網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)第七章 網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)

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《網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)》課程7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)7.4負(fù)載均衡技術(shù)與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)27.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)37.1.1帶寬不穩(wěn)定性分析

在頻帶網(wǎng)中，帶寬指頻率上、下邊界之差，以Hz為單位。在基帶網(wǎng)中，帶寬用來衡量數(shù)據(jù)的傳輸速率。ITU-T規(guī)定：數(shù)據(jù)傳輸速率低于1.5Mbit/s（T1）的網(wǎng)絡(luò)為窄帶網(wǎng)；數(shù)據(jù)傳輸速率在1.5Mbit/s以上的網(wǎng)絡(luò)為寬帶網(wǎng)。第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)47.1.1帶寬不穩(wěn)定性分析

第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)5視頻是網(wǎng)絡(luò)帶寬的主要占用者。帶寬與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)線路、網(wǎng)絡(luò)類型、應(yīng)用環(huán)境等因素有關(guān)。以太網(wǎng)帶寬不穩(wěn)定性分析全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備做非阻塞式設(shè)計(jì)投資相當(dāng)大。光纖線路對(duì)帶寬影響不大。雙絞線線路質(zhì)量的好壞，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬影響很大。信號(hào)傳輸過程中，要扣除大約10%的系統(tǒng)開銷。以太網(wǎng)負(fù)載超過50%時(shí)，容易發(fā)生廣播風(fēng)暴。線路環(huán)境溫度過高、信息插座或接頭氧化、環(huán)境電磁干擾過大等，都會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)帶寬下降。第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)67.1.2網(wǎng)絡(luò)用戶業(yè)務(wù)模型用戶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)最低帶寬需求不同的用戶業(yè)務(wù)，需要不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬。局域網(wǎng)用戶要求較高的帶寬，而且網(wǎng)絡(luò)上行鏈路和下行鏈路的帶寬相差不多。在因特網(wǎng)中，下行速率與上行速率不一致，用戶對(duì)下行速率要求較多。第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)7[表7-1]端到端網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)最低帶寬要求第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)類型最低下行帶寬最低上行帶寬業(yè)務(wù)說明網(wǎng)頁瀏覽32kbit/s10kbit/s每個(gè)頁面收發(fā)郵件128kbit/s128kbit/s依用戶與郵件服務(wù)器帶寬而定網(wǎng)上聊天64kbit/s32kbit/s文字聊天網(wǎng)上購物64～128kbit/s32kbit/s交互式應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)游戲64～256kbit/s64kbit/s因特網(wǎng)游戲，依用戶與游戲服務(wù)器帶寬而定IP電話128kbit/s32kbit/sH.323純語音IP電話，采用G.723編碼視頻監(jiān)控256～512kbit/s256～512kbit/s分布式多媒體監(jiān)控業(yè)務(wù)，如交通監(jiān)控系統(tǒng)等視頻點(diǎn)播1512kbit/s64kbit/sMPEG-1（VCD）分配型多媒體視頻業(yè)務(wù)IPTV2～8Mbit/s512kbit/s～1Mbit/s網(wǎng)絡(luò)電視業(yè)務(wù)HDTV2～20Mbit/s512kbit/s～1Mbit/s1024×768分辨率以上的高清電視業(yè)務(wù)8網(wǎng)絡(luò)帶寬低于256kbit/s時(shí)，很難滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求?；驹O(shè)計(jì)思想：根據(jù)帶寬占用大的業(yè)務(wù)來選擇鏈路帶寬，并根據(jù)業(yè)務(wù)使用頻度考慮對(duì)帶寬的復(fù)用。第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)9[圖7-1]

用戶使用因特網(wǎng)的時(shí)間規(guī)律第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)107.1.3網(wǎng)絡(luò)帶寬設(shè)計(jì)案例阻塞式與非阻塞式設(shè)計(jì)上層（如匯聚層）鏈路帶寬大于或等于下層（如接入層）鏈路帶寬的總和，稱為非阻塞式設(shè)計(jì)；上層鏈路帶寬低于下層鏈路帶寬的總和，稱為阻塞式設(shè)計(jì)。非阻塞式帶寬設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)載輕，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好，但是工程成本偏高。第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)11[圖7-2]

網(wǎng)絡(luò)帶寬的阻塞式與非阻塞式設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)127.1.4網(wǎng)絡(luò)帶寬管理技術(shù)1．利用硬件設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬管理可以通過帶寬管理器、入侵控制系統(tǒng)、路由器等硬件設(shè)備進(jìn)行控制和管理。硬件設(shè)備管理時(shí)性能高，投資大于軟件管理。帶寬管理器可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行集成，無需改變已有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，路由器配置，服務(wù)器配置和用戶計(jì)算機(jī)配置。即使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備配置發(fā)生變化，帶寬管理器也無需做任何變動(dòng)。第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)137.1.4網(wǎng)絡(luò)帶寬管理技術(shù)帶寬管理器的功能：針對(duì)不同用戶定制最小保證帶寬和最大應(yīng)用帶寬。通過帶寬管理，保證網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性應(yīng)用的高性能；同時(shí)抑制非關(guān)鍵應(yīng)用的帶寬占用。提供防火墻功能，可以對(duì)訪問進(jìn)行控制，有效防止非法數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的侵占。具有自動(dòng)旁路功能，對(duì)用戶網(wǎng)絡(luò)的安全性提供有效保證。第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)14帶寬管理器一般設(shè)置在邊界路由器附近。應(yīng)當(dāng)考慮帶寬管理器與高速鏈路的性能匹配問題。[圖7-3]第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)152．利用軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬管理利用軟件也可以管理和控制網(wǎng)絡(luò)帶寬。例如，ISAServer軟件可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬管理。在ISAServer中，帶寬管理規(guī)則按次序排列。每個(gè)規(guī)則都分配一個(gè)指定的編號(hào)，編號(hào)為1的規(guī)則最先處理，默認(rèn)規(guī)則是最后一個(gè)處理。ISAServer可以通過配置優(yōu)先級(jí)和帶寬規(guī)則給指定類型的網(wǎng)絡(luò)通信分配較多的帶寬。網(wǎng)絡(luò)管理人員可以根據(jù)協(xié)議、調(diào)度、用戶、目的、內(nèi)容等方面指定帶寬規(guī)則。第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)7.1網(wǎng)絡(luò)帶寬分析與設(shè)計(jì)161.1網(wǎng)絡(luò)工程概述網(wǎng)絡(luò)工具軟件(參考)[案例]網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件BOSON7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第17頁共99頁7.2.1網(wǎng)絡(luò)流量的特性1．流量與帶寬帶寬是一個(gè)固定值，流量是一個(gè)變化的量。帶寬由網(wǎng)絡(luò)工程師規(guī)劃分配，有很強(qiáng)的規(guī)律性；流量由用戶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)形成，規(guī)律性不強(qiáng)。帶寬與設(shè)備、傳輸鏈路相關(guān)；網(wǎng)絡(luò)流量與使用情況、傳輸協(xié)議、鏈路狀態(tài)等因素相關(guān)。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)182．不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的數(shù)據(jù)流量特性網(wǎng)絡(luò)性能取決于一些變量，如突發(fā)性、延遲、抖動(dòng)、分組丟失等。不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對(duì)這些指標(biāo)要求會(huì)不同。如電子郵件具有很強(qiáng)的突發(fā)性。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用戶數(shù)據(jù)流量特性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量設(shè)計(jì)和管理。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)193．網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)流量監(jiān)測(cè)硬件或軟件可監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的流量。[圖7-4]

MRTG監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載的軟件7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)20流量監(jiān)測(cè)圖功能：峰值流量大小，出現(xiàn)時(shí)間，持續(xù)時(shí)間；平均流量大??；流出與流入情況，出口是否存在擁塞；資源負(fù)載情況，如磁盤空間、CPU負(fù)載等；服務(wù)流量分布情況，如Web、FTP等；設(shè)備流量情況，如路由器、交換機(jī)等。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)21[案例]流量監(jiān)測(cè)7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)22[案例]流量監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)23[案例]網(wǎng)絡(luò)流量分析7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)247.2.2網(wǎng)絡(luò)流量設(shè)計(jì)模型1．分層網(wǎng)絡(luò)的流量模型從接入層流向核心層時(shí)，收斂在高速鏈路上；從核心層流向接入層時(shí)，發(fā)散到低速鏈路上；核心層設(shè)備匯聚的網(wǎng)絡(luò)流量最大；接入層設(shè)備的流量相對(duì)較小。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)25[圖7-5]數(shù)據(jù)流量模型7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)262．匯聚層鏈路聚合鏈路聚合的目的是保證鏈路負(fù)載均衡。雙鏈路可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)載不均衡的現(xiàn)象。如果對(duì)匯聚層上行鏈路進(jìn)行鏈路聚合配置，就可以使上行鏈路負(fù)載均衡。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)273．流量設(shè)計(jì)中的80-20規(guī)則和20-80規(guī)則80-20規(guī)則：網(wǎng)段上80%的數(shù)據(jù)流量在本網(wǎng)段內(nèi)部流動(dòng)，只有20%的網(wǎng)絡(luò)流量訪問其他網(wǎng)段。[圖7-6]7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)28這種流量設(shè)計(jì)模型主要適應(yīng)于分布式服務(wù)設(shè)計(jì)的園區(qū)網(wǎng)（如大學(xué)校園網(wǎng)），網(wǎng)絡(luò)通信主要在本網(wǎng)段的客戶機(jī)與服務(wù)器之間進(jìn)行，如局域網(wǎng)下的文件存取、數(shù)據(jù)庫存取、OA系統(tǒng)、CAD應(yīng)用等，這些應(yīng)用的數(shù)據(jù)流量占有80%的流量，而只有20%的流量流往其他網(wǎng)段。優(yōu)點(diǎn)：減輕了網(wǎng)絡(luò)核心層的流量壓力；缺點(diǎn)：不利于網(wǎng)絡(luò)集中管理。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)2920-80規(guī)則：只有20%的數(shù)據(jù)流量訪問本地局域網(wǎng)，而80%的數(shù)據(jù)流量需要流出本地網(wǎng)絡(luò)。[圖7-7]主要用于B/S工作模式的小型企業(yè)局域網(wǎng)。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)304．網(wǎng)絡(luò)峰值流量設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮最繁忙時(shí)段的數(shù)據(jù)流量，否則這個(gè)時(shí)段會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)丟失。不同用戶的最繁忙時(shí)段不同。例如，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的繁忙時(shí)段在上午9～10點(diǎn)之間；網(wǎng)吧最繁忙的時(shí)段在晚上20～23點(diǎn)之間；超市網(wǎng)絡(luò)最繁忙時(shí)段往往在晚上收市的時(shí)間。在這些時(shí)段，網(wǎng)絡(luò)達(dá)到了最大吞吐量，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)要滿足這些繁忙時(shí)段的特殊要求。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)317.2.3網(wǎng)絡(luò)鏈路聚合設(shè)計(jì)1．鏈路聚合協(xié)議鏈路聚合是將交換機(jī)上的多個(gè)端口在物理上連接起來，在邏輯上捆綁在一起，形成一個(gè)有較大寬帶的端口，實(shí)現(xiàn)均衡負(fù)載，并提供冗余鏈路。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)32[圖7-8]流量均衡與鏈路聚合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)33IEEE802.3ad是實(shí)現(xiàn)鏈路動(dòng)態(tài)聚合的協(xié)議。工作原理：在交換機(jī)某端口啟動(dòng)LACP（鏈路聚合控制協(xié)議）后，該端口將通過發(fā)送LACPDU，向?qū)Ψ蕉丝谕ǜ孀约旱南到y(tǒng)優(yōu)先級(jí)、系統(tǒng)MAC、端口優(yōu)先級(jí)、端口號(hào)等參數(shù)。對(duì)方接收到這些信息后，將這些信息與其它端口所保存的信息進(jìn)行比較，以選擇能夠聚合的端口，從而雙方可以對(duì)端口加入或退出某個(gè)動(dòng)態(tài)聚合組達(dá)成一致。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)342．鏈路聚合的條件鏈路聚合需要硬件設(shè)備的支持，不是所有交換機(jī)端口都可以設(shè)置成聚合模式。各鏈路的傳輸介質(zhì)必須相同，均為超五類雙絞線或均為光纖；各鏈路傳輸速率必須相同，如都為100M或1000M；各鏈路兩端的參數(shù)必須一致，如流量控制；各鏈路速率不小于100M等。7.2網(wǎng)絡(luò)流量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)357.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)367.3.1QoS主要技術(shù)指標(biāo)QoS是指IP網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)流時(shí)，滿足一系列服務(wù)請(qǐng)求的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。Qos是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制，用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題。QoS提供端到端的服務(wù)質(zhì)量控制或保證。QoS技術(shù)指標(biāo)（傳輸時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟包率、吞吐量）傳輸時(shí)延產(chǎn)生時(shí)延的因素很多，如分組時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延、交換時(shí)延和傳輸時(shí)延。話音數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地的總時(shí)間不得超過150ms。在任何系統(tǒng)中，傳輸時(shí)延總是存在的。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)37時(shí)延抖動(dòng)時(shí)延抖動(dòng)是不同數(shù)據(jù)包之間延遲時(shí)間的差別。抖動(dòng)主要由于分組排隊(duì)等候時(shí)間不同而引起。話音網(wǎng)絡(luò)的抖動(dòng)不應(yīng)超過30ms。丟包率數(shù)據(jù)包丟失由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起。在高可用網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)包丟失率應(yīng)小于1%。吞吐量吞吐量是在一定時(shí)間段內(nèi)網(wǎng)上信號(hào)的流量，有時(shí)也使用數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行表示。一般吞吐量越大越好。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)38QoS的分類不同業(yè)務(wù)對(duì)QoS要求不同，必須對(duì)QoS分類。ITU-TY.1541標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟包率、錯(cuò)誤率綜合劃分了QoS類別。QoS分為6類：按0～5優(yōu)先級(jí)相應(yīng)遞減。0類和2類對(duì)時(shí)延要求嚴(yán)格，0類對(duì)抖動(dòng)有限制；1類和3類的時(shí)延要求比較嚴(yán)格；4類時(shí)延要求比較寬松，沒有抖動(dòng)限制；5類對(duì)性能無保證。除第5類外，都對(duì)丟包率和錯(cuò)誤率有要求。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)39[案例]不同業(yè)務(wù)對(duì)QoS要求不同7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)40QoS存在的問題QoS的復(fù)雜性。在IP網(wǎng)絡(luò)上保證QoS還存在以下困難：因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸由ISP提供，信息由ICP提供，兩者之間需要共同協(xié)調(diào)；IP數(shù)據(jù)包采用統(tǒng)一格式，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備很難知道用戶的業(yè)務(wù)類型；用戶可能混合使用多種業(yè)務(wù)，很難建立流量模型；網(wǎng)絡(luò)中端到端的可用資源很難判斷。單用戶的QoS都難以處理，保證全網(wǎng)的QoS就更困難了。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)41QoS提供以下三種服務(wù)模型：Best-Effortservice（盡力而為服務(wù)模型）Integratedservice（綜合服務(wù)模型，簡(jiǎn)稱IntServ)Differentiatedservice（區(qū)分服務(wù)模型，簡(jiǎn)稱DiffServ）7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)42Best-Effort服務(wù)模型Best-Effort是一個(gè)單一的服務(wù)模型，也是最簡(jiǎn)單的服務(wù)模型。網(wǎng)絡(luò)盡最大的可能性來發(fā)送報(bào)文。但對(duì)時(shí)延、可靠性等性能不提供任何保證。是網(wǎng)絡(luò)的缺省服務(wù)模型，通過FIFO隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)。適用于絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如FTP、E-mail等。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)437.3.2IntServ綜合服務(wù)模型IntServ是一個(gè)綜合服務(wù)模型，它可以滿足多種Qos需求。使用資源預(yù)留協(xié)議(RSVP),RSVP運(yùn)行在從源端到目的端的每一個(gè)設(shè)備上，可以監(jiān)視每一個(gè)流，以防止其消耗資源過多。能夠明確區(qū)分并保證每一個(gè)業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量，為網(wǎng)絡(luò)提供最細(xì)粒度化的服務(wù)質(zhì)量區(qū)分。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)44[案例]保證服務(wù)7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)45IntServ缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大到一定程度時(shí)，網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)維護(hù)工作將使核心層路由器不堪重負(fù)。必須進(jìn)行信令傳遞，非常占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。需要全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一致的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)QoS?？蓴U(kuò)展性很差，難以在Internet核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)施。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，并不推薦使用IntServ模型，一般以DiffServ模型為主。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)467.3.3DiffServ區(qū)分服務(wù)模型1．DiffServ區(qū)分服務(wù)基本思想：將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分成不同的類別，根據(jù)業(yè)務(wù)類別進(jìn)行區(qū)分對(duì)待。DiffServ功能：將用戶業(yè)務(wù)劃分為幾種業(yè)務(wù)類型，為不同業(yè)務(wù)類型提供相應(yīng)的優(yōu)先權(quán)。對(duì)流量進(jìn)行整形、隊(duì)列調(diào)度等處理，減少網(wǎng)絡(luò)擁塞。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)47[案例]將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分成不同的類別7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)48DiffServ是一個(gè)多業(yè)務(wù)模型，可以滿足不同的Qos需求。與IntServ不同，不需要通知網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)業(yè)務(wù)預(yù)留資源，即不需要信令?？梢杂貌煌姆椒▉碇付〝?shù)據(jù)包的QoS，如IP包的優(yōu)先級(jí)位，數(shù)據(jù)包的源地址和目的地址等。DiffServ用于對(duì)QoS有嚴(yán)格要求的端到端應(yīng)用。區(qū)分服務(wù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性較好。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)492．Qos技術(shù)綜述Qos技術(shù)包括流分類、流量監(jiān)管、流量整形、接口限速、擁塞管理、擁塞避免等。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)502．Qos技術(shù)綜述流分類：采用一定的規(guī)則識(shí)別符合某類特征的報(bào)文，它是對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū)分服務(wù)的前提和基礎(chǔ)。流量監(jiān)管：對(duì)進(jìn)入或流出設(shè)備的特定流量進(jìn)行監(jiān)管。當(dāng)流量超出設(shè)定值時(shí)，可以采取限制或懲罰措施，以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)資源不受損害。流量整形：一種主動(dòng)調(diào)整流的輸出速率的流量控制措施，用來使流量適配下游設(shè)備可供給的網(wǎng)絡(luò)資源，避免不必要的報(bào)文丟棄，通常作用在接口出方向。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)512．Qos技術(shù)綜述擁塞管理：就是當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)如何制定一個(gè)資源的調(diào)度策略，以決定報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的處理次序，通常作用在接口出方向。擁塞避免：監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)資源的使用情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)擁塞有加劇的趨勢(shì)時(shí)采取主動(dòng)丟棄報(bào)文的策略，通過調(diào)整隊(duì)列長度來解除網(wǎng)絡(luò)的過載，通常作用在接口出方向。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)52[案例]各Qos技術(shù)在同一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的處理順序7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)53[案例]各Qos技術(shù)在同一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的處理順序（1）首先通過流分類對(duì)各種業(yè)務(wù)進(jìn)行識(shí)別和區(qū)分，它

是后續(xù)各種動(dòng)作的基礎(chǔ)；（2）通過各種動(dòng)作對(duì)特性的業(yè)務(wù)進(jìn)行處理。這些動(dòng)作

需要與流分類關(guān)聯(lián)起來才有意義。具體采取何種

動(dòng)作，與所處的階段和網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的負(fù)載狀況有關(guān)。

例如，當(dāng)報(bào)文進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)是進(jìn)行流量監(jiān)管；流出節(jié)

點(diǎn)之前進(jìn)行流量整形；擁塞時(shí)對(duì)隊(duì)列進(jìn)行擁塞管

理；擁塞加劇時(shí)采取擁塞避免措施等。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)543．Qos配置方式簡(jiǎn)介分為Qos策略配置方式和非Qos策略配置方式兩種。1.非Qos策略配置方式是指不通過Qos策略來進(jìn)行配置。例如，端口限速功能可以通過直接在接口上配置來實(shí)現(xiàn)。2.Qos策略配置方式是指通過配置Qos策略來實(shí)現(xiàn)Qos功能。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)553．Qos配置方式簡(jiǎn)介Qos策略包含了三個(gè)要素：類、流行為、策略。用戶可以通過Qos策略將指定的類和流行為綁定起來，靈活地進(jìn)行Qos配置。（1）類

類的要素包括：類的名稱和類的規(guī)則。

用戶可以通過命令定義一系列的規(guī)則來對(duì)報(bào)文進(jìn)

行分類。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)56（2）流行為

流行為用來定義針對(duì)報(bào)文所做的Qos動(dòng)作。

用戶可以通過命令在一個(gè)流行為中定義多個(gè)動(dòng)作。（3）策略

策略用來將指定的類和流行為綁定起來，對(duì)分類后的報(bào)文執(zhí)行流行為中定義的動(dòng)作。

策略的要素包括：策略名稱、綁定在一起的類和

流行為的名稱。

用戶可以在一個(gè)策略中定義多個(gè)類和流行為的綁定關(guān)系。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)574．優(yōu)先級(jí)映射簡(jiǎn)介報(bào)文在進(jìn)入設(shè)備以后，設(shè)備會(huì)根據(jù)自身情況和相應(yīng)規(guī)則（primap、remark）分配或修改報(bào)文的各種優(yōu)先級(jí)的值，為隊(duì)列調(diào)度和擁塞控制服務(wù)。優(yōu)先級(jí)映射功能通過報(bào)文所攜帶的優(yōu)先級(jí)字段來映射其優(yōu)先級(jí)字段值，就可以獲得各種用以決定報(bào)文調(diào)度能力的各種優(yōu)先級(jí)字段，從而可以全面有效的控制報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度能力。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)584．優(yōu)先級(jí)映射簡(jiǎn)介優(yōu)先級(jí)用于標(biāo)識(shí)報(bào)文傳輸?shù)膬?yōu)先程度，可以分為兩類：報(bào)文攜帶優(yōu)先級(jí)和設(shè)備調(diào)度優(yōu)先級(jí)。報(bào)文攜帶優(yōu)先級(jí)包括：802.1p優(yōu)先級(jí)、DSCP優(yōu)先級(jí)、IP優(yōu)先級(jí)、EXP優(yōu)先級(jí)等。這些優(yōu)先級(jí)都是根據(jù)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議生成，體現(xiàn)了報(bào)文自身的優(yōu)先等級(jí)。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)594．優(yōu)先級(jí)映射簡(jiǎn)介設(shè)備調(diào)度優(yōu)先級(jí)是指報(bào)文在設(shè)備內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)所使用的優(yōu)先級(jí)，只對(duì)當(dāng)前設(shè)備自身有效。包括以下幾種：

本地優(yōu)先級(jí)（LP）：設(shè)備為報(bào)文分配的一種具有本地意義的優(yōu)先級(jí)，每個(gè)本地優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)隊(duì)列，本地優(yōu)先級(jí)值越大的報(bào)文，進(jìn)入的隊(duì)列優(yōu)先級(jí)越高，從而能夠獲得優(yōu)先的調(diào)度。

丟棄優(yōu)先級(jí)（DP）：在進(jìn)行報(bào)文丟棄時(shí)參考的參數(shù)，丟棄優(yōu)先級(jí)值越大的報(bào)文越被優(yōu)先丟棄。

用戶優(yōu)先級(jí)（UP）：設(shè)備對(duì)于進(jìn)入的流量，會(huì)自動(dòng)獲取報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文優(yōu)先級(jí)稱為用戶優(yōu)先級(jí)。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)604．優(yōu)先級(jí)映射簡(jiǎn)介優(yōu)先級(jí)映射表設(shè)備提供了多張優(yōu)先級(jí)映射表，分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)映射關(guān)系。通常情況下，可以通過查找缺省優(yōu)先級(jí)映射表來為報(bào)文分配相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)。如果缺省優(yōu)先級(jí)映射表無法滿足用戶需求，可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)映射表進(jìn)行修改。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)615．流量監(jiān)管、流量整形和接口限速簡(jiǎn)介為了使有限的網(wǎng)絡(luò)資源能夠更好地發(fā)揮效用，更好地為更多的用戶服務(wù)，必須對(duì)用戶的流量加以限制。比如限制每個(gè)時(shí)間間隔某個(gè)流只能得到承諾分配給它的那部分資源，防止由于過分突發(fā)所引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)擁塞。

流量監(jiān)管、流量整形和接口限速都可以通過對(duì)流量規(guī)格的監(jiān)督來限制流量及其資源的使用，它們有一個(gè)前提條件，就是要知道流量是否超出了規(guī)格，然后才能根據(jù)評(píng)估結(jié)果實(shí)施調(diào)控。

一般采用令牌桶對(duì)流量的規(guī)格進(jìn)行評(píng)估。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)625．流量監(jiān)管、流量整形和接口限速簡(jiǎn)介1.令牌桶的特點(diǎn)

令牌桶可以看作是一個(gè)存放一定數(shù)量令牌的容器。系統(tǒng)按設(shè)定的速度向桶中放置令牌，當(dāng)桶中令牌滿時(shí)，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加。2.用令牌桶評(píng)估流量在用令牌桶評(píng)估流量規(guī)格時(shí)，是以令牌桶中的令牌數(shù)量是否足夠滿足報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)為依據(jù)的。如果桶中存在足夠的令牌可以用來轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，稱流量遵守或符合這個(gè)規(guī)格，否則稱為不符合或超標(biāo)。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)635．流量監(jiān)管、流量整形和接口限速簡(jiǎn)介

每到達(dá)一個(gè)報(bào)文就進(jìn)行一次評(píng)估。每次評(píng)估，如果桶中有足夠的令牌可供使用，則說明流量控制在允許的范圍內(nèi)，此時(shí)要從桶中取走與報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)限相當(dāng)?shù)牧钆茢?shù)量；否則說明已經(jīng)耗費(fèi)太多令牌，流量超標(biāo)了。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)645．流量監(jiān)管、流量整形和接口限速簡(jiǎn)介（A)流量監(jiān)管流量監(jiān)管的典型應(yīng)用是監(jiān)督進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的某一流量的規(guī)格，把它限制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，或?qū)Τ龅牟糠至髁窟M(jìn)行“懲罰”，以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)資源和運(yùn)營商的利益。例如可以限制HTTP報(bào)文不能占用超過50%的網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)連接的流量超標(biāo)，流量監(jiān)管可以選擇丟棄報(bào)文，或重新設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)65[圖7-10流量監(jiān)管示意圖]7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)665．流量監(jiān)管、流量整形和接口限速簡(jiǎn)介

(B)流量整形是一種主動(dòng)調(diào)整流量輸出速率的措施。一個(gè)典型應(yīng)用是基于下游網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的流量監(jiān)管指標(biāo)來控制本地流量的輸出。流量整形與流量監(jiān)管的主要區(qū)別在于，流量整形對(duì)流量監(jiān)管中需要丟棄的報(bào)文進(jìn)行緩存——通常是將它們放入緩沖區(qū)或隊(duì)列內(nèi)。當(dāng)令牌桶有足夠的令牌時(shí)，再均勻的向外發(fā)送這些被緩存的報(bào)文。流量整形與流量監(jiān)管的另一區(qū)別是，整形可能會(huì)增加延遲，而監(jiān)管幾乎不引入額外的延遲。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)67[圖7-11流量整形示意圖]7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)685．流量監(jiān)管、流量整形和接口限速簡(jiǎn)介

(C)接口限速利用LR（物理接口限速）可以在一個(gè)物理接口上限制發(fā)送報(bào)文（包括緊急報(bào)文）的總速率。LR也是采用令牌桶進(jìn)行流量控制。如果在設(shè)備的某個(gè)接口上配置了LR，所有經(jīng)由該接口發(fā)送的報(bào)文首先要經(jīng)過LR的令牌桶進(jìn)行處理。如果令牌桶中有足夠的令牌，則報(bào)文可以發(fā)送；否則，報(bào)文將進(jìn)入QoS隊(duì)列進(jìn)行擁塞管理。這樣，就可以對(duì)通過該物理接口的報(bào)文流量進(jìn)行控制。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)69[圖7-12接口限速示意圖]7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)706．擁塞管理簡(jiǎn)介擁塞管理的中心內(nèi)容就是當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)如何制定一個(gè)資源的調(diào)度策略，以決定報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的處理次序。一般采用隊(duì)列技術(shù)，使用一個(gè)隊(duì)列算法對(duì)流量進(jìn)行分類，之后用某種優(yōu)先級(jí)別算法將這些流量發(fā)送出去。擁塞管理的處理包括隊(duì)列的創(chuàng)建、報(bào)文的分類、將報(bào)文送入不同的隊(duì)列、隊(duì)列調(diào)度等。隊(duì)列調(diào)度對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的報(bào)文進(jìn)行分級(jí)處理，優(yōu)先級(jí)高的會(huì)得到優(yōu)先發(fā)送。7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)716．流量擁塞簡(jiǎn)介—常用隊(duì)列調(diào)度機(jī)制

(A）FIFO（先入先出隊(duì)列）7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)726．流量擁塞簡(jiǎn)介—常用隊(duì)列調(diào)度機(jī)制

(B）PQ（優(yōu)先隊(duì)列，PriorityQueuing）7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)736．流量擁塞簡(jiǎn)介—常用隊(duì)列調(diào)度機(jī)制

(C）CQ（定制隊(duì)列，CustomQueuing）7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)746．流量擁塞簡(jiǎn)介—常用隊(duì)列調(diào)度機(jī)制

(D）WFQ（加權(quán)公平隊(duì)列，WeightedFairQueuing）7.3服務(wù)質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)757.4負(fù)載均衡技術(shù)與設(shè)計(jì)767.4.1負(fù)載均衡的基本類型1．負(fù)載均衡基本工作原理負(fù)載均衡是采用一組設(shè)備和多條通信鏈路，將通信量及其他工作智能地分配到整個(gè)設(shè)備組中的不同設(shè)備上，或?qū)?shù)據(jù)流量均衡的分配到多條鏈路上，提供最快地響應(yīng)速度，以及不停頓的服務(wù)。負(fù)載均衡需要進(jìn)行兩方面的處理一是將大量的并發(fā)訪問或數(shù)據(jù)流量分配到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上分別處理，以減少用戶等待時(shí)間；二是每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備處理結(jié)束后，需要將結(jié)果進(jìn)行匯總，返回給用戶端主機(jī)。7.4負(fù)載均衡技術(shù)與設(shè)計(jì)第七章網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)772.硬件負(fù)載均衡技術(shù)硬件負(fù)載均衡是直接在服務(wù)器和交換機(jī)之間安裝負(fù)載均衡設(shè)備。負(fù)載均衡設(shè)備往往采用專用的處理芯片和獨(dú)立的操作系統(tǒng)，因此整體性能很好，有較高的可靠性。硬件負(fù)載均衡設(shè)備：F5負(fù)載均衡器Radware