優化鏈路層K窗尺寸提升華東DDN網中繼線路性能探析

汪勇（上海民航華東通信網絡發展有限公司虹橋網絡運行室，上海 200335）

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優化鏈路層K窗尺寸提升華東DDN網中繼線路性能探析

汪勇
（上海民航華東通信網絡發展有限公司虹橋網絡運行室，上海 200335）

【摘要】民航華東DDN網主要承擔著華東地區以及中南地區各類空中交通管制業務，其網絡是一個星型結構形式，設備采用美國Motorola公司Vanguard路由器，中心節點至各個分節點之間的中繼線路以OSI參考模型中的幀中繼協議來實現數據包的有效交換。在分組網絡中，高使用帶寬引起傳輸時延上升的效應一直存在，這一效應可能是造成民航華東DDN網上海到廣州之間業務傳輸瓶頸的主要原因；在通常的通信參數配置條件下，傳輸甚為不暢，而調整鏈路層K窗口大小可以使之顯著地得以改善。

【關鍵詞】帶寬 時延 帶寬時延積 K窗口 幀中繼虛電路

在整個網絡7×24小時不間斷運行過程中，曾經不時出現單中繼同時承載多業務數據量猛增時，在接入端路由器某幾個輸入端口會出現數據包大量丟失現象（lost segment），但大部分輸入端口數據包收發正常；登陸遠端路由器監測主干中繼線路質量時，并沒有發現線路上有任何誤碼，但遠端路由器響應操作者輸入的指令時，感覺上錯頓感明顯。以上這種不正常狀況，白天比較顯著，晚上略微平緩，尤其在承載有20多個雷達業務的廣州節點上，出現的故障概率特別突出。

1 帶寬和時延

1.1 帶寬和時延性能呈反向變化

實際使用帶寬和時延的這種反方向變化的情況可以舉一個通俗的例子來說明：對一個2M電信ADSL上網的終端來說，其最大的下載速率一般在200K左右，在終端沒有下載任何網絡數據的情況下，ping一些通用網站的時延一般在10～30ms之間；如果終端下載網絡數據有一定的流量存在時， ping同樣網站的時延會增加；如果終端下載網絡數據達到最大下載流量200K左右時，ping同樣網站的時延會達到200ms以上。

當沒有其它數據流量（即正常的ping包）時，A機ping B機，線路時延＜1ms；為了加大網絡中繼數據流量，我們開啟一個ping包進程，通過A機使用最大的ICMP包（10000）不停地ping B機，同時A機使用正常的ping包ping B機，此時線路時延達到200ms，且不穩定。在兩臺Vanguard路由器背對背連接尚存在這種時延增加效應，那么民航華東DDN網長途線路連接，也肯定存在高使用帶寬造成時延上升的效應。

綜上所述我們可以從理論上解釋，為什么上海至廣州之間單中繼線路上承載的業務輸入端口丟包現象白天比晚上嚴重的原因。由于華東DDN網傳輸的雷達數據流是由雷達掃描的航空器數量決定的，白天空域航空器數量多造成雷達數據流量高，從而使白天中繼線路的延遲相對比晚上大，當中繼線路數據流達到高峰時，導致路由器發送的排隊幀持續增加，一旦排隊幀數量超出內存限制尺寸時，輸入端口就發生了嚴重的丟包現象。

1.2 帶寬時延積顧名思義，帶寬時延積=使用帶寬×線路時延，它在通信理論里有時也被稱為線路容量（注意這里的容量和上文容量的概念上的區別），它表示甲方已經發送但乙方還未能收到的信息總量，這些信息總量或在線路上運行或在終端路由器中排隊。通過以上分析，當線路實際流量增加，線路使用帶寬增加，線路時延上升，兩個因素的上升將導致通訊網絡變成高帶寬時延積網絡，顯然網絡狀態的這種轉變對傳輸實時信號是不利的。

2 K滑動窗口的意義

K值即為鏈路層滑動窗口尺寸，其意義是在未收到確認幀的情況下，一次能發送的最多幀數。利用窗口機制對提高信息傳輸的正確性，可以獲得非常有效的流量控制手段。

3 決定鏈路層窗口K值的因素

那么具體K值取多大合適呢？按照《計算機網絡》一書的說法，K值的大小取決于前面所述的帶寬時延積，亦即線路容量。當線路容量增加時，K值應該取得較大，反之較小。也就是說，當華東DDN網的某一中繼線路的實際使用帶寬增加時，導致了中繼線路時延增加，進一步使線路容量增加。為了保持網絡傳輸的順暢，此時K值應該取得大一些，當要求的K值大于7時，應該采用模128的幀結構。

在Vanguard路由器中，鏈路層窗口K值對應于frame station菜單項中K windows size參數； 模8或模128的幀計數對應于port菜單項中frame sequence counting參數，即m值； 當m值設為norm時，K值的取值范圍為0～7（norm模式時m=8）；當該值設為ext時，K值的取值范圍為0～63（ext模式時，m=128）。

在實踐反復驗證的基礎上，我們通過將Vanguard路由器中的frame sequence counting參數由原來norm設為ext， 將K windows size參數設為63，排除了接入端路由器出現數據包大量丟失的故障現象。

4 結語

綜上所述，本次故障的原因在于鏈路層窗口K值取值太小，在數據流量較大時，造成了網絡吞吐的瓶頸點。為了提高中繼線路的信息傳輸效率，保證信息傳輸的正確性，合理調整K窗口尺度是整網性能優化的關鍵因素。

參考文獻：

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［2］Andrew S.Tanenbaum.計算機網絡第四版［M］.北京：清華大學出版社：2004：292.

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