校園網絡P2P流量分析及控制策略研究

　　摘 要： 隨著高校校園網絡的發展，現在P2P流量控制已經成為各高校校園網絡中亟待解決的問題。本文作者結合西安航空技術高等專科學校網絡運維狀況，對P2P流量進行了分析，并結合現有的技術手段，提出了一套P2P流量控制策略。
　　關鍵詞： 校園網絡 P2P 流量分析 控制策略
　　
　　1.引言
　　各高校對于網絡建設的投入也越來越多，尤其是在接入的帶寬上，許多高校從最開始的10m專線接入換成了100m光纖甚至1000m光纖接入的規模。同樣的，雙路接入、雙網接入、多路接入、多網接入等接入方式也應運而生，校園網絡的規模也在不斷地擴大，高端的網絡設備也開始逐步進入校園網絡之中。這些改變帶來的是校園網絡的飛速發展。但是對于普通用戶來說，他們上網的速率卻沒有出現質的提高，甚至有的用戶還覺得網速越來越慢。導致這種情況出現的原因有很多，比如網絡用戶數量的激增、網絡應用的增加、網絡病毒的泛濫、P2P［１］的泛濫，等等。其中網絡用戶數量的增加和網絡應用的增加對日益發展的校園網絡并不會帶來太大的影響；而網絡病毒的泛濫通常只在某一段時間內對校園網絡造成巨大的影響，在反病毒軟件能夠有效地查殺該種病毒之后，校園網絡又將恢復正常；而真正對校園網絡造成嚴重壓力的是P2P的泛濫，P2P泛濫帶來的影響是持久而深遠的。
　　2.流量分析
　　如圖1所示，通過對作者工作的西安航空技術高等專科學校的網絡出口處測速和進行流量分析，發現當前網絡流量中主要的協議類型為TCP，占總流量的比例高達80％以上，其次是UDP為18％，其他協議類型流量約為2％。
　　然而圖2中，我們發現在網絡中使用80端口進行通信的流量是最高的，約為22%；其次比較突出的是如下幾個端口16881、4662、8000、8080，等等，這幾個端口都是P2P軟件常用的端口；而其他的常用如TCP 443 NNSP、TCP 25 SMTP、TCP 10000等排名靠前的網絡端口所占的流量是非常小的，還不到1.5%；然而剩余端口所占的網絡流量卻超過了TCP總流量的70%以上。這一情況正好與現今的P2P軟件大多采用動態端口的特點相符，所以圖1—2初步證明了大多數校園網絡的流量是P2P流量。
　　圖三則表明校園網絡流量中的數據包主要是長度為1400字節以上的大包，其次是40字節、48字節的小包（主要用于TCP同步）［2］，而其他長度的數據包流量分布十分分散。由于P2P下載過程中，每個參與者獲取資源的來源都不是固定不變的，并且通常都是下載特別大的文件，所以在P2P下載過程中除了大包大量出現外，用于TCP同步的小包也頻繁出現。由此可知，圖3進一步證明了現今校園網絡流量中P2P流量占了大多數。
　　建立校園網絡的目的是為了利用網絡為學校的教學工作、科研工作，以及師生的學習和生活提供便利，許多高校投入大量的資金和人力物力來建設校園網絡，但是最后卻發現實際使用的效果遠達不到預期，其根本原因就是在于對網絡流量尤其是P2P流量控制不力，使得大量寶貴的網絡帶寬被浪費。
　　3.P2P流量控制方案
　　針對此種情況，人們提出了多種方案來解決由于P2P應用所造成的問題。最簡單的解決方法就是增加網絡出口帶寬。然而實際運營表明：增加帶寬確實在短時間內能緩解網絡的擁堵情況，但是當P2P應用“發現”網絡中有更多的可用帶寬，網絡帶寬將會再度被P2P應用占據。這樣一來，用于增加帶寬的費用將是個無底洞。因為這樣做只是給那些P2P應用提供了更多可獲取的帶寬資源，并沒有從本質上解決問題。
　　另外一種解決方法就是全面禁止P2P應用。全面禁止P2P應用會使擁塞的網絡恢復正常狀態，比如封禁其他所有端口，只開放常用端口。但目前P2P應用已經被廣大網民所接受，并且許多常用軟件，如殺毒軟件、系統漏洞修復軟件等都是采用P2P下載的方式自動更新，一旦全面禁止P2P應用，將會對普通校園網絡用戶帶來各種不必要的麻煩，比如軟件無法自動升級或者一些有用的網絡服務被禁用。
　　此外，還有一種方案就是建立區域緩存服務器［3］來分流P2P下載的流量，這也是近年來研究的熱點之一，有著較為廣闊的發展前景。區域緩存服務器是通過分析網絡中的各種P2P下載行為，將用戶下載的文件下載到本地，當網絡中其他用戶試圖下載同樣文件的時候修改P2P連接，讓用戶從本地服務器下載而不是從其他外網P2P服務器或者用戶那里獲取資源，能夠較好地減少網絡出口帶寬的壓力，并且用戶的P2P下載體驗不會有明顯的降低。而這種方法通常適合部署在用戶基數非常大的網絡環境中。
　　在校園網絡中目前比較有效的一種P2P流量控制方案是采用防火墻［4］主動檢測與校園網絡用戶認證系統相結合的方式來實現對P2P流量的識別和控制，能夠達到較為理想的效果。
　　4.P2P流量控制策略
　　如圖4所示，校園網絡中數據流量分布的時效性很強，網絡高峰階段十分明顯，時間也相當集中，絕大多數網絡流量產生的時間都集中在8∶00—22∶00這一段時間，其中大部分的流量屬于P2P流量，而這段時間正好屬于工作時間，如果不對P2P流量作出限制的話，正常的網絡流量必然會受到很大的影響甚至會使得工作無法正常開展；而到了22∶00—次日8∶00這段時間，網絡流量則非常小，造成了帶寬的浪費。
　　由此，我們可以將時間因素引入P2P流量控制策略之中，通過對不同的時間段的P2P流量采取不同的控制策略，來達到節省網絡帶寬，提高網絡利用率的目的。
　　此外，我們還對校園網絡用戶進行過網絡調查，在接受調查的150位用戶中我們發現大約有70%以上的用戶經常使用迅雷、QQ旋風等P2P軟件下載自己感興趣的東西，而在這些用戶中大約有50%表示主要使用P2P軟件來下載熱門電影和最新的電視劇。當我們提到如果校內流媒體服務器能及時更新最新影視劇并提供在線觀看和下載的時候，84%以上經常下載影視劇的用戶表示歡迎并且聲稱自己不會再費時費力從網上尋找下載資源。
　　綜上所述，我們可以根據校園網絡的實際情況確定校園網絡流量控制策略。
　　（1）工作時間段。
　　周一到周五，8∶00—22∶00定為P2P流量受限時段，并根據校園網絡帶寬狀況和用戶數量將P2P帶寬限定在總帶寬的30%，22∶00—次日8∶00不對P2P流量作限制。
　　（2）周末及節假日。
　　8∶00—22∶00定為P2P流量受限時段，將P2P帶寬限定在總帶寬的50%，22∶00—次日8∶00不對P2P流量作限制。
　　（3）建立黑名單懲罰機制。
　　在P2P流量受限時段，如果發現某一用戶長時間產生大量的P2P流量或者在一段時間內總流量超過設定的閾值，則自動將其連接拆除并列入黑名單實施懲罰，比如在30分鐘內該用戶的網絡速率不能超過100k/s，懲罰時間結束后恢復正常。其中黑名單臨界閾值和懲罰措施可以由網絡管理員根據實際情況制定。
　　（4）加快校內流媒體服務器的更新，保持對用戶的吸引力，從而減少出口帶寬的壓力。
　　（5）在校內公共FTP服務器上提供大量常用軟件和系統工具的下載，在進一步減少出口帶寬壓力的同時也可以有效地遏制校園網絡用戶因下載含有惡意代碼的軟件而造成的網絡安全問題。
　　（6）流量計費措施。
　　配合校園網絡身份認證系統，為家屬區和學生區的每個用戶設定每月的網絡流量閾值，在閾值之內的流量完全免費，一旦用戶的月總流量超過閾值則酌情收取額外費用。
　　（7）針對校園網絡中各項服務和應用的實際情況，為各種網絡流量制定相對應的服務質量（QOS）。
　　（8）針對校園網絡不同的安全域或者子網分別制定對應的P2P流量控制策略，保證關鍵部門和關鍵業務的正常運行。
　　5.結語
　　總的來說，P2P是解決網絡中大容量文件傳輸問題的有效手段，也代表了網絡資源共享的一種發展趨勢，完全封殺P2P流量并非解決P2P流量控制問題的唯一手段，應該具體情況具體分析，在保證關鍵業務的前提下可以適當滿足網絡用戶的需求。
　　
　　參考文獻：
　　［1］SenS.and Wang J.Analyzing Peer—To—Peer TIaMo Across Large Netwozks.IEEE/ACM Transactions On Networldng，2004.
　　［2］David Erman，Dragos Ilie，Adrian Popecsu.Peer-to-peer traffic measurements.Technical report，Blekinge Institute of Technology，2004.
　　［3］鄭笑飛.一種基于區域緩存的BitTorrent流量控制機制.現代電子技術，2007，4.
　　［4］韓風.P2P網絡中穿越NAT防火墻方法研究與應用.計算機應用，2006，3.