DHCP系统性能要求分析

中国电信和中国网通等固网运营商IPTV等业务由单边缘模式向双边缘模式迁移，由PPPoE方式向IPoE方式迁移，是目前城域网建设和业务开展的一个重要趋势。不同于PPPoE方式，IPoE方式下采用DHCP作为网络进入认证协议，在网络中需要集中部署DHCP服务器系统，在业务控制点（BRAS/SR）需要部署DHCP Relay功能，在宽带接入网需要部署DHCP Snooping，那么这些设备到底需要怎样的DHCP处理能力呢？

参考运营商DHCP系统实践经验，考虑到IPTV业务中用户长久在线的问题，而用户的基本使用是从18：30－22：30四个小时（240分钟）内，从监测用户使用习惯的角度来看，一般设定动态DHCP的租期为120分钟，这样可以较为准确的测量客户在线的时间以分析用户的具体业务使用习惯。

客户机顶盒按照DHCP流程获取地址以后。会在租期50％和87.5％时间的时候向DHCP服务器发送报文要求续约。

因此在线用户DHCP请求周期为60分钟，假定5%的续租报文丢失，则有5%的在线用户会在丢失的续租报文后45分钟再次续租。用户在特定秒内发出DHCP请求的平均概率为5.9*10^-4。

这个平均概率是在用户DHCP申请于时间片内平均分布的基础上求得的，但实际上，用户开机及DHCP申请动作有“忙”和“闲”时间片的区别，比如18：25—18：30之间，或者一个热播节目前的一段时间，会出现DHCP系统的“忙秒”，在“忙秒”内用户DHCP申请的概率叫平均概率为高，其比例按照电信习惯称为“忙秒集中比”，根据经验，“忙秒集中比”在1~2之间，忙秒内DHCP用户申请的概率取8.0*10^-4。

n用户在忙秒中发生DHCP请求的概率服从二项分布：

b(k,n,p)=C_n^k p^k(1-p)^n-k

 式中：b(k,n,p)为忙秒内出现k个DHCP请求的概率，n为用户数，p为用户在忙秒内发出DHCP请求的概率。

 以1万用户为例，忙秒内出现k个DHCP请求的概率和忙秒内出现不多于k个DHCP请求的累计概率如图1所示。

图1：忙秒内出现k个DHCP请求的概率和累计概率

 95%的情况下，1万用户的网络中忙秒DHCP请求不多于13次/s；

 99%的情况下，1万用户的网络中忙秒DHCP请求不多于15次/s；

 99.9%的情况下，1万用户的网络中忙秒DHCP请求不多于18次/s；

 99.99%的情况下，1万用户的网络中忙秒DHCP请求不多于20次/s；

99.999%的情况下，1万用户的网络中忙秒DHCP请求不多于23次/s。

这些数值也就是不同服务质量（允许DHCP呼损）的网络中1万用户所需要的DHCP系统最低处理能力。各种网络用户规模下，DHCP系统的处理能力要求如表1。

表1：各种规模网络中DHCP系统处理能力要求（单位：次/s）

对于DHCP Server系统，以每DHCP Server支持10万IPoE用户计，其DHCP处理能力要求100次/s左右，对于50万IPTV用户的城域网，DHCP集群需要支持400次/s的DHCP认证处理能力。

对于业务路由器，每单板以10G的处理能力最多可以接入5000用户（每用户2M），单板DHCP Relay处理能力要求10次/秒左右。