孫頂戰(zhàn)

內(nèi)蒙古廣播電視網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司烏海分公司 內(nèi)蒙古 烏海市 016000

信息從信源到信宿的傳遞是需要一些時(shí)間的，信號(hào)延時(shí)是任何通信網(wǎng)絡(luò)固有的一種現(xiàn)象，也是一項(xiàng)非常重要的通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標(biāo)。本文對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包延時(shí)的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行一些分析，以便在具體工作中更準(zhǔn)確地了解網(wǎng)絡(luò)狀況。

延時(shí)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一個(gè)非常重要的參數(shù)，直接影響用戶上網(wǎng)體驗(yàn)。有時(shí)感覺打開網(wǎng)頁慢，不是因?yàn)閹挷蛔?，而是延時(shí)過大造成的。一個(gè)小延時(shí)低帶寬的網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)比大延時(shí)高帶寬的網(wǎng)絡(luò)讓用戶體驗(yàn)更好。所以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)和維護(hù)中要特別重視延時(shí)指標(biāo)。

目前，隨著10Gbps、100Gbps 光纖高速以太網(wǎng)、Epon 等技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶終端的帶寬大大增加，1000M 入戶帶寬已進(jìn)入商用，帶寬已經(jīng)不是制約用戶體驗(yàn)的主要因素。盡量減小延時(shí)成為提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、提升用戶體驗(yàn)的非常重要的一項(xiàng)工作。

減小延時(shí)要從減小突發(fā)延時(shí)和常態(tài)延時(shí)兩方面來考慮。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的延時(shí)基本上可以分為兩大類，一種是網(wǎng)絡(luò)在正常狀態(tài)下的延時(shí)，可以叫做常態(tài)延時(shí)；一種是網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞、接入網(wǎng)指標(biāo)劣化、設(shè)備故障等造成的延時(shí)，可以叫做突發(fā)延時(shí)。

1 常態(tài)延時(shí)

常態(tài)延時(shí)由傳播延時(shí)、發(fā)送延時(shí)、處理延時(shí)和排隊(duì)延時(shí)組成。

（1）傳播延時(shí)是數(shù)據(jù)包在傳輸媒介中傳播所用的時(shí)間。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介有空氣、銅線電纜、光纖等。各種媒介傳播速度如表1所示。

一個(gè)數(shù)據(jù)包通過100 公里的光纖線路的傳播延時(shí)是0.5ms?？梢哉f在城域網(wǎng)和局域網(wǎng)范圍內(nèi)的傳播延時(shí)是可以忽略不計(jì)的。傳播延時(shí)主要產(chǎn)生在廣域網(wǎng)中。1000 公里光纖線路的延時(shí)為5ms，可以接受。若光纖線路達(dá)到2000 公里以上，傳播延時(shí)將達(dá)到10ms 以上，如果再加上跨運(yùn)營商的防火墻、路由器等各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的發(fā)送延時(shí)、處理延時(shí)和排隊(duì)延時(shí)，用戶會(huì)有網(wǎng)速稍慢的感覺。從傳播延時(shí)的角度也可以看出建設(shè)網(wǎng)站鏡像和CDN的重要性。如果城域網(wǎng)內(nèi)有網(wǎng)站鏡像和CDN，傳播延時(shí)可忽略，問題是投資將很大。

（2）發(fā)送延時(shí)是主機(jī)、交換機(jī)、路由器等設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包所用的時(shí)間。發(fā)送延時(shí)等于數(shù)據(jù)包長度與帶寬的比值。圖1為在同一臺(tái)PC上分別用150字節(jié)和15000字節(jié)ping DNS服務(wù)器的RTT情況比較。

表1

圖1

可以看出用 15000 字節(jié) ping 的 RTT 比用 150 字節(jié)ping 多了3ms。多出的延時(shí)主要是由于15000 字節(jié)數(shù)據(jù)包較長，使得發(fā)送延時(shí)變長而引起的。

（3）處理延時(shí)是路由器對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行尋址等處理所用的時(shí)間。路由器接收數(shù)據(jù)包后，先對(duì)鏈路層進(jìn)行檢查處理，然后檢查網(wǎng)絡(luò)層分組頭，確定轉(zhuǎn)發(fā)地址，將數(shù)據(jù)包送至相應(yīng)的輸出端口。

（4）排隊(duì)延時(shí)是數(shù)據(jù)包在路由器輸入輸出隊(duì)列中等待處理或轉(zhuǎn)發(fā)所需要的時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)，排隊(duì)延時(shí)相應(yīng)增大。

數(shù)據(jù)包分組每通過一臺(tái)路由器都會(huì)產(chǎn)生發(fā)送延時(shí)、處理延時(shí)和排隊(duì)延時(shí)。路由協(xié)議會(huì)盡量給分組選擇路由環(huán)節(jié)少的路徑。

減小常態(tài)延時(shí)的一個(gè)重要措施是縮短目標(biāo)服務(wù)器與用戶端的距離和減少目標(biāo)服務(wù)器與用戶端的路由環(huán)節(jié)，這樣就減少了傳播延時(shí)、發(fā)送延時(shí)、處理延時(shí)和排隊(duì)延時(shí)。目前，減小常態(tài)延時(shí)的最好方法是靠近用戶端建立鏡像服務(wù)器和CDN內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，雖然成本較高，但提升用戶體驗(yàn)的效果非常好。

因?yàn)榘l(fā)送延時(shí)等于數(shù)據(jù)包長度與帶寬的比值，所以提升路由各環(huán)節(jié)的帶寬，也可減小發(fā)送延時(shí)。

2 突發(fā)延時(shí)

突發(fā)延時(shí)是網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)擁塞、接入網(wǎng)物理鏈路指標(biāo)劣化等情況時(shí)，數(shù)據(jù)包傳輸延時(shí)的額外增加。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量大于網(wǎng)絡(luò)可承載的容量時(shí)就會(huì)發(fā)生擁塞，路由器輸入輸出隊(duì)列中會(huì)有大量數(shù)據(jù)包等待處理或轉(zhuǎn)發(fā)，隊(duì)列存儲(chǔ)空間占滿后，許多數(shù)據(jù)包會(huì)被丟棄。這時(shí)，TCP 發(fā)送端收不到確認(rèn)包，將啟動(dòng)超時(shí)重傳機(jī)制，加劇擁塞。

TCP 協(xié)議本身有擁塞控制機(jī)制，但只能起到緩解作用。減少擁塞造成的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)需要從管理和規(guī)劃上想辦法。

擁塞是由于數(shù)據(jù)量過大所致。避免擁塞的根本途徑是合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)帶寬、預(yù)留故障冗余和嚴(yán)控廣播風(fēng)暴。

網(wǎng)絡(luò)中的流量是變化的，這由用戶的使用習(xí)慣決定，通常晚上和節(jié)假日流量大。一般情況下，網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率控制在50%以下為宜，利用率歷史最大峰值不能超過80%。流量過大的線路要及時(shí)增加帶寬，降低利用率。

另外，要嚴(yán)格控制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。廣播風(fēng)暴產(chǎn)生巨量無用數(shù)據(jù)，必然會(huì)導(dǎo)致?lián)砣?。控制廣播風(fēng)暴要做好隔離配置，還要做好操作規(guī)程管理，避免誤操作造成環(huán)路。

接入網(wǎng)物理鏈路指標(biāo)不良也會(huì)產(chǎn)生突發(fā)延時(shí)。比如，HFC 網(wǎng)上下行信噪比過低會(huì)產(chǎn)生較大延時(shí)；無線路由器故障或移動(dòng)終端距路由器過遠(yuǎn)也會(huì)產(chǎn)生較大延時(shí)。

圖2分別為一臺(tái)筆記本電腦與故障無線路由器和正常無線路由器之間ping 測試情況。

圖2

可以看到故障路由器ping 測試RTT 變化很大。RTT 最小為1ms，最大為超時(shí)。

接入網(wǎng)物理鏈路指標(biāo)不良是目前影響用戶體驗(yàn)的一個(gè)主要因素，優(yōu)化接入網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)工程師的一項(xiàng)重要工作。