数据传输延迟的优化策略

引言： 针对城域网中实时传输数据时存在的网络延迟的问题，本文从TCP/IP协议入手，分析各层造成网络延迟的原因，并给出其优化策略，从而为数据实时传输提供稳定可靠的网络环境。

网络中传输的业务包括数据、视频、电文和语音等类型的业务，各种业务的流量差别很大、要求的服务质量也不相同，各式各样的数据在网络介质中通过网络协议（如TCP/IP）进行传输，如果信息量过大不加以限制，超额的网络流量就会导致设备反应缓慢，造成网络延迟。

城域网内部各点位之间距离较近、光缆资源相对丰富，采用分层的设计思想，在网络整体设计中，采用层次化的网络设计结构，将整个网络分成三层：核心层、汇聚层和接入层，结构图如图1，其为一典型双核心汇聚的城域网结构。

网际层

网际层常用设备有路由器。路由器改善网络延迟的方法主要是通过优化路由策略来完成，具体实施策略为：广域网采用静态路由，即降低系统资源，同时又可以屏蔽网络变化波及的范围，使网络更加安全、可靠。

图1 网络连接图

局域网采用OSPF（开放式最短路径优先）路由协议和组播路由协议，实现业务的自动路由和快速路由切换功能，保证业务传输的可靠性。

OSPF路由协议采用的是最短路径优先算法（SPF），可以 保证仅 使用OSPF路由协议时在一个区域内没有环路，由于有的城域网还出现了组播路由协议和静态路由的参与，就不能保证没有环路了。因此，需要对设备做进一步的优化。

网络接口层

网络接口层常用设备有HUB，网卡，中继器，交换机，网桥等。此类设备造成网络延迟的原因有两种：一是设备性能不能满足需要；二是网络设备故障产生阻塞造成网络延迟。第一种因为设备老旧不能满足需要的情况，选择带宽高、吞吐量高、时延小的网络设备替换原有设备，就可以排除因性能造成的网络延迟。下面着重研究因网络设备故障造成网络延迟的问题。

在城域网中，数据传输以光纤通信方式为主。其中，光传输网络为SDH网络，随着节点不断增多，一旦环上有两处或以上的故障将会导致通信中断或者会造成广播风暴，且环路越长，故障影响的范围也越大，因此，城域网采用冗余模式，当主传输线路故障时，切换到备份线路，但这种网络组网方式容易造成环路，本文采用RSTP（快速生成树协议）+SDH环网保护技术的方式，如图2所示，当线路①故障时，自动切换到线路②③④，具体实施策略如下。

1.配置交换机为RSTP模式

局域网中均采用华为交换机，根据性能高低确认主线路switchA和备份线路switchB后，将交换机配置模式为RSTP模式。

systemview

[HUAWEI]sysname switchA

图2 RSTP+SDH环网保护技术连接图

[switchA]stp mode rstp

然后根据需求配置端口的角色和状态，使其能够做到，通过运行RSTP协议阻塞端口，将环形网络结构修剪成无环路的树形网络结构。但一般交换机的CPU的BPDU包不能发送频率过高，因此，仅使用RSTP协议方式，故障检测的时间无法大幅提高，一般都在秒级。因此，单一使用RSTP方式可以定位故障点，但对于要求数据实时传输的网络，仅使用RSTP这种协议方式是无法满足实时要求的。

2.设备加载主控模块（SDH+RSTP）

SDH环网保护技术具有50ms的切换性能，它主要通过硬件芯片与SDH传输模块和交换模块连接，检测线路信号质量来决定是否进行切换，故障检测快，切换速率也快。试验过程中，对于实时数据传输要求高，因此在网络设备中加载主控模块（SDH+RSTP），当线路①故障时，通过读取芯片中的AIS和LOS等告警信息可以迅速判定线路发生故障，并告知全网网络设备，SDH环网保护协议根据故障状态，可快速切换到备份线路②③④，快速恢复通信。

应用层

根据网络结构，配置路由器和交换机的服务质量QoS（如图 3） 。

图3 QoS部署

1.在业务接入的交换机入口，根据用户源IP和目的IP地址进行流分类，标记业务优先级；对业务流量进行监管，按照用户业务类型和数量进行带宽预留和限制；

2.在上游交换机（汇聚和核心交换机）的入口设置信任上行业务的优先级；

3.在业务接入的交换机的出口设置pq队列，实行严格的优先级队列管理；

4.具有拥塞控制机制，支持端口拥塞丢弃；

5.在路由器出口进行Hqos配置限制出口总带宽。

结束语

针对实时传输数据时存在的网络延迟的问题，从TCP/IP模型入手，分析各层造成网络延迟的原因，并给出数据传输在网络接口层、网际层和应用层的优化策略，其中，在网际层给出路由器的优化部署策略，保证小区域内无环路；在网络接口层解决因冗余产生的环路问题；在应用层使用QoS策略优化设备的使用效率，从而为数据实时传输提供稳定可靠的网络环境。