山东大学《计算机网络设计》课件第6章 网络需求分析

第6章 网络需求分析第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析回顾l联网物理介质问题：为什么需要各种不同的联网介质？l以太网技术问题：速率不同，应用的场合是否一样？l实用案例2第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析3教学提示l教学目的网络需求分析是获取和确定用户有效完成工作所需的网络服务和性能水平的过程，对大中型网络系统是必须的搞清网络应用目标，理解网络应用约束，掌握网络分析的技术指标，采用适当的分析网络流量的方法，对于网络需求分析是十分重要以设计网络实验室局域网和办公环境局域网为例，讲解了需求分析和设计过程l重点网络分析的技术指标分析网络流量的方法第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析4定义和任务l定义：网络需求分析是在网络设计过程中用来获取和确定系统需求的过程l网络需求描述了网络系统的行为、特性或属性，是在设计实现网络系统过程中对系统的约束l在需求分析阶段应确定用户有效完成工作所需的网络服务和性能水平l需求分析是网络设计过程的基础 第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析5要点1.1.分析网络应用目标2.分析网络应用约束3.网络分析的技术指标4.因特网流量的特点5.分析网络流量6.网络工程案例教学第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析6分析网络应用目标(1)l工作步骤从企业高层管理者开始收集商业需求收集用户群体需求收集支持用户和用户应用的网络需求l明确网络设计目标。典型网络设计目标包括加强合作交流，共享的重要数据资源加强对分支机构或部属的调控能力降低电信及网络成本，包括与语音、数据、视频等独立网络有关的开销7分析网络应用目标(2)l明确网络设计项目范围是设计新网络还是修改网络网络规模：一个网段、一个(组)局域网、一个广域网，还是远程网络或一个完整的企业网l明确用户的网络应用 网络应用统计表应用名称应用类型是否为新应用重要性备注办公邮件电子邮件 否非常重要政策法规库文件共享/访问 否重要会议系统视频会议 是不重要中层以上领导第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析8要点1.分析网络应用目标2.2.分析网络应用约束3.网络分析的技术指标4.因特网流量的特点5.分析网络流量6.网络工程案例教学第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析9分析网络应用约束(1) l政策约束 与用户讨论他们的办公政策和技术发展路线要与用户就协议、标准、供应商等方面的政策进行讨论不要期待所有人都会拥护新项目 l预算约束 网络设计的一个共同目标就是控制网络预算预算应包括设备采购、购买软件、维护和测试系统、培训工作人员以及设计和安装系统的费用等还应考虑信息费用及可能的外包费用 10分析网络应用约束(2) l时间约束 项目进度表规定了项目最终期限和重要阶段用户负责管理项目进度，但设计者必须确认就该日程表是否可行l应用目标检查表 通过填入检查表确定是否了解用户的应用目标及所关心的事项检查项目结果对用户所处的产业及竞争情况做了研究。了解用户的公司结构。第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析11要点1.分析网络应用目标2.分析网络应用约束3.3.网络分析的技术指标4.因特网流量的特点5.分析网络流量6.网络工程案例教学第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析12网络分析的技术指标 l定量地分析网络性能，首先要确定网络性能的技术指标l有很多国际组织定义了网络性能技术指标l这些技术指标为我们设计网络提供了一条性能基线(baseline)l网络性能指标有两类：网元级：网络设备的性能指标网络级：将网络看作一个整体，其端到端的性能指标l我们这里关注的是网络级的性能指标第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析13网络性能参数时延时延(Delay(Delay或或Latency)Latency) l时延：从网络的一端发送一个比特到网络的另一端接收到这个比特所经历的时间总时延= 传播时延+发送时延+重传时延 +分组交换时延+排队时延 传播时延+发送时延+排队时延 l网络时延可分为往返时延(Round-trip Time，RTT)单向时延(One-way Latency，OWL) 注意：RTT2OWL 第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析14网络性能参数吞吐量吞吐量吞吐量吞吐量(Throughput)(Throughput)l吞吐量：在单位时间内传输无差错数据的能力l吞吐量可针对某个特定连接或会话定义，也可以定义网络总的吞吐量容量(Capability)：数据通信设备发挥预定功能的能力，它经常用来描述通信信道或连接的能力 网络负载G：在单位时间内总共发送的平均帧数吞吐量 = G P发送成功有效吞吐量：表示了应用层的吞吐量第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析15网络性能参数丢包率丢包率丢包率丢包率(Packet Loss Rate(Packet Loss Rate)l网络丢包率(丢分组率)：在某时段内在两点间传输中丢失分组与总的分组发送量的比率该指标是反映网络状况极为重要的指标无拥塞时路径丢包率为0%，轻度拥塞时丢包率为14%，严重拥塞时丢包率为515%丢包的主要原因是路由器的缓存队列溢出与丢包率相关的一个指标称为“差错率” ，如误码率(BER) 、误帧率 ，通常极小 第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析16网络性能参数时延抖动时延抖动(Jitter)(Jitter) l时延抖动：分组的单向时延的变化l变化量应小于时延的1%2%，即对于平均时延为200 ms的分组，时延抖动24 msl有一些网络应用与时延波动有关如果因网络突发引起时延抖动，就可能使得视频和音频的通信中断第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析时延抖动(jitter)17时间分组产生分组实际到达假想的时延标准值网络实际时延T0t1时延抖动Tk Tktk第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析18网络性能参数路由路由(Route)(Route) l路由即为一个特定的“节点-链路”集合，该集合是由路由器中的选路算法决定的l选路算法决定分组所采用的路径（路由）18Packet Switchingh0h1hn-1hnl0l1ln第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析网络性能参数路由(Route) l路由的变动将使时延、丢包率等指标有较大变化lIP网络路由是动态的，但是相对稳定一种错误的观点是，IP网络的路由是动态的，研究路由没有意义为了保持网络稳定工作，选路算法通常不会轻易改变路由，除非当资源用完(即发生拥塞)或底层网络出现故障 19第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析20网络性能参数带宽带宽(Bandwidth)(Bandwidth) l瓶颈带宽和可用带宽瓶颈带宽：两台主机之间路径上的最小带宽链路(瓶颈链路)的值可用带宽：沿着该路径当时能够传输的最大带宽一些典型应用的带宽如下lPC通信：14.4kb/s50kb/sl数字音频：12Mb/sl压缩视频：210Mb/sl文档备份：10100Mb/sl非压缩视频：12Gb/s 第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析21网络性能参数响应时间响应时间(Respond Time)(Respond Time)l响应时间：从服务请求发出到接收到相应响应所花费的时间，它经常用来特指客户机向主机交互地发出请求并得到响应信息所需要的时间l用户往往比较关心这个网络性能指标介质时延打印时延服务器时延网卡时延网络时延广域网服务器远地用户网络访问设备当响应时间超过100 ms或1/10 s的时候，就会引起不良反映超过100 ms，就能意识到等待网络的传输第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析22网络性能参数利用率利用率(Utilization)(Utilization)l利用率：指定设备在使用时所能发挥的最大能力例如，网络检测工具表明某网段的利用率是30%，这意味着有30%的容量在使用中l在网络分析与设计中，通常考虑两种类型的利用率：CPU利用率链路利用率第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析23网络性能参数效率效率(Efficiency)(Efficiency)l网络效率：为产生所需的输出要求的系统开销l网络效率明确了发送通信需要多大的系统开销，不论这些系统开销是否由冲突、差错、重定向或确认等原因所致l提高网络性能的方法尽可能提高MAC层允许的最大长度的帧使用长帧要求链路具有较低的差错率第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析24其他网络分析的技术指标 l可用性(Availability)可用性是指网络或网络设备可用于执行预期任务的时间的总量(百分比)IP可用率”的指标用于衡量IP网络的性能。这是因为许多IP应用程序运行的好坏，直接依赖于IP层丢包率指标，当丢包率指标超过设定的阈值时，许多应用变得不可用。故该指标反映了IP层丢包率对应用性能的影响这条线定义了某些网络应用不可用的阈值丢包率时间第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析25其他网络分析的技术指标(续)l可扩展性(Scalablity)网络技术或设备随着用户需求的增长而扩充的能力l安全性(Security) 总体目标是安全性问题不应干扰公司开展业务的能力l可管理性(Manageability) 每个用户都可能有其不同的网络可管理性目标 ，否则从FACPS这5个方面考虑l适应性(Adaptability)在用户改变应用要求时网络的应变能力l可购买性(Purchasability)基本目标是在给定财务成本的情况下，使通信量最大26技术目标检查表 项 目结果结果记录了用户今年、明年两年内关于扩展地点、用户、服务器/主机数量的计划。得知了部门服务器迁移到服务器场点或内部网络的计划。得知了有关实现与合作伙伴和其他公司通信的外部网络的计划。记录下网络可用性的运行时间百分比和/或MTBF以及MTTR目标。记录下共享网段上的最大平均网络利用率目标。记录下网络吞吐量目标。27网络应用技术需求表应用名称应用类型是否为新应用重要性停机成本可接受的MTBF可接受的MTTR吞吐量目标时延必须小于时延变化量必须小于备注第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析28要点1.分析网络应用目标2.分析网络应用约束3.网络分析的技术指标4.4.因特网流量的特点5.分析网络流量6.网络工程案例教学第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析十大观察l在过去15年内，许多研究人员通过对因特网流量进行了较为细致的分析和研究，揭示了因特网基本行为和特性的十大规律l了解这些规律对于我们把握设计计算机网络的一般规律是有帮助的29第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析30观察结果 1l因特网 的通信量连续地在变化着因特网 通信量增长速率很快不仅是通信量，而且通信量的组成、协议、应用以及用户等，都在改变对现有网络收集的数据仅仅是在 因特网 的演化过程中的一个快照不能把通信量的结构视为不变的第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析31观察结果 2l表征聚合的网络流量的特点很困难因特网 的异构特性存在大量的、不同类的应用多种协议、多种接入技术和接入速率、用户行为随时间的变化，以及 因特网 本身随时间变化第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析32观察结果 3l网络流量的“邻近相关性”(locality)效应流量的模式远非随机的流量的结构与用户在应用层发起的任务有关，各分组并非是独立的l时间上的邻近相关性l空间上的邻近相关性l在主机级、路由器级和应用级都有该效应第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析33观察结果 4l分组流量并非均匀分布的在 因特网 主机的分组流量很不均匀例如：10% 的主机占据了总流量的 90% (或 20-80)原因：客户机服务器方式、地理原因等第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析34观察结果 5l分组长度分布：双模态(双尖峰分布)许多短分组包括交互式的流量和确认。这类分组约占 40%许多长分组是批量数据文件传输类型应用。这些分组尽可能长些(基于 MTU)。这类分组约占 50%中等长度的分组很少，仅 10%左右第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析35观察结果 6l会话的到达过程是泊松(Poisson)过程因特网 的最终用户是人。是这