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1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTDHUAWEI Confidential Internal网络层次构建及性能网络层次构建及性能设计分析设计分析HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 提纲网络规划设计目标网络规划设计目标网络层次构建设计网络层次构建设计网络性能设计分析网络性能设计分析Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络的构成要素应用软件计算平台物理网络拓扑结构网络软件网络互联设备广域网连接Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO
2、., LTD.HUAWEI Confidential 网络设计目标最低运作成本不断增强的整体性能易于操作和使用充分的可靠性完备的安全性可扩展性设计是成本与性能的权衡Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 一个完全连接的网络优点：时延最小、冗余可靠缺点：管理复杂、费用高、N x N连接 实际网络中，不可能采用全网状互联Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络规划设计方法分层拓扑设计逻辑基础，网络骨架冗余性设计消除网络故障时间安全性设计网络不受攻击地址分配及聚
3、合规划减少网络变化影响的区域网络性能计算设计保证网络满足性能需求Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 提纲网络规划设计目标网络规划设计目标网络层次构建设计网络层次构建设计网络性能设计分析网络性能设计分析Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 拓扑结构是网络稳定的基础网络物理连接变化引起路由设备状态变化网络稳定性取决于路由收敛时间路由协议收敛依赖因素：参与收敛的路由器数路由器必须处理的信息量好的拓扑结构可减少区域中路由器数及信息量处理方法：模块化思想，分块解决
4、网络层次设计Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 层次设计模型的优点每层完成特定功能节省费用网络易于理解及管理容易扩展隔离网络故障Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络拓扑层次设计网络设计分三层：核心层、汇聚层、接入访问层核心层汇聚层接入访问层高速数据交换路由聚合及流量收敛工作组接入及访问控制等Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心层特征目标：高速运送流量，主要工作是交换数据包。
5、高可靠性及冗余性提供故障隔离具有迅速升级能力较少的时延和好的可管理性有有限和一致的直径(diameter)Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心层网络设计策略（1）不执行网络策略：任何形式的策略必须在核心层外执行：如数据包的过滤和复杂QoS处理；禁止采用任何降低核心层设备处理能力，或增加数据包交换延迟时间的方法；避免增加核心层路由器配置的复杂程度； 可以将网络策略执行放在访问层边界设备上Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心层网络设计策略（2）对网
6、络中每个目的地具备充分的可到达性：具有足够的路由信息来交换发往网络中任意端设备的数据包；核心层的路由器不应该使用默认的路径到达内部的目的地；聚和路径能够用来减少核心层路由表大小：默认路径用来到达外部的目的地，如因特网上的主机。Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心层类型压缩型网络很小时，一个路由器扮演网络核心层与汇聚层上的所有其它路由器相连接。甚至可能将汇聚层功能包含在核心层里容易管理，但扩展性不好，存在单点故障。核心层Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidenti
7、al 核心层类型核心网型大型网络使用一组由高速局域网连接的路由器，或者一系列高速的广域网链接形成一个核心层网络。用某个网络作为核心层，可将冗余加入到核心层规划中。核心层汇聚层Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 汇聚层网络设计核心层与访问层的分界：隔离拓扑结构的变化控制路由表的大小访问流量及端口的收敛主要策略：路由聚合使核心层与汇聚层的连接最小化。Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 访问接入层网络设计将流量接入网络控制访问执行其它的边缘功能 是网络的对外
8、可见部分，用户与网络的连接场所。核心层接入层汇聚层Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 地址分配规划特点：地址影响网络稳定性地址分配后很难改变目标：控制路由表大小控制拓扑结构变化后相应信息必须传输的网络距离方法：地址聚合Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 地址聚合设计规则：只提供网络中必要的拓扑信息；聚合地点：通常在汇聚层核心层不需要了解访问层中每个网络汇聚层将访问层路由前缀聚合传送给核心层，不是各目的地址信息访问层通常使用默认路由到达汇聚层Page H
9、UAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 地址聚合设计访问层网络的变化被汇聚层屏蔽10.1.1.0/2410.1.2.0/2410.1.3.0/24核心层汇聚层访问层10.1.0.0/22Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 地址分配策略按申请顺序在一个大地址池中，取出需要的地址按行政划分每一个部门有一组可供使用的地址按地域划分部门内每一个办公室都有一组可供使用的地址按拓扑划分基于网络的连接点组合划分Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HU
10、AWEI Confidential 地址分配策略特点按申请顺序无需规划，缺乏管理性按行政划分需要很少规划，便于给机构中某一部门分配地址；如果机构按地域划分，方案较好，否则扩展性差按地域划分需规划，可提供一定的聚合按拓扑划分需规划，大规模网中具备可聚合性，减少路由表，扩展性好，易于配置与维护。Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络冗余性设计分层网络固有缺陷：存在单点故障采用冗余备份链路可以提供互联保护设计策略： 仅在正常路径断掉时才使用冗余路径，除非这些路径已经仔细做了负载平衡设计。平衡负载只能是特例 只要主路径可用，就不
11、要用备用链接来传输正常的数据流，并将其隐藏起来。浮动静态路径、按需拨号等都可以很好地隐藏备用链接直到需要它的时候。Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心层冗余性设计核心层在一个大楼或园区内：使用高速局域网核心层不在一个建筑物内，平衡目标：减少核心层间跳数（hop）减少可用的路径数增加核心层可承受的故障数量Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 环型核心层设计容易维护和规划多条点对点连接完成保证冗余的前提下减少了可用路径的数量，但不能实现其它目标核心层汇聚
12、层访问层Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 环型核心层设计特征从每个核心层设备到任何给定的目标都有两条路径。一个数据包在整个核心层里最多完整地经过3跳。失去单个链接会将最大跳数增加到5个。失去任何两个链接至少会从网络中隔离出一块区域。缺点：时延增大、无法负担很多冗余技术：冗余光纤技术（SDH、FDDI）Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 完全网状核心层设计特点每个核心层路由器都与其它核心层路由器相连接，提供了最大的冗余可能性。适用于跳数最少和使冗余区域
13、最大化。核心层汇聚层访问层Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 完全网状核心层特征多个到任意目的地的可用路径。正常情况下，到任意目的地要两跳。最坏的情况下（有着完全连通性的多个链接断掉了），最大的跳数为5。例外的冗余：每个路由器与其它路由器都有一个链接，该网必须失去至少4条链接，才会使某个目的地无法到达 。缺点：产生过多的冗余，增加收敛时间；连接线路及端口使费用增加。Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 部分网状核心层设计折衷跳数、冗余及网络中路径数量的方
14、案核心层汇聚层访问层Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 部分网状核心层设计任意两点之间至少有3条路径3条路径长度不一，即数据传输时只会选用长度短的路径正常情况下，网络中传输不超过3跳某条链路断了，最大跳数不超过4跳网络扩大后，相应的跳数依旧比较小部分网状提供冗余，费用较低缺点：某些路由协议不能很好处理多点的部分网状连接（NBMA）Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 汇聚层冗余设计方法：双归接入核心层其它备份链路方式Page HUAWEI TECHNOL
15、OGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 双归接入核心层设计汇聚层路由器通过两个分开的路由器有两条链路接入核心层核心层汇聚层访问层ABCDPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 双归接入核心层特点很好的冗余性：核心层一个路由器或链路失败不会失去任何目的地址的可达性每个双归的汇聚层路由器可能增加一倍的路径，会降低收敛速度强迫使用某一条路径时，双倍路径数量依旧，需要使用浮动静态路由核心层连接断掉时，汇聚层路由器可能扮演核心层角色，应该避免。Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LT
16、D.HUAWEI Confidential 其它汇聚层冗余设计可通过汇聚层路由器之间连接获得冗余汇聚层设备端口费用低核心层汇聚层访问层ABCDEPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 其它汇聚层冗余缺点核心层路由表的大小增加了一倍与双归接入核心层一样。有可能通过冗余路径将数据传输到核心层汇聚层路由器可能优先端接通过汇聚层的冗余路径而不是通过核心层的路径。汇聚层路由器通过冗余链接发布作为可到达的目的地的另一个分支中的目的地。引起路由信息泄露不稳定会传播到所有的汇聚层分支，收敛时间就会增加。Page HUAWEI TECHNOLO
17、GIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 接入访问层冗余设计采用双归接入汇聚层汇聚层访问层AB核心层Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 接入访问层冗余设计注意事项双归接入汇聚层将使核心层路由表迅速增大，引起网络的不稳定规则：当冗余连接穿过某个汇聚层分支边界，它就不应象正常路径一样发布可在访问层路由器之间连接提供冗余；采用拨号备份链路作为访问层备份，可避免双归问题；Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 冗余设计特性总结Page H
18、UAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 提纲网络规划设计目标网络层次构建设计网络性能设计分析Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计需求选择网络带宽的需要选择网络设备的需要分析网络能力的需要管理网络的需要Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计基础收集数据商业需求用户需求应用需求计算平台需求网络需求Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI C
19、onfidential 网络性能设计需求分析根据数据及需求关系建立模型根据收集的数据，按照数理统计方法，计算均值、方差、最大最小值等根据网络设计要素计算传输速率、时延要求等值Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计评价指标吞吐率网络利用率时延及响应时间平均队列长度可靠性及可用性Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析HOW使用概率方法及排队理论计算网络流量特征及条件： 数据包到达网络设备速率服从泊松分布（随机到达并相互独立分布） 服
20、务时间（转发处理）服从指数分布 FCFS：先到先服务调度Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析指标定义：平均到达速率，包/秒（p/s）Ts：平均服务时间，秒（s） = 1/ Ts ：通信量强度，1/秒（1/s） ：网络/线路利用率b：数据突发因子q：系统中平均包数量（队列长度）；q：标准差Tq：排队时间（平均响应时间）A：可用性；R：可靠性MTBF：平均无故障时间；MTTR：平均恢复时间Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析
21、计算方法单个设备符合M/M/1单服务队列模型：给定： 、Ts（需求及设备分析得出）网络利用率： = / = *Ts队列长度： q= /（1- ）网络平均响应时间：Tq = Ts/（1- ）= 平均服务时间/空闲率突发因子：b= Rp/Ra=峰值数据速率/平均数据速率队列输出数据包输入： Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析队列长度计算队列长度： q= /(1- )通信强度增加，当接近于1时，队列将剧烈加长，网络拥塞加剧通常 70% 时有比较稳定的性能Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,
22、 LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析响应时间平均响应时间：Tq = Ts/(1- )Tq随的增加而增加，当接近于1时，响应时间长度将迅速增加，网络性能急剧下降通常设计 70%Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析可用率A=Availability=MTBF/(MTBF+MTTR)U=Unavailability=1-A=MTTR/(MTBF+MTTR)A1A2串行系统(s)A1A2并行系统(p)As=A1*A2Us=U1A1+U2A2+U1U2Up=U1*U2=(1- A1)(1
23、- A2)Ap=1-Up= A1+A2-A1A2Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析可靠性R：系统在t时间之前不出现故障的概率（无后效）R1R2串行系统(s)R1R2并行系统(p)RsRpPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析节点流量公式节点流量公式：出口平均总流量=接入平均总流量T：上行出口个数；S：上行出口带宽Pi：下行接入端口类型个数；s：下行接入带宽t：上行接口利用率；p：下行接口利用率接入端口输出端口Pi，sT，
24、SPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计分析业务流量计算星型结构网络：核心为总行网络，接入分行网络业务分析计算方法： 每天工作8小时，通讯时间秒为单位，数据包净长平均100Byte， 40%协议开销（协议/数据），瞬时峰值因子b=2.5，3年业务发展，年业务递增30%一级分行（38个）总行网络ABCDPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计业务分析计算（1）银行业务包括：管理业务、营业业务、综合业务（多媒体）总行营业业务需求分析： 日
25、均处理交易量在3000万笔以上，每笔1K byte，需要的总带宽为：30M 1K 8 1.4 b 8小时 = 30M bps按照每笔交易在双向需要传输20个包计算，需要设备的包转发能力为：2 (30M 20) ( 86060 ) = 42 K pps考虑突发因素，转发需求=42K b =105 K ppsPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计业务分析计算（2）一级行业务需求分析：管理业务平均流量：58 KbpsR1=58 * 1.4 * b * 1.33=178.4 Kbps综合业务带宽计算：开通30路IP电话：
26、每路电话所需带宽为12KBPS，需带宽360Kbps（包括协议开销）。保证每秒30帧的画面传输速率，需带宽768Kbps（包括协议开销）。平均WWW访问速率：平均速率125Kbps，带宽= 125K*1.4* 1.33*b = 960 KbpsF视频会议应用频率较低，可与其他应用复用以提高带宽的利用率，所需带宽为 1320KbpsPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计业务分析计算（3）一级行业务需求分析：管理业务设备性能计算： 2* 178.4 Kbps/(8*140)=326 pps 综合业务设备性能计算：30
27、路IP电话：2*30*33= 1980 pps会议电视：2*768K/（8*1500）= 132 ppsWWW访问：2*960K/（8*140）= 1756 pps综合业务总需求：1980+1756= 3736 pps注：会议电视与其它复用Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计接入带宽及性能计算一级行营业业务带宽=30M / 38 = 789.5 Kbps营业业务设备性能需求=105K /38 =2764 pps其它业务带宽=1320+180=1500 Kbps设备性能需求=3736+326 =4062 pps实
28、际网络中，为进行网络隔离及网络冗余，租用2条E1 FR线路，1M及1.5M bps PVCPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络性能设计核心接入带宽及性能计算总行营业业务带宽=30M bps营业业务设备性能需求=105Kpps其它业务带宽=1500 Kbps*38=57 Mbps设备性能需求=4062 pps*38=154.4Kpps实际网络中，为进行网络隔离及业务分担，租用4条E3 ATM线Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心网络性能分析配置配
29、置：核心层4台Quidway NE16E，通过100M 以太全连接，每台1个VIU，1条E3线路接入广域网，设备性能180K pps。A、B路由器分别用于19个分行营业业务，C、D用于普通业务一级分行（38个）总行网络ACDBNE 16ENE 16NE 16E1 FRE3 E3 1.5M1M1M1.5MPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心网络性能分析线路利用率A、B线路利用率：A-E3 = 平均业务流量 / 链路数据速率= 19 * (789.5K/2.5)/ 34M =17.65%A-ETH = 平均业务流量 / 链
30、路数据速率= 19 * (789.5K/2.5)/ 100M =6%C、D线路利用率：C-E3 = 平均业务流量 / 链路数据速率= 19 * (1500K/2.5)/ 34M =33.53%C-ETH = 平均业务流量 / 链路数据速率= 19 * (1500K/2.5)/ 100M =11.4%提示： 线路利用率 1/b(突发因子)70%Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心网络性能分析设备利用率A、B设备利用率：A =数据平均到达速率 *平均服务时间Ts =19*(789.5K/2.5)/(140*8)=5.357
31、 KppsTs=1/110Kpps :140byte时转发性能 A = 5.357 Kpps / 110Kpps =4.87%C、D设备利用率： =19*(1500K/2.5)/(140*8)=10.18 KppsTs=1/110Kpps A = 5.357 Kpps / 110Kpps =9.25%Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心网络性能分析流量方向网络隔离，核心等效为AB网与CD网两部分N：核心网节点数；T：核心网吞吐能力；C：设备转发性能ACDBT=0%T=100%Page HUAWEI TECHNOLOGI
32、ES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心网络性能分析吞吐能力计算(1)AB网（业务网）：每一个接入端口的流量都从一个核心节点进出，核心节点间没有流量T=N*CN=2，C=34M/（8*140）=31.09 KppsT=2*31.09 =62.2 Kpps注意：设备性能受接口带宽限制ABT=0%T=100%Page HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 核心网络性能分析吞吐能力计算(2)CD网（多媒体网）：核心节点相互均匀地传递流量T=（N+1）*C/2N=2，C=34M/（8*140）=31.09 Kpps
33、T=（2+1）*31.09/2 =46.6 Kpps注意：设备性能受接口带宽限制CDPage HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential 网络设备性能选择指南设备性能主要指标：接口带宽与包转发力包转发所处理的数据不能大于接口的带宽。包转发能力受路由器设计体系、CPU性能、网络服务策略影响，如复杂网络路由协议的计算、QoS保障策略、网络安全控制等都将引起路由器转发能力的下降。选择合适的网络设备还需要结合考虑可靠性、路由表大小及网络节点对设备资源的需要、提供的网络接入端口数量、网络需要的服务策略等因素。更精确的包转发性能计算需要考虑各种长度数据包在网络中的占用比例。Page 谢谢
