利用SDN 技術優化游戲網絡質量

李瑞旻

（中移鐵通有限公司甘肅分公司,甘肅 蘭州 730000）

隨著互聯網應用規模擴大，各類游戲為吸引用戶，游戲實時交互性、游戲畫質的不斷提高、游戲在線玩家的不斷增多，網絡游戲用戶對網絡質量提出了更高的要求，這也是對運營商的極度考驗。我國網吧數量在16 萬家左右，均需要100～1000M 帶寬的接入需求，這對運營商來說是一個很巨大的政企市場；同時由于網吧流量要求質量高，成為了各運營商的必爭之地。本文主要介紹如何利用SD-WAN技術對游戲的網絡質量進行優化。

1 SDN 技術

1.1 SDN 簡介

SDN（Software Defined Network），即軟件定義網絡。它是一種新型網絡創新架構，也是網絡虛擬化的一種實現方式。其核心理念是將網絡設備的控制面與數據面進行分離，從而實現對網絡流量的靈活控制，使得網絡變得更加智能。SDN 更像是一種網絡虛擬化思想，核心訴求是通過軟件控制網絡，實現業務自動化部署。例如，在傳統交換機內部，其主要負責具體的網絡流量往哪里轉發，而在SDN 中，通過控制器進行流量轉發的計算，然后將結果發送給交換機，交換機只進行簡單的轉發，從而實現控制和轉發平面相分離[1]。

SDN 在應用中大體可劃分為三層體系結構：控制層（Control Layer）、應 用層（Application Layer）和基礎設施層（Infrastructure Layer）。不同層次之間是通過不同接口進行通信的，比如應用層是通過北向接口（North boun dinterface）與控制層通信，而基礎設施層則是通過南向接口（South boun dinterface）與控制層通信。

1.2 SDN 在游戲質量的應用

利用一臺RR+路由反射器作為SDN 網絡中的的控制器，通過撥測系統的接口獲取網絡質量分析數據，選出游戲服務器的最優出口，并下發相關路由數據，保證游戲用戶通過最優出口出網。如圖1所示。

圖1 SDN 網絡中RR+的作用

2 質量優化系統實現

2.1 實現原理

目前，全國與電信、聯通有13 個NAP 互聯點。因CMNET 的路由發布存在游戲的請求、響應IP 包來回不同路徑的情況，并且無法根據游戲服務器的質量動態調整訪問路徑等諸多問題，網吧及游戲用戶對網絡質量滿意度不高，但甘肅的IP 只從西安的互聯點向電信、聯通發布，從而帶來以下兩個問題：

1）除訪問陜西電信、聯通的IP 外，訪問其他省電信、聯通的IP 存在請求、響應報文不通路徑的情況。

2) 針對游戲應用要求低時延和抖動的特點，不具備13 個直連點的鏈路質量測試并根據測試結果選擇最優路徑的能力。

為解決以上兩個問題，優化網間游戲質量，可采取以下措施：

1)在13 個直連節點向電信、聯通各發布1 個C的甘肅移動的IP 地址，用于游戲業務，保證從13 個節點的出入方向的游戲流量相同徑路。

2)通過DPI 系統，搜集各類游戲的服務器IP，并根據IP 地址歸屬省份，將IP 歸類至13 個直連點。

3)在省網防火墻新建13 個NAT 地址池，根據服務器的IP 的歸屬制定NAT 策略，將用戶訪問游戲服務器的源地址NAT 成對應直連點的IP 地址。業務流向如圖2 所示。

圖2 游戲質量優化實現原理圖

4) 通過撥測探針及自建游戲質量評價系統，通過13 個直連點出口對游戲服務器的IP 進行時延、抖動測試，計算出最優直連點，并動態的將服務器IP 調整至省網防火墻的NAT 策略，保證用戶的游戲能夠從最優直連點訪問，提升用戶訪問效果。

2.2 SDN 發布路由模塊設計

該模塊主要負責接收游戲質量評價系統發送的游戲服務器IP 最優出口數據，通過RR+路由反射器將游戲服務器的IP 通過BGP 路由發布給省網核心路由器，保證用戶的游戲訪問為最優路徑。RR+作為SDN 網絡的控制器，可以實時下發游戲服務器IP 的路由數據，監測、控制鏈路的流量，避免出現人為下發數據出錯、效率低以及大批量調整路由造成部分鏈路擁塞的問題[2]。該模塊的設計方法如下：

1）全網分配一個路由禁播community，在省網核心MB 的所有BGP PEER OUT 方向增加此community 的匹配禁播策略。

2）為骨干新平面、舊平面各分配一個出口路由播發community 。省網核心NE5000E 設備的骨干出口out 方向增加對本出口路由播發community 的匹配播發策略，此策略應優先于前述路由禁播策略。

3）RR+向省網核心PB 設備播發省內被調路由條目的細粒度路由條目，按該設備上調度路由的原下一跳設定NEXTHOP，并追加本平面指定出口及另一平面所有出口的community 標記和路由禁播community 標記。

4）省網核心NE5000E 設備的指定出口匹配到該出口community，向骨干播發調度細路由，而同平面其他出口未匹配到本出口community，進而匹配到禁播community，不播出調度路由，從而引導部分本平面流量至指定局向實現流量調度。由于另一平面所有出口也同時匹配到各自出口的community 并播出此調度細路由，因此對另一平面流量不會產生影響RR+通過以上路由發布原則，可以調度從電信、聯通的游戲服務器流量通過14 個NAP 互聯點中的指定出口到達甘肅。

2.3 游戲質量評價系統設計

該模塊主要完成對撥測取的網絡質量指標進行統計、分析。通過對影響游戲質量的丟包、抖動、時延三個指標進行跟蹤分析，確定了各指標的權重，通過綜合評分法對各出口的質量進行評估，評估方法如下：

1）基于XDR(Detail Record 信令及業務詳細記錄)話單的游戲服務器地址提取首先，通過DPI(Deep Packet Inspection 深度包檢測) 及用戶訪問游戲的DNS 域名，提取游戲類XDR 話單，針對游戲業務，可以通過游戲特征字篩選XDR 話單，并按天輸出省內用戶訪問的游戲服務器IP+端口號清單，清單需按照熱度來排序。

2）基于探針的最優節點選取。探針在收到游戲地址清單后，進行整理歸納。根據探針能力對top 服務器地址進行撥測。探針從甘肅公司13 個地址段中分別抽取一個地址進行撥測，嚴格匹配用戶網絡環境進行撥測，撥測維度暫時包含時延、抖動、丟包、TCPing 時延、TCPing 抖動、TCPing 丟包以及UDPing時延、UDPing 抖動[3]。

對游戲服務器IP 通過如下規則進行加權評估，得出每個游戲IP 地址段在13 個直連點的綜合得分。得到最優結果后，在甘肅省干防火墻進行策略調整見表1。

表1 各性能指標的評估方法

注：線性取值算法舉例說明：

設時延為X1，時延得分為Y1，則

設時延為X2，時延得分為Y1，則

設丟包率為X3%，丟包率得分為Y3，則

以此類推，最后能計算出Y1，…，Y6。最后，每個游戲IP 地址段得分=其中ak為權重占比。

將游戲服務器地理歸屬分為四個大區：華北、華東、華南、西南。通過14 個出口探針數據在MySql數據進行統計分析，針對每個大區選出得分最高的出口作為該區域的出網NAP 點。

2.4 游戲質量效果比對

對優化路徑的各段時延進行分析，以英雄聯盟服務器113.96.246.181 為例，優化前的時延為65.85ms，優化后的時延為50.59ms，通過探針icmp ping 測直連點分析各段時延。按照以下數據進行分析：（1）因優化后，至廣州服務器的來回路徑一致，時延為50.59ms，按照來回2 倍路徑進行計算，從探針至廣州服務器的單個發、單個收方向時延為25.3ms。

（2）因優化后，至廣州電信直連點的來回路徑一致，平均時延為43.4ms，按照來回2 倍路徑進行計算，從探針至廣州電信直連點的單個發、單個收方向時延為21.7ms，因此服務器至廣州電信直連點的單方向時延為3.6ms。

（3）探針至西安電信直連的ping 測時延為16.3ms，按照來回2 倍路徑進行計算，從探針至西安電信直連點的單個發、單個收方向時延為8.2ms。

（4）優化前，探針的ping 測時延為65.85ms，其中請求方向的時延為25.3ms，則響應方向的時延為40.5ms。

撥測數據如圖3 所示。

圖3 撥測數據

優化前后，時延分段分析如圖4 所示。

圖4 優化前后時延分段

優化前后，探針撥測在請求報文的出方向路徑一致，從陜西→廣州→游戲服務器，只本次優化針對服務器的響應報文的時延。優化前，從廣州電信通過電信骨干網轉發至西安直連點，該段時延為28.7ms。優化后，從廣州直連點通過中國移動骨干網轉發至西安直連點，該段時延為14.5ms。通過對比分析，在該網絡區段的時延下降了14.2ms，從而達到了優化的效果。

3 結束語

通過本優化方案，可以對目前DPI 可識別的主流游戲進行優化。避免因個別NAP 出現網絡質量問題及互聯互通問題造成游戲質量劣化問題，為公司提升用戶滿意度、擴大網吧游戲類業務提供了保障和支撐能力。