园区网络带宽的研究

吴荣生

（漳州职业技术学院 电子工程系，福建 漳州 363000）

园区网络带宽的研究

吴荣生

（漳州职业技术学院 电子工程系，福建 漳州 363000）

随着用户需求增加，用户对网络性能提出了更高的要求，需要尽可能高的带宽。带宽作为评价网络连接性能的重要参数，具有重要的研究意义。分析网络业务的带宽需求、使用时间规律及使用情况，得到一种园区网络计算带宽的方法，并测量和分析园区网络的可用带宽。

园区网络；带宽；可用带宽

1　引 言

随着 IP 网络承载的业务类型和关键业务越来越多，对于视频、音频以及重要数据经过的网段，一定要保证这些数据传输的实时性和可靠性，所以对园区网络性能提出了更高的要求［1-3］。比如网络用户需要更快的下载速度和浏览速度；更倾向视频、实时数据等宽带应用，这些应用对网络性能要求较高，网络系统要为用户提供尽可能高的带宽［4］。而且在研究网络性能的时延、吞吐量、丢包率、带宽等诸多因素时，核心参数就是网络带宽。

2　带 宽

带宽是指单位时间内所能传送的比特数，一般分为瓶颈带宽和可用带宽［5-7］。瓶颈带宽是指当一条路径中没有其它背景流量时，网络能够提供的最大的吞吐量。可用带宽［7-8］是指在网络路径存在背景流量的情况下，能够提供给某个业务的最大吞吐量。由多链路组成的一条存储转发的网络路径，其瓶颈带宽与在时刻t的可用带宽分别为各链路相应的瓶颈带宽与可用带宽的最小者。

图1　端到端的带宽测量模型

图1为端到端的带宽测量模型，假设从主机1到主机2的端到端的路径为S，在某时刻t，组成S的各跳路径的瓶颈带宽分别为Bs1，Bs2……Bsn，则路径S的瓶颈带宽为Bs= min｛Bs1，Bs2……Bsn｝；在某时刻t，主机1到主机2的各跳路径的可用带宽分别为Bt1，Bt2……Btn，则S的可用带宽为Bt= min｛Bt1，Bt2……Btn｝；主机1到主机2的带宽利用率为ρ，则可用带宽为Bt= Bs（1-ρ），已用带宽为Bu= Bs-Bt= ρBs。所以带宽作为网络连接性能的重要参数，有重要的研究意义。

3　带宽的需求分析

（1）每种网络业务所需的最低带宽要求

不同的用户业务具有不同的网络带宽模型。适合的带宽是保障网络业务QoS的重要手段。在网络设计中，对于一些实时业务，其占用带宽是可预测的，因此可以对这些业务做带宽设计。一般视频聊天需要占有100Kbps的带宽；在线电影要保持流畅播放需要250Kbps以上的带宽；3D游戏需要占用80Kbps左右的带宽，网页一般仅仅需要占用20Kbps左右的带宽。下面表1所示，对不同业务类型所需的带宽进行独立分析。

表1　网络业务所需的最低带宽要求

（2）使用网络的时段分布

政府系统因正常的工作时段内的8小时都是属于繁忙的，所以网络其高峰时段是早上的8点到12点，下午的3点到6点，其中早上的时段更繁忙。而企业网络的高峰时段是在上午9点到10点。所以不管什么网络，在设计初期时都要考虑高峰时段，不同的网络系统，其高峰时段是不一样的。

同样的，根据中国互联网信息中心（CNNIC）［9］调查结果如图2所示：从0点到7点使用网络的用户少，曲线还处于低谷，不到10%，从早上的7点到12点曲线是持续上升，其中8、9两个小时内上升速度最快，达到了27.1%的用户。下午的时段和时段相差不大，但是到了晚上19点开始到22点之间，人数急剧上升，达到了58.4%， 22点之后，用户数量才减少。可见网民一天中使用互联网的时间波动非常大，从19点到22点之间是用户数量最多的时候，这个时段是我们需要重点考虑的。这个时段网络都达到了最大带宽，就要对这个繁忙时段进行专门设计，对网络主干网带宽进行计算。

（3）用户使用的业务流量分类

不同的服务有不同的带宽需求，这些带宽需求表现在通信流量。而网络服务的通信流量，主要有下面4种情况：域名解析查询等偶尔少量的通信；用户通常在一段比较短的时间内，连续从服务器端读取若干个页面文件，间歇一阵再读取几个页面文件等的突发性通信流量；如网络视频会议/点播、在线视频、语音应用等固定带宽的流式传输；如FTP下载等的不定带宽的数据传输应用。

现在绝大多数网络用户都喜欢上网看电影和下载软件等，预计流量高发时期，用户的大流量主要体现的是视频流量和软件下载流量。

图2　用户使用网络的时间规律

4　带宽的设计

园区网络上承载多种的网络业务，有如视频会议等的实时业务、有电子邮件等的非实时业务和流媒体业务等的半实时业务，不同的业务对于网络的性能要求各不相同。这就要对这个繁忙时段进行专门设计，从网络业务所需求的带宽、使用时间长短，到用户使用业务的时段分布，实现从接入层到主干带宽的一种计算。

计算出不同网络业务的带宽要求，累加后得出所有的业务带宽需求。现假设共有N种业务，对应不同的带宽速度为 bi（i=1，2，3，4..，N），每小时平均有 M 人在线使用网络业务，每人在线使用时长为 ti（i=1，2，3，4..，N），则所需的总带宽（单位）为：

其中ρ是一个参数因子，大多数情况下，网络系统中计算机使用数量约占全部的三分之二，而实际上网的仅占三分之一，不同网络系统情况不太一样，所以这个比例也可以按照同时上网人数比例所占用户数的20%计算。

5　带宽的测量

下面就以某校园网络为例，网络拓扑结构如图3所示。用户终端使用百兆网络宽带连接，校园用户都属于同一个局域网，不同的部门之间用VLAN技术隔离。使用测试软件chariot软件，在每天的9：50～19:00 对10组用户终端进行可用带宽测试。测试时分为同一个VLAN（VLAN1之间的测试）和通过核心交换设备进行通信的VLAN（VLAN1和VLAN2之间的测试）的可用带宽测试。10组用户终端都属于同一个VLAN的计算机，测试的数值如下：10组用户终端属于不同VLAN的计算机，测试的数值如下：

图3　校园网络拓扑结构

表2　同个VLAN的可用带宽

表3　不同部门的可用带宽

这些数据都是在园区网络的高峰时段测得的数据，从中可以得知，表2是同个VLAN之间的可用带宽，相对来说数据值比较高，不管是第一天还是第二天的高峰时段网络的可用带宽都有将近 94Mbps，而且最大值和最小值也很相近，这也说明同个VLAN内数据交换还是能够很快速的。表3是不同VLAN间的可用带宽，最大值是94.398 Mbps，最小值是90.975 Mbps，两者相差了3.423 Mbps，因其数据交换是通过核心路由器进行的，所以不同的VLAN之间通信的数据交换还是会有波动，带宽的均值也有93 Mbps多，虽然比同个VLAN中的平均带宽低了一点，但其可用带宽还是能够满足用户其他的各种需求的。

6　结 语

随着社会信息化进程的加速，用户的需求更加广泛，这就对网络性能提出了更高的要求，需要为用户提供尽可能高的带宽。所以带宽作为网络连接性能的重要参数，有重要的研究意义。本文从网络业务所需的带宽、使用时间规律及使用情况，得到一种园区网络计算带宽的方法，并对某园区的带宽进行测量，得到了该园区的网络可用带宽，分析该网络的带宽。这对于分析、设计、升级园区网络的网络性能具有一定的参考意义。

[1] 李学勇, 孔德川, 徐佑萍. 高校校园网升级与万兆以太网技术应用[J]. 河南科技学院学报，2005，33(1):81-82.

[2] 敖志刚. 万兆位以太网及其实用技术[M]. 北京：电子工业出版社，2007:1-442.

[3] Dian Teare，Catherine Paquet. 园区网络设计[M]. 吴剑章，余 晓，吕红艳译. 北京：人民邮电出版社，2007.

[4] 郭联志. 园区网络的最佳设计研究[J]. 漳州师范学院学报，2011，33(2):15-19.

[5] 杨 峰, 杨莘元, 王 恺，毕经平. 基于TCP/IP的网络带宽测量方法与工具[J]. 计算机工程，2003，29(18):43-45.

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[8] N Hu, P Steenkiste. Evaluation and Characterization of Available Bandwidth Probing Technique[J]. IEEE JSAC Journalon Selected Areas in Communications, 2003, 21(6):879-894.

[9] http://www.cnnic.net.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/200906/P020120709345358978614.pdf. 2009[EB/OL]. 中国互联网信息中心.

Research of Campus Network Bandwidth

WU Rong-sheng
（Zhangzhou Institute of Technology， Electronic Engineering Dept， Fujian Zhangzhou 363000， China）

With the increase of the user demands， the user puts forward higher requirements on network performance， needs high bandwidth as possible. As an important parameter of evaluating the performance of network connection， bandwidth has important research significance. Analyzed the bandwidth requirements of network business， the law of utility time and usage， this article get a method to compute the campus network bandwidth， measured and analyzed the available bandwidth.

Campus Network； Bandwidth； Available Bandwidth

TP393

A

1673-1417（2015）04-0018-04

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2015.04.0004

2015-09-10

吴荣生（1985-），男，福建龙岩人，讲师，硕士，研究方向：计算机网络技术。

（责任编辑：季 平）