开云体育 开云平台开云体育 开云平台开云体育 开云平台计算机软件工程硕士计算机软件工程硕士高级计算机网络高级计算机网络计算机科学系计算机科学系syang@ustceducnsyang@ustceducn202386411~syang202386411~syang20072007--99--2121第二讲第二讲网络需求分析网络需求分析理工大学理工大学指挥自动化学院教授指挥自动化学院教授博士博士理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计本讲目的本讲目的掌握网络设计过程中用来获取和确定系统需掌握网络设计过程中用来获取和确定系统需求的方法。求的方法。本讲讲解的步骤本讲讲解的步骤确定客户有效完成工作所需的网络服务和性能水确定客户有效完成工作所需的网络服务和性能水平，它是整个设计过程的平，它是整个设计过程的难点难点要定义网络分析的技术指标要定义网络分析的技术指标研究获取这些指标的手段研究获取这些指标的手段用各种网络结构图表示之用各种网络结构图表示之理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计本讲主要内容本讲主要内容分析网络应用目标分析网络应用目标分析网络应用约束分析网络应用约束网络分析的技术指标网络分析的技术指标网络测量的概念网络测量的概念InternetInternet流量特征流量特征绘制网络结构图绘制网络结构图确定流量边界确定流量边界分析网络通信流量特征分析网络通信流量特征理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计定义和任务定义和任务定义：定义：网络需求分析是在网络设计过程中用来获取和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确定系统需求的过程在需求分析阶段在需求分析阶段应确定客户有效完成工作所需的应确定客户有效完成工作所需的网络服务和性网络服务和性能水平能水平网络需求网络需求描述了网络系统的行为、特性或属性，是在设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计实现网络系统过程中对系统的约束需求分析是网络设计过程的基础需求分析是网络设计过程的基础理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计分析网络应用目标分析网络应用目标1工作步骤工作步骤从企业高层管理者开始收集商业需求从企业高层管理者开始收集商业需求收集客户群体需求收集客户群体需求收集支持客户和客户应用的网络需求收集支持客户和客户应用的网络需求可以先研究客户的商业状况可以先研究客户的商业状况行业、市场、供应商、产品、服务和竞争优势行业、市场、供应商、产品、服务和竞争优势客户公司的组织结构客户公司的组织结构由客户说明网络设计项目的整体目标由客户说明网络设计项目的整体目标制订衡量网络项目成功的标准制订衡量网络项目成功的标准考虑规模和经费问题考虑规模和经费问题理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计分析网络应用目标分析网络应用目标1明确网络设计目标。典型网络设计目标包括明确网络设计目标。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、视频等独立降低电信及网络成本，开云体育 kaiyun.com 官网入口包括与语音、数据、视频等独立网络有关的开销网络有关的开销缩短产品开发周期，提高雇员生产力缩短产品开发周期，提高雇员生产力使落后的技术现代化使落后的技术现代化提高稿件任务应用程序和数据的安全性和可靠性提高稿件任务应用程序和数据的安全性和可靠性提供更好的客户支持提供更好的客户支持提供新型的客户服务提供新型的客户服务与其他公司建立伙伴合作关系，拓展进入国际市场与其他公司建立伙伴合作关系，拓展进入国际市场理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计分析网络应用目标分析网络应用目标2明确网络设计项目范围明确网络设计项目范围是设计新网络还是修改网络是设计新网络还是修改网络网络规模：一个网段、一个网络规模：一个网段、一个组组局域网、一个广域网，还局域网、一个广域网，还是远程网络或一个完整的企业网是远程网络或一个完整的企业网明确客户的网络应用明确客户的网络应用网络应用统计表网络应用统计表应用名称应用名称应用类型应用类型是否为新应用是否为新应用重要性重要性备注备注办公邮件办公邮件电子邮件电子邮件非常重要非常重要政策法规库政策法规库文件共享文件共享访问访问重要重要会议系统会议系统视频会议视频会议不重要不重要中层以上领导中层以上领导理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计分析网络应用目标分析网络应用目标3可能的应用类型电子邮件文件共享访问文件传输电子商务数据库访问更新桌面印刷人力资源网络浏览基于推的信息传播网络游戏库存管理电子白板Internet语音终端仿真管理报告日历在线;电线;远程医疗零售商店远程教学Internet传真远程访问销售追踪视频会议销售订单输入工厂管理过程控制可能的服务类型客户鉴别和授权主机命名网络管理远程配置下载目录服务网络备份软件分发远程引导程序理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计10本讲主要内容本讲主要内容分析网络应用目标分析网络应用目标分析网络应用约束分析网络应用约束网络分析的技术指标网络分析的技术指标网络测量的概念网络测量的概念InternetInternet流量特征流量特征绘制网络结构图绘制网络结构图确定流量边界确定流量边界分析网络通信流量特征分析网络通信流量特征理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计11分析网络应用约束分析网络应用约束1政策约束政策约束与客户讨论他们的办公政策和技术发展路线与客户讨论他们的办公政策和技术发展路线要与客户就协议、标准、供应商等方面的政策进行讨论要与客户就协议、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不要期待所有人都会拥护新项目预算约束预算约束网络设计的一个共同目标就是控制网络预算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。此外还应考训工作人员以及设计和安装系统的费用等。此外还应考虑信息费用及可能的外包费用虑信息费用及可能的外包费用理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计12分析网络应用约束分析网络应用约束2时间约束时间约束项目进度表规定了项目最终期限和重要阶段项目进度表规定了项目最终期限和重要阶段客户负责管理项目进度，但设计者必须确认就该日程表客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是否可行应用目标检查表应用目标检查表通过填入检查表确定是否了解客户的应用目标及所关心通过填入检查表确定是否了解客户的应用目标及所关心的事项的事项 检查项目 检查项目 结果 结果 对客户所处的产业及竞争情况做了研究。 对客户所处的产业及竞争情况做了研究。 了解客户的公司结构。了解客户的公司结构。 理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计 13 本讲主要内容 本讲主要内容 分析网络应用目标分析网络应用目标 分析网络应用约束分析网络应用约束 网络分析的技术指标网络分析的技术指标 网络测量的概念网络测量的概念 InternetInternet流量特征 流量特征 绘制网络结构图绘制网络结构图 确定流量边界确定流量边界 分析网络通信流量特征分析网络通信流量特征 理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计 14 网络分析的技术指标 网络分析的技术指标 定量地分析网络性能，首先要确定网络性能的技术定量地分析网络性能，首先要确定网络性能的技术 指标 指标 有很多国际组织定义了网络性能技术指标有很多国际组织定义了网络性能技术指标 这些技术指标为我们设计网络提供了一条性能基线这些技术指标为我们设计网络提供了一条性能基线;baseline baseline 网络性能指标有两类：网络性能指标有两类： 网元级：网络设备的性能指标网元级：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网络级：将网络看作一个整体，其端到端的性能指标 我们这里关注的是网络级的性能指标我们这里关注的是网络级的性能指标 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 15 影响网络性能的主要因素 影响网络性能的主要因素 距离：距离越远，费用越高，速率越慢，时延越大距离：距离越远，费用越高，速率越慢，时延越大 时段：不同的时段，通信流量会有高低不同的分布时段：不同的时段，通信流量会有高低不同的分布 拥塞：造成网络性能严重下降拥塞：造成网络性能严重下降 服务类型：视频会议、电子银行、视频点播等服务类型：视频会议、电子银行、视频点播等 可靠性：需要可靠的网络服务可靠性：需要可靠的网络服务 信息冗余：大量的冗余信息消耗了大量网络带宽信息冗余：大量的冗余信息消耗了大量网络带宽 一点决定整体：如果网络一端时电话或无线上网，一点决定整体：如果网络一端时电话或无线上网， 即使另一端时千兆网络，网络速度仍然很慢 即使另一端时千兆网络，网络速度仍然很慢 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 16 网络性能参数 网络性能参数——时延 时延Delay Delay或或Latency Latency 时延：从网络的一端发送一个比特到网络的时延：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 另一端接收到这个比特所经历的时间 传播时延传播时延++发送时延 发送时延++重传时延 重传时延 ++分组交换时延 分组交换时延++排队时延 排队时延 传播时延 传播时延++发送时延 发送时延++排队时延 排队时延 传播时延传播时延 电磁波和光信号在真空中的传播速度电磁波和光信号在线 电磁波和光信号在介质中的传播速度电磁波和光信号在介质中的传播速度2x10 2x10 88 即即200200米米微秒 微秒 同步卫星通信的时延是同步卫星通信的时延是270 270毫秒 毫秒 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 17 网络性能参数 网络性能参数——时延 时延Delay Delay或或Latency Latency 发送时延：发送数据所需要的时间发送时延：发送数据所需要的时间 取决于发送速率和数据长度取决于发送速率和数据长度 发送速率也即数据在信道上的传输速率发送速率也即数据在信道上的传输速率 重传时延：重传出了差错的数据所需要的时间重传时延：重传出了差错的数据所需要的时间 分组交换时延分组交换时延 网桥、交换机、路由器等设备转发数据时产生的等待时网桥、交换机、路由器等设备转发数据时产生的等待时 等待时间取决于内部电路的速度和等待时间取决于内部电路的速度和CPU CPU 排队时延排队时延 输出分组在交换机或路由器的输出队列中排队等候的时输出分组在交换机或路由器的输出队列中排队等候的时 理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计 18 网络性能参数 网络性能参数——时延 时延Delay Delay或或Latency Latency 时延＝传播时延＋传输时延＋排队时延时延＝传播时延＋传输时延＋排队时延 传播时延＝距离传播时延＝距离光在介质中的速度 光在介质中的速度 传输时延＝信息量传输时延＝信息量带宽 带宽 单向时延单向时延OWL, One OWL, One--way Latency way Latency 从网络的源端发送消息到目的端接收到所需要的时间，从网络的源端发送消息到目的端接收到所需要的时间， 它是数据链路的传播时延和沿途每个路由器引入的时延 它是数据链路的传播时延和沿途每个路由器引入的时延 之和 之和 往返时延往返时延RTT, Round RTT, Round--trip Time trip Time 从网络的源端发送消息到接收端，接收端再返回消息到从网络的源端发送消息到接收端，接收端再返回消息到 源端所需要的时间 源端所需要的时间 RTTRTT＝＝tA tD，其中，，其中，tA tA是分组最后一个字节到达时 是分组最后一个字节到达时 tD是分组最后一个字节离开时间是分组最后一个字节离开时间 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 19 网络性能参数 网络性能参数—— Throughput Throughput 吞吐量：在单位时间内传输无差错数据的能吞吐量：在单位时间内传输无差错数据的能 吞吐量可针对某个特定连接或会话定义，也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 可以定义网络总的吞吐量 容量容量Capability Capability：数据通信设备发挥预定功能的 ：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 能力，它经常用来描述通信信道或连接的能力 网络负载网络负载GG：在单位时间内总共发送的平均帧数 ：在单位时间内总共发送的平均帧数 吞吐量吞吐量= PP[[发送成功 发送成功]] 有效吞吐量：表示了应用层的吞吐量有效吞吐量：表示了应用层的吞吐量 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 20 Pure ALOHA Pure ALOHA PrinciplePrinciple: youwant frame,just do youwant frame,just do collisionoccurs, collidingframe destroyedFinish your occurs, collidingframe destroyedFinish your current transmission retrylater current transmission retrylater NoteNote: prettyhard doany worse than prettyhard doany worse than bad理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 21 LetLet SS averagenumber newframes averagenumber newframes submitted during submittedduring frametime frametime frameframe time needed timeneeded fullframe, systemthroughput transmit fullframe, systemthroughput Poisson distributed Poisson distributed LetLet GG newframe newframe submissions during frametime, offeredsubmissions during frametime, offeredload loadG=S framesgenerated during framesgenerated during frametime frame time Also Poisson distributed: Also Poisson distributed: LetLet PP 00 framedoes framedoes sufferfrom collision, from collision, PP 00 ==ee --GG PP00 GG What ALOHAchannel What ALOHAchannel 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 22 beingsent, shouldn’tbump itsWhen beingsent, shouldn’tbump itspredecessor, predecessorrequires successor predecessorrequires TT frame frame time, ourframe ourframe damagedduring Probability damagedduring two frame time twoframe time PP00 ee--22GG becauseduring becauseduring frametime, frameframe time, framegenerated ee--GG framegenerated during two frame time generatedduring two frame time ee--GG ee--22GG GeGe --22GG whenGG 05,SS channelefficiency channelefficiency 184%What ALOHAchannel What ALOHAchannel 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 23 Fig 4-2 Vulnerable period shadedframe 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 24 SlottedALOHA Slotted ALOHA We can improve removingsome We can improve removingsome randomness SlottedALOHA Slotted ALOHA,, frame frame transmission can only start fixedtimes transmission can only start fixedtimes Split time piecesslots,each slot equals Splittime piecesslots,each slot equals frametransmission time Arrived frame can only frametransmission time Arrived frame can only nextslot Vulnerable time nextslot Vulnerable time longer2tt 00 tt00 successincreases one time increases one time Again, during frametime, Again,during frametime, framegenerated framegenerated ee--GG GeGe --GG whenwhen GG =10, =10, SS channelefficiency channelefficiency 368%ALOHA: Contention System ALOHA: Contention System 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 25 Fig 4-3 Throughput versus offered traffic ALOHAsystems 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 26 影响应用层吞吐率的因素 影响应用层吞吐率的因素 协议机制，如握手、窗口、确认等协议机制，如握手、窗口、确认等 协议参数，如帧长、重传定时器等协议参数，如帧长、重传定时器等 网络互连设备的网络互连设备的PPS PPS或或CPS CPS 网络互连设备的分组丢失率网络互连设备的分组丢失率 端到端的差错率端到端的差错率 服务器服务器主机性能 主机性能 CPUCPU类型 类型 磁盘访问速度磁盘访问速度 高速缓存大小高速缓存大小 计算机总线性能计算机总线性能 存储器性能存储器性能 操作系统效率操作系统效率 应用程序效率和正确性应用程序效率和正确性 网络接口卡类型网络接口卡类型 局域网共享站点数局域网共享站点数 其他其他 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 27 网络性能参数 网络性能参数—— Packet Loss Rate Packet Loss Rate 网络丢包率网络丢包率丢分组率 丢分组率：在某时段内在两点间 ：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 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的极为重要的指标该指标是反映网络状况的极为重要的指标 无拥塞时路径丢包率为无拥塞时路径丢包率为0% 0%，轻度拥塞时丢包率为 ，轻度拥塞时丢包率为 11～～4% 4%，严重拥塞时丢包率为 ，严重拥塞时丢包率为55～～15% 15% 丢包的主要原因是路由器的缓存队列溢出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”与丢包率相关的一个指标称为“差错率”，如误 码率码率BER BER 、误帧率 、误帧率，通常极小 ，通常极小 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 28 网络性能参数 网络性能参数——时延抖动 时延抖动Jitter Jitter 时延抖动：分组的单向时延的变化时延抖动：分组的单向时延的变化 变化量应小于时延的变化量应小于时延的1% 1%～～2% 2%，即对于平均时 ，即对于平均时 延为200ms 200 ms的分组，时延抖动 的分组，时延抖动22～～4 ms 有一些网络应用与时延波动有关。例如，如果因有一些网络应用与时延波动有关。例如，如果因 网络突发引起时延抖动，就可能使得视频和音频 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 的通信中断 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 29 网络性能参数 网络性能参数——路由 路由Route Route IPIP网络的通信质量取决于由“结点 网络的通信质量取决于由“结点--链路”集 合构成路径的质量，而该集合是由路由确定合构成路径的质量，而该集合是由路由确定 路由的变动将使时延、丢包率等指标有较大路由的变动将使时延、丢包率等指标有较大 变化 变化 IPIP网络路由是动态的，但是相对稳定 网络路由是动态的，但是相对稳定 一种错误的观点是，一种错误的观点是，IP IP网络的路由是动态的，研 网络的路由是动态的，研 究路由没有意义 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 改变路由，除非当资源用完即发生拥塞 即发生拥塞或底层 或底层 网络出现故障 网络出现故障 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 30 网络性能参数 网络性能参数——带宽 带宽Bandwidth Bandwidth 瓶颈带宽和可用带宽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带宽：两台主机之间路径上的最小带宽链路 瓶颈链路 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一些典型应用的带宽如下 PCPC通信： 通信：144kbs 144kbs～～50kbs 50kbs 数字音频：数字音频：11～～2Mbs 2Mbs 压缩视频：压缩视频：22～～10Mbs 10Mbs 文档备份：文档备份：10 10～～100Mbs 100Mbs 非压缩视频：非压缩视频：11～～2Gbs 2Gbs 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 31 网络性能参数 网络性能参数——响应时间 响应时间Respond Time Respond Time 响应时间：从服务请求发出到接收到相应响应所花响应时间：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 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 出请求并得到响应信息所需要的时间 客户往往比较关心这个网络性能指标客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 远地客户 网络访问设备 激光打印机 当响应时间超过当响应时间超过100 ms 100 ms或或 110 110s的时候，就会引起 的时候，就会引起 不良反映 不良反映 超过超过100 ms 100 ms，就能意识到 ，就能意识到 等待网络的传输 等待网络的传输 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 32 一些常见的响应时延 一些常见的响应时延 轮询时延：设备必须等待上级控制者或主机轮询后轮询时延：设备必须等待上级控制者或主机轮询后 才能发送数据 才能发送数据 连接时延：连接速度越高，两点之间数据传输速度连接时延：连接速度越高，两点之间数据传输速度 越快 越快 等待时延：网络设备上传送接收的分组所需的时间等待时延：网络设备上传送接收的分组所需的时间 CPUCPU时延： 时延：CPU CPU处理来自网络的请求所需的时间 处理来自网络的请求所需的时间 网卡时延：网卡位处理请求并访问物理介质所产生网卡时延：网卡位处理请求并访问物理介质所产生 物理介质时延：取决于特定网络结构的传输速度物理介质时延：取决于特定网络结构的传输速度 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 33 网络性能参数 网络性能参数——利用率 利用率Utilization Utilization 利用率：指定设备在使用时所能发挥的最大利用率：指定设备在使用时所能发挥的最大 能力 能力 例如，网络检测工具表明某网段的利用率是例如，网络检测工具表明某网段的利用率是30% 30%，， 这意味着有 这意味着有30% 30%的容量在使用中 的容量在使用中 在网络分析与设计中，通常考虑两种类型的在网络分析与设计中，通常考虑两种类型的 利用率： 利用率： CPUCPU利用率 利用率 链路利用率链路利用率 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 34 网络性能参数 网络性能参数——效率 效率Efficiency Efficiency 网络效率：为产生所需的输出要求的系统开销网络效率：为产生所需的输出要求的系统开销 网络效率明确了发送通信需要多大的系统开销，不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 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 等原因所致 提高网络性能的方法提高网络性能的方法 尽可能提高尽可能提高MAC MAC层允许的最大长度的帧 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使用长帧要求链路具有较低的差错率 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 35 其他网络分析的技术指标 其他网络分析的技术指标 可用性可用性Availability Availability 可用性是指网络或网络设备可用于执行预期任务的时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 间的总量百分比 百分比 可扩缩性ScalabilityScalability 网络技术或设备随着客户需求的增长而扩充的能力网络技术或设备随着客户需求的增长而扩充的能力 安全性安全性Security Security 总体目标是安全性问题不应干扰公司开展业务的能力总体目标是安全性问题不应干扰公司开展业务的能力 安全性设计的第一个任务是规划，即分析威胁和开发安全性设计的第一个任务是规划，即分析威胁和开发 需求 需求 对安全性控制的数据做出风险评估对安全性控制的数据做出风险评估 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 36 其他网络分析的技术指标 其他网络分析的技术指标续续 可管理性可管理性Manageability Manageability 每个客户都可能有其不同的网络可管理性目标每个客户都可能有其不同的网络可管理性目标，否则从 ，否则从 以下五个方面考虑： 以下五个方面考虑： 故障管理、配臵管理、计费管理、性能管理、安全管理故障管理、配臵管理、计费管理、性能管理、安全管理 适应性适应性Adaptability Adaptability 在客户改变应用要求时网络的应变能力在客户改变应用要求时网络的应变能力 可购买性可购买性Purchasability Purchasability 基本目标是在给定财务成本的情况下，使通信量最大基本目标是在给定财务成本的情况下，使通信量最大 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 37 技术目标检查表 技术目标检查表 结果结果 记录了客户今年、明年两年内关于扩展地点、客户、 记录了客户今年、明年两年内关于扩展地点、客户、 服务器 服务器主机数量的计划。 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 得知了部门服务器迁移到服务器场点或内部网络的 计划。 计划。 得知了有关实现与合作伙伴和其他公司通信的外部 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。 网络的计划。 记录下网络可用性的运行时间百分比和 记录下网络可用性的运行时间百分比和或或MTBF MTBF以以 及及MTTR MTTR目标。 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。 记录下网络吞吐量目标。 理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计 38 网络应用技术需求表 网络应用技术需求表 用用重重 本本可可 接接 受受 MMTT BB FF 可可 接接 受受 MMTT TT RR 吞吞 吐吐 量量 须须小小 于于 理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计 39 分析和确定当前网络通信量和未来网络容量需求的分析和确定当前网络通信量和未来网络容量需求的 方法 方法 InternetInternet流量当前的特征 流量当前的特征 需要通过基线;baseline baseline网络来确定通信数量和容量 网络来确定通信数量和容量 需要估算网络流量及预测通信增长量的实际操作方法需要估算网络流量及预测通信增长量的实际操作方法 参数的估算无疑为网络设计提供了依据参数的估算无疑为网络设计提供了依据 绘制网络结构图，确定子网边界，分割网络管理域绘制网络结构图，确定子网边界，分割网络管理域 确定域内设备，包括现有的和未来的确定域内设备，包括现有的和未来的 分析网络通信流量特征，确定流量基线分析网络通信流量特征，确定流量基线 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 40 本讲主要内容 本讲主要内容 分析网络应用目标分析网络应用目标 分析网络应用约束分析网络应用约束 网络分析的技术指标网络分析的技术指标 网络测量的概念网络测量的概念 InternetInternet流量特征 流量特征 绘制网络结构图绘制网络结构图 确定流量边界确定流量边界 分析网络通信流量特征分析网络通信流量特征 理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计 41 网络测量的定义 网络测量的定义 网络测量定义：通过收集数据或分组的踪网络测量定义：通过收集数据或分组的踪 迹，以显示和分析不同网络应用下在网络 迹，以显示和分析不同网络应用下在网络 中的分组活动情况的一种技术 中的分组活动情况的一种技术 网络测量的研究实质网络测量的研究实质 将将InternetInternet 从技术上升到科学，并更好地指导 从技术上升到科学，并更好地指导 应用 应用 对对InternetInternet 测量是对 测量是对Internet Internet 进行控制的基础 进行控制的基础 和前奏 和前奏 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 42 在何处测量？ 在何处测量？ 应用程序测量 主机测量 网络测量 应用程序到主机的 交互 应用程序到网络的 交互 应用程序 主机 对等通信理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 43 主动测量和被动测量 主动测量和被动测量 Passive Measurement Active Measurement 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 44 分组俘获的方式 分组俘获的方式 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 45 本讲主要内容 本讲主要内容 分析网络应用目标分析网络应用目标 分析网络应用约束分析网络应用约束 网络分析的技术指标网络分析的技术指标 网络测量的概念网络测量的概念 InternetInternet流量特征 流量特征 绘制网络结构图绘制网络结构图 确定流量边界确定流量边界 分析网络通信流量特征分析网络通信流量特征 理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计 46 Internet Internet流量的特点 流量的特点 InternetInternet网络的流量一直在变化 网络的流量一直在变化 聚合的网络流量是多分型的，表征聚合网络流量是困难的：聚合的网络流量是多分型的，表征聚合网络流量是困难的： InternetInternet的异构性 的异构性 网络应用的不同网络应用的不同 可变的链路速度和网络接入技术可变的链路速度和网络接入技术 用户行为的变化用户行为的变化 网络流量表现出局部性质网络流量表现出局部性质 分组流量是非均匀分布的分组流量是非均匀分布的 分组长度是双峰分布的分组长度是双峰分布的 分组到达过程是突发性的会话到达过程是泊松分布的分组到达过程是突发性的会话到达过程是泊松分布的 多数多数TCP TCP会话是简短的 会话是简短的 通信流是双向的但通常是不对称的通信流是双向的但通常是不对称的 InternetInternet流量的主体是 流量的主体是TCP TCP 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 47 观察结果 观察结果11 InternetInternet 的通信量连续地在变化着 的通信量连续地在变化着 InternetInternet 通信量增长速率很快 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 以及用户等，都在改变 对现有网络收集的数据仅仅是在对现有网络收集的数据仅仅是在Internet Internet 的演化 的演化 过程中的一个快照 过程中的一个快照 不能把通信量的结构视为不变的不能把通信量的结构视为不变的 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 48 观察结果 观察结果22 表征聚合的网络流量的特点很困难表征聚合的网络流量的特点很困难 InternetInternet 的异构特性 的异构特性 存在大量的、不同类的应用存在大量的、不同类的应用 多种协议、多种接入技术和接入速率、用户行为多种协议、开云体育 kaiyun.com 官网入口多种接入技术和接入速率、用户行为 随时间的变化，以及 随时间的变化，以及Internet Internet 本身随时间变化 本身随时间变化 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 49 观察结果 观察结果33 网络流量的“邻近相关性”网络流量的“邻近相关性”locality locality效应 效应 流量的模式远非随机的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 分组并非是独立的 时间上的邻近相关性时间上的邻近相关性 空间上的邻近相关性空间上的邻近相关性 在主机级、路由器级和应用级都有该效应在主机级、路由器级和应用级都有该效应 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 50 观察结果 观察结果44 分组流量并非均匀分布的分组流量并非均匀分布的 在在InternetInternet 主机的分组流量很不均匀 主机的分组流量很不均匀 例如：例如：10% 10% 的主机占据了总流量的 的主机占据了总流量的90% 90%或或20 20--80 80 原因：客户服务器方式、地理原因等原因：客户服务器方式、地理原因等 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 51 观察结果 观察结果55 分组长度分布：双模态分组长度分布：双模态双尖峰分布 双尖峰分布 许多短分组包括交互式的流量和确认。这类分组许多短分组包括交互式的流量和确认。这类分组 约占 约占40% 40% 许多长分组是批量数据文件传输类型应用。这些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 分组尽可能长些基于 基于MTU MTU。这类分组约占 。这类分组约占50% 50% 中等长度的分组很少，仅中等长度的分组很少，仅10% 10%左右 左右 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 52 观察结果 观察结果66 会话的到达过程是泊松会线;过程 过程 InternetInternet 的最终用户是人。是这些人独立地随机发 的最终用户是人。是这些人独立地随机发 起对InternetInternet 的接入 的接入 例如，用户向万维网服务器请求单个的页面，就例如，用户向万维网服务器请求单个的页面，开云体育 kaiyun.com 官网入口就 服从于泊松过程 服从于泊松过程 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 53 观察结果 观察结果77 最近的研究指出，分组到达不是泊松分布最近的研究指出，分组到达不是泊松分布 经典的排队论和网络设计是基于：假定分组的到经典的排队论和网络设计是基于：假定分组的到 达过程是泊松分布 达过程是泊松分布无记忆的指数分布 无记忆的指数分布 分组是突发式到达的分组是突发式到达的分组有成群的特性 分组有成群的特性 分组到达的前后有关联分组到达的前后有关联 到达时间并非指数分布到达时间并非指数分布 到达时间并非独立的到达时间并非独立的 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 54 观察结果 观察结果7 分组流量是突发的分组流量是突发的 平均值可能很低，但峰值可能很高平均值可能很低，但峰值可能很高 与使用的时间段有关与使用的时间段有关 流量可能是自相似的：在较长的时间范围内存流量可能是自相似的：在较长的时间范围内存 在突发性 在突发性 突发性难以精确定义突发性难以精确定义 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 55 观察结果 观察结果88 多数多数TCP TCP 会话是简短的 会线%的会话所交换的数据少于 的会线%的交互连接仅持续几秒钟 的交互连接仅持续几秒钟 80%80%的万维网文档传送小于 的万维网文档传送小于10 KB 10 KB 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 56 观察结果 观察结果99 流量是双向的，通常是不对称的流量是双向的，通常是不对称的 数据通常在两个方向流动数据通常在两个方向流动 两个方向的数据量往往相差很大两个方向的数据量往往相差很大 尤其是下载万维网的大文件尤其是下载万维网的大文件 多数应用都使用多数应用都使用TCPIP TCPIP 流量 流量 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 57 观察结果 观察结果10 10 在在InternetInternet 的分组流量中， 的分组流量中，TCP TCP 的份额占绝大 的份额占绝大 部分 部分 至今为止至今为止TCP TCP 协议一直是最重要的协议 协议一直是最重要的协议 即使由于即使由于IP IP 电话和多播技术的使用 电线;这些应用是 这些应用是 在在UDP UDP 上运行 上运行，，TCP TCP 仍占主导地位 仍占主导地位 在可预见的未来仍是如此在可预见的未来仍是如此 正因为这样，许多研究仅关注正因为这样，许多研究仅关注TCP TCP和和IP IP 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 58 本讲主要内容 本讲主要内容 分析网络应用目标分析网络应用目标 分析网络应用约束分析网络应用约束 网络分析的技术指标网络分析的技术指标 网络测量的概念网络测量的概念 InternetInternet流量特征 流量特征 绘制网络结构图绘制网络结构图 确定流量边界确定流量边界 分析网络通信流量特征分析网络通信流量特征 理工大学指挥自动化学院陈鸣：网络工程设计 59 绘制网络结构图 绘制网络结构图 为了确定网络的基础结构特征，首先需要勾为了确定网络的基础结构特征，首先需要勾 画出网络结构图，并标示出主要网络互连设 画出网络结构图，并标示出主要网络互连设 备和网段位臵 备和网段位臵 这包括记录主要设备和网段的名字与地址，以及这包括记录主要设备和网段的名字与地址，以及 识别寻址和命名的标准方法 识别寻址和命名的标准方法 同时要记录物理电缆的类型和长度及环境方面的同时要记录物理电缆的类型和长度及环境方面的 约束条件 约束条件 网络结构图是现有网络结构的反映，或反映网络结构图是现有网络结构的反映，或反映 了上面对网络分析的结果，从而形成了网络 了上面对网络分析的结果，从而形成了网络 设计的基本出发点 设计的基本出发点 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计 60 Microsoft Microsoft公司 公司Visio 2002 Visio 2002 理工大学指挥自动化学院 陈鸣：网络工程设计
