AscenLink带宽管理器视频服务保证
Video AscenLink?视频应用建议
--内嵌QoS的线路备份和负载均衡解决方案
、
2003年2月
本方案介绍亚盛公司（Ascenvision）的智能型带宽集成管理产品-AscenLink? ，并给出一些视频应用方面的建议，内容分为以下部分：
目录
一、概述 (3)
二、应用的重要性 (3)
三、AscenLink? 的技术实现 (5)
带宽管理 (5)
QoS 简介 (5)
网络拥塞问题的产生 (6)
带宽管理的有效手段 (6)
分类、过滤及策略 (7)
线路负载均衡 (7)
多线路备份 (8)
自动路由功能介绍 (8)
四、视频应用的AscenLink? 实施 (9)
一、概述
互联网推动了社会经济快速发展，为世界带来的巨大变化，我们已经深有感触。对企业来讲，互联网不仅改变了企业进行业务交易的方式，而且改变着企业基础架构在为业务提供支持时所扮演的角色。
随着企业网络应用的增加，业务量的逐年增长，保障关键应用的服务品质就成为网络管理部门面临的新课题。例如，如何保障网络繁忙时视频会议的流畅，保障ERP系统不受其它应用的冲击，保障网上交易的永不间断等等。保障关键应用的运行有许多手段，如为某种应用设置专用线路，增加备用线路，实施QoS（Quality of Service服务质量保证）策略等等。
我们这里以视频应用（Video）为例，介绍亚盛公司（Ascenvision?）的一体化综合解决方案，包括QoS、线路级备份、负载均衡，来共同提供高品质的服务。
二、应用的重要性
AscenLink? 在网络应用分类上，为应用定义了两个指标：带宽敏感型应用和时间敏感型应用。视频应用不仅对带宽的变化比较敏感，对传输时间上的要求也比较高，在多种应用共存的网络环境中，HTTP方式下载、FTP下载、突发的大量电子邮件都会对视频应用造成影响，造成马赛克、图像抖动、延迟或中断的现象。
在关键应用中往往会提及7*24*256保障，即高可用性。事实上，对于现在越来越注重投入产出比的企业来说，有效的应用保障手段往往意味着管理效率的提高，以及企业整体运营成本的降低。首先，我们会介绍相应的一些概念：
服务（Service ）：服务器为用户提供的一种可使用的资源，如打印服务、文件访问服务、Web服务、邮件服务等。
服务器是指提供服务的主机，通常，网管关注于服务器，用户关注于服务，用户只关心服务是否可用，并不关心服务器是否宕机。
可用性（Availability）：服务的正常时间/（正常时间+非正常时间），此结果的百分比。
运行时间（Uptime）：服务正常运行的总时长。
失效（Outage）：服务不能正常使用。
失效时间（Downtime）：服务不能正常使用的总时长（包括计划内的服务暂停和意外服务中断）。
可靠性（Reliability ）：预计系统不间断运行的总时间。
无故障时间（Mean Time Between Failures -MTBF）：系统不间断运行的平均时间，通常以小时计算。
MTBF可通过系统运行总时间与系统失效次数相除来计算。
系统恢复时间(Mean Time To Recovery –MTTR)：系统恢复所花费的平均时间。
MTTR通常作为服务合同的一个组成部分，因为MTTR=24小时的服务费用与MTTR=7天的服务费用明显不同。服务商也通常也有保证系统不间断运行24小时（或7天）的承诺。如果有些服务的MTTR值为零，则表示该系统具备实时切换的冗余措施。
高可用性（High Availability）分类：
24*7*365。表示在一年的365天内、一周7天内、一天的24小时内，可以访问服务和资源的能力。
100% 24*7*365。代表全部时间内，100%服务和资源可用。这就是大多数组织和用户所定义的高可用性（HA）。
虽然24*7*365的服务可以趋近于100%可用，但事实上，这种水平的服务是不可能实现的。即使MTTR为零，不可预见的自然因素和人为因素也会影响到100%可用性的实现。
6-6或6-11（am-pm）100%。表示一天中的一段时间内服务和资源的100%可用性。 5个9服务承诺。5个9表示使用服务和资源时，可以实现24*7*365的99.999%服务保证，即一年内只有5.2分钟的失效时间（Downtime）。
用户或网管都希望实现24*7*365 的100%可用性，但设备和维护的水平都会影响到可用性。我们可以根据实际应用的关键程度来规划可用性策略。
以下是失效时间的百分比对应表：
以下是一些关键应用失效造成的损失参照表：
通过以上对比，我们可以大致估算出采用应用保障方案的投入与产出比。当然，我们也应该充分考虑到其他影响应用保障的因素：
物理：硬件失效
设计：设计失误
操作：由于个别管理失误所造成的影响
环境：空调、电源、外部网络中断、自然灾害等
系统重置：系统维护、升级、配置的影响
三、AscenLink? 的技术实现
AscenLink?集带宽管理、负载均衡、多线路备份为一身，能够使企业真正降低总拥有成本，AscenLink? 定位于互联网应用基础设备，完成需要负载均衡产品和QoS产品共同完成的工作。以下部分会详细介绍带宽管理、负载均衡、多线路备份三个部分。
（AscenLink?将线路备份、负载均衡与QoS 的功能完美结合起来）
带宽管理
由于网络应用和使用率的急剧增加，网络管理员面临着怎样有效利用有限网络资源这一严峻的问题，经常发生由于相对不太重要的通讯量占用大量带宽导致网络瘫痪等等问题。为了解决此类问题，单一的增加带宽是无法从根本上解决问题，并且费用昂贵，引入QoS 解决方案是非常行之有效的方法。
QoS 简介
“服务质量保证”（Quality of Service）是随着企业信息化程度的提高而提出的，由于各类应用在网上涌现，网络拥塞的问题就突出起来，所以保障关键业务服务质量，解决网络拥塞已成为基础网管外的首要任务。
QoS 的目的，就是在有限的广域网资源的前提下，为应用提供优质服务质量。让关键
应用以最低的响应延时通过网络而不受时间、用户数变化和网络突发事件因素的影响。
QoS 的实现主要依赖于有效的带宽管理。管理好有限的广域网出口资源，就可以确保关健业务的正常运行。
网络拥塞问题的产生
A、局域网与广域网接合部吞吐容量的巨大落差
今天局域网所普遍采用的局域以太网技术可以轻易达到10兆、100兆、千兆的速度，而广域网采用DDN、帧中继、ISDN、或卫星等传输技术，带宽通常在2兆以下。正因为局域网与广域网接合部吞吐量的巨大差异，使得传输瓶颈自然形成，还可能因丢包而重新送输增加网络负载，造成网络性能低下。
B、TCP 争夺带宽的突发机制
为了使每一项传输任务能尽早完成，TCP 协议具有一种与生俱来的控流特性叫“慢起”（Slow Start）。“慢起”要求每对TCP 会话中接收方在确认包（Acknowledgement Packet）中向发送方广播一个比上次交易（Transaction）更大尺寸的窗口（Window），使发送方在下一轮的发送中不需等待确认便发送更大量的信息。这种突发机制的原意是要提高传输效率好让任务尽早完成，但是，当网络上所有传输都以这种方式进行时，就面临着争夺带宽的问题。这样，所有服务全部混杂在网络上同时进行，必然会造成：
流量过大的情况下，重要业务与其他信息共同抢占带宽的使用权。
不能根据IP、端口、服务类别设置优先顺序。
网络服务质量无法得到保障，导致重要业务的速度延迟。
带宽管理的有效手段
目前有效管理网络带宽的技术手段分为两种，协调Window 大小和方法和建立队列（Queue）的方法。通常协调Window 大小的方法会增加大量的TCP 数据包，占用部分的网络带宽。而一般的QoS 设备中所使用的队列，虽然对带宽的限制很精确，但最数据量分配的校正功能非常微弱，对剩余的带宽很难进行再分配。
AscenLink?使用独特的方法来实现排序，并且具有瞬间校正功能，不仅可以更加精确地控制固定带宽，同时具有弹性控制机制，不会浪费剩余的带宽，提高带宽的整体利用率。
AscenLink?可以实现智能化流量及带宽管理，可根据业务的重要程度公平的分配相应带宽，不必增加带宽投入，就可迅速正确地解决客户端的需求。AscenLink?不仅可以根据用户（IP）或应用类别分配带宽，有效管理网络资源。此外还可控制相对不重要的用户带宽，使其无法独占有限的网络资源，达到节省网络费用的目的。
（带宽策略实施前后比较）
上图中所示，在普通网络没有实施带宽管理时，关键应用与非关键应用混杂在一起，关键应用受到挤压的情形。而在实施带宽管理的网络中，关键应用首先受到保护，不会受到其它应用的影响。
分类、过滤及策略
分类（class），就是对网络服务进行区分，如FTP、HTTP、TELNET等，由于网络的应用越来越多，甚至每天都有新的服务在互联网上发布，必须有效区分出不同的网络服务，才能制定出有效的带宽分配策略，请在AscenLink?分类中填入标准网络服务的名称或有意义的名称。
过滤（filter），是为分类名称匹配信息类型、定义实施策略，信息类型如上面提到的HTTP、FTP、TELNET 等，也可以自定义任何端口TCP和UDP 服务。
策略（Policy），就是带宽控制的条件，在AscenLink?的策略中可以定义网络繁忙时（Busy）和空闲（Idle）时为不同应用的带宽分配。为不同的源地址和目的地址分配策略，就可以实现个性化的用户带宽使用策略。
AscenLink?考虑到复杂的互联网环境，把互联网服务、用户、时间规定为互联网的构成要素。这3个构成要素在带宽管理分析及设定过程中，成为支撑QoS 的主要手段。
线路负载均衡
在实际应用中，我们也许不想只把客户端的服务请求平均地分配给内部服务器，而是想使WEB 服务器比MAIL 服务器能接受更多的服务请求，一条带宽较大的线路能分配到更多的服务请求，出现故障的服务器将不再接受服务请求直至故障恢复等等。
通过选择合适的负载均衡策略，就可以使多个设备能很好的共同完成任务，消除或避免现有网络负载分布不均、数据流量拥挤反应时间长的瓶颈。
线路负载均衡（Load Balance）建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价透明的方案扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。AscenLink?在负载均衡策略充分考虑到决定负载均衡性能的两个关键因素：
负载均衡算法。
网络系统状况的检测方式和能力。
考虑到服务请求的不同类型、服务器的不同处理能力以及随机选择造成的负载分配不均匀等问题，为了更加合理地把负载分配给不同的线路，AscenLink?采用如下负载均衡算法和网络状态检测方法：
固定指派（Fixed）：选择固定的广域网连接，即选择当前连接失效时固定指派承担负载的线路。
根据IP 地址（By IP Addresses）：与固定指派类似，同样的<来源IP，目的地IP > 组合会使用相同的广域网连接，参数是分配到各广域网连接的比重。
轮循均衡（Round Robin）：每一次来自网络的请求轮流分配给内部中的服务器，从1至N然后重新开始。此种均衡算法适合于服务器组中的所有服务器都有相同的软硬件配置并且平均服务请求相对均衡的情况。
权重轮循均衡（Round Robin by Weight）：根据服务器的不同处理能力，给每个服务器分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求。例如：服务器A的权值被设
计成1，B的权值是3，C的权值是6，则服务器A、B、C将分别接受到10%、30％、60％的服务请求。此种均衡算法能确保高性能的服务器得到更多的使用率，避免低性能的服务器负载过重。
根据下载流量（By Downstream Traffic）：选择下载负载最轻的广域网连接，参数是需要参考的广域网连接。
根据上传流量（By Upstream Traffic）：选择上传负载最轻的广域网连接，参数是需要参考的广域网连接。
根据全部流量（By Total Traffic）：选择总负载最轻的广域网连接，参数是需要参考的广域网连接。
AscenLink?通过多种手段对网络状态进行检测，以保证负载均衡策略的实施，达到不间断可用性的要求：
Ping 侦测：通过ping 的方式检测服务器及网络系统状况，此种方式简单快速，能大致检测出网络及服务器上的操作系统是否正常。
TCP Open 侦测：每个服务都会开放某个通过TCP 连接，检测服务器上某个TCP 端口（如Telnet 的23口，HTTP 的80口等）是否开放来判断服务是否正常。
流量侦测：AscenLink?也会将线路上是否有数据通过作为连接状态是否正常的参考条件。
多线路备份
随着网络应用的增加和线路费用的降低，越来越多的企业选择使用多线路接入，尤其是同时使用不同ISP 提供多条线路，这往往是出于如下的考虑：
1、当线路出现故障时可以切换至另外的线路，增加线路的可靠性。
2、避免由唯一ISP提供多条线路，造成服务中断的风险。
3、通过多条线路增加带宽，均衡负载，合理利用带宽资源。
4、降低线路费用总成本。
AscenLink? 采用多种技术手段来解决传统线路备份中存在的技术问题，这里主要介绍自动路由功能。
自动路由功能介绍
自动路由是指可以同时使用多条ISP 线路，并可以将数据负载自动分配在不同线路上的技术手段，同时也指当线路中断时，不用手动修改设置就可以使用其他线路的工作方式。传统的线路备份都是采取备而不用的方式，一般会有两条线路，即在路由器上设置线路备份策略：当一条线路故障时，自动连接另外一条线路，这时，始终会有一条线路处于空闲状态，造成资源浪费，而且通过一台路由器实现多条线路备份的手段也过于繁琐。
对带宽要求较高的企业一般会采取两台路由器同时工作的手段，实际上就是在一个企业内部使用两条相互独立的Internet 接入，形成两个独立的网络结构。
在正常情况下两台路由器分别使用个自的带宽资源，当一条线路出现故障时，管理员通过修改设置，仍可保证关键业务的运转。当然，这种方法的缺点也十分明显，增加了管理上的难度，平时需要维护两个不同的网络，而且两台路由器会为内部设备提供两个网关（缺省路由），内部网络的用户会分成两个部分，线路故障时必须手修改另一部分设备的网关地址，
包括服务器和工作站。
（线路中断时需要修改缺省网关）
上图所示采用传统备份手段接入Internet 的情况，无论哪条线路发生故障，都会明显影响到内部网络应用，管理员必须进行干预。
AscenLink?在内部维护一条虚拟主干（Virtual Trunk）线路，实际上是由多条真实的广域网线路组成，自动路由的作用是当其中的线路故障时，不需人工干预即可自动将流量切换到正常的线路上，用户不会觉察到线路的中断情况。
（线路中断时的自动路由）
上图所示采用AscenLink?自动路由功能后，用户将面对一个不间断的网络，任何一条线路发生故障，用户都不会感觉到明显的变化。更为关键的是，在传统的路由器备份策略中，根本无法实现线路负载均衡，无法充分有效地利用带宽。
四、视频应用的AscenLink? 实施
可以通过采用多线路备份，并在AscenLink? 中配置带宽分配及负载均衡策略的方式，来实现视频应用的品质保证。
（视频应用实施拓朴）
上图模拟三个点的视频应用实施结构，建议在每个分支机构的路由器后端配置AscenLink? ，分支机构可以根据线路状况灵活选择线路，如两条、三条或是多条，专线、ADSL、ISDN等等，设置好自动路由/负载均衡参数及带宽分参数即可。
当所有线路正常时，视频应用会首先得到带宽保证，其他应用无法挤占其带宽；当线路出现故障时，视频应用会自动切换至另外的线路上，其他应用也会为视频应用出让必要的带宽。
（自动路由参数设置）
（带宽管理参数设置）详细管理配置信息请参见AscenLink? 技术手册。