網(wǎng)絡需求分析

網(wǎng)絡需求分析第一頁，共五十三頁，2022年，8月28日定義：網(wǎng)絡需求分析是在網(wǎng)絡設計過程中用來獲取和確定系統(tǒng)需求的過程網(wǎng)絡需求描述了網(wǎng)絡系統(tǒng)的行為、特性或?qū)傩裕窃谠O計實現(xiàn)網(wǎng)絡系統(tǒng)過程中對系統(tǒng)的約束在需求分析階段應確定用戶有效完成工作所需的網(wǎng)絡服務和性能水平需求分析是網(wǎng)絡設計過程的基礎

第二頁，共五十三頁，2022年，8月28日分析網(wǎng)絡應用目標工作步驟從企業(yè)高層管理者開始收集商業(yè)需求收集用戶群體需求收集支持用戶和用戶應用的網(wǎng)絡需求明確網(wǎng)絡設計目標。典型網(wǎng)絡設計目標包括加強合作交流，共享的重要數(shù)據(jù)資源加強對分支機構(gòu)或部屬的調(diào)控能力降低電信及網(wǎng)絡成本，包括與語音、數(shù)據(jù)、視頻等獨立網(wǎng)絡有關(guān)的開銷第三頁，共五十三頁，2022年，8月28日明確網(wǎng)絡設計項目范圍是設計新網(wǎng)絡還是修改網(wǎng)絡網(wǎng)絡規(guī)模：一個網(wǎng)段、一個(組)局域網(wǎng)、一個廣域網(wǎng)，還是遠程網(wǎng)絡或一個完整的企業(yè)網(wǎng)明確用戶的網(wǎng)絡應用網(wǎng)絡應用統(tǒng)計表應用名稱應用類型是否為新應用重要性備注辦公郵件電子郵件否非常重要政策法規(guī)庫文件共享/訪問否重要會議系統(tǒng)視頻會議是不重要中層以上領導第四頁，共五十三頁，2022年，8月28日分析網(wǎng)絡應用約束政策約束與用戶討論他們的辦公政策和技術(shù)發(fā)展路線要與用戶就協(xié)議、標準、供應商等方面的政策進行討論不要期待所有人都會擁護新項目預算約束網(wǎng)絡設計的一個共同目標就是控制網(wǎng)絡預算預算應包括設備采購、購買軟件、維護和測試系統(tǒng)、培訓工作人員以及設計和安裝系統(tǒng)的費用等還應考慮信息費用及可能的外包費用第五頁，共五十三頁，2022年，8月28日時間約束項目進度表規(guī)定了項目最終期限和重要階段用戶負責管理項目進度，但設計者必須確認就該日程表是否可行應用目標檢查表通過填入檢查表確定是否了解用戶的應用目標及所關(guān)心的事項第六頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡分析的技術(shù)指標定量地分析網(wǎng)絡性能，首先要確定網(wǎng)絡性能的技術(shù)指標有很多國際組織定義了網(wǎng)絡性能技術(shù)指標，這些技術(shù)指標為我們設計網(wǎng)絡提供了一條性能基線(baseline)網(wǎng)絡性能指標有兩類：網(wǎng)元級：網(wǎng)絡設備的性能指標網(wǎng)絡級：將網(wǎng)絡看作一個整體，其端到端的性能指標我們這里關(guān)注的是網(wǎng)絡級的性能指標第七頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡性能參數(shù)—時延(Delay或Latency)時延：從網(wǎng)絡的一端發(fā)送一個比特到網(wǎng)絡的另一端接收到這個比特所經(jīng)歷的時間總時延=傳播時延+發(fā)送時延+重傳時延

+分組交換時延+排隊時延 ≈傳播時延+發(fā)送時延+排隊時延網(wǎng)絡時延分為往返時延(Round-tripTime，RTT)單向時延(One-wayLatency，OWL)注意：RTT≠2×OWL

第八頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡性能參數(shù)—吞吐量(Throughput)吞吐量：在單位時間內(nèi)傳輸無差錯數(shù)據(jù)的能力吞吐量可針對某個特定連接或會話定義，也可以定義網(wǎng)絡總的吞吐量容量(Capability)：數(shù)據(jù)通信設備發(fā)揮預定功能的能力，它經(jīng)常用來描述通信信道或連接的能力網(wǎng)絡負載G：在單位時間內(nèi)總共發(fā)送的平均幀數(shù)吞吐量=G×P[發(fā)送成功]有效吞吐量：表示了應用層的吞吐量第九頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡性能參數(shù)—丟包率(PacketLossRate)網(wǎng)絡丟包率(丟分組率)：在某時段內(nèi)在兩點間傳輸中丟失分組與總的分組發(fā)送量的比率該指標是反映網(wǎng)絡狀況極為重要的指標無擁塞時路徑丟包率為0%，輕度擁塞時丟包率為1～4%，嚴重擁塞時丟包率為5～15%丟包的主要原因是路由器的緩存隊列溢出與丟包率相關(guān)的一個指標稱為“差錯率”，如誤碼率(BER)、誤幀率，通常極小第十頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡性能參數(shù)—時延抖動(Jitter)

時延抖動：分組的單向時延的變化變化量應小于時延的1%～2%，即對于平均時延為200ms的分組，時延抖動≤2～4ms有一些網(wǎng)絡應用與時延波動有關(guān)如果因網(wǎng)絡突發(fā)引起時延抖動，就可能使得視頻和音頻的通信中斷第十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日時間分組產(chǎn)生分組實際到達假想的時延標準值網(wǎng)絡實際時延T0t1時延抖動ΔTk

Tktk第十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日13網(wǎng)絡性能參數(shù)—路由(Route)

路由即為一個特定的“節(jié)點-鏈路”集合，該集合是由路由器中的選路算法決定的選路算法決定分組所采用的路徑（路由）13PacketSwitchingh0h1hn-1hnl0l1ln第十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡性能參數(shù)—路由(Route)

路由的變動將使時延、丟包率等指標有較大變化IP網(wǎng)絡路由是動態(tài)的，但是相對穩(wěn)定一種錯誤的觀點是，IP網(wǎng)絡的路由是動態(tài)的，研究路由沒有意義為了保持網(wǎng)絡穩(wěn)定工作，選路算法通常不會輕易改變路由，除非當資源用完(即發(fā)生擁塞)或底層網(wǎng)絡出現(xiàn)故障第十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡性能參數(shù)—帶寬(Bandwidth)

瓶頸帶寬和可用帶寬瓶頸帶寬：兩臺主機之間路徑上的最小帶寬鏈路(瓶頸鏈路)的值可用帶寬：沿著該路徑當時能夠傳輸?shù)淖畲髱捯恍┑湫蛻玫膸捜缦翽C通信：14.4kb/s～50kb/s數(shù)字音頻：1～2Mb/s壓縮視頻：2～10Mb/s文檔備份：10～100Mb/s非壓縮視頻：1～2Gb/s第十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日16網(wǎng)絡性能參數(shù)—響應時間(RespondTime)響應時間：從服務請求發(fā)出到接收到相應響應所花費的時間，它經(jīng)常用來特指客戶機向主機交互地發(fā)出請求并得到響應信息所需要的時間用戶往往比較關(guān)心這個網(wǎng)絡性能指標當響應時間超過100ms時，會引起不良反映超過100ms，就能意識到等待網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)時延打印時延服務器時延網(wǎng)卡時延網(wǎng)絡時延廣域網(wǎng)服務器遠地用戶網(wǎng)絡訪問設備第十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡性能參數(shù)—利用率(Utilization)利用率：指定設備在使用時所能發(fā)揮的最大能力在網(wǎng)絡分析與設計中，通?？紤]兩種類型的利用率：CPU利用率鏈路利用率第十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡性能參數(shù)—效率(Efficiency)網(wǎng)絡效率：為產(chǎn)生所需的輸出要求的系統(tǒng)開銷網(wǎng)絡效率明確了發(fā)送通信需要多大的系統(tǒng)開銷，不論這些系統(tǒng)開銷是否由沖突、差錯、重定向或確認等原因所致提高網(wǎng)絡性能的方法盡可能提高MAC層允許的最大長度的幀使用長幀要求鏈路具有較低的差錯率第十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日19其他網(wǎng)絡分析的技術(shù)指標可用性(Availability)可用性是指網(wǎng)絡或網(wǎng)絡設備可用于執(zhí)行預期任務的時間的總量(百分比)IP可用率指標是用于衡量IP網(wǎng)絡的性能。許多IP應用程序運行的好壞，直接依賴于IP層丟包率指標，當丟包率指標超過設定的閾值時，許多應用變得不可用。該指標反映了IP層丟包率對應用性能的影響第十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日可擴展性(Scalablity)網(wǎng)絡技術(shù)或設備隨著用戶需求的增長而擴充的能力安全性(Security)總體目標是安全性問題不應干擾公司開展業(yè)務的能力可管理性(Manageability)每個用戶都可能有其不同的網(wǎng)絡可管理性目標，否則從FACPS這5個方面考慮適應性(Adaptability)在用戶改變應用要求時網(wǎng)絡的應變能力可購買性(Purchasability)基本目標是在給定財務成本的情況下，使通信量最大第二十頁，共五十三頁，2022年，8月28日項目結(jié)果記錄了用戶今年、明年兩年內(nèi)關(guān)于擴展地點、用戶、服務器/主機數(shù)量的計劃。得知了部門服務器遷移到服務器場點或內(nèi)部網(wǎng)絡的計劃。得知了有關(guān)實現(xiàn)與合作伙伴和其他公司通信的外部網(wǎng)絡的計劃。記錄下網(wǎng)絡可用性的運行時間百分比和/或MTBF以及MTTR目標。記錄下共享網(wǎng)段上的最大平均網(wǎng)絡利用率目標。記錄下網(wǎng)絡吞吐量目標。……技術(shù)目標檢查表第二十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日應用名稱應用類型是否為新應用重要性停機成本可接受的MTBF可接受的MTTR吞吐量目標時延必須小于時延變化量必須小于備注網(wǎng)絡應用技術(shù)需求表第二十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日十大觀察在過去15年內(nèi)，許多研究人員通過對因特網(wǎng)流量進行了較為細致的分析和研究，揭示了因特網(wǎng)基本行為和特性的十大規(guī)律了解這些規(guī)律對于設計計算機網(wǎng)絡的一般規(guī)律是有幫助的因特網(wǎng)的通信量連續(xù)地在變化著因特網(wǎng)通信量增長速率很快不僅是通信量，而且通信量的組成、協(xié)議、應用以及用戶等，都在改變對現(xiàn)有網(wǎng)絡收集的數(shù)據(jù)僅僅是在因特網(wǎng)的演化過程中的一個快照不能把通信量的結(jié)構(gòu)視為不變的第二十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日表征聚合的網(wǎng)絡流量的特點很困難因特網(wǎng)的異構(gòu)特性存在大量的、不同類的應用多種協(xié)議、多種接入技術(shù)和接入速率、用戶行為隨時間的變化，以及因特網(wǎng)本身隨時間變化網(wǎng)絡流量的“鄰近相關(guān)性”(locality)效應流量的模式遠非隨機的流量的結(jié)構(gòu)與用戶在應用層發(fā)起的任務有關(guān)，各分組并非是獨立的時間上的鄰近相關(guān)性空間上的鄰近相關(guān)性在主機級、路由器級和應用級都有該效應第二十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日分組流量并非均勻分布的在因特網(wǎng)主機的分組流量很不均勻例如：10%的主機占據(jù)了總流量的90%(或20-80)原因：客戶機服務器方式、地理原因等分組長度分布：雙模態(tài)(雙尖峰分布)許多短分組包括交互式的流量和確認。這類分組約占40%許多長分組是批量數(shù)據(jù)文件傳輸類型應用。這些分組盡可能長些(基于MTU)。這類分組約占50%中等長度的分組很少，僅10%左右第二十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日會話的到達過程是泊松(Poisson)過程因特網(wǎng)的最終用戶是人。是這些人獨立地隨機發(fā)起對因特網(wǎng)的接入如：用戶向萬維網(wǎng)服務器請求單個的頁面，服從于泊松過程最近的研究指出，分組到達不是泊松分布經(jīng)典的排隊論和網(wǎng)絡設計是基于：假定分組的到達過程是泊松分布(無記憶的指數(shù)分布)分組是突發(fā)式到達的(分組有成群的特性)分組到達的前后有關(guān)聯(lián)到達時間并非指數(shù)分布到達時間并非獨立的第二十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日分組流量是突發(fā)的平均值可能很低，但峰值可能很高與使用的時間段有關(guān)流量可能是自相似的：在較長的時間范圍內(nèi)存在突發(fā)性突發(fā)性難以精確定義多數(shù)TCP會話是簡短的90%的會話所交換的數(shù)據(jù)少于10KB90%的交互連接僅持續(xù)幾秒鐘80%的萬維網(wǎng)文檔傳送小于10KB第二十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日流量是雙向的，通常是不對稱的數(shù)據(jù)通常在兩個方向流動，兩個方向的數(shù)據(jù)量往往相差很大多數(shù)應用都使用TCP/IP流量在因特網(wǎng)的分組流量中，TCP的份額占絕大部分至今為止TCP協(xié)議一直是最重要的協(xié)議即使由于IP電話和多播技術(shù)的使用(這些應用是在UDP上運行)，TCP仍占主導地位在可預見的未來仍是如此正因為這樣，許多研究僅關(guān)注TCP(和IP)第二十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日小結(jié)網(wǎng)絡需求分析是獲取和確定用戶有效完成工作所需的網(wǎng)絡服務和性能水平的過程，對大中型網(wǎng)絡系統(tǒng)是必須的需要從分析網(wǎng)絡應用目標和分析網(wǎng)絡應用約束入手需要掌握網(wǎng)絡分析的技術(shù)指標，特別是關(guān)鍵的技術(shù)指標第二十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日分析網(wǎng)絡通信特征分析和確定當前網(wǎng)絡通信量和未來網(wǎng)絡容量需求的方法參考因特網(wǎng)流量當前的特征需要通過基線(baseline)網(wǎng)絡來確定通信數(shù)量和容量需要估算網(wǎng)絡流量及預測通信增長量的實際操作方法參數(shù)的估算為網(wǎng)絡設計提供了依據(jù)第三十頁，共五十三頁，2022年，8月28日確定流量邊界

首先要分析產(chǎn)生流量的應用特點和分布情況，因而需要搞清現(xiàn)有應用和新應用的用戶組和數(shù)據(jù)存儲方式要將企業(yè)網(wǎng)分成易于管理的若干區(qū)域。這種劃分往往與企業(yè)網(wǎng)的管理等級結(jié)構(gòu)是一致的在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖上標注出工作組和數(shù)據(jù)存儲方式的情況，定性地分析出網(wǎng)絡流量的分布情況辨別出邏輯網(wǎng)絡邊界和物理網(wǎng)絡邊界來，進而找出易于進行管理的域來第三十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日32網(wǎng)絡邏輯邊界能夠根據(jù)使用一個或一組特定的應用程序的用戶群來區(qū)分，或者根據(jù)虛擬局域網(wǎng)確定的工作組來區(qū)分服務器客戶機路由器局域網(wǎng)服務器廣域網(wǎng)大型存儲器虛擬工作組1成員虛擬工作組2成員第三十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日33網(wǎng)絡物理邊界可通過逐個連接來確定一個物理工作組。通過網(wǎng)絡邊界可以很容易地分割網(wǎng)絡客戶機局域網(wǎng)服務器廣域網(wǎng)大型存儲器場點1邊界場點2邊界場點3邊界場點4邊界場點1場點2場點3場點4第三十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日分析網(wǎng)絡通信流量特征

刻畫流量特征包括辨別網(wǎng)絡通信的源點和目的地分析源點和目的地之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚝蛯ΨQ性在某些應用中，流量是雙向的且對稱的在另一些應用中，流量是雙向非對稱的：客戶機發(fā)送少量的查詢數(shù)據(jù)，而服務器則發(fā)送大量的數(shù)據(jù)在廣播式應用中，流量是單向非對稱的第三十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日測量現(xiàn)有網(wǎng)絡的流量測量方式大體可分為兩類主動式：通過主動發(fā)送的測試分組序列來測量網(wǎng)絡行為被動式：通過被動俘獲流經(jīng)測試點的分組來測量網(wǎng)絡行為核心概念是通信流(Flow)：對一個呼叫或連接的人為的邏輯對應，流屬性(源/目的地址，源/目的端口號，分組計數(shù)，字節(jié)計數(shù)等)具有聚合性質(zhì)，反映了在起始和停止范圍內(nèi)發(fā)生的事件填寫有網(wǎng)絡的通信流量表(有時難以測量)第三十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日通信流量分類客戶機/服務器方式對等方式服務器/服務器方式分布式計算方式終端/主機方式第三十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日估計應用的通信負載估算應用的性質(zhì)每次通信的通信量傳輸對象大小并發(fā)數(shù)量每天各種應用的頻度第三十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日應用程序?qū)ο蟮慕崎L度對象類型長度(kpbs)終端屏幕4電子郵件信息10Web網(wǎng)頁(包括GIF和JPEG圖像)50電子表格100文字處理文檔200圖形計算機屏幕500演示文檔2,000高分辯率圖像(打印質(zhì)量)50,000多媒體對象100,000數(shù)據(jù)庫備份1,000,000第三十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日估計主干或廣域網(wǎng)上的通信負載客戶機電子郵件服務器主干網(wǎng)CAD服務器子網(wǎng)1子網(wǎng)2子網(wǎng)3文件服務器主干流量Web服務器第三十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日通信量分布表應用每子網(wǎng)分布率模擬會話平均事務大小總訪問容量電子郵件33/33/33150/秒3KB4.6Mpbs文件傳輸25/25/50100文件/小時4.5MB560kpbsWeb瀏覽50/25/25200網(wǎng)頁/秒50KB10MpbsCAD服務器0/50/5065/小時40MB5.78Mpbs第四十頁，共五十三頁，2022年，8月28日案例1：網(wǎng)絡實驗室局域網(wǎng)的設計案例教學要求：掌握設計規(guī)模達幾十臺PC的專用LAN的技能與方法掌握用Visio繪制該LAN網(wǎng)絡拓撲圖的方法案例教學環(huán)境：PC1臺，MicrosoftVisio軟件1套設計要點：為新建的網(wǎng)絡實驗室設計局域網(wǎng)，需要進行網(wǎng)絡需求分析。該實驗室具有80臺PC，且它們需要共享實驗服務器信息用百兆交換機若干配置交換機的鏈路聚合功能第四十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日需求分析和設計考慮一個具有80臺PC的網(wǎng)絡實驗室仍然屬于一個小型LAN，但由于該網(wǎng)絡有幾十名學生要在較短時間內(nèi)（如10秒時間內(nèi)）打開共享實驗服務器上的信息需求，需要對網(wǎng)絡應用需求進行分析，并進行相應的設計：第四十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日需求分析取4臺PC為一組，組內(nèi)突發(fā)流量峰值可達幾十Mpbs，組間的通信量通常較小。組內(nèi)使用一個8端口的百兆交換機80臺PC需要同時共享實驗服務器的信息，打開實驗支持系統(tǒng)網(wǎng)站頁面(約30KB)、下載軟件實驗工具(約3MB)和文檔(約80KB)。為了使時延感覺不致太大，要求訪問文件的時延不大于10秒要求在10秒內(nèi)從一臺服務器向外輸出量將約達250MB，即約199Mpbs考慮到一臺服務器輸入數(shù)據(jù)需要處理動態(tài)網(wǎng)頁和處理數(shù)據(jù)庫的能力，將難以保證在10秒內(nèi)完成這樣的任務。因此，可以考慮采用雙服務器設計方案第四十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日設計方案①每40臺PC共享一臺服務器，這樣共需兩臺服務器②由于目前的專用PC服務器通常都標準配置兩塊千兆網(wǎng)卡，服務器與交換機連接可采用兩個百兆鏈路聚合的措施，增強訪問服務器的能力③每4臺PC組成一組，共需20組；每組用一個8端口百兆交換機將它們相連，共需20個這樣的交換機④每10組用一個16端口的百兆交換機互聯(lián)，形成多星結(jié)構(gòu)⑤為了增加容錯能力，我們還將這兩臺16端口的百兆交換機用百兆雙絞線連接起來第四十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日一種網(wǎng)絡實驗室的設計方案第四十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日設計提示選用交換機時應用注意交換機的規(guī)格系列，交換機的接口數(shù)量規(guī)格通常只有8口、16口、24口、48口等接口速率通常有10/100Mpbs、1000Mpbs和10Gpbs接口類型通常有雙絞線和光纖，而且1000Mpbs及以上速率的接口通常為光纖介質(zhì)第四十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日案例2：辦公環(huán)境局域網(wǎng)的設計案例教學要求：掌握設計規(guī)模達200臺PC的辦公LAN的技能與方法掌握用Visio繪制該網(wǎng)絡拓撲圖的方法案例教學環(huán)境：PC1臺，MicrosoftVisio軟件1套設計要點：辦公環(huán)境設計局域網(wǎng)，需要進行網(wǎng)絡需求分析。該辦公環(huán)境大約有200臺PC，它們需要共享各種辦公服務器信息由于該網(wǎng)覆蓋區(qū)域較大，機器數(shù)量較多，但可容忍；可以采用千兆交換機作為該網(wǎng)的主干，即采用“千兆到交換機，百兆到桌面”的網(wǎng)絡拓撲第四十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日需求分析和設計考慮辦公網(wǎng)絡環(huán)境包括了較多的網(wǎng)絡信息服務器，如DNS服務器、Web服務器、電子郵件服務器，支持多種信息查詢，網(wǎng)絡流量高度不均勻辦公環(huán)境覆蓋范圍可達400～500米，并可能覆蓋幾個樓層網(wǎng)絡短時間