网络性能设计

主讲：易建勋第4章网络性能设计第1页共88页内容提要网络带宽设计（重点）网络流量分析与设计服务质量设计拥塞控制负载均衡设计（重点）主讲：易建勋第4章网络性能设计第2页共88页4.1网络带宽设计•网络的性能与成本成正比。4.1.1网络带宽的不稳定因素1．网络带宽•基带网络中，带宽通常用来衡量数据的传输速率。•ITU-TI.113建议规定，数据传输速率低于1.5Mb/s的网络划分为窄带网；数据传输速率在1.5Mb/s以上的网络划分为宽带网。主讲：易建勋第4章网络性能设计第3页共88页表4-1常用数据传输网络带宽网络类型传输速率通信方式应用说明X.2554kbit/s点对点城域网ISDN单：64kbit/s点对点个人、小企业用户FR19.2kbit/s～2Mbit/s点对点城域网，专线DDN64kbit/s～2Mbit/s点对点城域网，专线ADSL下8Mbit/s，上1Mbit/s点对点个人、小企业用户Ethernet10/100/1000Mbit/s广播局域网、城域网HFC下36Mbit/s，上10Mbit/s广播个人、小企业用户E12.048Mbit/s点对点企业专线接入ATM155Mbit/s、655Mbit/s点对点城域网SDH/SONET51.84Mbit/s～2.5Gbit/s点对点城域传输网DWDM2.5Gbit/s～40Gbit/s点对点城域传输网主讲：易建勋第4章网络性能设计第4页共88页4.1网络带宽设计2．以太网带宽不稳定的因素•带宽能否达到理论值，与网络采用阻塞式设计还是非阻塞式设计相关。•双绞线线路质量的好坏，对网络带宽影响很大。•信号在传输过程中要消耗大约10%的系统开销。•环境温度、接头氧化等，都会造成带宽下降。主讲：易建勋第4章网络性能设计第5页共88页4.1网络带宽设计4.1.2网络用户业务模型1．用户网络业务最低带宽需求•局域网中，上行和下行带宽相差不多。•因特网中，下行带宽大于上行带宽。•满足用户网络服务需求带宽不能低于256kb/s•基本的设计思想是：根据带宽占用大的业务来选择线路带宽，并根据业务使用频度考虑带宽。主讲：易建勋第4章网络性能设计第6页共88页4.1网络带宽设计表4-2端到端网络业务最低带宽要求业务类型最低下行带宽最低上行带宽网页浏览32kbit/s10kbit/s收发邮件128kbit/s128kbit/sFTP下载200kbit/s32kbit/s网上聊天32kbit/s32kbit/s网络游戏64kbit/s～256kbit/s64kbit/sIP电话132kbit/s32kbit/s视频会议512kbit/s512kbit/s视频监控256kbit/s～512kbit/s256kbit/s～512kbit/s视频点播1256kbit/s64kbit/sBT下载256kbit/s～512kbit/s256kbit/s～512kbit/s主讲：易建勋第4章网络性能设计第7页共88页4.1网络带宽设计2．网络服务的特点•带宽考虑因素：☆用户的服务类型。☆用户的访问速度。☆用户和服务器之间的连接质量。主讲：易建勋第4章网络性能设计第8页共88页4.1网络带宽设计•网络服务类型：☆偶尔少量的通信☆突发性通信☆固定带宽的流式传输☆不定带宽的数据传输主讲：易建勋第4章网络性能设计第9页共88页4.1网络带宽设计3．用户使用因特网的规律主讲：易建勋第4章网络性能设计第10页共88页4.1网络带宽设计4.1.3网络带宽设计1．阻塞式与非阻塞式设计•非阻塞式设计：上层链路带宽大于或等于下层链路带宽的总和。•阻塞式设计：上层链路带宽低于下层链路带宽的总和。•非阻塞式网络汇聚节点负载轻，网络扩展性好，但是工程成本高。主讲：易建勋第4章网络性能设计第11页共88页4.1网络带宽设计主讲：易建勋第4章网络性能设计第12页共88页4.1网络带宽设计4.1.4网络服务集线比设计1．电话集线比模型•集线比：可用信道与接入用户线的比例。例如，一条E1线路可以同时接通30路电话，如果按1：1的集线比，则只能接30条用户线，如果按1：8的集线比，则可以接240条用户线。主讲：易建勋第4章网络性能设计第13页共88页4.1网络带宽设计2．网络服务的集线比设计•网络集线比：网络服务系统有效接入与最大接入能力之间的比率。•计算机网络的集线比经验值为1：8～1：15。主讲：易建勋第4章网络性能设计第14页共88页4.1网络带宽设计•网络服务集线比计算如下：☆网络服务有效工作时长=打开网页数×（网页大小+系统开销）/（用户带宽/8）☆网络服务最大集线比=服务总工作时长/（网络服务有效时长+服务间隔时长）☆服务器最大用户数=（Web服务器带宽/用户接入带宽）×最大集线比主讲：易建勋第4章网络性能设计第15页共88页4.1网络带宽设计4.1.5网络带宽管理方法1．利用硬件设备进行网络带宽管理•网络带宽可以用软件的方法进行管理，也可以通过带宽管理器、入侵控制系统（IPS）、路由器等硬件设备进行控制和管理。•带宽管理器一般设置在边界路由器附近。•也可将带宽管理器内置在边界路由器中。主讲：易建勋第4章网络性能设计第16页共88页4.1网络带宽设计主讲：易建勋第4章网络性能设计第17页共88页4.1网络带宽设计2．利用软件防火墙进行网络带宽管理如微软公司的ISAServer防火墙软件，也可以进行网络带宽管理。3．利用IOS进行网络带宽管理利用路由器或交换机做策略控制，也可以限制网络带宽。主讲：易建勋第4章网络性能设计第18页共88页4.1网络带宽设计4．带宽的分配策略•对链路进行带宽划分。•对单个IP地址进行带宽分配。•对用户IP地址组的带宽分配。•对用户业务类型进行带宽分配。•在IP网络上进行带宽分配，无法做到电信网那样准确。主讲：易建勋第4章网络性能设计第19页共88页4.2网络流量分析与设计4.2.1网络流量的特性1．流量与带宽•带宽是固定值，而流量是变化的量；•带宽有很强的规律性，而流量的规律性不强；•带宽与物理设备、传输链路相关；•流量与使用情况、传输协议、链路状态等相关。主讲：易建勋第4章网络性能设计第20页共88页4.2网络流量分析与设计2．不同网络服务的数据流量特性•网络性能参数：突发性延迟抖动分组丢失等。主讲：易建勋第4章网络性能设计第21页共88页4.2网络流量分析与设计表4-5不同网络服务的流量特性服务类型业务特征突发性延迟容忍度抖动容忍度分组丢失容忍度Web网页多个小文件传输高中等高中等E-mail数据量小高高高高FTP大文件传输中等高高高即时通信数据量小高中等高高网络游戏要求可靠传输高中等高中等IP语音要求可靠传输低低低低视频点播带宽要求高低低低低电子商务要求可靠传输高中等中等低主讲：易建勋第4章网络性能设计第22页共88页4.2网络流量分析与设计3．网络流量监测•MRTG是一款监控网络流量负载的免费软件。主讲：易建勋第4章网络性能设计第23页共88页4.2网络流量分析与设计•流量监测图的功能：☆峰值流量大小，出现时间，持续时间；☆平均流量大小；☆流出与流入情况，出口是否存在拥塞；☆资源负载情况，如磁盘空间、CPU负载等；☆服务流量分布情况，如Web、FTP等；☆设备流量情况，如路由器、交换机等。案例：流量监测统计表主讲：易建勋第4章网络性能设计第25页共88页4.2网络流量分析与设计4.2.3网络流量设计模型1．分层网络的流量模型•数据流量从接入层流向核心层时，被收敛在高速链路上。•流量从核心层流向接入层时，被发散到低速链路上。•核心层设备汇聚的网络流量最大。•接入层设备的流量相对较小。主讲：易建勋第4章网络性能设计第26页共88页4.2网络流量分析与设计主讲：易建勋第4章网络性能设计第27页共88页4.2网络流量分析与设计3．流量设计中的80/20规则和20/80规则•流量设计的80/20规则：网段上80%的数据流量在本网段内部流动，只有20%的网络流量访问其它网段。•这种流量设计模型主要适应于分布式服务网络。•优点：减轻了网络核心层的流量压力。•缺点：不利于网络集中管理。主讲：易建勋第4章网络性能设计第28页共88页4.2网络流量分析与设计•流量设计的20/80规则：只有20%的数据流量访问本地局域网，而80%的数据流量需要流出本地网络。如利用因特网进行服务的小型企业网。主讲：易建勋第4章网络性能设计第29页共88页4.2网络流量分析与设计4.2.4电话流量的爱尔兰模型1．爱尔兰话务量公式•电话网络建立了成熟的Erlang话务量模型。•爱尔兰公式：A=n×tA：话务量，单位为Erl，1Erl为同一电路上一小时的呼叫次数；n：呼叫强度，单位是次/小时；t：呼叫平均保持时间，单位是小时。主讲：易建勋第4章网络性能设计第30页共88页4.2网络流量分析与设计•例如：呼叫强度=1800次/小时呼叫保持时间=180秒话务量A=1800次/小时×（180/3600）=90Erl•话务量反映了电话系统流量的大小，它与呼叫强度和呼叫保持时间有关。主讲：易建勋第4章网络性能设计第31页共88页4.2网络流量分析与设计2．忙时呼叫次数（BHCA）•通常将话务量最忙的一小时内的电话呼叫次数称为BHCA（忙时呼叫次数）。主讲：易建勋第4章网络性能设计第32页共88页4.2网络流量分析与设计3．呼损率与服务等级（GoS）•没有得到服务的呼叫称为呼损•丢失呼叫的概率称为呼损率•不同呼损率的等级称为“服务等级”（GoS）。•例如：GoS值为0.05时，表示在繁忙时刻，100次呼叫中有5次会听到忙音（阻塞）。•GoS等级一般按照0.1、0.01、0.001划分。主讲：易建勋第4章网络性能设计第33页共88页4.2网络流量分析与设计4．Erlang-Ｂ公式•呼叫是一个随机事件，利用概率和统计的方法来分析和计算呼叫强度值（n）和呼叫保持时间值（t），这就推导出了Erlang-B公式：MiikiAkAkP0!!)(主讲：易建勋第4章网络性能设计第34页共88页4.2网络流量分析与设计•Erlang-B公式已经被ITU-T规定为G.80标准。•如果话务量A在5～50Erl范围之内，则可将Erlang-B公式简化为以下经验公式：M=5.5+1.17×A（GoS=0.01时）M=7.8+1.28×A（GoS=0.001时）•电话Erl经验值：中继链路最高为0.7Erl/线中继链路平均为0.2～0.3Erl/线主讲：易建勋第4章网络性能设计第35页共88页4.2网络流量分析与设计4.2.5网络链路的聚合设计1．网络峰值流量设计•网络在设计必须考虑最繁忙时段的信息流量。•电话的带宽是确定的，标准信道为64kb/s。•在分组交换网络中，数据传输峰值可能随时毫无规律的出现。•链路聚合技术可以将几条链路捆绑在一起，以增加网络链路带宽。主讲：易建勋第4章网络性能设计第36页共88页4.2网络流量分析与设计2．链路聚合中的流量均衡•聚合端口（AP）必须符合IEEE802.3ad标准。•聚合端口根据报文的MAC地址或IP地址进行流量平衡，即把流量平均地分配到聚合端口的成员链路中去（如图4-10）。主讲：易建勋第4章网络性能设计第37页共88页4.2网络流量分析与设计主讲：易建勋第4章网络性能设计第38页共88页4.2网络流量分析与设计3．链路聚合的条件•链路聚合需要硬件设备的支持•链路传输介质必须相同•链路速率必须相同•必须是全双工链路•链路两端的参数必须一致•链路的速率不能小于100Mb/s等。主讲：易建勋第4章网络性能设计第39页共88页4.3服务质量设计4.3.1QoS的主要技术指标•传统IP网络对所有报文都无区别的同等对待对报文传送的可靠性、传送延迟等不提供任何保证。目前因特网提供“尽力而为”的服务。1．服务质量的定义•QoS是IP网络在传输数据流时，满足一系列服务请求的实现机制。主讲：易建勋第4章网络性能设计第40页共88页4.3服务质量设计•QoS的目标是提供端到端的服务质量保证。•服务质量参数：连接延迟、连