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DPI和DFI帶寬管理技術(shù)分析
2015-01-30 16:25:39 來(lái)源：全球IP通信聯(lián)盟 評(píng)論：0 點(diǎn)擊：
核心提示：DPI和DFI帶寬管理技術(shù)分析。如何減少I(mǎi)P語(yǔ)音的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延。測(cè)量VoIP語(yǔ)音質(zhì)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(wú)線城市的八大應(yīng)用領(lǐng)域。SIP能否成為國(guó)內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)的救贖。Zed-3的SE30P系列IP PBX是一款體積小、功能強(qiáng)大的語(yǔ)音通信系統(tǒng)，可滿足移動(dòng)、SOHO辦公、多機(jī)構(gòu)互聯(lián)、小型電話應(yīng)答服務(wù)系統(tǒng)等需求。分析：建設(shè)GSM/WCDMA無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)。目前，3GPP將SIP作為第三代移動(dòng)通信全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)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(shí)考慮到其開(kāi)展業(yè)務(wù)的靈活性，SIP協(xié)議將成為未來(lái)發(fā)展的方向。
一、當(dāng)前狀況和挑戰(zhàn)
固網(wǎng)轉(zhuǎn)型，寬帶成為最大亮點(diǎn)，欣欣向榮的寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了可觀利潤(rùn)和客戶。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層出不窮，P2P、網(wǎng)絡(luò)游戲、IPTV、WEBTV等新興業(yè)務(wù)，占用了互聯(lián)網(wǎng)大部分帶寬，以BT和Edonkey為代表的P2P應(yīng)用已經(jīng)占據(jù)了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)流量的2/3以上，運(yùn)營(yíng)商的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)陷入了“擁塞-擴(kuò)容-再擁塞”的非正常局面，盈利能力相應(yīng)降低。
從目前國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，P2P跨域的流量在干線占用了80%的帶寬，在我國(guó)寬帶不限時(shí)包月資費(fèi)模式下，網(wǎng)絡(luò)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(yīng)的成本開(kāi)銷，卻影響了其他大部分用戶的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，因此，運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)質(zhì)量也出現(xiàn)問(wèn)題。
造成以上現(xiàn)象的主要原因是運(yùn)營(yíng)商對(duì)用戶缺少一個(gè)有效的控制和區(qū)分手段，運(yùn)營(yíng)商既不知道用戶在網(wǎng)上干什么，也沒(méi)有辦法給不同用戶提供一個(gè)不同的服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)等級(jí)的保證，當(dāng)然就不能根據(jù)業(yè)務(wù)特性設(shè)置合理的費(fèi)率，不能將業(yè)務(wù)增量轉(zhuǎn)化為收益增量，反而被提供語(yǔ)音、IM、游戲等應(yīng)用的ISP、ICP，利用廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò)資源，大力發(fā)展客戶，擷取了蛋糕上的奶油。
無(wú)法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)識(shí)別、內(nèi)容計(jì)費(fèi)增加了運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本，降低了客戶的滿意度。于是，如何深度感知網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，提供網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)控制和管理手段，構(gòu)建可以運(yùn)營(yíng)、可以管理的和諧網(wǎng)絡(luò)，對(duì)P2P有效限制，合理引導(dǎo)，化不利為我所用已經(jīng)成為電信運(yùn)營(yíng)商目前亟需研究的一個(gè)熱門(mén)課題。
二、帶寬管理技術(shù)
通過(guò)加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)控，可以在一定程度上比較準(zhǔn)確地識(shí)別流量中的業(yè)務(wù)類型，其中DPI（DeepPacketInspection，深度包檢測(cè)）和DFI（Deep/DynamicFlow Inspection，深度/動(dòng)態(tài)流檢測(cè)）兩大技術(shù)體系的技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外商用，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)業(yè)務(wù)流進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，其適合于檢測(cè)非運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)，以及利用P2P承載的業(yè)務(wù)。
IMS（IPMulti-mediaSubsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）架構(gòu)則是通過(guò)應(yīng)用層通知網(wǎng)絡(luò)設(shè)備業(yè)務(wù)的識(shí)別，適合于運(yùn)營(yíng)商集中運(yùn)營(yíng)的C/S模型的業(yè)務(wù)，如VoIP業(yè)務(wù)，從而為業(yè)務(wù)內(nèi)容提供計(jì)費(fèi)和電信級(jí)的安全保證和服務(wù)，向要求服務(wù)質(zhì)量高的、需要帶寬保證的客戶提供QoS保障。IMS技術(shù)是發(fā)展方向，但其技術(shù)部署和策略應(yīng)用將是復(fù)雜的、長(zhǎng)期的過(guò)程，因此本文不作介紹。
1、DPI技術(shù)
傳統(tǒng)的IP包流量識(shí)別和QoS控制技術(shù)，僅對(duì)IP包頭中的“5Tuples”,即“五元組”信息進(jìn)行分析，來(lái)確定當(dāng)前流量的基本信息，傳統(tǒng)IP路由器也正是通過(guò)這一系列信息來(lái)實(shí)現(xiàn)一定程度的流量識(shí)別和QoS保障的，但其僅僅分析IP包的四層以下的內(nèi)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(wǎng)上應(yīng)用類型的不斷豐富，僅通過(guò)第四層端口信息已經(jīng)不能真正判斷流量中的應(yīng)用類型，更不能應(yīng)對(duì)基于開(kāi)放端口、隨機(jī)端口甚至采用加密方式進(jìn)行傳輸?shù)膽?yīng)用類型。DPI技術(shù)技術(shù)在分析包頭的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)應(yīng)用層的分析，是一種基于應(yīng)用層的流量檢測(cè)和控制技術(shù)，當(dāng)IP數(shù)據(jù)包、TCP或UDP數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)基于DPI技術(shù)的帶寬管理系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)深入讀取IP包載荷的內(nèi)容來(lái)對(duì)OSI7層協(xié)議中的應(yīng)用層信息進(jìn)行重組，從而得到整個(gè)應(yīng)用程序的內(nèi)容，然后按照系統(tǒng)定義的管理策略對(duì)流量進(jìn)行整形操作。針對(duì)不同的協(xié)議類型，DPI識(shí)別技術(shù)可劃分為以下三類：
第一類是特征字的識(shí)別技術(shù)：不同的應(yīng)用通常會(huì)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。基于特征字的識(shí)別技術(shù)，正是通過(guò)識(shí)別數(shù)據(jù)報(bào)文中的指紋信息來(lái)確定業(yè)務(wù)所承載的應(yīng)用。根據(jù)具體檢測(cè)方式的不同，基于特征字的識(shí)別技術(shù)又可細(xì)分為固定特征位置匹配、變動(dòng)特征位置匹配和狀態(tài)特征字匹配三種分支技術(shù)。通過(guò)對(duì)指紋信息的升級(jí)，基于特征字的識(shí)別技術(shù)可以方便的擴(kuò)展到對(duì)新協(xié)議的檢測(cè)。
第二類是應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)識(shí)別技術(shù)：在業(yè)務(wù)中，有一類的控制流和業(yè)務(wù)流是分離的，如與7號(hào)信令相關(guān)的業(yè)務(wù)，其業(yè)務(wù)流沒(méi)有任何特征，應(yīng)用層網(wǎng)管識(shí)別技術(shù)針對(duì)的對(duì)象就是此類業(yè)務(wù)，首先由應(yīng)用層網(wǎng)管識(shí)別出控制流，并根據(jù)控制流協(xié)議選擇特定的應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行解析，從而識(shí)別出相應(yīng)的業(yè)務(wù)流。對(duì)于每一個(gè)協(xié)議，需要不同的應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)對(duì)其進(jìn)行分析。例如：H.323、SIP等協(xié)議，就屬于此類，其通過(guò)信令交互過(guò)程，協(xié)商得到其數(shù)據(jù)通道，一般是RTP格式封裝的語(yǔ)音流，純粹檢測(cè)RTP流并不能確定這條RTP流是通過(guò)那種協(xié)議建立起來(lái)的，即判斷其是何種業(yè)務(wù)，只有通過(guò)檢測(cè)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(shí)別技術(shù)：在實(shí)施行為模式技術(shù)之前，運(yùn)營(yíng)商首先必須先對(duì)終端的各種行為進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上建立行為識(shí)別模型，基于行為識(shí)別模型，行為模式識(shí)別技術(shù)即根據(jù)客戶已經(jīng)實(shí)施的行為，判斷客戶正在進(jìn)行的動(dòng)作或者即將實(shí)施的動(dòng)作。
行為模式識(shí)別技術(shù)通常用于那些無(wú)法由協(xié)議本身就能判別的業(yè)務(wù)，例如：從電子郵件的內(nèi)容看，垃圾郵件和普通郵件的業(yè)務(wù)流兩者間根本沒(méi)有區(qū)別，只有進(jìn)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(shí)別模型，才能判斷是否為垃圾郵件。
這三類識(shí)別技術(shù)分別適用于不同類型的協(xié)議，相互之間無(wú)法替代，只有綜合的運(yùn)用這三大技術(shù)，才能有效的靈活的識(shí)別網(wǎng)絡(luò)上的各類應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)控制和計(jì)費(fèi)。
2、DFI技術(shù)
與DPI進(jìn)行應(yīng)用層的載荷匹配不同，DFI采用的是一種基于流量行為的應(yīng)用識(shí)別技術(shù)，即不同的應(yīng)用類型體現(xiàn)在會(huì)話連接或數(shù)據(jù)流上的狀態(tài)各有不同。例如，網(wǎng)上IP語(yǔ)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(zhǎng)相對(duì)固定，一般在130～220byte，連接速率較低，為20～84kbit/s，同時(shí)會(huì)話持續(xù)時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)；而基于P2P下載應(yīng)用的流量模型的特點(diǎn)為平均包長(zhǎng)都在450byte以上、下載時(shí)間長(zhǎng)、連接速率高、首選傳輸層協(xié)議為T(mén)CP等。DFI技術(shù)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(guò)分析會(huì)話連接流的包長(zhǎng)、連接速率、傳輸字節(jié)量、包與包之間的間隔等信息來(lái)與流量模型對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)鑒別應(yīng)用類型。
3、優(yōu)缺點(diǎn)
DFI處理速度相對(duì)快：采用DPI技術(shù)由于要逐包進(jìn)行拆包操作，并與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配對(duì)比；采用DFI技術(shù)進(jìn)行流量分析僅需將流量特征與后臺(tái)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(dá)到線速1Gbit/s左右，而基于DFI的系統(tǒng)則可以達(dá)到線速10Gbit/s的流量監(jiān)控能力，完全可以滿足運(yùn)營(yíng)商需求；
DFI維護(hù)成本相對(duì)較低：基于DPI技術(shù)的帶寬管理系統(tǒng)，總是滯后新應(yīng)用，需要緊跟新協(xié)議和新型應(yīng)用的產(chǎn)生而不斷升級(jí)后臺(tái)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)，否則就不能有效識(shí)別、管理新技術(shù)下的帶寬，提高模式匹配效率；而基于DFI技術(shù)的系統(tǒng)在管理維護(hù)上的工作量要少于DPI系統(tǒng)，因?yàn)橥活愋偷男聭?yīng)用與舊應(yīng)用的流量特征不會(huì)出現(xiàn)大的變化，因此不需要頻繁升級(jí)流量行為模型。
識(shí)別準(zhǔn)確率方面各有千秋：由于DPI采用逐包分析、模式匹配技術(shù)，因此，可以對(duì)流量中的具體應(yīng)用類型和協(xié)議做到比較準(zhǔn)確的識(shí)別；而DFI僅對(duì)流量行為分析，因此只能對(duì)應(yīng)用類型進(jìn)行籠統(tǒng)分類，如對(duì)滿足P2P流量模型的應(yīng)用統(tǒng)一識(shí)別為P2P流量，對(duì)符合網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音流量模型的類型統(tǒng)一歸類為VoIP流量，但是無(wú)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(jīng)過(guò)加密傳輸?shù)模瑒t采用DPI方式的流控技術(shù)則不能識(shí)別其具體應(yīng)用，而DFI方式的流控技術(shù)則不受影響，因?yàn)閼?yīng)用流的狀態(tài)行為特征不會(huì)因加密而根本改變。
三、技術(shù)使用策略
根據(jù)DPI、DFI兩種技術(shù)體系的特點(diǎn)，權(quán)衡其利弊以及對(duì)帶寬管理的具體需求，寬帶運(yùn)營(yíng)商在不同的網(wǎng)絡(luò)位置控制點(diǎn)選擇了不同的業(yè)務(wù)識(shí)別和控制管理的技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)理想的帶寬控制效果。
運(yùn)營(yíng)商的IP骨干網(wǎng)通?？煞譃楹诵膶?、流量匯聚層和業(yè)務(wù)接入層。在業(yè)務(wù)接入層，各運(yùn)營(yíng)商的布設(shè)的設(shè)備型號(hào)繁多、種類不一，但一般都采用低成本、大容量、高帶寬的設(shè)備來(lái)組網(wǎng)，因此在接入層內(nèi)部的P2P流量成本相對(duì)較低；而核心層和流量匯聚層，一般采用高性能路由器來(lái)組網(wǎng)，設(shè)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(yùn)營(yíng)商寶貴的資源，且承擔(dān)了一些對(duì)時(shí)延和抖動(dòng)較敏感、要求Qos較高的業(yè)務(wù)，大量的P2P流量將影響到這些高價(jià)值業(yè)務(wù)的開(kāi)展。
因此，運(yùn)營(yíng)商根據(jù)不同帶寬管理需求點(diǎn)的鏈路類型，在全網(wǎng)實(shí)施帶寬管理的初期，可首先在網(wǎng)絡(luò)核心和匯聚鏈路出口獲取全網(wǎng)流量，利用電信級(jí)分流平臺(tái)，將流量分流到后臺(tái)部署了DFI技術(shù)的帶寬管理系統(tǒng)，按照事先制定的策略對(duì)流量進(jìn)行分析處理，這樣可以利用對(duì)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(wǎng)核心提供一個(gè)高效的應(yīng)用識(shí)別和帶寬分配機(jī)制，保障有效的流控控制效果；同時(shí)，在此出口和鏈路上控制P2P流量進(jìn)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(wù)接入側(cè)部署基于DPI技術(shù)的帶寬管理系統(tǒng)，采用深度包檢測(cè)，監(jiān)控P2P應(yīng)用，限制P2P下載應(yīng)用的帶寬，同時(shí)也可以監(jiān)控非加密的VoIP，更好的保證網(wǎng)絡(luò)的暢通，保證網(wǎng)絡(luò)性能；從而逐漸實(shí)現(xiàn)保障網(wǎng)絡(luò)不同業(yè)務(wù)QoS的高價(jià)值業(yè)務(wù)的開(kāi)展，真正把網(wǎng)絡(luò)帶寬變成可有機(jī)利用、按需分配的資源。
四、結(jié)論
P2P等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是把雙刃劍，帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展繁榮的同時(shí)，也帶來(lái)矛盾和挑戰(zhàn)，其必然促進(jìn)DPI和DFI等帶寬管理技術(shù)的應(yīng)用。運(yùn)營(yíng)商在有效管理帶寬的同時(shí)，也為客戶的不同業(yè)務(wù)QoS做好網(wǎng)絡(luò)保障。運(yùn)營(yíng)商應(yīng)加強(qiáng)對(duì)技術(shù)和市場(chǎng)進(jìn)行不斷研究和探索，開(kāi)發(fā)更多用戶關(guān)注的新業(yè)務(wù)應(yīng)用，真正把網(wǎng)絡(luò)帶寬變成可有機(jī)利用、按需分配的資源，正如電信集團(tuán)總工韋樂(lè)平所言“疏堵結(jié)合，為我所用”，才能使電信運(yùn)營(yíng)商、信息提供商和客戶構(gòu)建健康和諧的平臺(tái)。
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