整合有线和无线LAN以支持实时应用程序

无线LAN（WLAN）现在正逐步替代有线以太网成为主要的企业网络访问方法。在许多组织着手推进这个迁移，进行重大的网络基础架构升级时，一定要考虑一些与实时应用程序相关的诸如VoIP和视频会议的需求。

大多数802.11n接入端（AP）可以支持最高300 Mbps的数据传输速率，现在还出现了450 Mbps的。这些更高的数据传输速率增加了WLAN总容量，使之能够在每一个AP上支持更多的用户，以及高吞吐量应用程序，如视频流。

但是这些变化未必一定对实时应用程序有利，因为这些实时应用程序要求高频率的可预见网络访问。在本指南中，我们将介绍什么技术能用来支持这些应用程序，以及这些需求是如何影响有线/无线网络整合的。

理解实时流量需求

实时应用程序对延迟（数据包从A点传输到B点的时间）和抖动（数据包到达时间差异）是很敏感的。当媒体是流式传输时——例如观看YouTube视频或收听播客——到达的数据包可以进行缓冲以减轻延迟和抖动的影响。然而，一些实时应用程序，如语音呼叫、视频会议、即时消息、统一通信和在线游戏，是无法依靠缓冲来解决这些网络“减速”问题的。实时应用程序用户希望获得即时通信，而不希望看到或听到断线或延迟。

实际上，这要求能够以固定的频率发送数据包并保持一致的快速传输。VoIP总是发送一些固定长度的短数据包，其中包含数字化语音数据，这些数据是用一个编解码器（如，G.711、G.728）压缩，以产生低带宽流（如，64 Kbps、16 Kbps）。视频应用程序发送的数据库较长一些，但是帧的大小和压缩仍然取决于决定最小可接受吞吐量（如，5 Mbps、20 Mbps）的编码方法（如，MPEG-4、MPEG-2）。然而，由于延迟和抖动对它有很大的影响，因此这仍不足以保证您的网络传输64 Kbps的语音或5 Mbps的视频。

结果，实时视频和语音的目标一般是通过质量指标进行表现和测量的。对于语音，一般使用平均意见打分（MOS）和R值来评定呼叫质量（分别是1-5和1-100）的。对于视频，一个通用的质量指标是媒体传输索引（MDI），它是由媒体丢失率（MLR）和延迟因数（DF）构成的。这些指标的设计目标各不相同，主要取决于应用程序、内容编码方法、设备类型以及您希望实现的目标。例如，Veriwave的WLAN站点评估——最佳实践指南推荐笔记本的MLR和DF的目标是优于1%和150ms，而智能手机应该争取达到4以上的MOS值（所谓长话质量语音）。

符合实时目标的设计

显然，优化实时应用程序的网络性能涉及许多组件和参数的整合和优化，以便符合或达到这些设计目标。在本文中我们只介绍一些较为重要的方面。

在到达WLAN之前，运行实时应用程序的移动设备需要稳定的连接。这是对于连接到以太网LAN的桌面电脑或笔记本电脑而言的，但是在无线设备方面则不一样——包括移动的笔记本电脑和静止用户的手持设备仍然会遇到RF干扰引起信号波动。为了实现VoIP级无线连接，大多数手持设备和AP供应商都规定了WLAN设计目标，包括最大AP传输功率、最小信号强度和信噪比（SNR），以及传输流量指示消息（DTIM）间隔。即使其他实时应用程序有较为宽松的需求，但是设计能够满足这些目标WLAN覆盖率能够实现您所预期的质量评分。如果想要了解一个实例，请咨询Cisco的WLAN语音检查清单。

在WLAN中，流量必须进行优先级划分，以保证语音流量获得可预见的媒体访问速度，保持抖动小于10毫秒。因为视频流量要求更多的带宽，它的优先级应该低于语音，但高于一般数据或后台应用程序。这个AP流量队列和带宽占用时长优先级可以通过设置802.11e (Wi-Fi Multimedia, WMM)定义的访问分类实现。当这些流量到达有线网络，WMM优化级应该映射到802.1p（以太网帧）或DiffServ Code Point（IP数据包）头标记。在这种映射中要注意“盲点”——例如，当数据帧通过一个WLAN控制器上不支持802.1p的中继端口从边缘交换机传输到核心交换机时。要了解更多这方面的信息，请查看Aerohive的端到端QoS视频。

即使进行了优先级划分，对有限资源的过度争夺也可能影响实时应用程序。同样，一定要端到端地评估这个因素，到达呼叫管理器、媒体服务器或者其他实时流量目标必须经过的从通道到AP再到控制器的所有通过以太网交换机和WAN的路径。

例如，可以通过给语音手持设备分配独立的SSID和频率、使用AP负载均衡和呼叫允许控制来限制每个AP的活跃呼叫数量来管理通道争夺。当这些数据包到达以太网时，它们可以通过VLAN的SSID映射进行隔离。

然而，在AP转发到控制器再到交换机的过程中，这些VLAN仍然会争夺有线网络内部的共享媒体。为了解决这个问题，要减小实时数据包必须通过的有线网络跳数，并且保证网络的每一跳均有足够的容量。例如，采用允许客户端到客户端直接通信而不需要将实时流量转发到远距离控制器的分布式网络体系结构。估算回程链路的总负载，然后将要求符合聚焦视频吞吐量要求的位置升级到千兆以太网。通过在分支机构中安装分布式实时应用程序服务器来去除一些低速或不可靠的WAN链路。

除了数据包流量优先级划分和容量规划，还要确定其他可能影响实时应用程序的延迟和抖动源。例如，当移动用户从一个AP漫游到另一个AP（或者进入/退出一个死区）时，他们可能被要求重新进行身份验证。可能的方法包括虚拟蜂巢解决方案（可避免通道变化）、随机密钥缓存、802.11r快速漫游或使用更快速的方法进行实时客户端身份验证，如WPA2-PSK。

在有线端，减小对中央身份验证服务器的依赖，采取方法减少中间拥塞点的延迟，如防火墙，并考虑是否和如何使用IP组播技术传输流媒体。接下来这个方法可能会让您很吃惊——许多WLAN并不能很好地支持IP组播技术，因为这种方法会使数据传输速度降低为最慢接受者速度（最老或最远距离的）。即使您使用IP组播来减小有线网络负载，您还要考虑使用能够将有线端组播转换为唯一寻址到每一个客户端的无线单播帧的WLAN产品。这可能与我们的直观想法是不同的，但是以更高的速率传输大量的数据帧实际上消耗了更小的带宽占用时长，从而减少所有使用该WLAN的客户端延迟。

结论

所有这些方面在创建语音MOS价值、视频MDI分值和其他应用程序性能指标方面均有其各自的作用。优化一个网络以支持这些要求严格的应用程序可能是很有难度的，特别是对于一个包含大量客户端设备和应用程序的大型企业网络。最理想的是，使用实时性能测试工具测量网络升级和扩容前后的MOS和MDI值。如果您不了解实际的数值，那么您是很难通过优化具体的组件和参数来可预见且一致地实现实时应用程序的目标的。