网络需求分析课件

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1、第4章 网络需求分析天津大学计算机科学与技术学院饶国政 博士第4章 网络需求分析天津大学第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析2本课程知识结构导学图网络工程设计概述(2学时)网络工程设计基础(4+2学时)基本概念、基本设备简单组网技能中型网络设计知识与技能设计中型网络大型网络设计知识与技能设计大型网络网络设计综合知识与应用配置二层以太网交换机(2+4学时)网络需求分析(4学时)结构化布线系统和机房设计(2学时)网络安全策略设计(2+0学时)网络维护与测试(2+0学时)设计性实验(0+10学时)路由器配置(2+4学时)企业网设计(4学时)2本课程知识结构导学图网络工程设计概述(2学时)基本概念

2、、第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析回顾l l联网物理介质 问题问题：为为什么需要各种不同的什么需要各种不同的联联网介网介质质？l l以太网技术 问题问题：速率不同，：速率不同，应应用的用的场场合是否一合是否一样样？l l案例教学3回顾联网物理介质3第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析4教学提示l l教学目的教学目的 网网络络需求分析是需求分析是获获取和确定用取和确定用户户有效完成工作所需的网有效完成工作所需的网络络服服务务和性能水平的和性能水平的过过程，程，对对大中型网大中型网络络系系统统是必是必须须的的 搞清网搞清网络应络应用目用目标标，理解网，理解网络应络应用用约约束，掌握网束

3、，掌握网络络分析分析的技的技术术指指标标，采用适当的分析网，采用适当的分析网络络流量的方法，流量的方法，对对于网于网络络需求分析是十分重要需求分析是十分重要 以以设计设计网网络实验络实验室局域网和室局域网和办办公公环环境局域网境局域网为为例，例，讲讲解解了需求分析和了需求分析和设计过设计过程程l l重点重点 网网络络分析的技分析的技术术指指标标 分析网分析网络络流量的方法流量的方法4教学提示教学目的第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析5定义和任务l l定义：网网络络需求分析是在网需求分析是在网络设计过络设计过程中用来程中用来获获取和确取和确定系定系统统需求的需求的过过程程l l网络需求 描

4、述了网描述了网络络系系统统的行的行为为、特性或属性，是在、特性或属性，是在设计设计实现实现网网络络系系统过统过程中程中对对系系统统的的约约束束l l在需求分析阶段 应应确定用确定用户户有效完成工作所需的有效完成工作所需的网网络络服服务务和性能和性能水平水平l l需求分析是网络设计过程的基础 5定义和任务定义：第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析6要点1.1.分析网络应用目标2.2.分析网络应用约束3.3.网络分析的技术指标4.4.因特网流量的特点5.5.分析网络流量6.6.网络工程案例教学6要点分析网络应用目标第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析7分析网络应用目标(1)l l工作步骤

5、从企从企业业高高层层管理者开始收集商管理者开始收集商业业需求需求 收集用收集用户户群体需求群体需求 收集支持用收集支持用户户和用和用户应户应用的网用的网络络需求需求l l明确网络设计目标。典型网络设计目标包括 加加强强合作交流，共享的重要数据合作交流，共享的重要数据资资源源 加加强对强对分支机构或部属的分支机构或部属的调调控能力控能力 降低降低电电信及网信及网络络成本，包括与成本，包括与语语音、数据、音、数据、视频视频等独立网等独立网络络有关的开有关的开销销7分析网络应用目标(1)工作步骤8分析网络应用目标(2)l l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

6、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l l明确用户的网络应用明确用户的网络应用 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8分析网络应用目标(2)明确网络设计项目范围应用名称应用类型第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析9要点1.1.分析网络应用目标2.2.分析网络应用约束3.3.网络分析的技术指标4.4.因特网流量的特点5.5.分析网络

7、流量6.6.网络工程案例教学9要点分析网络应用目标第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析10分析网络应用约束(1)l l政策政策约约束束 与用与用户讨论户讨论他他们们的的办办公政策和技公政策和技术发术发展路展路线线 要与用要与用户户就就协议协议、标标准、供准、供应应商等方面的政策商等方面的政策进进行行讨论讨论 不要期待所有人都会不要期待所有人都会拥护拥护新新项项目目 l l预预算算约约束束 网网络设计络设计的一个共同目的一个共同目标标就是控制网就是控制网络预络预算算 预预算算应应包括包括设备设备采采购购、购买软购买软件、件、维护维护和和测试测试系系统统、培、培训训工作人工作人员员以及以及设计

8、设计和安装系和安装系统统的的费费用等用等 还应还应考考虑虑信息信息费费用及可能的外包用及可能的外包费费用用 10分析网络应用约束(1)政策约束 11分析网络应用约束(2)l l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 用户负责管理项目进度，但设计者必须确认就该日程表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是否可行l l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用户的应用目标及所关心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。11

9、分析网络应用约束(2)时间约束 检查项目结果对用户所处第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析12要点1.1.分析网络应用目标2.2.分析网络应用约束3.3.网络分析的技术指标4.4.因特网流量的特点5.5.分析网络流量6.6.网络工程案例教学12要点分析网络应用目标第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析13网络分析的技术指标 l l定量地分析网定量地分析网络络性能，首先要确定网性能，首先要确定网络络性能的技性能的技术术指指标标l l有很多国有很多国际组织际组织定定义义了网了网络络性能技性能技术术指指标标l l这这些技些技术术指指标为标为我我们设计们设计网网络络提供了一条性能基提供了一条性能

10、基线线(baseline)(baseline)l l网网络络性能指性能指标标有两有两类类：网元网元级级：网：网络设备络设备的性能指的性能指标标 网网络级络级：将网：将网络络看作一个整体，其端到端的性能指看作一个整体，其端到端的性能指标标l l我我们这们这里关注的是网里关注的是网络级络级的性能指的性能指标标13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网络性能参数时延时延(Delay(Delay或或Latency)Latency)l l时时延：从网延：从网络络的一端的一端发发送一个比特到网送一个比特到网络络的另一端的另一端接收到接收到这这

11、个比特所个比特所经历经历的的时间时间 总时总时延延=传传播播时时延延+发发送送时时延延+重重传时传时延延 +分分组组交交换时换时延延+排排队时队时延延 传传播播时时延延+发发送送时时延延+排排队时队时延延 l l网网络时络时延可分延可分为为 往返往返时时延延(Round-trip Time(Round-trip Time，RTT)RTT)单单向向时时延延(One-way Latency(One-way Latency，OWL)OWL)注意：注意：RTT2OWL RTT2OWL 14网络性能参数时延(Delay或Latency)时延：第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析15网络性能参数吞吐量

12、吞吐量吞吐量吞吐量(Throughput)(Throughput)l l吞吐量：在单位时间内传输无差错数据的能力l 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 容量容量(Capability)(Capability)：数据通信：数据通信设备发挥预设备发挥预定功能的定功能的能力，它能力，它经经常用来描述通信信道或常用来描述通信信道或连连接的能力接的能力 网网络负载络负载G G：在：在单单位位时间时间内内总总共共发发送的平均送的平均帧帧数数 吞吐量吞吐量 =G=G PP发发送成功送成功 有效吞吐量：表示了有效吞吐量：表示了应应用用层层的吞吐量的吞吐量15网络性能参数吞吐量(Th

13、roughput)吞吐量：在单第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析16网络性能参数丢包率丢包率丢包率丢包率(Packet Loss Rate(Packet Loss Rate)l 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 该该指指标标是反映网是反映网络络状况极状况极为为重要的指重要的指标标 无无拥拥塞塞时时路径路径丢丢包率包率为为0%0%，轻轻度度拥拥塞塞时丢时丢包率包率为为1 14%4%，严严重重拥拥塞塞时丢时丢包率包率为为5 515%15%丢丢包的主要原因是路由器的包的主要原因是路由器的缓缓存存队队列溢出列溢出 与与丢丢包率相关的一个指包率相关的

14、一个指标标称称为为“差差错错率率”，如，如误误码码率率(BER)(BER)、误帧误帧率率 ，通常极小，通常极小 16网络性能参数丢包率(Packet Loss Rate)第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析17网络性能参数时延抖动时延抖动(Jitter)(Jitter)l l时延抖动：分组的单向时延的变化l 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 l有一些网络应用与时延波动有关 如果因网如果因网络络突突发发引起引起时时延抖延抖动动，就可能使得，就可能使得视频视频和音和音频频的通信中断的通信中断17网络性能参数时延抖动(Jitter)时延抖动：

15、分组的第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析时延抖动(jitter)18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时延抖动(jitter)18时间分组产生分组实际到达假想的时第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析19网络性能参数路由路由(Route)(Route)l l路由即路由即为为一个特定的一个特定的“节节点点-链链路路”集合，集合，该该集合是集合是由路由器中的由路由器中的选选路算法决定的路算法决定的l l选选路算法决定分路算法决定分组组所采用的路径（路由）所采用的路径（路由）19Packet Switchingh0h1hn-1hnl0l1ln1

16、9网络性能参数路由(Route)路由即为一个特定的“节第第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 l路由的路由的变动变动将使将使时时延、延、丢丢包率等指包率等指标标有有较较大大变变化化l lIPIP网网络络路由是路由是动态动态的，但是相的，但是相对稳对稳定定 一种一种错误错误的的观观点是，点是，IPIP网网络络的路由是的路由是动态动态的，研究路由没的，研究路由没有意有意义义 为为了保持网了保持网络稳络稳定工作，定工作，选选路算法通常不会路算法通常不会轻轻易改易改变变路路由，除非当由，除非当资资源用完源用完(即即发发生生拥拥塞塞)或底或底层层网网络络出出现现故障故障

17、 20网络性能参数路由(Route)路由的变动将使时延、丢包率第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析21网络性能参数带宽带宽(Bandwidth)(Bandwidth)l l瓶颈带宽和可用带宽 瓶瓶颈带宽颈带宽：两台主机之：两台主机之间间路径上的最小路径上的最小带宽链带宽链路路(瓶瓶颈链颈链路路)的的值值 可用可用带宽带宽：沿着：沿着该该路径当路径当时时能能够传输够传输的最大的最大带宽带宽 一些典型一些典型应应用的用的带宽带宽如下如下l lPCPC通信：通信：14.4kb/s14.4kb/s50kb/s50kb/sl l数字音数字音频频：1 12Mb/s2Mb/sl l压缩视频压缩视频：2

18、210Mb/s10Mb/sl l文档文档备备份：份：1010100Mb/s100Mb/sl l非非压缩视频压缩视频：1 12Gb/s 2Gb/s 21网络性能参数带宽(Bandwidth)瓶颈带宽和可用第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析22网络性能参数响应时间响应时间(Respond Time)(Respond Time)l l响响应时间应时间：从服：从服务请务请求求发发出到接收到相出到接收到相应应响响应应所花所花费费的的时间时间，它，它经经常用来特指客常用来特指客户户机向主机交互地机向主机交互地发发出出请请求并得到响求并得到响应应信息所需要的信息所需要的时间时间l l用用户户往往比往往

19、比较较关心关心这这个网个网络络性能指性能指标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22网络性能参数响应时间(Respond Time)响应时第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析23网络性能参数利用率利用率(Utilization)(Utilization)l l利用率：指定设备在使用时所能发挥的最大能力 例如，网例如，网络检测络检测工具表明某网段的利用率是工具表明某网段的利用率是30%30%，这这意味着有意味着有30%30%的容量在使用中的容量在使

20、用中l l在网络分析与设计中，通常考虑两种类型的利用率：CPUCPU利用率利用率 链链路利用率路利用率23网络性能参数利用率(Utilization)利用率：指第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析24网络性能参数效率效率(Efficiency)(Efficiency)l l网网络络效率：效率：为产为产生所需的生所需的输输出要求的系出要求的系统统开开销销l l网网络络效率明确了效率明确了发发送通信需要多大的系送通信需要多大的系统统开开销销，不，不论这论这些系些系统统开开销销是否由冲突、差是否由冲突、差错错、重定向或确、重定向或确认认等原因所致等原因所致l l提高网提高网络络性能的方法性能的方

21、法 尽可能提高尽可能提高MACMAC层层允允许许的最大的最大长长度的度的帧帧 使用使用长帧长帧要求要求链链路具有路具有较较低的差低的差错错率率24网络性能参数效率(Efficiency)网络效率：为产第第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 l l可用性可用性(Availability)(Availability)可用性是指网可用性是指网络络或网或网络设备络设备可用于可用于执执行行预预期任期任务务的的时间时间的的总总量量(百分比百分比)IPIP可用率可用率”的指的指标标用于衡量用于衡量IPIP网网络络的性能。的性能。这这是因是因为许为许多多IPIP应应用程序运行的好坏

22、，直接依用程序运行的好坏，直接依赖赖于于IPIP层丢层丢包率指包率指标标，当，当丢丢包率指包率指标标超超过设过设定的定的阈值时阈值时，许许多多应应用用变变得不可用。得不可用。故故该该指指标标反映了反映了IPIP层丢层丢包率包率对应对应用性能的影响用性能的影响25其他网络分析的技术指标 可用性(Availability第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析26其他网络分析的技术指标(续)l l可可扩扩展性展性(Scalablity)(Scalablity)网网络络技技术术或或设备设备随着用随着用户户需求的增需求的增长长而而扩扩充的能力充的能力l l安全性安全性(Security)(Securi

23、ty)总总体目体目标标是安全性是安全性问题问题不不应应干干扰扰公司开展公司开展业务业务的能力的能力l l可管理性可管理性(Manageability)(Manageability)每个用每个用户户都可能有其不同的网都可能有其不同的网络络可管理性目可管理性目标标 ，否，否则则从从FACPSFACPS这这5 5个个方面考方面考虑虑l l适适应应性性(Adaptability)(Adaptability)在用在用户户改改变应变应用要求用要求时时网网络络的的应变应变能力能力l l可可购买购买性性(Purchasability)(Purchasability)基本目基本目标标是在是在给给定定财务财务成本

24、的情况下，使通信量最大成本的情况下，使通信量最大26其他网络分析的技术指标(续)可扩展性(Scalablit27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技术目标检查表 项 目结果记录了用户今年、明年两年28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

25、量目标时延必须小于时延变化量必须小于备注28网络应用技术需求表应应是重停可可吞时时延变化量必备第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析29要点1.1.分析网络应用目标2.2.分析网络应用约束3.3.网络分析的技术指标4.4.因特网流量的特点5.5.分析网络流量6.6.网络工程案例教学29要点分析网络应用目标第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析十大观察l l在在过过去去1515年内，年内，许许多研究人多研究人员员通通过对过对因特网流量因特网流量进进行了行了较为细较为细致的分析和研究，揭示了因特网基本行致的分析和研究，揭示了因特网基本行为为和特性的十大和特性的十大规规律律l l了解了解这这些些

26、规规律律对对于我于我们们把握把握设计计设计计算机网算机网络络的一般的一般规规律是有帮助的律是有帮助的30十大观察在过去15年内，许多研究人员通过对因特网流量进行了较第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析31观察结果 1l l因特网 的通信量连续地在变化着 因特网因特网 通信量增通信量增长长速率很快速率很快 不不仅仅是通信量，而且通信量的是通信量，而且通信量的组组成、成、协议协议、应应用用以及用以及用户户等，都在改等，都在改变变 对现对现有网有网络络收集的数据收集的数据仅仅仅仅是在是在 因特网因特网 的演化的演化过过程中的一个快照程中的一个快照 不能把通信量的不能把通信量的结结构构视为视为不不

27、变变的的31观察结果 1因特网 的通信量连续地在变化着第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析32观察结果 2l l表征聚合的网络流量的特点很困难 因特网因特网 的异构特性的异构特性 存在大量的、不同存在大量的、不同类类的的应应用用 多种多种协议协议、多种接入技、多种接入技术术和接入速率、用和接入速率、用户户行行为为随随时间时间的的变变化，以及化，以及 因特网因特网 本身随本身随时间变时间变化化32观察结果 2表征聚合的网络流量的特点很困难第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析33观察结果 3l l网络流量的“邻近相关性”(locality)效应 流量的模式流量的模式远远非随机的非随机的 流

28、量的流量的结结构与用构与用户户在在应应用用层发层发起的任起的任务务有关，各有关，各分分组组并非是独立的并非是独立的l l时间上的邻近相关性l l空间上的邻近相关性l l在主机级、路由器级和应用级都有该效应33观察结果 3网络流量的“邻近相关性”(locality)第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析34观察结果 4l l分组流量并非均匀分布的 在在 因特网因特网 主机的分主机的分组组流量很不均匀流量很不均匀 例如：例如：10%10%的主机占据了的主机占据了总总流量的流量的 90%(90%(或或 20-20-80)80)原因：客原因：客户户机服机服务务器方式、地理原因等器方式、地理原因等34

29、观察结果 4分组流量并非均匀分布的第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析35观察结果 5l l分组长度分布：双模态(双尖峰分布)许许多短分多短分组组包括交互式的流量和确包括交互式的流量和确认认。这类这类分分组组约约占占 40%40%许许多多长长分分组组是批量数据文件是批量数据文件传输类传输类型型应应用。用。这这些些分分组组尽可能尽可能长长些些(基于基于 MTU)MTU)。这类这类分分组约组约占占 50%50%中等中等长长度的分度的分组组很少，很少，仅仅 10%10%左右左右35观察结果 5分组长度分布：双模态(双尖峰分布)第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析36观察结果 6l l会话的到

30、达过程是泊松(Poisson)过程 因特网因特网 的最的最终终用用户户是人。是是人。是这这些人独立地随机些人独立地随机发发起起对对 因特网因特网 的接入的接入 例如，用例如，用户户向万向万维维网服网服务务器器请请求求单单个的个的页页面，就面，就服从于泊松服从于泊松过过程程36观察结果 6会话的到达过程是泊松(Poisson)过程第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析37观察结果 7l l最近的研究指出，分组到达不是泊松分布 经经典的排典的排队论队论和网和网络设计络设计是基于：假定分是基于：假定分组组的到的到达达过过程是泊松分布程是泊松分布(无无记忆记忆的指数分布的指数分布)分分组组是突是突发

31、发式到达的式到达的(分分组组有成群的特性有成群的特性)分分组组到达的前后有关到达的前后有关联联 到达到达时间时间并非指数分布并非指数分布 到达到达时间时间并非独立的并非独立的37观察结果 7最近的研究指出，分组到达不是泊松分布第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析38观察结果 7(续)l l分组流量是突发的 平均平均值值可能很低，但峰可能很低，但峰值值可能很高可能很高 与使用的与使用的时间时间段有关段有关 流量可能是自相似的：在流量可能是自相似的：在较长较长的的时间时间范范围围内存内存在突在突发发性性 突突发发性性难难以精确定以精确定义义38观察结果 7(续)分组流量是突发的第第4 4章章

32、网络需求分析网络需求分析39观察结果 8l l多数 TCP 会话是简短的 90%90%的会的会话话所交所交换换的数据少于的数据少于10 KB10 KB 90%90%的交互的交互连连接接仅仅持持续续几秒几秒钟钟 80%80%的万的万维维网文档网文档传传送小于送小于 10 KB10 KB39观察结果 8多数 TCP 会话是简短的第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析40观察结果 9l l流量是双向的，通常是不对称的 数据通常在两个方向流数据通常在两个方向流动动 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 尤其是下尤其是下载载万万维维网的大文件网的大文件 多数多数应应用都使用用都使用

33、 TCP/IP TCP/IP 流量流量40观察结果 9流量是双向的，通常是不对称的第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析41观察结果 10l l在 因特网 的分组流量中，TCP 的份额占绝大部分 至今至今为为止止 TCP TCP 协议协议一直是最重要的一直是最重要的协议协议 即使由于即使由于 IP IP 电话电话和多播技和多播技术术的使用的使用(这这些些应应用是用是在在 UDP UDP 上运行上运行)，TCP TCP 仍占主仍占主导导地位地位 在可在可预见预见的未来仍是如此的未来仍是如此 正因正因为这样为这样，许许多研究多研究仅仅关注关注 TCP(TCP(和和 IP)IP)41观察结果 10

34、在 因特网 的分组流量中，TCP 的份额占第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析小结l l网网络络需求分析是需求分析是获获取和确定用取和确定用户户有效完成工作所需有效完成工作所需的网的网络络服服务务和性能水平的和性能水平的过过程，程，对对大中型网大中型网络络系系统统是必是必须须的的l l需要从分析网需要从分析网络应络应用目用目标标和分析网和分析网络应络应用用约约束入手束入手l l需要掌握网需要掌握网络络分析的技分析的技术术指指标标，特，特别别是关是关键键的技的技术术指指标标42小结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第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析作业1.1.网网

35、络络需求分析的目需求分析的目标标是什么？是什么？简简述网述网络络需求分析的需求分析的重要性。重要性。2.2.试给试给出主要的网出主要的网络络性能参数，它性能参数，它们们的定的定义义和度量的和度量的方法。其中哪些网方法。其中哪些网络络性能指性能指标标更更为为基本，更易于基本，更易于获获取。取。3.3.简简述因特网流量特点所反映出的基本述因特网流量特点所反映出的基本规规律。律。43作业网络需求分析的目标是什么？简述网络需求分析的重要性。43第4章 网络需求分析天津大学计算机科学与技术学院饶国政第4章 网络需求分析天津大学第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析回顾l l需求分析需求分析 问题问题：

36、设计设计网网络为络为什么要首先确定用什么要首先确定用户户有效完成工作所有效完成工作所需的网需的网络络服服务务和性能水平？和性能水平？l l网网络络分析的技分析的技术术指指标标l l问题问题：列：列举举几个你几个你认为认为最重要的网最重要的网络络性能技性能技术术指指标标45回顾需求分析45第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析46要点1.1.分析网络应用目标2.2.分析网络应用约束3.3.网络分析的技术指标4.4.因特网流量的特点5.5.分析网络流量6.6.网络工程案例教学46要点分析网络应用目标第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析47分析网络通信特征分析网络通信特征l l分析和确定当前网

37、络通信量和未来网络容量需求的方法 参考因特网参考因特网流量当前的特征流量当前的特征 需要通需要通过过基基线线(baseline)(baseline)网网络络来确定通信数量和容来确定通信数量和容量量 需要估算网需要估算网络络流量及流量及预测预测通信增通信增长长量的量的实际实际操作操作方法方法 参数的估算无疑参数的估算无疑为为网网络设计络设计提供了依据提供了依据47分析网络通信特征分析和确定当前网络通信量和未来网络容量需第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析48确定流量边界 l l首先要分析首先要分析产产生流量的生流量的应应用特点和分布情况，因而用特点和分布情况，因而需要搞清需要搞清现现有有应应

38、用和新用和新应应用的用用的用户组户组和数据存和数据存储储方方式式l l要将企要将企业业网分成易于管理的若干区域。网分成易于管理的若干区域。这这种划分往种划分往往与企往与企业业网的管理等网的管理等级结级结构是一致的构是一致的l l在网在网络结络结构构图图上上标标注出工作注出工作组组和数据存和数据存储储方式的情方式的情况，定性地分析出网况，定性地分析出网络络流量的分布情况流量的分布情况l l辨辨别别出出逻辑逻辑网网络边络边界和物理网界和物理网络边络边界来，界来，进进而找出而找出易于易于进进行管理的域来行管理的域来48确定流量边界 首先要分析产生流量的应用特点和分布情况，因第第4 4章章 网络需求分

39、析网络需求分析49网络逻辑边界l l能能够够根据使用一个或一根据使用一个或一组组特定的特定的应应用程序的用用程序的用户户群群来区分，或者根据虚来区分，或者根据虚拟拟局域网确定的工作局域网确定的工作组组来区分来区分服务器客户机路由器局域网服务器广域网大型存储器虚拟工作组1成员虚拟工作组2成员49网络逻辑边界能够根据使用一个或一组特定的应用程序的用户群第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析50网络物理边界l l可通可通过过逐个逐个连连接来确定一个物理工作接来确定一个物理工作组组。通。通过过网网络络边边界可以很容易地分割网界可以很容易地分割网络络客户机局域网服务器广域网大型存储器场点1边界场点2边

40、界场点3边界场点4边界场点1场点2场点3场点450网络物理边界可通过逐个连接来确定一个物理工作组。通过网络第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析51分析网络通信流量特征 l l刻画流量特征包括刻画流量特征包括 辨辨别别网网络络通信的源点和目的地通信的源点和目的地 分析源点和目的地之分析源点和目的地之间间数据数据传输传输的方向和的方向和对对称性称性l l在某些在某些应应用中，流量是双向的且用中，流量是双向的且对对称的称的l l在另一些在另一些应应用中，流量是双向非用中，流量是双向非对对称的：客称的：客户户机机发发送少量的送少量的查询查询数据，而服数据，而服务务器器则发则发送大量的数据送大量的数

41、据l l在广播式在广播式应应用中，流量是用中，流量是单单向非向非对对称的称的51分析网络通信流量特征 刻画流量特征包括第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析测量现有网络的流量l l测测量方式大体可分量方式大体可分为为两两类类 一是主一是主动动式，它通式，它通过过主主动发动发送的送的测试测试分分组组序列来序列来测测量网量网络络行行为为 二是被二是被动动式，它通式，它通过过被被动动俘俘获获流流经测试经测试点的分点的分组组来来测测量量网网络络行行为为l l核心概念是通信流核心概念是通信流(Flow)(Flow)：对对一个呼叫或一个呼叫或连连接的人接的人为为的的逻辑对应逻辑对应，流属性，流属性(源源

42、/目的地址，源目的地址，源/目的端口目的端口号，分号，分组计组计数，字数，字节计节计数等数等)具有聚合性具有聚合性质质，反映了，反映了在起始和停止范在起始和停止范围围内内发发生的事件生的事件l l填写有网填写有网络络的通信流量表的通信流量表(有有时难时难以以测测量量)52测量现有网络的流量测量方式大体可分为两类52第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析现有网络的通信流量流源1流源2流源n信源1 Mpbs路径 Mpbs路径 Mpbs路径信源2信源n53现有网络的通信流量流源1流源2流源n信源1 Mpbs路径 第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析通信流量分类l l客客户户机机/服服务务器方式

43、器方式l l对对等方式等方式l l服服务务器器/服服务务器方式器方式l l分布式分布式计计算方式算方式l l终终端端/主机方式主机方式54通信流量分类客户机/服务器方式54第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析估计应用的通信负载l l估算估算 应应用的性用的性质质 每次通信的通信量每次通信的通信量 传输对传输对象大小象大小 并并发发数量数量 每天各种每天各种应应用的用的频频度度55估计应用的通信负载估算55第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析应用程序对象的近似长度对象类型长度(kpbs)终端屏幕4电子邮件信息10Web网页(包括GIF和JPEG图像)50电子表格100文字处理文档200图

44、形计算机屏幕500演示文档2,000高分辩率图像(打印质量)50,000多媒体对象100,000数据库备份1,000,00056应用程序对象的近似长度对象类型长度(kpbs)终端屏幕4电第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析估计主干或广域网上的通信负载57客户机电子邮件服务器主干网CAD服务器子网1子网2子网3文件服务器主干流量Web服务器估计主干或广域网上的通信负载57客户机电子邮件服务器主干网C第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析通信量分布表应用应用每子网分布率每子网分布率模拟会话模拟会话平均事务大小平均事务大小总访问容量总访问容量电子邮件33/33/33150/秒3KB4.6 Mp

45、bs文件传输25/25/50100文件/小时4.5MB560 kpbsWeb浏览50/25/25200网页/秒50KB10 MpbsCAD服务器0/50/5065/小时40MB5.78 Mpbs58通信量分布表应用每子网分布率模拟会话平均事务大小总访问容量电第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析59要点1.1.分析网络应用目标2.2.分析网络应用约束3.3.网络分析的技术指标4.4.因特网流量的特点5.5.分析网络流量6.6.网络工程案例教学59要点分析网络应用目标第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析案例1：网络实验室局域网的设计l l案例教学要求：案例教学要求：掌握掌握设计规设计规模达

46、几十台模达几十台PCPC的的专专用用LANLAN的技能与方法的技能与方法 掌握用掌握用VisioVisio绘绘制制该该LANLAN网网络络拓扑拓扑图图的方法的方法 案例教学案例教学环环境：境：PC 1PC 1台，台，Microsoft VisioMicrosoft Visio软软件件1 1套套l l设计设计要点：要点：为为新建的网新建的网络实验络实验室室设计设计局域网，需要局域网，需要进进行网行网络络需求分需求分析。析。该实验该实验室具有室具有8080台台PCPC，且它，且它们们需要共享需要共享实验实验服服务务器器信息信息 用百兆交用百兆交换换机若干机若干 配置交配置交换换机的机的链链路聚合功

47、能路聚合功能60案例1：网络实验室局域网的设计案例教学要求：60第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析需求分析和设计考虑需求分析和设计考虑l l一个具有一个具有8080台台PCPC的网的网络实验络实验室仍然属于一个小型室仍然属于一个小型LANLAN，但由于，但由于该该网网络络有几十名学生要在有几十名学生要在较较短短时间时间内内（如（如1010秒秒时间时间内）打开共享内）打开共享实验实验服服务务器上的信息需器上的信息需求，需要求，需要对对网网络应络应用需求用需求进进行分析，并行分析，并进进行相行相应应的的设计设计：61需求分析和设计考虑一个具有80台PC的网络实验室仍然属于一个第第4 4章章

48、网络需求分析网络需求分析需求分析l l取取4 4台台PCPC为为一一组组，组组内突内突发发流量峰流量峰值值可达几十可达几十MpbsMpbs，组间组间的的通信量通常通信量通常较较小。小。组组内使用一个内使用一个8 8端口的百兆交端口的百兆交换换机机l l8080台台PCPC需要同需要同时时共享共享实验实验服服务务器的信息，打开器的信息，打开实验实验支持系支持系统统网站网站页页面面(约约30KB)30KB)、下、下载软载软件件实验实验工具工具(约约3MB)3MB)和文档和文档(约约80KB)80KB)。为为了使了使时时延感延感觉觉不致太大，要求不致太大，要求访问访问文件的文件的时时延不延不大于大于

49、1010秒秒l l要求在要求在1010秒内从一台服秒内从一台服务务器向外器向外输输出量将出量将约约达达250MB250MB，即，即约约199Mpbs199Mpbsl l考考虑虑到一台服到一台服务务器器输输入数据需要入数据需要处处理理动态动态网网页页和和处处理数据理数据库库的能力，将的能力，将难难以保以保证证在在1010秒内完成秒内完成这样这样的任的任务务。因此，可以。因此，可以考考虑虑采用双服采用双服务务器器设计设计方案方案62需求分析取4台PC为一组，组内突发流量峰值可达几十Mpbs，第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析设计方案每每4040台台PCPC共享一台服共享一台服务务器，器，这样

50、这样共需两台服共需两台服务务器器由于目前的由于目前的专专用用PCPC服服务务器通常都器通常都标标准配置两准配置两块块千兆千兆网卡，服网卡，服务务器与交器与交换换机机连连接可采用两个百兆接可采用两个百兆链链路聚路聚合的措施，增合的措施，增强访问强访问服服务务器的能力器的能力每每4 4台台PCPC组组成一成一组组，共需，共需2020组组；每；每组组用一个用一个8 8端口百端口百兆交兆交换换机将它机将它们们相相连连，共需，共需2020个个这样这样的交的交换换机机每每1010组组用一个用一个1616端口的百兆交端口的百兆交换换机互机互联联，形成多星，形成多星结结构构为为了增加容了增加容错错能力，我能力

51、，我们还们还将将这这两台两台1616端口的百兆端口的百兆交交换换机用百兆双机用百兆双绞线连绞线连接起来接起来63设计方案每40台PC共享一台服务器，这样共需两台服务器63第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析一种网络实验室的设计方案64一种网络实验室的设计方案64第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析设计提示l l选选用交用交换换机机时应时应用注意交用注意交换换机的机的规规格系列，格系列，交交换换机的接口数量机的接口数量规规格通常只有格通常只有8 8口、口、1616口、口、2424口、口、4848口口等等 接口速率通常有接口速率通常有10/100 Mpbs10/100 Mpbs、1000

52、Mpbs1000 Mpbs和和10 Gpbs10 Gpbs 接口接口类类型通常有双型通常有双绞线绞线和光和光纤纤，而且，而且1000 Mpbs1000 Mpbs及以上速及以上速率的接口通常率的接口通常为为光光纤纤介介质质65设计提示选用交换机时应用注意交换机的规格系列，65第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析案例2：办公环境局域网的设计l l案例教学要求：案例教学要求：掌握掌握设计规设计规模达模达200200台台PCPC的的办办公公LANLAN的技能与方法的技能与方法 掌握用掌握用VisioVisio绘绘制制该该网网络络拓扑拓扑图图的方法的方法l l案例教学案例教学环环境：境：PC1PC1

53、台，台，Microsoft VisioMicrosoft Visio软软件件1 1套套l l设计设计要点：要点：办办公公环环境境设计设计局域网，需要局域网，需要进进行网行网络络需求分析。需求分析。该办该办公公环环境大境大约约有有200200台台PCPC，它，它们们需要共享各种需要共享各种办办公服公服务务器信息器信息 由于由于该该网覆盖区域网覆盖区域较较大，机器数量大，机器数量较较多，但可容忍；可多，但可容忍；可以采用千兆交以采用千兆交换换机作机作为该为该网的主干，即采用网的主干，即采用“千兆到交千兆到交换换机，百兆到桌面机，百兆到桌面”的网的网络络拓扑拓扑66案例2：办公环境局域网的设计案例教

54、学要求：66第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析需求分析和设计考虑需求分析和设计考虑l l办办公网公网络环络环境包括了境包括了较较多的网多的网络络信息服信息服务务器，如器，如DNSDNS服服务务器、器、WebWeb服服务务器、器、电电子子邮邮件服件服务务器，支持器，支持多种信息多种信息查询查询，网，网络络流量高度不均匀流量高度不均匀l l办办公公环环境覆盖范境覆盖范围围可达可达400400500500米，并可能覆盖几米，并可能覆盖几个楼个楼层层l l网网络络短短时间时间的中断影响不大，因此不必考的中断影响不大，因此不必考虑虑冗余冗余备备份措施，降低系份措施，降低系统统的造价的造价l l设设

55、置中心交置中心交换换机和各楼机和各楼层层主交主交换换机，它机，它们们之之间间采用采用千兆速率光千兆速率光缆缆；各楼；各楼层层主交主交换换机到各机到各办办公室交公室交换换机机以及各以及各办办公室交公室交换换机到桌面机到桌面PCPC之之间间采用百兆双采用百兆双绞线绞线l l各网各网络络信息服信息服务务器与中心交器与中心交换换机相机相连连67需求分析和设计考虑办公网络环境包括了较多的网络信息服务器，如设计方案l l如果如果6 6台台PCPC一组，约需一组，约需3434组，每组用一个组，每组用一个8 8端端口百兆交换机，共需口百兆交换机，共需3434个这样的交换机个这样的交换机l l每层安置每层安置1

56、1111212组，可组，可用一个用一个1616端口的百兆交端口的百兆交换机互联这些组换机互联这些组l l这些层交换机应具有一这些层交换机应具有一个千兆光端口，与中心个千兆光端口，与中心的一个千兆交换机相连，的一个千兆交换机相连，形成多星结构形成多星结构l l为增加访问专用为增加访问专用PCPC服务服务器的速度，用器的速度，用2 2条千兆条千兆链路聚合起来与服务器链路聚合起来与服务器的两块千兆网卡相连的两块千兆网卡相连68设计方案如果6台PC一组，约需34组，每组用一个8端口百兆交设计方案69设计方案69第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析设计提示l l当当LANLAN中的用中的用户户机器机

57、器较较多多时时，需要用多，需要用多级级交交换换机形机形成星型网成星型网络结络结构。构。l l其中的其中的设计设计要点是：要点是：传输传输速率考速率考虑虑：从桌面到：从桌面到层层交交换换机的百兆，到机的百兆，到层层交交换换机到中心交机到中心交换换机的千兆；机的千兆；传输传输介介质质考考虑虑：距离不超：距离不超过过100100米采用双米采用双绞线绞线，距离超，距离超过过100100米采用光米采用光缆缆；服服务务器效率考器效率考虑虑：采用交：采用交换换机机链链路聚合技路聚合技术术增增强强共享共享服服务务器能力。器能力。70设计提示当LAN中的用户机器较多时，需要用多级交换机形成星型第第4 4章章 网

58、络需求分析网络需求分析71绘制网络结构图l l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备和网段位置 这这包括包括记录记录主要主要设备设备和网段的名字与地址，以及和网段的名字与地址，以及识别寻识别寻址和命名的址和命名的标标准方法准方法 同同时时要要记录记录物理物理电缆电缆的的类类型和型和长长度及度及环环境方面的境方面的约约束条件束条件l l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，从而形成了网络设计的基本出发点71绘制网络结构图为了确定网络的基础结构特征，首先需要勾画出第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析72Microsoft公司Vis

59、io72Microsoft公司Visio第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析73用Microsoft Visio绘制网络图 l l包括包括逻辑逻辑网网络图络图、物理网、物理网络图络图和目和目录录服服务图这务图这三部三部分功能分功能 l l逻辑逻辑网网络图络图 表示网表示网络络中的中的设备设备以及如何以及如何进进行相互行相互连连接接l l物理网物理网络图络图 表示网表示网络设备络设备的物理的物理连连接方式，或其在特定地点接方式，或其在特定地点(如服如服务务器机房器机房)的布置方式的布置方式l l目目录录服服务图务图 利用利用 Microsoft Visio Microsoft Visio 的

60、三种目的三种目录录服服务务模板，可以模板，可以设计设计新新目目录录、创创建建现现有目有目录录的的备备用用设计设计或或创创建建对对当前网当前网络络目目录录服服务务的更新或迁移的的更新或迁移的规规划划73用Microsoft Visio绘制网络图 包括逻辑网络第第4 4章章 网络需求分析网络需求分析小结l l采用适当的分析网采用适当的分析网络络流量的方法，流量的方法，对对于网于网络络需求分需求分析是十分重要析是十分重要l l设计设计网网络实验络实验室局域网和室局域网和办办公公环环境局域网的技境局域网的技术术最最为实为实用用74小结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第第4 4章

61、章 网络需求分析网络需求分析网络工程案例教学作业1.1.参照参照“案例案例1 1：网网络实验络实验室局域网的室局域网的设计设计”中所中所给给的的设计设计条件，只是条件，只是这时实验这时实验室的室的PCPC为为6060台，并且台，并且每每6 6台台为为一一组组。试进试进行相关行相关设计设计并用并用VisioVisio画出画出设计设计方案示意方案示意图图。2.2.参照参照“案例案例2 2：办办公公环环境局域网的境局域网的设计设计”中所中所给给的的设计设计条件，只是条件，只是这时办这时办公公环环境覆盖境覆盖4 4层层楼，楼，联联网网PCPC约为约为300300台。台。试进试进行相关行相关设计设计并用并用VisioVisio画出画出设计设计方方案示意案示意图图。75网络工程案例教学作业参照“案例1：网络实验室局域网的设计”中