数据通信网络设计的性价比.ppt
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1、数据通信网络设计的性价比,张国强 2010-10-16,现状,经验性 一般利用率超过35%考虑升级带宽,教育网70%升级带宽,科技网60%升级带宽 网络拥塞频繁出现 平均链路利用率低,但链路利用率分布严重不均衡,ISP的链路利用率统计,问题,从传输的角度,现有的网络设计是否合理? 传输容量 设计代价 可扩展性 目标 以较低的成本实现高传输容量和高可扩展的网络,流量模型(1),每个节点都可以产生、转发、接收数据包 每个时间步,R个数据包注入网络 数据包具有随机的源和目标地址 每个路由器端口vi都被赋值带宽C(vi) ,表示在一个时间步最多能传输的数据包个数,也记为C(e) 拥塞发生在端口级 当
2、新到达和产生的数据包个数超过C(vi)时,将被存储在端口的出口缓存队列中,以FIFO的方式在后面的时间步得到服务 每个数据包都按照特定的路由算法路由 如果有多条路径,则随机选一条,流量模型(2),当网络报文产生率R较小时,每个报文都能得到及时处理。此时,网络报文产生率与递交率相等,网络处于自由态。 当R增加到一定程度时,网络报文产生率R将超过网络的递交能力,网络进入拥塞态。 从自由态到拥塞态存在一个相变点Rc。,网络设计目标(1),网络传输能力 用Rc衡量,网络设计目标(2),网络设计代价 经济成本 技术瓶颈 能否用现有技术水平实现,设计代价度量方法: 在 固定的前提下,用 来表征一个网络的设
3、计代价,网络设计目标(3),可扩展性 现实的网络特征 大规模 演化 可扩展的网络设计对网络投资者和运营者具有长期的好处 度量方法 用Rc和Cmax随网络规模的增长趋势来衡量,网络设计目标(4),端到端性能 通过平均传输路径长度衡量,网络设计选择(1),拓扑结构 随机网络(ER) 小世界网络(WS) 网格(Lattice) 环(Ring) BA PA HOT,网络设计选择(2),路由算法(topology-based) 最短路径(跳数)路由 RIP, BGP 有效路由(Yan06) 最小化路径的节点度之和,网络设计选择(3),带宽分配策略 均匀 与度成正比 与介数成正比 与有效介数成正比,问题1
4、:Rc和Cmax的可行范围,Cmax的取值范围1, M Rc的最小值为0,最大值由如下定理给出: 定理:给定网络G,对任何一个网络设计方案,其Rc的上界是2M/L(L是平均最短路径长度);这一上界当且仅当采用(BC, SPR)时达到。,(1)证明2M/L为上界 网络每个时间步最多移动2M个数据包到下一跳,而每个数据包平均需要移动 步,意味着网络每个时间步平均最多消费 个数据包。依据Little律,有 (2)证明2M/L为上确界,即(BC, SPR)是Rc=2M/L的充分条件 当采用(BC, SPR)时,有,(3)(BC, SPR)是Rc=2M/L的必要条件 Rc=2M/L当且仅当 a) ,表明
5、路由必须是最短路径路由 b)网络平均每一步能平均移动2M个数据包到下一跳 在SPR中,在自由态平均每个时间步到达端口vi的数据包个数平均为 当R=2M/L时,网络中平均的数据包个数为 为了每个时间步移动2M个数据包,每个端口需要移动 个数据包,正对应了BC的带宽分配策略,(a) BA,(b) Regular networks,(1)不同的网络能呈现不同的网络设计目标可行解空间 (2)除了完全规则的网络,最大Rc和最小Cmax无法同时达到,存在折中问题,传输容量和设计代价的折中问题,Rc,Cmax,可扩展性,Rc,Cmax,平均路径长度,真实路由器拓扑和路由协议,真实ISP路由器级拓扑在不同带宽
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