1、监测信息联网技术及监测信息联网技术及QoSQoS邹三庚邹三庚内容内容监测信息联网技术监测信息联网技术1网络网络QoSQoS2监测信息联网技术监测信息联网技术监测信息物理网络1OSI 7层模型2DoD 4层模型3网络编程4网络分类网络分类局域网vLAN （Local Area Network）广域网vWAN（Wide Area Network）城域网vMAN（Metropolitan Area Network）监测信息物理网络监测信息物理网络集线器集线器网卡网卡交换机交换机路由器路由器计算机计算机监测设备监测设备网络设备网络设备OSI 7OSI 7层模型层模型5432154321客户机AP2AP
2、1新浪主机IE数据http:/先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU 数据传输原理数据传输原理(1)(1)H5http:/5432154321AP2AP1IE PDU 再传送到传输层加上传输层首部，成为传输层报文H5http:/H4数据传输原理数据传输原理(2)(2)客户机新浪主机5432154321AP2AP1传输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）H4H5http:/H3数据传输原理数据传输原理(3)(3)客户机新浪主机5432154321AP2AP1IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧H3H4H5http:/H2T2数
3、据传输原理数据传输原理(4)(4)客户机新浪主机5432154321AP2AP1数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体10100110100101 比 特 流 110101110101 数据传输原理数据传输原理(5)(5)客户机新浪主机v应用层(application layer)5432154321物理传输媒体AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层数据传输原理数据传输原理(6)(6)客户机新浪主机5432154321AP2AP110100110100101 比 特 流 110101110101 数据传输原理数据传输原理(7)(7
4、)客户机新浪主机5432154321AP2AP110100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5http:/数据传输原理数据传输原理(8)(8)客户机新浪主机H3H4H5http:/5432154321AP2AP1数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5http:/数据传输原理数据传输原理(9)(9)客户机新浪主机H4H5http:/H3H4H5http:/5432154321AP2AP1网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给传输层数据传输原理数据传输原理(10)(10)客户
5、机新浪主机H5http:/H4H5http:/5432154321AP2AP1传输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层数据传输原理数据传输原理(11)(11)客户机新浪主机http:/H5http:/5432154321AP2AP1应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程数据传输原理数据传输原理(12)(12)客户机新浪主机5432154321AP2AP1收到了 AP1 发来的应用程序数据！数据传输原理数据传输原理(13)(13)客户机新浪主机DoDDoD 4 4层模型层模型表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层应用层HTTPFTPTelnet传输层TCPUDP
6、网络层ICMPIPARP OSFP RIP 数据链路层LLCMAC 实体连接 RMTP2.5 TCP/IP2.5 TCP/IP参考模型参考模型应用层传输层网络层网络接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层传输层网络层网络接口层网络层网络接口层43212.5 TCP/IP2.5 TCP/IP协议族协议族HTTPSMTPDNSFTPTCPUDPIP网络层网络接口层传输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3RMTP 网络编程网络编程（1 1）应用程序 1应用程序 2应用程序 n网络应用程序编程接口（socket）包括 TCP/IP 协议软件的操作系统内核联网程序示例（联网程序示例（1 1
7、）创建创建socketsocket实例实例80008000等待客户端连接等待客户端连接形成形成Socket连接连接读取客户端信息读取客户端信息根据客户端的请根据客户端的请求，返回相应信求，返回相应信息或终止本次连息或终止本次连接接创建创建socketsocket实例实例形成形成Socket连接连接发送请求发送请求读取并打印服务读取并打印服务端返回信息端返回信息192.168.2.111 8000num/word/quit数字数字/rabbit/“I dont know服务器服务器客户端客户端监测监测网络编程网络编程（1 1）监测系统 1监测系统 2监测系统 n监测网络编程接口（RMPT（soc
8、ket）包括 TCP/IP 协议软件的操作系统内核监测监测联网程序示例（联网程序示例（1 1）创建创建单频测向单频测向socketsocket实例实例80008000等待客户端连接等待客户端连接形成形成单频测向单频测向Socket连接连接读取客户端信息读取客户端信息启动单频测向模块，启动单频测向模块，返回相应信息或终返回相应信息或终止本次连接止本次连接创建创建单频测向单频测向socketsocket实例实例形成形成单频测向单频测向Socket连接连接发送请求发送请求读取单频测向结果读取单频测向结果172.18.68.111 8000FIXDF（91.4M/参数参数/quit）21度度四川监测服
9、务器四川监测服务器北京监测客户端北京监测客户端远程单频测向远程单频测向远程单频测向服务远程单频测向服务网络编程网络编程（2 2）客户客户代理远程系统远程系统服务器对象信道基于面向对象的.NET Remoting监测监测联网程序示例（联网程序示例（2 2）单频测向客户单频测向对象客户代理远程监测系统远程监测系统服务器单频测向对象信道微软云计算短片微软云计算短片网络编程网络编程（3 3）云计算云计算监测设备监测设备网络网络QoSQoSQoS 基本概念1网络QoS基本原理2网络QoS设计3监测网QoS设计思考4缘由缘由v某用户在内网上拷贝10G的照片给远方朋友v很多用户在内网上收内容丰富精彩的邮件v
10、在这条链路上：v 视频会议业务v 监测业务v 频率台站业务v 是否能顺利开展？缘由缘由v应用系统v 最小有效带宽为多少？v 最大丢包率为多少？v 最大延迟为多少？v 最大延迟抖动为多少？多应用系统应怎样竞争有限带宽？v网络服务质量QoS（Quality of Service）QoSQoS基本概念基本概念QoS决定决定传输带宽传输带宽延迟抖动延迟抖动丢包率丢包率延迟延迟QoSQoS基本概念基本概念vQoS的目标：可预测性v IP语音 延迟小于150ms v 抖动小于30msv 丢包率小于1%v 带宽21-320kbpsv 视频会议？v 监测应用？v 其他已应用？网络网络-高速公路高速公路 传输带
11、宽 车道车道越多越好 数据丢包率 跑错或事故标识 传送延迟 到达时间合适速度 延迟抖动 到达时间的变化同一段路程，昨天用了2小时，今天用了5小时 高速公路无高速公路无QoSQoS高速公路无高速公路无QoSQoS高速公路无高速公路无QoSQoS最大有效带宽等于链路中带宽最小值应用有效带宽小于等于最大有效带宽IPIPIPIP100 Mbps2 Mbps2 Mbps1000 MbpsBWmax=min(100M,2M,2M,1000M)=2M bpsBWavail=BWmax/Flows网络有效带宽网络有效带宽传播时延是固定的处理和排队时延不可预计（无QoS）IP传播时延传播时延(P1)处理和排队时
12、延处理和排队时延(Q1)IPIPIP传播时延传播时延(P2)处理和排队时延处理和排队时延(Q2)传播时延传播时延(P3)处理和排队时延处理和排队时延(Q3)时延时延=P1+Q1+P2+Q2+P3+Q3+P4=X ms传播时延传播时延(P4)端到端时延端到端时延 传播时延:分组化时延 串行化时延、传播时延IPIPIPIP转发转发处理时延处理时延排队时延排队时延传播时延传播时延带宽带宽处理、排队和传播时延处理、排队和传播时延 尾部丢弃:发生在出口队列已满的情况下。其他类型的报文丢弃:IP转发转发IPIPIPIPTail-drop分组丢失分组丢失先进先出队列先进先出队列IPTCPData拥塞管理技拥
13、塞管理技术术 从不重要的应用中挪用带宽；先转发重要的分组从不重要的应用中挪用带宽；先转发重要的分组压缩头部压缩头部cTCPData 压缩压缩IP报文的头部报文的头部压缩载荷压缩载荷压缩数据帧压缩数据帧 压缩第压缩第2层数据帧的载荷层数据帧的载荷(需要耗费一些时间需要耗费一些时间)优先级队列优先级队列(PQ)自定义队列自定义队列(CQ)加权公平队列加权公平队列(WFQ)改进差额循环队列改进差额循环队列(MDRR)IP优先队列优先队列(IP RTP Prioritization)基于类的加权公平队列基于类的加权公平队列(CBWFQ)低延迟排队低延迟排队(LLQ)堆栈堆栈预测器预测器TCP 头压缩头
14、压缩RTP 头压缩头压缩如何增加有效带宽并降低时延？如何增加有效带宽并降低时延？升级链路升级链路-最好的解决方案但是最贵最好的解决方案但是最贵先进先出队列先进先出队列IPData拥塞管理技术拥塞管理技术 为重要或对时延敏感的数据确保足够的带宽为重要或对时延敏感的数据确保足够的带宽Dropper拥塞避免拥塞避免技术技术 在拥塞发生前，通过随机丢弃不重要的分组来阻止拥塞的发生，基于拥塞管在拥塞发生前，通过随机丢弃不重要的分组来阻止拥塞的发生，基于拥塞管理技术并是其补充理技术并是其补充自定义队列自定义队列(CQ)加权公平队列加权公平队列(WFQ)改进差额循环队列改进差额循环队列(MDRR)基于类的加
15、权公平队列基于类的加权公平队列(CBWFQ)低延迟排队低延迟排队(LLQ)加权早期随机检测加权早期随机检测(WRED)如何预防分组丢失如何预防分组丢失 升级链路升级链路-最好的解决方案但是最贵最好的解决方案但是最贵 网络网络QoSQoS基本原理基本原理QoS服务模型1需要QoS的应用及关键指标2QoSQoS服务模型服务模型Best-Effort service尽力而为服务模型，IP网络的缺省服务模型Integrated service综合服务模型，简称Int-ServDifferentiated service区分服务模型，简称Diff-Serv资源预留协议(RSVP)RSVP每个节点上标识出
16、带宽和时延需求简单 可扩展性 互操作性差请求请求请求请求请求请求请求请求预留预留预留预留预留预留预留预留本地管理控制本地管理控制本地管理控制本地管理控制策略执行点策略执行点(PEP)远程管理控制远程管理控制综合服务模型综合服务模型区分服务模型区分服务模型拥塞管理拥塞管理排队数据排队数据流量整形：入口、出口流量整形：入口、出口分类、标记数据分类、标记数据v可扩展性好 性能高 互操作性好 灵活性高IPIP语音的语音的QoSQoS及其关键指标及其关键指标时延小于150ms 1抖动小于30ms2丢包率小于1%3带宽21-320kbps4交互式视频的交互式视频的QoSQoS及其关键指标及其关键指标时延小
17、于150ms 1抖动小于30ms2丢包率小于1%3带宽大于必要带宽的120%4流式视频的流式视频的QoSQoS及其关键指标及其关键指标时延小于4-5s 1抖动无严格要求2丢包率小于5%3带宽取决于视频流的编码解码器格式和速率4网络网络QoSQoS设计设计通用QoS设计原则1分类和标记原则2管制和降格原则3排队和丢弃原则4部署原则5通用通用QoSQoS设计原则设计原则交互式视频IP语音流式视频频率台站监测测向总流量组织目标组织目标中心无线电监测网中心无线电监测网QoSQoS设计思考设计思考监测网应用分类1监测网应用流量分析2监测网QoS设计3无线电监测网应用分类无线电监测网应用分类类别类别应用详
18、情应用详情备注备注指挥调度视频培训视频会议系统(交互式)优先级高，目前码流1-4Mbps信息采集系统(流式)优先级高，一般占用带宽400Kbps频率台站Oracle数据库连接流量较小大块数据邮件服务、FTP、中心-郑州备份等突发、恶性数据，对时延不敏感监测测向U/V应用，流向从中心大型监测站突发、恶性数据，数据传输量大，传输时间长网管系统流量相对较小监测、交会等系统流量较小尽力服务网站，全国访问中心；数字图书馆；病毒服务器等；无线电监测网应用流量分析无线电监测网应用流量分析v目标v 应用系统的最大流量需求-有效带宽v 流量预测v 确定网络带宽v工具v 网管软件 Netflowv 基于SNMP的
19、流量监控软件无线电监测网应用流量分析无线电监测网应用流量分析v 2010.9.8 8:3012:00v 蓝色:中心北京站，绿色：北京站中心v 主要应用：监测测向、视频会议、邮件无线电监测网应用流量分析无线电监测网应用流量分析v 2010-9-8 9:4510:00 v 北京监测站国家中心v 视频终端 视频服务器 大量UDP数据流 55%v 监测测向用户监测测向服务器 大量TCP数据包 35%无线电监测网应用流量分析无线电监测网应用流量分析v 2010.9.8 8:3012:00 流量走势图 v 中心北京站v 测量周期 15分钟v 部署QoS 无线电监测网应用流量分析无线电监测网应用流量分析v监
20、测网 大兴监测站超短波临时监控中心 IP：172.19.128.127、128、129 数据量大，传输速率高（最大占满2Mbps）突发性 持续时间长 在不进行QoS保障的情况下，和指挥调度、视频会议冲突 无线电监测网无线电监测网QoSQoS设计设计v关键业务关键业务：视频会议、信息采集、监测测向v分类和标记分类和标记：对重要数据流进行分类和标记v排队和丢弃设计排队和丢弃设计：v 视频会议系统：1.4Mbpsv 信息采集系统：450Kbpsv 监测测向系统：50Kbps全国无线电监测网全国无线电监测网QoSQoS建设原则建设原则v网络统一规划v网络软硬件配置标准v对网络应用业务分类标记v对网络应用业务流量进行预测和实测v定义关键应用v确定网络带宽v分级部署网络QoS 总结总结监测信息联网技术监测信息联网技术1网络网络QoSQoS2物理网络 2个模型 网络编程基本概念 原理 设计 案例
