第4章 网络性能设计,主讲：易建勋,第4章 网络性能设计,第2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3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-T I.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4页 共88页,表4-1 常用数据传输网络带宽,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,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6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7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,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,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9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10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11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12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13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．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，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14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15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16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17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18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ISA Server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19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20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21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22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,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,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24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26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27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28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29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30页 共88页,4.2 网络流量分析与设计,4.2.4 流量的爱尔兰模型1．爱尔兰话务量公式网络建立了成熟的Erlang话务量模型爱尔兰公式：A= n × t A：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31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32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33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34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：,,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,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）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36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。
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37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IEEE 802.3ad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38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39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40页 共88页,4.3 服务质量设计,4.3.1 QoS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41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、连接失败的概率、吞吐率、传输时延、误码率、安全保护、优先级、恢复功能等主讲：易建勋,第4章 网络性能设计,第42页 共88页,4.3 服务质量设计,2．传输时延传输时延是两个节点之间，发送和接收数据包的时间间隔在任何系统中，传输时延总是存在的话音数据包到达目的地的总时间不得超过150ms主讲：易建勋,第4章 网络性能设计,第43页 共88页,3．时延抖动时延抖动是不同数据包之间延迟时间的差别抖动主要由于排队等候时间不同而引起话音网络的抖动不应超过30ms4．丢包率丢包率指发送数据包与接收数据包的比率数据包丢失一般由网络拥塞引起数据包丢失率应小于1%。