优化链路层K窗尺寸提升华东DDN网中继线路性能探析

2016-12-01汪勇上海民航华东通信网络发展有限公司虹桥网络运行室上海200335

中国科技纵横 2016年11期

关键词：时延

汪勇（上海民航华东通信网络发展有限公司虹桥网络运行室，上海 200335）

汪勇
（上海民航华东通信网络发展有限公司虹桥网络运行室，上海 200335）

【摘要】民航华东DDN网主要承担着华东地区以及中南地区各类空中交通管制业务，其网络是一个星型结构形式，设备采用美国Motorola公司Vanguard路由器，中心节点至各个分节点之间的中继线路以OSI参考模型中的帧中继协议来实现数据包的有效交换。在分组网络中，高使用带宽引起传输时延上升的效应一直存在，这一效应可能是造成民航华东DDN网上海到广州之间业务传输瓶颈的主要原因；在通常的通信参数配置条件下，传输甚为不畅，而调整链路层K窗口大小可以使之显著地得以改善。

【关键词】带宽时延带宽时延积 K窗口帧中继虚电路

在整个网络7×24小时不间断运行过程中，曾经不时出现单中继同时承载多业务数据量猛增时，在接入端路由器某几个输入端口会出现数据包大量丢失现象（lost segment），但大部分输入端口数据包收发正常；登陆远端路由器监测主干中继线路质量时，并没有发现线路上有任何误码，但远端路由器响应操作者输入的指令时，感觉上错顿感明显。以上这种不正常状况，白天比较显著，晚上略微平缓，尤其在承载有20多个雷达业务的广州节点上，出现的故障概率特别突出。

1 带宽和时延

1.1 带宽和时延性能呈反向变化

实际使用带宽和时延的这种反方向变化的情况可以举一个通俗的例子来说明：对一个2M电信ADSL上网的终端来说，其最大的下载速率一般在200K左右，在终端没有下载任何网络数据的情况下，ping一些通用网站的时延一般在10～30ms之间；如果终端下载网络数据有一定的流量存在时， ping同样网站的时延会增加；如果终端下载网络数据达到最大下载流量200K左右时，ping同样网站的时延会达到200ms以上。

当没有其它数据流量（即正常的ping包）时，A机ping B机，线路时延＜1ms；为了加大网络中继数据流量，我们开启一个ping包进程，通过A机使用最大的ICMP包（10000）不停地ping B机，同时A机使用正常的ping包ping B机，此时线路时延达到200ms，且不稳定。在两台Vanguard路由器背对背连接尚存在这种时延增加效应，那么民航华东DDN网长途线路连接，也肯定存在高使用带宽造成时延上升的效应。

综上所述我们可以从理论上解释，为什么上海至广州之间单中继线路上承载的业务输入端口丢包现象白天比晚上严重的原因。由于华东DDN网传输的雷达数据流是由雷达扫描的航空器数量决定的，白天空域航空器数量多造成雷达数据流量高，从而使白天中继线路的延迟相对比晚上大，当中继线路数据流达到高峰时，导致路由器发送的排队帧持续增加，一旦排队帧数量超出内存限制尺寸时，输入端口就发生了严重的丢包现象。

1.2 带宽时延积顾名思义，带宽时延积=使用带宽×线路时延，它在通信理论里有时也被称为线路容量（注意这里的容量和上文容量的概念上的区别），它表示甲方已经发送但乙方还未能收到的信息总量，这些信息总量或在线路上运行或在终端路由器中排队。通过以上分析，当线路实际流量增加，线路使用带宽增加，线路时延上升，两个因素的上升将导致通讯网络变成高带宽时延积网络，显然网络状态的这种转变对传输实时信号是不利的。

2 K滑动窗口的意义

K值即为链路层滑动窗口尺寸，其意义是在未收到确认帧的情况下，一次能发送的最多帧数。利用窗口机制对提高信息传输的正确性，可以获得非常有效的流量控制手段。

3 决定链路层窗口K值的因素

那么具体K值取多大合适呢？按照《计算机网络》一书的说法，K值的大小取决于前面所述的带宽时延积，亦即线路容量。当线路容量增加时，K值应该取得较大，反之较小。也就是说，当华东DDN网的某一中继线路的实际使用带宽增加时，导致了中继线路时延增加，进一步使线路容量增加。为了保持网络传输的顺畅，此时K值应该取得大一些，当要求的K值大于7时，应该采用模128的帧结构。

在Vanguard路由器中，链路层窗口K值对应于frame station菜单项中K windows size参数；模8或模128的帧计数对应于port菜单项中frame sequence counting参数，即m值；当m值设为norm时，K值的取值范围为0～7（norm模式时m=8）；当该值设为ext时，K值的取值范围为0～63（ext模式时，m=128）。

在实践反复验证的基础上，我们通过将Vanguard路由器中的frame sequence counting参数由原来norm设为ext，将K windows size参数设为63，排除了接入端路由器出现数据包大量丢失的故障现象。