【導(dǎo)讀】真正滿足用戶需求的網(wǎng)絡(luò)必須是一個(gè)高性能的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)性能的研究，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的。評(píng)價(jià)、改善和開(kāi)發(fā)也具有重要的參考價(jià)值。本文重點(diǎn)對(duì)CSMA/CD總線網(wǎng)的性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析和評(píng)價(jià)。數(shù)學(xué)分析法、計(jì)算機(jī)模。擬法和實(shí)際測(cè)量法是三種基本的分析、評(píng)價(jià)方法。然后對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)管理做了進(jìn)一步的概。最后，本文根據(jù)CSMA/CD總線網(wǎng)性能分析提出了校園網(wǎng)性能優(yōu)化的幾種建議。園網(wǎng)的合理規(guī)劃和建設(shè)具有理論意義和實(shí)踐意義。

　　

【正文】 (2)性能監(jiān)視 :是根據(jù)確定的性能指標(biāo)，從通信設(shè)備中采集與性能管理有關(guān)的管理參數(shù)。 (3)性能分析 :是對(duì)采集到的性能管理參數(shù)進(jìn)行分析 (4)性能控制 :是在性能 分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)性能分析的結(jié)果，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)行改善網(wǎng)絡(luò)性能的操作。 反映校園網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù) 性能管理中必須定義一組能夠精確、全面而又簡(jiǎn)捷地反映網(wǎng)絡(luò)過(guò)去和當(dāng)前性能的參數(shù)。參數(shù)中有代表當(dāng)時(shí)性能水平的，有反映長(zhǎng)期性能變化過(guò)程的。最典型的當(dāng)然是吞吐量和時(shí)延兩個(gè)參數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)性能管理的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文本中定義了可以用于度量分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)性能的幾個(gè)關(guān)鍵特性和運(yùn)行參數(shù)，這些參數(shù)也適用于校園網(wǎng)。目前已經(jīng)定義的度量?jī)?nèi)容有【 10】。 .吞吐量 .工作負(fù)荷 .傳輸時(shí)延 .響應(yīng)時(shí)間 .服務(wù)質(zhì)量 Qos(Quality of Service) 6 校園網(wǎng)性能優(yōu)化方法 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能分析與優(yōu)化 xxiv 隨著 Inter 的迅猛發(fā)展， Inter 已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的通信方式，人們幾乎可以通過(guò) Inter 獲取其報(bào)需要的任何信息。同樣，校園網(wǎng)的發(fā)展速度也相當(dāng)快，校園網(wǎng)上教學(xué)資源大多采用多媒體流形式，需要滿足數(shù)字、語(yǔ)音、圖形圖像等多媒體信息、綜合科研信息等的傳輸和處理需求，在設(shè)計(jì)校園網(wǎng)時(shí)，必須考慮網(wǎng)絡(luò)的帶寬能否支持多媒體流的應(yīng)用，并且具有 Qos特性，為其運(yùn)行集成的信息提供保證。 校園網(wǎng)數(shù)據(jù)流量越來(lái)越大，并發(fā)用戶數(shù)迅猛增長(zhǎng)，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的要求越 來(lái)越高。因此，在校園網(wǎng)建設(shè)中，可利用己有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持的相關(guān)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)去優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，如 Qos、組播、 ULAN, Web eache serve:等技術(shù)來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。 隨著 Inter 的迅猛發(fā)展， Inter 已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的通信方式，人們幾乎可以通過(guò) Inter 獲取其所需要的任何信息。同樣，校園網(wǎng)的發(fā)展速度也相當(dāng)快，校園網(wǎng)上教學(xué)資源大多采用多媒體流形式，需要滿足數(shù)字、語(yǔ)音、圖形圖像等多媒體信息、綜合科研信息等的傳輸和處理需求。在設(shè)計(jì)校園網(wǎng)時(shí)，必須考慮網(wǎng)絡(luò)的帶寬能否支持多媒體流的應(yīng)用，并且具 有 QoS 特性，為其運(yùn)行集成的信息提供保證。 校園網(wǎng)數(shù)據(jù)流量越來(lái)越大，并發(fā)用戶數(shù)迅猛增長(zhǎng)，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的要求越來(lái)越高。因此，在校園網(wǎng)建設(shè)中，可利用己有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持的相關(guān)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)去優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，如 QoS、組播、 VLAN、 Web cache server 等技術(shù)來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。 QoS Inter 正在向一個(gè)多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，而其中的關(guān)鍵技術(shù)之一就是QoS( Quality of Service )，即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。 QoS 是網(wǎng)絡(luò)上互相通信的用戶之間關(guān)于信息傳輸 與共享的約定，例如，傳輸延遲允許時(shí)間、最小傳輸畫(huà)面失真度以及聲像同步等。通過(guò) QoS，用戶能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)囊曇纛l流等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)流提供優(yōu)先服務(wù)，從而保證較低的延遲【 21】。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)載或擁塞時(shí)， QoS 能確保重要業(yè)務(wù)量不受延遲或丟棄影響，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行【 22】。 QoS0 提供以下重要特性 : 1)保證網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更高的可用性和可靠性，為用戶提供更迅速的響應(yīng) 。 2)幫助減輕并非帶寬總能解決的越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)需求負(fù)擔(dān)，充分利用現(xiàn)有的 帶寬 。 3)擁有對(duì)網(wǎng)絡(luò)使用的控制權(quán)，避免不良使用 。 4)可以 有效地利用網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省費(fèi)用，并提高效率。 組播 隨著 IP 網(wǎng)絡(luò)成為基礎(chǔ)信息平臺(tái)和多媒體流應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大的文校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能分析與優(yōu)化 xxv 件在骨干網(wǎng)上形成多個(gè)傳輸流，造成骨干網(wǎng)帶寬巨大浪費(fèi)的現(xiàn)象。解決這類問(wèn)題可使用組播 (Multicast )技術(shù)，組播作為一種節(jié)省帶寬的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，適合在視頻類實(shí)時(shí)多媒體流應(yīng)用中使用。如現(xiàn)場(chǎng)直播或重播會(huì)議、活動(dòng)等等，或者是 VOD 點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)電視等應(yīng)用。 組播是在多播環(huán)境下使用的協(xié)議，它位于網(wǎng)際層，是一個(gè)重要的協(xié)議，它將多媒體流組播占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬降到最低，從而部分地保證服務(wù)質(zhì)量。組播主要有如 下特點(diǎn)： 1)媒體流服務(wù)器不必知道某個(gè)客戶端的存在，它只負(fù)責(zé)按組播地址將媒體流播放出去即可，而且僅僅播放一份 。 2)媒體流數(shù)據(jù)在網(wǎng)上僅僅傳送一份即可，即使有成千上萬(wàn)個(gè)客戶端 。 3)客戶端不必向媒體流服務(wù)器注冊(cè)，如果希望接收某媒體流服務(wù)器的數(shù)據(jù)時(shí)，只需加入該媒體流服務(wù)器所播放數(shù)據(jù)所在的多播組即可。 虛擬局域網(wǎng) 虛擬局域網(wǎng)，又稱 VLAN (Virtual Local Area Network )，是由位于不同物理局域網(wǎng)段的設(shè)備組成，是網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)邏輯分段的方法。通過(guò) VLAN 用戶能方便地在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)和快捷地 組建寬帶網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)需改變?nèi)魏斡布屯ㄐ啪€路【 23】。 當(dāng)一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備達(dá)到一定數(shù)目后，網(wǎng)絡(luò)中的廣播、沖突等會(huì)極大地降低網(wǎng)絡(luò)的使用效率，合理地劃分子網(wǎng)便是有效提高網(wǎng)絡(luò)使用率的一個(gè)方法。 VLAN 劃分具有以下優(yōu)點(diǎn) :1)控制網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴 。2)能確保網(wǎng)絡(luò)的安全性 。3)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，提高網(wǎng)絡(luò)性能 。4)相比傳統(tǒng)的局域網(wǎng)布局， VLAN 技術(shù)更加靈活。 Web Cache Server 根據(jù) CERNET 網(wǎng)絡(luò)中心流量分析結(jié)果顯示，目前 80%左右的國(guó)際流量是基于 WWW 的，其中有相當(dāng)大的冗余成分。而且用戶年齡 段比較集中，興趣愛(ài)好重疊性也比較大。 Web cache server 可以將用戶經(jīng)常訪問(wèn)的 WWW 內(nèi)容暫時(shí)存儲(chǔ)在離用戶很近的地方，當(dāng)其他用戶再次訪問(wèn)這些內(nèi)容時(shí)可以快速地獲得它們，縮短了響應(yīng)時(shí)間，從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)速度和降低通信費(fèi)用的目的。所以， Web cacheserver 是巧妙地利用信息的可復(fù)制性和可共享性，在最佳地點(diǎn)復(fù)制和保存供大家使用率高的信息，減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)瓶頸設(shè)備和高延遲設(shè)備的依賴，從而可提高用戶的使用效率，是一種高效存儲(chǔ)模式技術(shù)。 構(gòu)建 Cache Server 可以是一臺(tái)普通的 PC 服務(wù)器加上 cache 軟 件構(gòu)成，也可以是軟硬件系統(tǒng)和一臺(tái)專門的 cache 服務(wù)器。目前較流行的 Cache Server 主要有 :Squid、CacheFlow、 Inktomi。國(guó)際上一般采用 ICP(Inter Cache Protocol,RFC2186, 2187)進(jìn)行 cache 系統(tǒng)分級(jí)互聯(lián)。 ICP 可以定義 Cache Server 之間的相互關(guān)系 (上下級(jí)之間定義為“父子”，同級(jí)之間定義為“同伴” )。 Qos 在校園網(wǎng)流量中的應(yīng)用 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能分析與優(yōu)化 xxvi 針對(duì)校園網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用種類繁多的特點(diǎn)，可以按照不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上不同的網(wǎng) 絡(luò)應(yīng)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬和路由的分配，保證各種應(yīng)用端到端的服務(wù)質(zhì)量?？稍诰W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)核心層使用先進(jìn)的路由交換機(jī)，采用千兆以太網(wǎng)作為骨干，提供高的吞吐量和路由能力，為聲音和圖像等多媒體數(shù)據(jù)流的應(yīng)用提供低延遲通道。 在校園千兆位以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn) QoS，在大部分時(shí)間里可能有足夠的可用帶寬，但在某個(gè)高峰時(shí)刻，網(wǎng)絡(luò)仍然會(huì)擁塞。在這些高峰期內(nèi)，通過(guò)分類確定流量的優(yōu)先權(quán)，并對(duì)較高的優(yōu)先權(quán)提供最好的性能服務(wù)。目前大部分交換機(jī)多通過(guò)隊(duì)列分類、隊(duì)列管理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)擁塞控制和服務(wù)質(zhì)量控制。并根據(jù) QoS 實(shí)現(xiàn)不同的隊(duì)列調(diào)度算法，即先進(jìn)先出或優(yōu)先 隊(duì)列，通過(guò)基于優(yōu)先隊(duì)列的 WFQ (Weighted FairQueuing)調(diào)度算法保證網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)【 24】。 根據(jù)校園網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用可將校園網(wǎng)流量分為五大類，針對(duì)不同類型的流量分配不同的速率限制和服務(wù)級(jí)別。 1)校園網(wǎng)內(nèi)部或校區(qū)間辦公網(wǎng)段的流量，由于辦公網(wǎng)段是校園網(wǎng)的一個(gè)重要服務(wù)對(duì)象，必須首先保證其服務(wù)質(zhì)量，設(shè)為最高的優(yōu)先級(jí)。 2)訪問(wèn)管理網(wǎng)段的流量，通過(guò)利用 VLAN，將所有不同地理位置上的交換機(jī)和 IP地址管理集中在某個(gè)管理網(wǎng)段。從網(wǎng)絡(luò)安全考慮，拒絕其它網(wǎng)段流量到管理網(wǎng)段。 3)宿舍網(wǎng)段的流量，對(duì)這部分流量可作端口速率的限制，并對(duì) TCP/UDP 端口范圍作限制，控制用戶隨意掃描端口，流量的服務(wù)級(jí)別為次高。 4)訪問(wèn)校內(nèi) FTP, VOD 和網(wǎng)絡(luò)電視服務(wù)器的多媒體流應(yīng)用流量，此類流量較大，對(duì)課件播放時(shí)段的多媒體流設(shè)置相應(yīng)優(yōu)先級(jí)。 5)校園網(wǎng)代理服務(wù)的流量，在當(dāng)今校園網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中，很多學(xué)校為了提高教育網(wǎng)到公網(wǎng)的訪問(wèn)速度都有訪問(wèn)公網(wǎng)的代理服務(wù)器，常通過(guò)代理方式和訪問(wèn)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)路由。為了便于校內(nèi)用戶訪問(wèn)公網(wǎng)，對(duì)本部分流量一般不作速率限制和優(yōu)先級(jí)設(shè)置【 25】。 組播在應(yīng)用系統(tǒng) 中的實(shí)現(xiàn) 組播用戶通過(guò) IGMP 加入組播組，用戶可以登記加入多個(gè)組播組。與用戶直接相連的組播路由器，根據(jù) IGMP 的信令機(jī)制，及時(shí)地加入或去掉該用戶的組播連接。如果用戶已經(jīng)退出組播組或關(guān)機(jī)，則組播路由器會(huì)自動(dòng)在組播樹(shù)上進(jìn)行剪枝和嫁接的過(guò)程，以保證組播信息的到達(dá)以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的合理利用。要完成將組播信息發(fā)送到組播組的每個(gè)用戶，須在網(wǎng)絡(luò)上形成一棵組播樹(shù)【 26】，遍歷組播組的所有成員。 通常在校園網(wǎng)中，遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)站上動(dòng)態(tài)發(fā)布直播課堂、 VOD 和網(wǎng)絡(luò)電視等均采用組播技術(shù)。用戶在校園網(wǎng)上點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)電影等即可觀看，如在視 頻點(diǎn)播中，若服務(wù)器端以5OOkb/s 的速率播放一個(gè) 5OOM 的電影，時(shí)間為 2h，在視頻服務(wù)器上可觀察到 :無(wú)論用戶數(shù)多少，服務(wù)器端只發(fā)送一個(gè) 5OOkb/s 的數(shù)據(jù)流。同樣在核心交換機(jī)、二級(jí)交換機(jī)均在校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能分析與優(yōu)化 xxvii 每棵組播分配樹(shù)上發(fā)送一個(gè) 5OOkb/s 的數(shù)據(jù)流，極大地節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬【 27】。 組播在應(yīng)用系統(tǒng)中的工作流程如下 :1)當(dāng)用戶請(qǐng)求接收視頻媒體時(shí)，建立一個(gè)到視頻服務(wù)器的 TCP/IP 連接，客戶端指明其允許組播 。2)若這個(gè)媒體是一個(gè)直播流，視頻服務(wù)器就在己建立的 TCP/IP 連接上發(fā)回一個(gè)消息，通知客戶端組播地址和組播端口【 28】。如果此前沒(méi)有發(fā)送組播包，就在組播地址范圍內(nèi)掃描找到第一個(gè)可用的地址并發(fā)送 。3)客戶端創(chuàng)建兩個(gè) UDP 連接，將包路由到客戶端所在網(wǎng)絡(luò) 。4)客戶端開(kāi)始過(guò)濾組播地址上的數(shù)據(jù)包。 ULAN 的應(yīng)用 基于交換機(jī)的 VLAN 能夠?yàn)樾@網(wǎng)一定程度上解決沖突域、廣播域、帶寬及管理問(wèn)題。結(jié)合校園網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用需求和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特點(diǎn)，利用 VTP omain,Trunk 等合理實(shí)現(xiàn)了基于 VLAN 技術(shù)的邏輯網(wǎng)絡(luò)，并利用 VTP 裁剪、 STP 等設(shè)置對(duì)校園網(wǎng)做進(jìn)一步的性能優(yōu)化【 29】。 VLAN 的劃分可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的位置、作用、 部門或者根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶所使用的應(yīng)用程序和協(xié)議來(lái)進(jìn)行分組。限制沖突和無(wú)謂的廣播是必須要解決的問(wèn)題，一般認(rèn)為每個(gè)廣播域的節(jié)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過(guò) 254。由于網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的某些特殊應(yīng)用軟件要依賴于廣播來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際劃分中還要根據(jù)某個(gè)范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與通信流量的特點(diǎn)來(lái)縮小這個(gè)數(shù)目。如在學(xué)校的一些機(jī)房使用了多媒體教學(xué)管理軟件，這種軟件要利用廣播在某個(gè)局域網(wǎng)中來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于這些機(jī)房，必須劃分為各自獨(dú)立的 VLAN 才能不互相干擾，保證軟件的正常運(yùn)行。 VLAN 性能優(yōu)化 VLAN 的良好性能給我們帶來(lái)了方便，但是它的實(shí)現(xiàn)是需要 有帶寬開(kāi)銷的。尤其作為核心交換機(jī)，承載了大部分 VLAN 的流量，由于 VLAN 跨接的情況不一定很多、多數(shù)交換機(jī)不必將本地端口配置到多個(gè) VLAN 中，所以很多流量不必經(jīng)過(guò)核心交換機(jī)，廣播到無(wú)需運(yùn)載它們的鏈路上。 STP (Spanning Tree Protocol)能夠提供路徑冗余，若在網(wǎng)絡(luò)中有多條有效路徑引起不正常的環(huán)路，使用 STP 便可以使兩個(gè)終端中只有一條有效路徑。接入層交換機(jī)分布于校園的各個(gè)單位，范圍廣位置復(fù)雜，如果被意外構(gòu)成環(huán)形連接，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)有很大影響且難于排查。因此，適當(dāng)在 VLAN 中啟用 STP，有利于 提高網(wǎng)絡(luò)性能。 Web Cache Server 技術(shù)的應(yīng)用 在設(shè)計(jì)校園網(wǎng)時(shí)，應(yīng)該仔細(xì)分析校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特點(diǎn)，找出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量規(guī)律，合理安排服務(wù)器。通常在實(shí)際應(yīng)用中，可在網(wǎng)絡(luò)中心布置一臺(tái)較高檔的服務(wù)器，作為校園網(wǎng)的 parent cache，在網(wǎng)絡(luò)流量較大的圖書(shū)館、計(jì)算機(jī)中心等部分，分別布置 PC 服務(wù)器作為 sibling cache，把用戶經(jīng)常訪問(wèn)的網(wǎng)站內(nèi)容存儲(chǔ)到緩存中，這樣，校園網(wǎng)內(nèi)部用戶再訪問(wèn)那些網(wǎng)站時(shí)，就可以從緩存里調(diào)用。網(wǎng)絡(luò)中心的 parentcache server 同時(shí)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能分析與優(yōu)化 xxviii 又可是教科網(wǎng)上的一臺(tái) sibling cache，與其它院校開(kāi)放的 cacheserve:互為利用。當(dāng)然，各學(xué)?？梢詫?guó)家中心的 cache 系統(tǒng)設(shè)為 parent，與國(guó)家級(jí)的。 ache 系統(tǒng)建立二級(jí)互聯(lián)關(guān)系【 29】。 同樣，當(dāng)校園網(wǎng)分布在多個(gè)校區(qū)時(shí)，可在主校區(qū)布置一臺(tái)高檔的服務(wù)器，作為整個(gè)校園網(wǎng)的 parent cache，而在各個(gè)分校區(qū)布置 PC 服務(wù)器作為 sibling cache 把分校區(qū)內(nèi)主要訪問(wèn)的網(wǎng)站內(nèi)容存儲(chǔ)到緩存中，這樣當(dāng)分校區(qū)內(nèi)的用戶再訪問(wèn)那些命中率高的網(wǎng)站時(shí)，就可以從本校區(qū)的緩存里調(diào)用，從很大程度上減輕了校區(qū)間主干鏈路和主服務(wù)器的負(fù)荷。這對(duì)擁有多個(gè)校區(qū)的大型校園網(wǎng)，而只在某個(gè)校區(qū)內(nèi)有業(yè)務(wù)服務(wù)器來(lái)說(shuō)，是一種很好的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法。 這樣，一方面可以加快內(nèi)部網(wǎng)瀏覽因特網(wǎng)的速度，提高客戶機(jī)的訪問(wèn)命中率 。另一方面，可以減少通過(guò)廣域網(wǎng)鏈路上的通信流量負(fù)擔(dān)。在用戶量集中的部分，建立各自的Web cache server，并互相設(shè)置為 sibling cache，在校園網(wǎng)內(nèi)部也起到了負(fù)載均衡的作用。