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1、一种基于APESSID的智能流量控制方法固稠貔矿iareo匹irin目WNDtl【本文献信息】王德劲,杜仲.一种基于APESSID的智能流量控制方法J.电视技术,2012,36(7)一种基于APESSID的智能流量控制方法王德劲一,杜仲(1.光纤通信技术和网络国家重点试验实,湖北武汉430074;2.武汉邮电科学研究院,湖北武汉430074)【摘要】无线局域网作为3G的一个重要补充,以其灵活性和便捷性取得了巨大发展.但是由于无线局域网以微波传输的特性,与有线网相比其传输速率要低得多,充分有效利用有限的带宽资源使得流量控制在无线局域网中显得尤为重要.在Linux内核IP数据包过滤系统Ebtabl

2、es的基础上,结合开源流量控制器TC,设计了一种基于扩展服务集标志符(ESSID)的智能流量控制方法,实现网络数据的识别和分类,保证网络流量的稳定和畅通.测试结果表明:该流量控制方法能对无线接入点(AP)中的无线局域网络进行有效的流量控制,保证无线网络资源的充分利用.【关键词】无线局域网;Linux;流量控制;AP;ESSID【中图分类号】TN919.8【文献标识码】ASmartMethodofFlowControlBasedonAccessPointESSIDWANGDejin一.DUZhong(.StateKeyLaboratoryofOptionCommunicationchnologi

3、esandNetworks,Wuhan430074,China;2.WuhanResearchInstituteofPostandTelecommunications,Wuhan430074,China)【Abstract】Asanimportantcomplementto3G,wirelessLANisdevelopedgreatlywithitsflexibilityandconvenience.However,bythewayofmicrowavetransmission,itStransmissionrateismuchlowercomparedwithcablenetwork.For

4、thisreason,itSimportanttoimplementflowcontroltoUSebandwidthsufficiently.OnthefoundationofIPdatafiltersystemEbtablesinLinuxkernel,togetherwithopensourceflowcontrollerTC,akindofsmartflowcontrolmethodisdesignedbasedonExtendedServiceSetIdentifier(ESSID)torealizeidentifingandclassifyingnetworkdata,andtom

5、akesurenetworkflowsteadilyandsmoothly.TestresultindicatesthissystemcanimplementflowcontrolamongwirelessLANcreatedonAccessPoint(AP)efficientlyandmakewirelessresourceusedsufficiently.【Keywords】wirelessLAN;Linux;flowcontrol;AP;ESSID无线局域网运用越来越广泛,保证网络的稳定性和网络带宽的有效利用十分重要.AP作为用户通过无线网络接人Internet的桥接器,透传二层数据包.

6、Ebtables是以太网桥防火墙,工作在数据链路层,可用来过滤数据链路层数据包.本文基于Linux操作系统,利用Ebtalbes二层打标功能,结合开源工具TCfilter对数据包进行分类,再利用分类的队列对数据包进行整形,构建了一个可以从数据链路层进行流量控制的系统.1Linux流量控制原理Linux操作系统的TC(TrafficContro1)工具用于Linux内核的流量控制,主要通过在输出端口建立一个队列来实现.一般只限制网卡发送的数据包,而不限制接收的数据包,即”控发不控收”.Linux流量控制方式包括整形,调度,策略,丢弃和标记.整形就是通过延迟队列中的数据包的发送使其发送速率控制在一

7、个固定的水平以下.而调度是对队列中数据包的发送顺序进行排列或重排.先入先出队列(FIFO)是最常见的调度器.决策器能计算并限制某个特定队列的流量,当网络流量超过预设值时,决策器就开始采取某种预设的操作,从而将流量限制在某个范围.决策器最直接的操作是丢弃数据包.标记是一种对数据包进行一些修改的操作.流量的处理由3种对象控制,即排队规则(qdisc),类(class)和过滤器(filter).队列用来控制网络的收发速度,通过队列,Linux可以将网络数据包缓存起来,然后根据用户的设置,在尽量不中断连接(如TCP)的前提下来平滑网络流量.qdisc分为可分类的和不可分类的,可分类的qdisc包括CB

8、Q(基于类的队列),分层的令牌桶(HTB)和基于优先级的队列(PRIO),其中HTB是本系统所采用的排队类型.类存在于可分类的qdisc之下,不同的类别中可以包含更深入的qdisc,即子类,通过这些细分的qdisc还可以为进入队列的数据包进一步排队.通过设置各种类别数据包的离队次序,qdisc还可以为网络数据流设置优先级.过滤器是Linux流量控制系统中最复杂的对象,它是连接各个流量控制核心组件的纽带.过滤器最简单和最常见的用法就是对数据包进行分类.HTB是基于令牌,桶以及分层的思想.令牌就像通行证,数据包只有在拥有令牌的情况下才能出队.系统以一定的速率产生令牌并填到桶中,直到桶满为止.这种思

9、电视技术第36卷第7期(总第382期)l投稿网址http:/www.VideoE.on71-iW队ND想的优点在于,如果令牌产生的数量大于其被消耗的数量,令牌将会被积累起来,这样不仅能保证在较长一段时间内网络流量在限定值以下,又能处理大速率的突发数据传输.分层是通过类实现的,类可以有子类.通过层次共享,当子类流量超过了某个值时,可以向其父类租借令牌,如果直接父类不能满足,则继续向上借用,直到子类借到需要的令牌或达到根节点为止.HTB租借模型如图1所示.J层节点向予节点H借令牌qdisc图1HTB租借模型在HTB租借模型中,父节点下的兄弟节点确保速率必须得到保证,叶子节点或子分类必须向其父对象归

10、还借用的令牌,层层向上直到根分类.2Linux流量控制在AP中的实现AP是无线局域网中的桥接器,在硬件平台上,给它配置一块ETH网卡和一块WiFi网卡.AP通过ETH卡的eth0口与有线网相连.一块WiFi卡可以创建多个虚AP(用athn表示,n可以是0到MAX_ArH之间的任一数值,MAXATH为能创建的最大虚AP个数),每个虚AP对应一个ESSID,用于被STA关联.eth0和athn之间通过建立一个桥接器(这里用br0表示)桥接在一起.只要给出合法的参数,流量控制系统就能对ESSID的上下行流量都进行有效的控制.上行流中,数据先进入athn,然后上桥br0,再由br0转入有线口eth0发

11、送出去.下行流则相反,数据先经过eth0,进入br0,然后再通过无线口athn发送出去.整个过程,数据都在二层传输,因此要对数据包进行过滤和标记,需要使用以太网防火墙工具Ebtables,流量控制工具TC才能根据标记对数据包进行整形.Linux内核2.6版以上都内置了Ebtables和iproute2(iproute2包含了TC工具).2.1Ebtables数据处理Ebtables的配置包括表,链和规则.表是内置且固定的,共有filter,nat和broute这3种.filter用于对数据包进行过滤,nat用于地址转换,broute决定数据包是在数据链路层转发还是在网络层转发,默认是在数据链路

12、层转发.表包含链,broute有BROUTING链;filter有FOR.72电视技术第36卷第7期(总第382期)I投稿网址http:/www.VideoE.on嘲稠皴ide0riWARD,INPUT和OUTPUT链;nat有PREROUTING,OUTPUT和POSTROUTING链.一般对数据作标记是在61.ter的FORWARD进行.每条链中有一系列规则,每个规则定义了一些过滤选项.进入链中的数据包都会匹配这些项,一但匹配成功就会执行对应的操作,最常用的操作是ACCEPT和DROP,即接收匹配的数据包,丢弃不匹配的.2.2程序实现流量控制功能以接口的方式实现,接口需要输入”struct

13、qoscharessid128;intratev;intceilv;intpriv;”结构的一个数组和”intnun”表示数组元素个数的两个参数,nun的最大值为MAXATH.对于一个essid,ratev为系统为其确保的带宽,ceilv为其最高可占Jj带宽,priv为其抢占带宽的能力,priv数值越小抢占能力越强.程序主要分为两步,第一步将ESSID映射为athn,第二步对相应的网口实施整形操作.在上行流中,需要在athn口标记数据包,然后在eth0口对数据包进行整形.在下行流中则相反.由于上下行流量控制算法思想类似,这里只给出上行流量控制程序流程图,如图2所示.图2上行流量控制程序流程图翻

14、熬iP.tnHirinH3性能分析为AP板烧写Linux2.6版内核和简单流量控制测试程序.搭建的测试网络需要一台普通PC,两台笔记本计算机(STA1和STA2)和一个AP.在AP的ath0和athl口分别建立ESS1D:TCTEST1,TC_TEST2.ath0,athl都通过br0与eth0桥接在一起.STA1与TC_TEST1通过无线关联(称为pair1),sTA2与TC_TEST2关联(称为pair2).PC与AP的eth0口通过有线直接相连.为方便测试,在测试过程中将通过ethO的上行流量始终限制为800bit/s.采用chariot作为网络吞吐量测试工具,测试时间为1min.在未作

15、任何其他流量限制前,上行吞吐量变化曲线如图3所示.由图可知,两者的曲线除了在最开始的一小段时间内有点变化外,后面都重叠在一起且几乎是平线.出现这种现象的原因是,eth0口的上行流量被限制在800bit/s,且两条流量的优先级是一样的.时刻图3无流控下的上行吞吐量在简单测试程序中,给流量控制接口传人参数”structessid_qos=TCTEST1,200,6O0,1,TC_TEST2,200,6OO,2,nun=2”.对流量进行限速后,吞吐量曲线出现了明显的变化,如图4所示.此时pairl的曲线要高于pair2,chariot计算出pairl的吞吐量平均值为0.387Mbit/s,pair2

16、的为0.376Mbit/s.造成这种差异性,是因为虽然系统给TCTEST1和TCTEST2分配的确保带宽和最高可占用带宽都一样,但是给TC_TEST1设置的优先级要高于TCTEST2,即TCTEST1带宽抢占能力更强.从图4可以看出,两曲线的形状具有互补性,即当两线同时达到某个不高的峰时,它们会同时下降,且pair2下降得更快.这种现象以及上面给出的pairl和pair2的吞吐量平均值反映了带宽的共享问题.在程序中,给TCTEST1和TC_TEST2提供的确保带宽都为200bit/s,但实W队ND图4限速后的上行吞吐量际上,它们的均值超过了这个数字,说明都向父类租借了一部分带宽.而父类的总空闲

17、带宽是一定的,当它把这部分带宽租借给了其中一个,就无法同时满足另一个,出现了吞吐量曲线互补的现象.通过命令行可以查看带宽的租借情况,图5显示的是TCTEST1的带宽租借情况.lended表示向外借出了多少数据包数,borrowed表示从外借入了多少数据包数.Jc1asshtb1:11parent1:1prio0rate200000bitceil800000bitburst1624bcburst1699bISent3154489bytes2302pkt(dropped0.over1imits0requeues0)atdede31:6I12g40bi28ppsdb:cl173klogR:eque洲

18、tokens:83778ctokens:21941图5TC_TEST1带宽租借情况(截图)4小结由实验数据和分析可知,采用Linux流量控制工具Ebtables和TC能有效控制无线接入点中ESSID的上下行流量.在无线带宽有限的前提下,不仅能够防止ESSID用户之间发生的带宽争夺,保证带宽分配的公平性,还可以将用户分成不同的类别等级,给特权用户较多的带宽,同时限制普通用户的带宽.也可以做到在某类用户不使用带宽时,将空闲的带宽租借给其他用户,这样能够达到充分利用有限资源的目的.参考文献:1MARTINA.BrowntrafficcontrolhowtoEB/OL.20110822.ht.tp:/tldp.org/HOWTO/TrafficControlHOWTO/index.htm1.2Manual:HTB.EB/OL.20110822.http:/wiki.mikrotik.corn/wiki/Manual:HTB.3Ebtables/iptablesinteractiononaLinuxbasedbridgeEB/OL.201108-20.作者简介:王德劲(1985一),硕士生,主要研究方向为无线通信,II技术.责任编辑:许盈收稿日期:20ll-12o7电视技术第36卷第7期(总第382期)I投稿网址http:/www.VideoE.cn73