【2017年整理】05+网络性能设计

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1、第1页 共100页,第5章 网络性能设计,5.1 网络带宽分析与设计5.2 网络流量分析与设计【重点】5.3 服务质量分析与设计5.4 负载均衡技术与设计【重点】,第2页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,第3页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,5.1.1 带宽不稳定性分析 网络性能要求在用户需求分析时确定在频带网中，带宽指频率上、下边界之差，以Hz为单位。在基带网中，带宽用来衡量数据的传输速率。ITU-T规定：数据传输速率低于1.5Mbit/s（T1）的网络为窄带网；数据传输速率在1.5Mbit/s以上的网络为宽带网。 调查数据显示：日本宽带上网速度平均速度为93.7Mbit/

2、s，平均月费为34.21美元；美国宽带上网平均速度为8.9Mbit/s，平均月费为53.06美元。,第4页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,视频是网络带宽的主要占用者。带宽与网络设备、网络线路、网络类型、应用环境等因素有关。以太网带宽不稳定性分析全部网络设备做非阻塞式设计投资相当大。光纤线路对带宽影响不大。双绞线线路质量的好坏，对网络带宽影响很大。信号传输过程中，要扣除大约10%的系统开销。以太网负载超过50%时，容易发生广播风暴。线路环境温度过高、信息插座或接头氧化、环境电磁干扰过大等，都会造成网络带宽下降。,第5页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,5.1.2 网络用户业务模

3、型用户网络业务最低带宽需求不同的用户业务，需要不同的网络带宽。局域网用户要求较高的带宽，而且网络上行链路和下行链路的带宽相差不多。在因特网中，下行速率与上行速率不一致，用户对下行速率要求较多。,第6页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,P102表5-1 端到端网络业务最低带宽要求,第7页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,网络带宽低于256kbit/s时，很难满足用户对网络服务的需求。基本设计思想：根据带宽占用大的业务来选择链路带宽，并根据业务使用频度考虑对带宽的复用。用户使用因特网的时间规律17点用户最少上网；早上8点开始上网人数逐渐增加；上午10点达到一天当中的第一个高峰；下午

4、14、15点达到一天中的第二个高峰；晚上20、21点时达到一天中的顶峰。,第8页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,P103图5-1 用户使用因特网的时间规律,第9页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,调查显示：用户平均每周上网4天，计13.4小时；平均每天使用3.35小时（200分钟）左右；用户平均每天收发的电子邮件为2.5封。获取信息占46%；休闲娱乐占32%；学习占8%。,第10页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,5.1.3 网络带宽设计案例阻塞式与非阻塞式设计上层（如汇聚层）链路带宽大于或等于下层（如接入层）链路带宽的总和，称为非阻塞式设计；上层链路带宽低于下层链路

5、带宽的总和，称为阻塞式设计。非阻塞式带宽设计的网络汇聚节点负载轻，网络扩展性好，但是工程成本偏高。,第11页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,P104图5-2 网络带宽的阻塞式与非阻塞式设计,第12页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,5.1.4 网络集线比设计1电话集线比模型集线比指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，如果按照1:1的集线比，只能接30条用户线；如果按照1:8的集线比，可以接240条用户线，这样仍然可以满足30路电话同时通话，但是第31个用户需要通话时就需要等待，或者不能接通。接线比模型建立在所有用户不会同时通信的基础上。,第1

6、3页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,集线比需要进行用户需求分析和话务量统计后才能确定。计算机网络集线比目前难以确定，一般根据经验进行估算。2网络的集线比设计在计算机网络中，如果按照阻塞式设计，同时又能满足用户需求，就需要确定网络服务的集线比。可以将网络集线比理解为网络服务系统有效接入与最大接入能力之间的比率。,第14页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,5.1.5 网络带宽管理技术1利用硬件设备进行网络带宽管理可以通过带宽管理器、入侵控制系统、路由器等硬件设备进行控制和管理。硬件设备管理时性能高，投资大于软件管理。带宽管理器可与现有网络设备进行集成，无需改变已有的网络拓扑结构，

7、路由器配置，服务器配置和用户计算机配置。即使网络结构或网络中的设备配置发生变化，带宽管理器也无需做任何变动。,第15页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,带宽管理器一般设置在边界路由器附近。应当考虑带宽管理器与高速链路的性能匹配问题。P107图5-4,第16页 共100页,5.1 网络带宽分析与设计,2利用软件进行网络带宽管理利用软件也可以管理和控制网络带宽。例如，ISA Server软件可以进行网络带宽管理。在ISA Server中，带宽管理规则按次序排列。每个规则都分配一个指定的编号，编号为1的规则最先处理，默认规则是最后一个处理。ISA Server可以通过配置优先级和带宽规则给指

8、定类型的网络通信分配较多的带宽。网络管理人员可以根据协议、调度、用户、目的、内容等方面指定带宽规则。,第17页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,第18页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,5.2.1 网络流量的特性1流量与带宽带宽是一个固定值，流量是一个变化的量。带宽由网络工程师规划分配，有很强的规律性；流量由用户网络业务形成，规律性不强。带宽与设备、传输链路相关；网络流量与使用情况、传输协议、链路状态等因素相关。,第19页 共100页,5.2 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取决于一些变量，如突发性、延迟、抖动、分组丢失等。不同的网络服务对这些指标要求会

9、不同。如电子邮件具有很强的突发性。在网络设计中，应当根据用户数据流量特性进行网络流量设计和管理。,第20页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,3网络流量监测流量监测硬件或软件可监测网络中数据的流量。P109图5-5 MRTG监控网络流量负载的软件,第21页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,流量监测图功能：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。,第22页 共100页,5.3 服务质量分析与设计,案例 流量监测,第23页 共100

10、页,5.2 网络流量分析与设计,案例 流量监测统计表,第24页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,案例 网络流量分析,第25页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,5.2.2 网络流量设计模型1分层网络的流量模型从接入层流向核心层时，收敛在高速链路上；从核心层流向接入层时，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。,第26页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,P109图5-6 数据流量模型,第27页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,2汇聚层链路聚合链路聚合的目的是保证链路负载均衡。双链路可能会产生负载不均衡的现象。如果对汇聚层上行链路进行

11、链路聚合配置，就可以使上行链路负载均衡。,第28页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,P110图5-7 链路聚合的不同情况,第29页 共100页,5.2 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%的网络流量访问其他网段。P110图5-8,第30页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,这种流量设计模型主要适应于分布式服务设计的园区网（如大学校园网），网络通信主要在本网段的客户机与服务器之间进行，如局域网下的文件存取、数据库存取、OA系统、CAD应用等，这些应用的数据流量占有80%的流量，而只有20%

12、的流量流往其他网段。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。,第31页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,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。P110图5-8,第32页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,4网络峰值流量设计原则在设计时，必须考虑最繁忙时段的数据流量，否则这个时段会发生网络拥塞和数据丢失。不同用户的最繁忙时段不同。例如，企业网络的繁忙时段在上午910点之间；网吧最繁忙的时段在晚上2023点之间；超市网络最繁忙时段往往在晚上收市的时间。在这些时段，网络达到了最大吞吐量，在网络设计时要满足这些繁忙时段

13、的特殊要求。,第33页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,案例 流量管理器应用,第34页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,5.2.3 电话流量的爱尔兰模型1爱尔兰话务量计算公式电话网络已经建立了成熟的爱尔兰话务量模型。Erlang计算公式：A=ntA是话务量，单位Erl，1 Erl单位是同一电路上一小时的呼叫次数；n是呼叫强度，单位次/小时，t是呼叫平均保持时间，单位小时。,第35页 共100页,5.2 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

14、叫强度和呼叫保持时间有关。,第36页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,2忙时呼叫次数（BHCA）计算在电话系统中，用户呼叫的频次和保持时间为随机值变量，通常采用概率统计的方法求得n和t值。n值受节假日、突发事件、费率等影响。t与费率、计费方式、通话距离、用户习惯有关。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）。往往利用BHCA检验通信设备的实时处理能力。,第37页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,3呼损率与服务等级（GoS）在平均话务量模型下，有些用户的呼叫得到了服务，有些没有得到服务，这些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。电话系统

15、将不同呼损率的等级称为“服务等级”（GoS）。GoS值是在最繁忙时刻第1次呼叫阻塞的百分比。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和0.001划分。,第38页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,Erlang-公式呼叫是一个随机事件，只有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：P（k）为系统在k状态下的呼叫阻塞概率，A（Erl）为总话务量，M为中继线总数，k为中继线占用数。,第39页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,Erlang-B公式已经被ITU-T规定为G.80标准在设计中，已知A（话务量）、GoS（服务等级/呼损率）、M（中继线路数）三个参数中的任意两个，可以通过查Erlang-B呼损表，得到第三个参数。如果话务量A在550Erl范围内，可将Erlang-B公式简化为经验公式（5-5）和（5-6）：M=5.5+1.17A （GoS=0.01时） （5-5）M=7.8+1.28A （GoS=0.001时） （5-6）电话Erl经验值：中继链路最高为0.7Erl/线中继链路平均为0.20.3Erl/线,第40页 共100页,5.2 网络流量分析与设计,