1.4通信流量分析

1.4.1通信流量分析的方法

明確應(yīng)用和數(shù)據(jù)流的分布特征，可以更有效地進(jìn)行資源分布，如流量的傳輸決定了服務(wù)器放置的物理位置。在整個(gè)通信流量分析過程中，需要根據(jù)對(duì)通信模式、通信邊界的分析，明確不同類型的信息流在網(wǎng)絡(luò)不同區(qū)域、邊界的分布，從而獲得區(qū)域、邊界上總的信息流量。

對(duì)于部分較為簡單的網(wǎng)絡(luò)，不需要進(jìn)行復(fù)雜的通信流量分布分析，僅采用一些簡單的方法，例如80/20規(guī)則、20/80規(guī)則等。但是對(duì)于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，仍必須進(jìn)行復(fù)雜的通信流量分布分析。

1．80/20規(guī)則

80/20規(guī)則是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的一般規(guī)則。80/20規(guī)則是基于這樣的可能性：通信流量的80%是在某個(gè)網(wǎng)段中流動(dòng)，只有20%的通信流量訪問其他網(wǎng)段，如圖1-9所示。

利用80/20規(guī)則進(jìn)行通信流量分布，對(duì)一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)部的通信流量不進(jìn)行嚴(yán)格的分析，僅僅是根據(jù)用戶和應(yīng)用需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)生網(wǎng)段內(nèi)的通信總量大小，認(rèn)為總量的80%是在網(wǎng)段內(nèi)部，而20%是對(duì)網(wǎng)段外部的流量。

80/20規(guī)則不僅僅是一種設(shè)計(jì)思路，也是一種特殊的優(yōu)化方法，通過這種方式可以限制用戶的不合理需求，是最優(yōu)化地使用網(wǎng)絡(luò)骨干和使用昂貴的廣域網(wǎng)連接的一種行之有效的方法。例如，如果核心交換機(jī)容量為100Mbps，局域網(wǎng)至外部的帶寬應(yīng)限制在20Mbps以內(nèi)。

80/20規(guī)則適用于內(nèi)部交流較多、外部訪問相對(duì)較少、網(wǎng)絡(luò)較為簡單、不存在特殊應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段。

2．20/80規(guī)則

隨著因特網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，一些特殊的網(wǎng)絡(luò)不斷產(chǎn)生，例如小區(qū)內(nèi)計(jì)算機(jī)用戶形成的局域網(wǎng)絡(luò)、大型公司用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同工作的工作組網(wǎng)絡(luò)等。這些網(wǎng)絡(luò)的特征是：網(wǎng)段的內(nèi)部用戶之間相互訪問較少，大多數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問都是對(duì)網(wǎng)段外的資源進(jìn)行訪問。對(duì)于這些流量分布恰好位于另一個(gè)極端的網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段，則可以采用20/80規(guī)則。

利用20/80規(guī)則進(jìn)行通信流量分布的設(shè)計(jì)，要根據(jù)用戶和應(yīng)用需求的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生網(wǎng)段內(nèi)的通信總量大小，認(rèn)為總量的20%是在網(wǎng)段內(nèi)部的流量，而80%是網(wǎng)段外部的流量。

這是一些簡單的規(guī)則，但是這些規(guī)則是建立在大量的工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，通過這些規(guī)則的應(yīng)用，可以很快完成一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)網(wǎng)段的通信流量分析工作，可以合理減少大型網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)計(jì)工作量。

1.4.2通信流量分析的步驟

對(duì)于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，需要進(jìn)行復(fù)雜的通信流量分析。通信流量分析從對(duì)本地網(wǎng)段上和通過網(wǎng)絡(luò)骨干某個(gè)特定部分的通信量進(jìn)行估算開始，可采用如下步驟。

1．把網(wǎng)絡(luò)分成易管理的網(wǎng)段

在通信量分析的過程中，首要任務(wù)是依據(jù)需求階段得到的網(wǎng)絡(luò)分段需求和工程經(jīng)驗(yàn)，將網(wǎng)絡(luò)工程劃分成若干個(gè)物理或者邏輯網(wǎng)段，并進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)膹V域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最終形成相應(yīng)的各類網(wǎng)絡(luò)邊界。然后從估算每個(gè)網(wǎng)段的通信模式和通信容量開始，分析這些部分之間的信息流動(dòng)方式，最后才產(chǎn)生通信流量。

網(wǎng)段劃分要考慮用戶的需求。對(duì)于升級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)段劃分方式進(jìn)行改進(jìn)，形成新的劃分方案。對(duì)于新建網(wǎng)絡(luò)，則是和網(wǎng)絡(luò)管理員一起商量網(wǎng)段劃分方式。一般情況是按照工作組或部門來劃分網(wǎng)段，因?yàn)橄嗤ぷ鹘M或部門中的用戶通常使用相同的應(yīng)用程序，并且具有相同的基本需求。

由于網(wǎng)段屬于局域網(wǎng)絡(luò)范疇，在進(jìn)行分析工作前，需要確定網(wǎng)段的局域網(wǎng)通信邊界。如果網(wǎng)段的通信邊界是物理邊界，則這個(gè)網(wǎng)段需要獨(dú)立進(jìn)行分析。如果多個(gè)網(wǎng)段的通信邊界是邏輯邊界，則這些網(wǎng)段不需要獨(dú)立進(jìn)行分析，而作為一個(gè)整體網(wǎng)段來進(jìn)行分析。無論是物理網(wǎng)段分析，還是多個(gè)虛擬網(wǎng)段構(gòu)成的整體網(wǎng)段分析，都可以采用局部分析法。局部分析法的實(shí)質(zhì)在于只關(guān)注于一個(gè)網(wǎng)段，并將該網(wǎng)段邊界外的其他部分內(nèi)容等同于一個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行分析。

圖1-10是一個(gè)較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，其中路由器A是一個(gè)局域網(wǎng)的物理邊界，路由器C連接的局域網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，存在多個(gè)VLAN，這些VLAN的通信邊界是邏輯的，而路由器C則是這些VLAN和其他區(qū)域的共同物理邊界。

在進(jìn)行局部分析法時(shí)，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象，形成如圖1-11所示的網(wǎng)絡(luò)分段，其中圖1-11（a）是路由器A所連接的物理網(wǎng)段，圖1-11（b）是路由器C所連接的多個(gè)邏輯網(wǎng)段的抽象圖。

2．確定個(gè)人用戶和網(wǎng)段的通信量

在通信量分析中，第二步是復(fù)查需求說明書中的業(yè)務(wù)需求、用戶需求、應(yīng)用需求、網(wǎng)絡(luò)需求部分的內(nèi)容，并根據(jù)通信流量的分析進(jìn)行再次確定。在需求收集階段，已經(jīng)明確了用戶對(duì)各種應(yīng)用程序的估算使用量，其中反映流量的主要是應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)需求。但是這些估算不僅沒有包含網(wǎng)絡(luò)流量，也沒有根據(jù)通信模式進(jìn)行流量分布分析。這個(gè)步驟的工作在于將需求分析中不同格式的統(tǒng)計(jì)表格轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的流量表格，以便于開始后續(xù)的分析工作。

3．確定本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)段上通信流量

分別確定本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)段上的通信流量分布是分析工作的第三步。這個(gè)步驟的重要任務(wù)是明確多少通信流量存在于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，而多少通信流量是用于訪問其他網(wǎng)段的。下面以一個(gè)擁有物理邊界的網(wǎng)段為例，借助于前兩步的分析結(jié)果進(jìn)行通信流量分布分析。

假設(shè)一個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)中擁有4個(gè)物理網(wǎng)段，編號(hào)為1～4號(hào)，這4個(gè)網(wǎng)段直接通過路由器進(jìn)行連接，如圖1-12所示。其中的網(wǎng)段l為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)段，所有的服務(wù)器都托管在網(wǎng)段1，而網(wǎng)段2至網(wǎng)段4為普通的工作網(wǎng)段。對(duì)網(wǎng)段2進(jìn)行分析，網(wǎng)段2中的用戶主要是使用以下幾種應(yīng)用。

（1）工作郵件。用戶需要通過郵件客戶端訪問置于網(wǎng)段1的郵件服務(wù)器。

（2）辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。辦公系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器位于網(wǎng)段1，B/S模式提供服務(wù)。

（3）生產(chǎn)管理系統(tǒng)。服務(wù)器位于網(wǎng)段l，B/S模式提供服務(wù)，主要用于滿足生產(chǎn)工作管理需要。

（4）文件共享服務(wù)。服務(wù)器位于網(wǎng)段1，主要采用Windows網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)提供C/S服務(wù)。

（5）視頻監(jiān)控。用戶可以互相調(diào)閱不同網(wǎng)段的視頻監(jiān)控流，不需要經(jīng)過流媒體服務(wù)器的管理，屬于典型的P2P應(yīng)用。

（6）內(nèi)部交流。指用戶借助于部分局域網(wǎng)通信軟件，進(jìn)行內(nèi)部交流。

在需求分析中，可以形成表1-5所示的表格。

可以根據(jù)下面的公式計(jì)算出應(yīng)用需要傳遞信息的速率。應(yīng)用總信息傳輸速率=平均事務(wù)量大小×每字節(jié)位數(shù)×每個(gè)會(huì)話事務(wù)數(shù)×平均用戶數(shù)/平均會(huì)話長度。根據(jù)這個(gè)公式，計(jì)算出結(jié)果如下。

工作郵件：1×8×2×200/60=53Mbps

辦公自動(dòng)化系統(tǒng)：0.02×8×4×400/60≈4.3Mbps

生產(chǎn)管理系統(tǒng)：0.05×8×8×200/60≈10.7Mbps

文件共享服務(wù)：l00×8×1×l00/600≈133.4Mbps

視頻監(jiān)控：400×8×1×20/3600≈17.8Mbps

內(nèi)部交流：0.01×8×4×800/60≈4.3Mbps

同時(shí)，由于三個(gè)工作網(wǎng)段基本上是類似網(wǎng)段，用戶在三個(gè)網(wǎng)段的分布基本一致，所以網(wǎng)段2所承擔(dān)的各應(yīng)用的比例都是l/3，各應(yīng)用的信息傳遞速率是總速率的1/3。由于各應(yīng)用的通信模式不同，各應(yīng)用在網(wǎng)段2中的通信流量分布也不同，分析通信模式后形成表1-6所示的表格。

注意：由于工作郵件、文件共享服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)通信模式為客戶端/服務(wù)器模式，這種模式雙向流量大，因此在網(wǎng)段流量分布上應(yīng)用的總流量在兩個(gè)方向上各占50%；辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)屬于瀏覽器/服務(wù)器模式，在估算時(shí)客戶端至服務(wù)器按20%進(jìn)行估算，反向按80%進(jìn)行估算，在實(shí)際項(xiàng)目中可根據(jù)測試情況進(jìn)行調(diào)整；內(nèi)部交流主要在網(wǎng)段內(nèi)部，不產(chǎn)生外部流量：視頻監(jiān)控主要是根據(jù)用戶在網(wǎng)段的比例，網(wǎng)段內(nèi)部用戶數(shù)量為總用戶的1/3，而其他網(wǎng)段則占2/3。

在本例中沒有考慮TCP協(xié)議、IP協(xié)議封裝所引起的流量，如需要考慮這些協(xié)議封裝而增加的流量，則需要統(tǒng)計(jì)各應(yīng)用的平均協(xié)議包長度，并根據(jù)協(xié)議包頭長度和有效負(fù)載長度算出實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)層流量。例如，假設(shè)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，工作郵件的平均IP包長度為1200字節(jié)，則IP包頭為20字節(jié)、TCP包頭為20字節(jié)，其余的為有效負(fù)載部分，則工作郵件客戶端至服務(wù)器端應(yīng)用流量實(shí)際產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)層流量為26.5×1200/1160≈27.4Mbit/s。基于以上分析，可以形成表1-7所示的總流量分布。

由于以太網(wǎng)的最小幀長為64字節(jié)，其中有效負(fù)載為56字節(jié)，因此可以根據(jù)這種極端情況計(jì)算出所需要的最大網(wǎng)絡(luò)流量。由表1-7可知，網(wǎng)段2內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須提供13.5Mbit/s的網(wǎng)絡(luò)吞吐率，而網(wǎng)段2和網(wǎng)段1之間的往來流量分別為110Mbit/s和120Mbit/s。由網(wǎng)段2訪問其他網(wǎng)段的雙向流量為13.5Mbit/s，則內(nèi)部交換機(jī)的吞吐率必須大于13.5Mbit/s，網(wǎng)段2的邊界路由器必須提供大于110+l20+13.5=243.5Mbit/s；而網(wǎng)段2的邊界路由器到內(nèi)部交換設(shè)備的連接應(yīng)提供正向110+13.5/2=l16.75Mbit/s，反向120+l3.5/2=126.75Mbit/s的傳輸速率，則在設(shè)計(jì)時(shí)可以采用千兆以太線路并將線路的雙向傳輸速率都限制在200Mbit/s以內(nèi)。同時(shí)，表1-7可以作為廣域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)骨干的計(jì)算依據(jù)。

需要注意的是，以上僅僅是根據(jù)用戶需求、應(yīng)用需求計(jì)算網(wǎng)絡(luò)流量的一種示例，由于不同的設(shè)計(jì)人員采用的需求分析方式和表格不同，其計(jì)算的方法也不同，但是都可以獲取網(wǎng)絡(luò)層流量。例如，有些設(shè)計(jì)人員喜歡用在線用戶數(shù)量、每個(gè)在線用戶的平均流量來進(jìn)行計(jì)算；有些設(shè)計(jì)人員喜歡用應(yīng)用的用戶每秒事務(wù)量和事務(wù)量大小來計(jì)算流量；還有些設(shè)計(jì)人員會(huì)考慮峰值情況，并以峰值速率作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以避免網(wǎng)絡(luò)在峰值時(shí)段出現(xiàn)擁塞。

4．對(duì)每個(gè)網(wǎng)段重復(fù)上述步驟

對(duì)每個(gè)網(wǎng)段重復(fù)上述步驟，其中個(gè)人應(yīng)用收集的信息是每一個(gè)應(yīng)用和網(wǎng)段都要用到的。然后，確定每一個(gè)本地網(wǎng)段的通信量以及該網(wǎng)段對(duì)整個(gè)廣域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)骨干的通信量。

5．分析廣域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)骨干的通信流量

通過對(duì)每個(gè)網(wǎng)段的分析，除了形成各網(wǎng)段自身的通信要求外，還可以形成與本網(wǎng)段有關(guān)的廣域網(wǎng)、骨干網(wǎng)的通信要求。不同網(wǎng)絡(luò)工程中，用戶對(duì)廣域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求和建議不同，即使拓?fù)湎嗤捎谛畔⒌穆酚刹煌瑢?duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求也是不同的。因此，對(duì)廣域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)骨干的通信流量分析必須參考用戶意見，并且應(yīng)當(dāng)做到靈活機(jī)動(dòng)。

通信流量計(jì)算完成后，要把它們整理總結(jié)成一份文件，該文件將成為最終的通信規(guī)范說明書的一部分。同時(shí)，用這些新的信息來提高當(dāng)前邏輯網(wǎng)絡(luò)圖的質(zhì)量，標(biāo)明廣播域、沖突域和子網(wǎng)的邊界。如果通過通信流量計(jì)算，表現(xiàn)出了定向通信模式，也應(yīng)在圖上標(biāo)出。

1.4.3 估算網(wǎng)絡(luò)中的通信量

估算網(wǎng)絡(luò)中的通信量主要有兩個(gè)方面：根據(jù)業(yè)務(wù)需求和業(yè)務(wù)規(guī)模估算通信量的大小；根據(jù)流量匯聚原理確定鏈路和節(jié)點(diǎn)的容量。

1．估算通信量應(yīng)該注意的問題

（1）必須以滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需要為最低標(biāo)準(zhǔn)。

（2）必須考慮到未來若干年內(nèi)的業(yè)務(wù)增長需求。

（3）能對(duì)選擇何種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供指導(dǎo)。

（4）能對(duì)沖突域和廣播域的劃分提供指導(dǎo)。

（5）能對(duì)選擇何種物理介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供指導(dǎo)。

2．上行鏈路和下行鏈路

上行鏈路指的是從工作站流向核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的鏈路。下行鏈路指的是從核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備流向工作站的鏈路，如圖1-13所示。上行鏈路的容量衡量了核心設(shè)備和線路的容量，影響了骨干網(wǎng)技術(shù)的選擇。下行鏈路的容量則給出了某種骨干網(wǎng)技術(shù)能滿足的客戶端應(yīng)用的能力。

例如：假設(shè)核心層交換機(jī)所使用的連接數(shù)為8，而每個(gè)端口下連交換機(jī)的帶寬是100MB/s，也使用了8個(gè)端口，在交換機(jī)滿負(fù)荷工作概率為60%的條件下，按照交換機(jī)的特點(diǎn)，干線容量的計(jì)算方式為：8×100MB/s×60%=480MB/s，核心交換機(jī)的容量為：8×480MB/s×60%=2304MBps。由此可以得出對(duì)主干線路的技術(shù)要求：

（1）最佳選擇是光纖作為傳輸介質(zhì)，最大可以提供1000MB/s的帶寬。

（2）廉價(jià)的選擇是以全雙工工作的6類UTP雙絞線。

（3）核心層交換機(jī)的背板容量至少在2.3G以上才不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)瓶頸。