数据包大小与网络异常：提高数据中心网络传输效率的方法

数据包大小分布与网络性能

在网络通信中，数据包大小的分布直接影响着网络的传输效率和性能。每个网络环境中的数据包大小分布都有其独特特征，这主要取决于网络中运行的应用类型和通信模式。 一般而言，网络流量中最小包（64字节左右）和最大包（1500字节左右）的比例较高，这种分布特征主要源于TCP/IP协议栈的工作机制：控制报文（如TCP握手包、ACK包）通常是小包，而数据传输则倾向于使用最大传输单元（MTU）大小的数据包以提高传输效率。

下图是一台监控小型办公室网络的分析仪提供的数据包大小统计，该网络正常运行，可以看出，最小包和最大包的数量是最多的。

数据包大小分布是评估网络性能的关键指标之一，它直接影响网络的实际传输性能和带宽利用率。通过分析数据包大小分布，我们可以快速识别网络性能瓶颈和潜在问题。

从网络效率角度来看，较大的数据包能够提供更高的传输效率，因为每个数据包的协议开销（如IP头、TCP头）是固定的。当网络中小包比例过高时，这些协议开销会占用更多带宽，导致有效载荷传输效率下降。 例如，在千兆网络中，如果主要传输64字节的小包，其有效载荷可能只有20-30字节，协议开销占比超过50%，严重影响网络性能。

数据包大小异常与网络安全威胁

数据包大小分布的异常通常预示着网络性能问题或安全威胁。当网络中小包（小于128字节）比例异常升高时，可能导致以下问题：

• 网络带宽利用率显著下降
• 服务器处理负载增加
• 网络设备CPU使用率升高
• 应用响应时间延长

从安全角度看，异常的数据包大小分布可能暗示多种网络威胁：

• SYN Flood等DDoS攻击（大量小包）
• 病毒感染后的异常通信
• 网络扫描和探测活动
• 异常的应用行为

为了及时发现这些异常，网络管理员需要建立网络基线，了解正常情况下的数据包大小分布特征。AnaTraf流量分析仪提供长期的历史数据分析能力，支持多维度的数据包统计，帮助管理员快速识别异常流量模式。

案例：数据中心网络性能异常下降原因分析

某用户的网络是一个 IDC 网络环境，包括局域网和互联网接入，其中互联网接入为两条千兆以太网，内部局域网多是寄放的服务器主机。该网络出现网络性能突然下降，但没有发现网络设备出现异常。

• 网络性能下降，分析链路利用率和数据包大小分布

• 小包占比大，网络传输效率低

• 找出发包最多的主机，定位问题

通过部署的 AnaTraf 流量分析仪发现，链路带宽利用率为 28% ，基本正常。每秒数据包达到 18 万，相对较大，在历史数据包曲线上呈现一个明显的峰值。 正常情况下，如果网络中数据包的平均大小为 512B，那么当链路利用率为 28% 时，每秒数据包数量在 68000个左右（1000*28%*1000*1000/8/512）。每秒 18 万个数据包不太正常。 通过数据包大小统计进一步发现，小包占的比例非常高，65~128字节的小包占总流量的 62.42%，当时网络中的平均包大小只有 195B。我们知道，小包过多会导致网络的效率大大降低。

找出发包最多的主机

在 IP 分析模块的 IP 表中根据每秒数据包进行排序，很快就发现一台主机的每秒发包数高达 7 万，远远高于其他主机。 进入该 IP 的详细信息，分析仪提供该 IP 的 IP pairs，以及流量成分分析。在详细信息中发现，该 IP 地址的 IP pairs只有一个，发出的流量均为 DNS 流量。 这是一种典型的网络攻击行为，黑客首先攻击即存在 IDC 的网络主机，在夺得控制权后利用该主机向目标主机发起 DoS（拒绝服务）攻击。