基于应用感知的多出口流量调度系统的设计与实现

发布时间：2020-03-24 12:12

【摘要】：随着互联网的普及与发展,越来越多的高校、企业将园区网络升级为多出口链路架构,多个运营商网络会同时为园区用户提供网络接入服务。如何将园区内用户的网络流量合理调度至各个出口链路具有重要的研究意义。随着内容分发网络(CDN)技术的发展,利用域名系统(DNS)做多出口流量调度的方案逐渐被许多园区采纳并部署。园区内的DNS解析服务器集群将区域内所有用户的DNS请求分别转发至各个出口链路对应的DNS服务器,在CDN技术的介入下,这些DNS返回的IP地址通常隶属各个运营商网络。该方法能解决传统的流量调度器由于跨网访问出现的高延迟、丢包等问题,但是,DNS请求并不能真实反映实际应用软件流量的大小。因此,此类基于DNS的方法的调度并不准确。针对以上问题,本文提出基于应用感知的多出口流量调度方法,在园区网络出口处对网络流量进行应用感知,依据应用软件所占带宽大小计算其流量调度策略,并配合出口链路带宽利用率的预测数据在DNS侧做流量调度,从而提高调度的准确性,使调度效果更平稳。本课题研究内容包括两个部分:第一,提出基于应用感知的多出口流量调度方法(Multi-Service Provider Network Traffic Scheduling Based on Application Perception,TSAP),该方法由应用感知检测、出口链路带宽预测以及DNS流量调度三个部分组成。第二,基于前述调度方法设计并实现多出口流量调度系统,系统考虑实际园区网络环境,设计开发包括数据采集、数据分析以及DNS流量调度等模块。实验测试结果表明,本课题提出的TSAP调度方法相较于现有基于DNS的方法,具有更好的调度准确性和调度平稳性。此外,TSAP系统能在实际高校园区网络环境中稳定运行,园区用户上网的请求响应时间没有明显增加,系统性能符合预期。
【图文】：

拓扑图,调度网络,园区,服务器

图２－１基于ＤＮＳ的多出口流量调度网络拓扑图逡逑在此过程中园区ＤＮＳ服务器的解析可以分为两类：逡逑１）递归解析［１１：１。设置为递归解析的ＤＮＳ服务器会从ＤＮＳ根服务器开始逐逡逑级往下迭代查询，直到获得查询结果或遇到错误。每次迭代查询的结果都会被逡逑缓存，缓存时间即为ＤＮＳ记录的ＴＴＬ选项。设置为递归解析的ＤＮＳ服务器必逡逑须将数据报文ＵＤＰ部分中的源地址设置为对应运营商网络的ＩＰ地址，否则ＣＤＮ逡逑中的ＤＮＳ服务器将不会返回预期的ＩＰ。现有许多成熟的智能ＤＮＳ服务器软件逡逑可以支持这些功能，例如在开源软件ＢＩＮＤ［１２］邋（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ邋Ｉｎｔｅｒｎｅｔ邋Ｎａｍｅ邋Ｄａｅｍｏｎ）逡逑版本９中，可以通过配置ｑｕｅｒｙ－ｓｏｕｒｃｅ选项来设置查询报文的源地址。逡逑２）转发至对应运营商网络的ＤＮＳ服务器［１３］。递归解析之外的另一个可选逡逑项是将园区内的ＤＮＳ请求直接转发至不同运营商网络提供的ＤＮＳ服务器。运逡逑营商网络提供的ＤＮＳ服务器返回的ＩＰ地址往往属于该运营商网络网段，所以转逡逑发可以省去递归带来的一些性能开销，此方案的调度效果依赖于运营商网络的逡逑ＤＮＳ服务质量。如果上游运营商网络提供的ＤＮＳ出现了问题，不仅流量调度效逡逑果会收到影响，甚至整个园区可能出现用户无法访问互联网的情况。逡逑

架构图,服务网络,架构,检测服务

因此，应用感知检测模块需要依赖于深度数据包检测（ＤＰＩ）技术，逡逑由深度包检测技术来精确定位应用软件的类别。深度包检测服务的网络架构如逡逑图３－１所示。逡逑应用感知检测服务丨交换机逡逑＼邋园区r>网络逦Ｓ邋邋逦＾邋＠逦腿交换机逡逑Ｖ逦逦邋出口路由逡逑ＩＳＰ３交换机逡逑图３－１应用感知服务网络架构图逡逑由于在较大网络规模下，在线实时对出口流量数据包进行深度包检测对检逡逑测软件的可靠性与性能要求极高，并可能会延长应用软件的响应时间，，影响园逡逑区内用户正常的上网体验。因此，如图３－１所示，ＴＳＡＰ采用了离线模式，将出逡逑口流量数据包复制并传输至应用感知检测服务器，由应用感知检测服务器做应逡逑用检测。离线部署规避了由应用感知检测服务带来的园区网络可能的故障问题。逡逑此外，相较于数据中心（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ邋Ｄａｔａ邋Ｃｅｎｔｅｒ，ＩＤＣ）的出流量大于入流量逡逑的特点，以学校为典型的园区网络与之截然相反，其出口入流量远大于出流量，逡逑针对此特点，考虑计算成本，该模块只对园区入流量进行采集检测。逡逑定义应用感知检测模块从＾时刻开始对出口流量的镜像副本数据进行采样逡逑检测
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.06

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