辦公區(qū)用戶幾種常見的在線視頻應用中，辦公區(qū)用戶對騰訊視頻的偏好度最高，公共區(qū)域、教學區(qū)用戶偏好度較高的是優(yōu)酷視頻，宿舍區(qū)的用戶偏好度則比較均衡2024/9/2619接入維度流量行為分析校園網同一區(qū)域的有線和無線用戶因接入方式不同，其流量特征有較大差別從時間分布來看：宿舍區(qū)的有線和無線流量時間分布特征基本一致辦公區(qū)18:00-8:00之間的流量無線比有線下降的幅度和趨勢更為明顯2024/9/2620接入維度流量行為分析從用戶協(xié)議偏好度：同一區(qū)域無線用戶對流媒體、文件下載和HTTPBrowsing的偏好度高于有線用戶。使用迅雷下載方面，宿舍區(qū)的有線用戶比無線用戶偏好度高，辦公區(qū)則完全相反。在線視頻應用方面，辦公區(qū)無線用戶偏好騰訊視頻，有線用戶偏好迅雷看看，而在宿舍區(qū)，無線用戶偏好度比較均衡，有線用戶偏好迅雷看看。隨著有線無線一體化部署的實施，無線用戶的比例不斷增加，流媒體、文件下載等高帶寬需求應用對帶寬的占用比會進一步提高2024/9/2621鏈路維度流量行為分析圖8不同鏈路主要網絡協(xié)議入帶寬百分比分布2024/9/2622鏈路維度流量行為分析HTTPStreaming和HTTPDownloadManager、迅雷是4條鏈路偏好度都比較高的協(xié)議鏈路的協(xié)議分布呈現(xiàn)出較大的差異性：教育網鏈路偏好度較高的是文件傳輸類與HTTPS協(xié)議聯(lián)通鏈路BITS與直播和游戲類協(xié)議占比較高電信鏈路中加密、游戲和P2P下載占比較高電信通鏈路中視頻流媒體和P2P下載占比較高因此對出口各條鏈路，特別是擁堵鏈路，需要根據其不同的協(xié)議流量分布特征，制定差異化的流量優(yōu)化策略2024/9/2623校園網出口流量優(yōu)化策略(1).根據校園網用戶入帶寬資源使用統(tǒng)計分布呈冪律分布的特征，需要制定更公平合理的單IP帶寬分配機制，使流量分布趨于均衡(2).協(xié)議方面：HTTPStreaming的流量優(yōu)化需要在流媒體下載速率與用戶播放體驗QoE之間取得平衡保障VOIP、視頻直播等對延遲和抖動敏感的應用根據時間特征限制P2P流量對其他高帶寬占用比流量如HTTPDownloadManager等根據時間和區(qū)域特征進行差異化優(yōu)先級設定，根據優(yōu)先級分配帶寬2024/9/2624校園網出口流量優(yōu)化策略(3).時間維度：對帶寬占比較大的下載類協(xié)議根據其時間分布特征執(zhí)行差異化的時間控制策略對網頁瀏覽等辦公屬性的流量保障白天時段的帶寬適當限制流媒體等娛樂性流量白天時段的帶寬占比，在夜間則不做限制實驗顯示，時間維度優(yōu)化策略可以有效提升用戶白天工作時段網頁瀏覽的體驗2024/9/2625校園網出口流量優(yōu)化策略(4).區(qū)域維度：對不同區(qū)域根據其協(xié)議偏好度，制定區(qū)域差異化的流控策略(5).鏈路維度：根據不同ISP鏈路的帶寬利用情況，對不同鏈路相同協(xié)議類型執(zhí)行不同的限速策略在擁塞線路針對某些高帶寬占用協(xié)議如P2P、HTTPDownloadManager協(xié)議采用比其他鏈路更嚴格的流控策略實驗顯示，鏈路維度優(yōu)化策略可以有效緩解擁塞線路的擁塞情況，充分利用非擁塞線路的帶寬2024/9/2626校園網出口流量優(yōu)化策略(6).對校園網的重要服務如SMTP