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DPI和DFI帶寬管理技術分析
2015-01-30 16:25:39 來源：全球IP通信聯(lián)盟 評論：0 點擊：
核心提示：DPI和DFI帶寬管理技術分析。如何減少IP語音的網絡傳輸時延。測量VoIP語音質量的方法。802.11v五大功能保WLAN更綠色環(huán)保。802.11追求全面發(fā)展,注重性能與節(jié)能。無線城市的八大應用領域。SIP能否成為國內IC產業(yè)的救贖。Zed-3的SE30P系列IP PBX是一款體積小、功能強大的語音通信系統(tǒng)，可滿足移動、SOHO辦公、多機構互聯(lián)、小型電話應答服務系統(tǒng)等需求。分析：建設GSM/WCDMA無縫網絡。目前，3GPP將SIP作為第三代移動通信全IP網絡的核心協(xié)議，WindowsXP操作系統(tǒng)中NetMeeting組建的協(xié)議也由H.323改為SIP協(xié)議，同時考慮到其開展業(yè)務的靈活性，SIP協(xié)議將成為未來發(fā)展的方向。
一、當前狀況和挑戰(zhàn)
固網轉型，寬帶成為最大亮點，欣欣向榮的寬帶業(yè)務發(fā)展給運營商帶來了可觀利潤和客戶。但是，隨著網絡應用層出不窮，P2P、網絡游戲、IPTV、WEBTV等新興業(yè)務，占用了互聯(lián)網大部分帶寬，以BT和Edonkey為代表的P2P應用已經占據(jù)了整個互聯(lián)網流量的2/3以上，運營商的基礎網絡建設陷入了“擁塞-擴容-再擁塞”的非正常局面，盈利能力相應降低。
從目前國內統(tǒng)計來看，P2P跨域的流量在干線占用了80%的帶寬，在我國寬帶不限時包月資費模式下，網絡的絕大部分帶寬被少量用戶所占用，而這些用戶并未支付相應的成本開銷，卻影響了其他大部分用戶的網絡質量，因此，運營商的服務質量也出現(xiàn)問題。
造成以上現(xiàn)象的主要原因是運營商對用戶缺少一個有效的控制和區(qū)分手段，運營商既不知道用戶在網上干什么，也沒有辦法給不同用戶提供一個不同的服務質量、服務等級的保證，當然就不能根據(jù)業(yè)務特性設置合理的費率，不能將業(yè)務增量轉化為收益增量，反而被提供語音、IM、游戲等應用的ISP、ICP，利用廉價的網絡資源，大力發(fā)展客戶，擷取了蛋糕上的奶油。
無法實現(xiàn)業(yè)務識別、內容計費增加了運營商的運營成本，降低了客戶的滿意度。于是，如何深度感知網絡應用，提供網絡業(yè)務控制和管理手段，構建可以運營、可以管理的和諧網絡，對P2P有效限制，合理引導，化不利為我所用已經成為電信運營商目前亟需研究的一個熱門課題。
二、帶寬管理技術
通過加大對網絡流量的監(jiān)控，可以在一定程度上比較準確地識別流量中的業(yè)務類型，其中DPI（DeepPacketInspection，深度包檢測）和DFI（Deep/DynamicFlow Inspection，深度/動態(tài)流檢測）兩大技術體系的技術已經在國外商用，通過網絡設備根據(jù)業(yè)務流進行檢測和識別，其適合于檢測非運營商的業(yè)務，以及利用P2P承載的業(yè)務。
IMS（IPMulti-mediaSubsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）架構則是通過應用層通知網絡設備業(yè)務的識別，適合于運營商集中運營的C/S模型的業(yè)務，如VoIP業(yè)務，從而為業(yè)務內容提供計費和電信級的安全保證和服務，向要求服務質量高的、需要帶寬保證的客戶提供QoS保障。IMS技術是發(fā)展方向，但其技術部署和策略應用將是復雜的、長期的過程，因此本文不作介紹。
1、DPI技術
傳統(tǒng)的IP包流量識別和QoS控制技術，僅對IP包頭中的“5Tuples”,即“五元組”信息進行分析，來確定當前流量的基本信息，傳統(tǒng)IP路由器也正是通過這一系列信息來實現(xiàn)一定程度的流量識別和QoS保障的，但其僅僅分析IP包的四層以下的內容，包括源地址、目的地址、源端口、目的端口以及協(xié)議類型，隨著網上應用類型的不斷豐富，僅通過第四層端口信息已經不能真正判斷流量中的應用類型，更不能應對基于開放端口、隨機端口甚至采用加密方式進行傳輸?shù)膽妙愋汀PI技術技術在分析包頭的基礎上，增加了對應用層的分析，是一種基于應用層的流量檢測和控制技術，當IP數(shù)據(jù)包、TCP或UDP數(shù)據(jù)流經過基于DPI技術的帶寬管理系統(tǒng)時，該系統(tǒng)通過深入讀取IP包載荷的內容來對OSI7層協(xié)議中的應用層信息進行重組，從而得到整個應用程序的內容，然后按照系統(tǒng)定義的管理策略對流量進行整形操作。針對不同的協(xié)議類型，DPI識別技術可劃分為以下三類：
第一類是特征字的識別技術：不同的應用通常會采用不同的協(xié)議，而各種協(xié)議都有其特殊的指紋，這些指紋可能是特定的端口、特定的字符串或者特定的Bit序列?；谔卣髯值淖R別技術，正是通過識別數(shù)據(jù)報文中的指紋信息來確定業(yè)務所承載的應用。根據(jù)具體檢測方式的不同，基于特征字的識別技術又可細分為固定特征位置匹配、變動特征位置匹配和狀態(tài)特征字匹配三種分支技術。通過對指紋信息的升級，基于特征字的識別技術可以方便的擴展到對新協(xié)議的檢測。
第二類是應用層網關識別技術：在業(yè)務中，有一類的控制流和業(yè)務流是分離的，如與7號信令相關的業(yè)務，其業(yè)務流沒有任何特征，應用層網管識別技術針對的對象就是此類業(yè)務，首先由應用層網管識別出控制流，并根據(jù)控制流協(xié)議選擇特定的應用層網關對業(yè)務流進行解析，從而識別出相應的業(yè)務流。對于每一個協(xié)議，需要不同的應用層網關對其進行分析。例如：H.323、SIP等協(xié)議，就屬于此類，其通過信令交互過程，協(xié)商得到其數(shù)據(jù)通道，一般是RTP格式封裝的語音流，純粹檢測RTP流并不能確定這條RTP流是通過那種協(xié)議建立起來的，即判斷其是何種業(yè)務，只有通過檢測SIP或H232的協(xié)議交互，才能得到其完整的分析。
第三類是行為模式識別技術：在實施行為模式技術之前，運營商首先必須先對終端的各種行為進行研究，并在此基礎上建立行為識別模型，基于行為識別模型，行為模式識別技術即根據(jù)客戶已經實施的行為，判斷客戶正在進行的動作或者即將實施的動作。
行為模式識別技術通常用于那些無法由協(xié)議本身就能判別的業(yè)務，例如：從電子郵件的內容看，垃圾郵件和普通郵件的業(yè)務流兩者間根本沒有區(qū)別，只有進一步分析，具體根據(jù)發(fā)送郵件的大小、頻率，目的郵件和源郵件地址、變化的頻率和被拒絕的頻率等綜合分析，建立綜合識別模型，才能判斷是否為垃圾郵件。
這三類識別技術分別適用于不同類型的協(xié)議，相互之間無法替代，只有綜合的運用這三大技術，才能有效的靈活的識別網絡上的各類應用，從而實現(xiàn)控制和計費。
2、DFI技術
與DPI進行應用層的載荷匹配不同，DFI采用的是一種基于流量行為的應用識別技術，即不同的應用類型體現(xiàn)在會話連接或數(shù)據(jù)流上的狀態(tài)各有不同。例如，網上IP語音流量體現(xiàn)在流狀態(tài)上的特征就非常明顯：RTP流的包長相對固定，一般在130～220byte，連接速率較低，為20～84kbit/s，同時會話持續(xù)時間也相對較長；而基于P2P下載應用的流量模型的特點為平均包長都在450byte以上、下載時間長、連接速率高、首選傳輸層協(xié)議為TCP等。DFI技術正是基于這一系列流量的行為特征，建立流量特征模型，通過分析會話連接流的包長、連接速率、傳輸字節(jié)量、包與包之間的間隔等信息來與流量模型對比，從而實現(xiàn)鑒別應用類型。
3、優(yōu)缺點
DFI處理速度相對快：采用DPI技術由于要逐包進行拆包操作，并與后臺數(shù)據(jù)庫進行匹配對比；采用DFI技術進行流量分析僅需將流量特征與后臺流量模型比較即可，因此，目前多數(shù)基于DPI的帶寬管理系統(tǒng)的處理能力達到線速1Gbit/s左右，而基于DFI的系統(tǒng)則可以達到線速10Gbit/s的流量監(jiān)控能力，完全可以滿足運營商需求；
DFI維護成本相對較低：基于DPI技術的帶寬管理系統(tǒng)，總是滯后新應用，需要緊跟新協(xié)議和新型應用的產生而不斷升級后臺應用數(shù)據(jù)庫，否則就不能有效識別、管理新技術下的帶寬，提高模式匹配效率；而基于DFI技術的系統(tǒng)在管理維護上的工作量要少于DPI系統(tǒng)，因為同一類型的新應用與舊應用的流量特征不會出現(xiàn)大的變化，因此不需要頻繁升級流量行為模型。
識別準確率方面各有千秋：由于DPI采用逐包分析、模式匹配技術，因此，可以對流量中的具體應用類型和協(xié)議做到比較準確的識別；而DFI僅對流量行為分析，因此只能對應用類型進行籠統(tǒng)分類，如對滿足P2P流量模型的應用統(tǒng)一識別為P2P流量，對符合網絡語音流量模型的類型統(tǒng)一歸類為VoIP流量，但是無法判斷該流量是否采用H.323或其他協(xié)議。如果數(shù)據(jù)包是經過加密傳輸?shù)模瑒t采用DPI方式的流控技術則不能識別其具體應用，而DFI方式的流控技術則不受影響，因為應用流的狀態(tài)行為特征不會因加密而根本改變。
三、技術使用策略
根據(jù)DPI、DFI兩種技術體系的特點，權衡其利弊以及對帶寬管理的具體需求，寬帶運營商在不同的網絡位置控制點選擇了不同的業(yè)務識別和控制管理的技術，以期實現(xiàn)理想的帶寬控制效果。
運營商的IP骨干網通常可分為核心層、流量匯聚層和業(yè)務接入層。在業(yè)務接入層，各運營商的布設的設備型號繁多、種類不一，但一般都采用低成本、大容量、高帶寬的設備來組網，因此在接入層內部的P2P流量成本相對較低；而核心層和流量匯聚層，一般采用高性能路由器來組網，設備成本、帶寬成本較高，因此核心層和流量匯聚層的帶寬是運營商寶貴的資源，且承擔了一些對時延和抖動較敏感、要求Qos較高的業(yè)務，大量的P2P流量將影響到這些高價值業(yè)務的開展。
因此，運營商根據(jù)不同帶寬管理需求點的鏈路類型，在全網實施帶寬管理的初期，可首先在網絡核心和匯聚鏈路出口獲取全網流量，利用電信級分流平臺，將流量分流到后臺部署了DFI技術的帶寬管理系統(tǒng)，按照事先制定的策略對流量進行分析處理，這樣可以利用對高速鏈路環(huán)境的支持和良好的系統(tǒng)處理能力，在骨干網核心提供一個高效的應用識別和帶寬分配機制，保障有效的流控控制效果；同時，在此出口和鏈路上控制P2P流量進行帶寬管理的投資效益比也是比較好的。
其次，在用戶業(yè)務接入側部署基于DPI技術的帶寬管理系統(tǒng)，采用深度包檢測，監(jiān)控P2P應用，限制P2P下載應用的帶寬，同時也可以監(jiān)控非加密的VoIP，更好的保證網絡的暢通，保證網絡性能；從而逐漸實現(xiàn)保障網絡不同業(yè)務QoS的高價值業(yè)務的開展，真正把網絡帶寬變成可有機利用、按需分配的資源。
四、結論
P2P等網絡應用是把雙刃劍，帶來網絡發(fā)展繁榮的同時，也帶來矛盾和挑戰(zhàn)，其必然促進DPI和DFI等帶寬管理技術的應用。運營商在有效管理帶寬的同時，也為客戶的不同業(yè)務QoS做好網絡保障。運營商應加強對技術和市場進行不斷研究和探索，開發(fā)更多用戶關注的新業(yè)務應用，真正把網絡帶寬變成可有機利用、按需分配的資源，正如電信集團總工韋樂平所言“疏堵結合，為我所用”，才能使電信運營商、信息提供商和客戶構建健康和諧的平臺。
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