第4-1章 流分析

1、第第4章章 流分析流分析主講：周藝華Email:北京工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容4.1 流概念及特性流概念及特性4.2 流模式流模式4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識4.4 流組合和流優(yōu)化流組合和流優(yōu)化4.5 流分析案例流分析案例 1.1.流的概念流的概念 流流(Flow)(Flow)也稱為數(shù)據(jù)流或通信流，是具有共同屬也稱為數(shù)據(jù)流或通信流，是具有共同屬性的一組網(wǎng)絡(luò)通信量。（共同的源性的一組網(wǎng)絡(luò)通信量。（共同的源/ /目標(biāo)地址、信息目標(biāo)地址、信息類型、通信方向等）。類型、通信方向等）。 流分析的結(jié)果產(chǎn)生包含流分析的結(jié)果產(chǎn)生包含容量規(guī)劃容量規(guī)劃和和服務(wù)規(guī)劃服務(wù)規(guī)劃的的流描述，用于評估和選

2、擇網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和互連策略。流描述，用于評估和選擇網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和互連策略。 流具有性能（能力、延遲、可靠性流具有性能（能力、延遲、可靠性）、重要）、重要性性/ /優(yōu)先級、方向、協(xié)議、地址及安全性等特性。優(yōu)先級、方向、協(xié)議、地址及安全性等特性。2.2.流方向流方向 根據(jù)數(shù)據(jù)流向，流可分為單向流和雙向流。流用根據(jù)數(shù)據(jù)流向，流可分為單向流和雙向流。流用帶性能描述的箭頭線表示。帶性能描述的箭頭線表示。4.1 流的概念及特性流的概念及特性4.1 流的概念及特性流的概念及特性流流3：上行：上行：250Kbps流流4：下行：下行：1Mbps流量流量3和流量和流量4流流2：下行：下行：100Kbps, 40ms流流1：

3、上行：上行：100Kbps, 下行：下行：500Kbps4.1 流的概念及特性流的概念及特性流方向的確定：數(shù)據(jù)源-數(shù)據(jù)宿數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)宿數(shù)據(jù)宿4.1 流的概念及特性流的概念及特性網(wǎng)絡(luò)R應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器攝像機攝像機控制儀器控制儀器數(shù)據(jù)、語音、視頻數(shù)據(jù)、語音、視頻產(chǎn)生數(shù)據(jù)、語音、視頻產(chǎn)生數(shù)據(jù)、語音、視頻視頻視頻控制數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源的例子數(shù)據(jù)源的例子4.1 流的概念及特性流的概念及特性網(wǎng)絡(luò)視頻顯示視頻顯示用戶設(shè)備用戶設(shè)備數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、視頻接收數(shù)據(jù)、語音、視頻接收數(shù)據(jù)、語音、視頻視頻視頻視頻視頻數(shù)據(jù)宿的例子數(shù)據(jù)宿的例子視頻編輯視頻編輯存儲設(shè)備存儲設(shè)備數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、視頻4.1 流的概念及特性

4、流的概念及特性3.3.流性能流性能主要指應(yīng)用流的容量、延遲和可靠性。主要指應(yīng)用流的容量、延遲和可靠性。4.4.流類型流類型l 單一流和復(fù)合流單一流和復(fù)合流( (根據(jù)流的組合特性根據(jù)流的組合特性) )單一流：一個單獨應(yīng)用的流，是通信流的一個基本單元。單一流：一個單獨應(yīng)用的流，是通信流的一個基本單元。復(fù)合流：多個單一流組合在一起構(gòu)成的流。但有保證需求復(fù)合流：多個單一流組合在一起構(gòu)成的流。但有保證需求的單一流不能組合成復(fù)合流。的單一流不能組合成復(fù)合流。應(yīng)用應(yīng)用1：15Mbps 峰值峰值（有保證的）（有保證的）有保證需求的單一流有保證需求的單一流l 關(guān)鍵流：關(guān)鍵流：服務(wù)于重要用戶或設(shè)備，對應(yīng)于企業(yè)重要

5、應(yīng)用服務(wù)于重要用戶或設(shè)備，對應(yīng)于企業(yè)重要應(yīng)用的流。關(guān)鍵流在速率、實時性、交互性方面有嚴(yán)格要求的流。關(guān)鍵流在速率、實時性、交互性方面有嚴(yán)格要求4.1 流的概念及特性流的概念及特性應(yīng)用應(yīng)用1：100Kbps 上行上行應(yīng)用應(yīng)用2：200Kbps 雙向，雙向，100ms應(yīng)用應(yīng)用3：100%，正常運行時間，正常運行時間復(fù)合流復(fù)合流單一流單一流單一流單一流單一流單一流復(fù)合流復(fù)合流 注意：注意：當(dāng)多個應(yīng)用有共同的性能需求或性能需求當(dāng)多個應(yīng)用有共同的性能需求或性能需求較長時，可以開發(fā)較長時，可以開發(fā)性能模板性能模板描述流的性能。描述流的性能。4.2 流模式流模式1.1.對等模式對等模式 涉及的用戶或應(yīng)用是對等

6、實體，任何兩個實體都發(fā)涉及的用戶或應(yīng)用是對等實體，任何兩個實體都發(fā)生數(shù)據(jù)流通信，每個實體的流行為完全一致。如文件共生數(shù)據(jù)流通信，每個實體的流行為完全一致。如文件共享應(yīng)用、遠(yuǎn)程研討會、遠(yuǎn)程會議等。享應(yīng)用、遠(yuǎn)程研討會、遠(yuǎn)程會議等。對等流模式對等流模式學(xué)生學(xué)生學(xué)生學(xué)生學(xué)生學(xué)生遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)服務(wù)器遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)服務(wù)器學(xué)生之間的流是對等流學(xué)生之間的流是對等流4.2 流模式流模式2.2.客戶客戶/ /服務(wù)器模式服務(wù)器模式 客戶與服務(wù)器是客戶與服務(wù)器是不對等實體不對等實體，流量也是不對稱的流量也是不對稱的，客戶請求數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，因而服務(wù)器是客戶請求數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，因而服務(wù)器是近似數(shù)據(jù)源，客戶機

7、是近似數(shù)據(jù)宿。如近似數(shù)據(jù)源，客戶機是近似數(shù)據(jù)宿。如ERPERP應(yīng)用、視頻應(yīng)用、視頻編輯系統(tǒng)、編輯系統(tǒng)、WebWeb應(yīng)用。應(yīng)用。服務(wù)器是近似數(shù)據(jù)源服務(wù)器是近似數(shù)據(jù)源客戶機是近似數(shù)據(jù)宿客戶機是近似數(shù)據(jù)宿客戶客戶/服務(wù)器模式服務(wù)器模式4.2 流模式流模式3.3.層次化客戶層次化客戶/ /服務(wù)器模式服務(wù)器模式 客戶機和服務(wù)器之間引入一個或多個層次，具有客客戶機和服務(wù)器之間引入一個或多個層次，具有客戶機和服務(wù)器之間的流模式和服務(wù)器之間流模式的多層戶機和服務(wù)器之間的流模式和服務(wù)器之間流模式的多層特性。特性。 客戶機是近似的數(shù)據(jù)宿，服務(wù)器既是數(shù)據(jù)源，又是客戶機是近似的數(shù)據(jù)宿，服務(wù)器既是數(shù)據(jù)源，又是數(shù)據(jù)宿。例

8、如分布式數(shù)據(jù)宿。例如分布式WebWeb應(yīng)用，服務(wù)器之間的流，客戶應(yīng)用，服務(wù)器之間的流，客戶機與服務(wù)器之間的流是關(guān)鍵流，都需要分析。機與服務(wù)器之間的流是關(guān)鍵流，都需要分析。4.2 流模式流模式R本地服務(wù)器本地服務(wù)器本地服務(wù)器本地服務(wù)器全局服務(wù)器全局服務(wù)器客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機層次化客戶機層次化客戶機/服務(wù)器模式服務(wù)器模式4.2 流模式流模式4.4.分布式計算模式分布式計算模式 與客戶與客戶/ /服務(wù)器模式相反的流特性，是服務(wù)器模式相反的流特性，是對等模式對等模式與與客戶客戶/ /服務(wù)器服務(wù)器模式的混合。模式的混合。根據(jù)任務(wù)管理器與計算設(shè)備之間的關(guān)

9、系，計算設(shè)備根據(jù)任務(wù)管理器與計算設(shè)備之間的關(guān)系，計算設(shè)備之間可以是之間可以是緊密耦合緊密耦合，也可以是，也可以是松散耦合松散耦合。 緊密耦合情況下，計算結(jié)點之間的流是關(guān)鍵流；松緊密耦合情況下，計算結(jié)點之間的流是關(guān)鍵流；松散耦合情況下，計算設(shè)備與任務(wù)管理器直間的流相互獨散耦合情況下，計算設(shè)備與任務(wù)管理器直間的流相互獨立的，不具有同步性。立的，不具有同步性。4.2 流模式流模式計算結(jié)點計算結(jié)點計算結(jié)點計算結(jié)點計算結(jié)點計算結(jié)點任務(wù)管理器任務(wù)管理器近似數(shù)據(jù)宿近似數(shù)據(jù)宿分布式計算流模式分布式計算流模式4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識 基于應(yīng)用地圖（位置信息）、應(yīng)用需求、流模式、基于應(yīng)用地圖（位置信息）、應(yīng)用需求、流

10、模式、應(yīng)用性能中在應(yīng)用地圖上標(biāo)識出數(shù)據(jù)流。應(yīng)用性能中在應(yīng)用地圖上標(biāo)識出數(shù)據(jù)流?；静襟E：在地圖上標(biāo)出應(yīng)用流，確定會聚點基本步驟：在地圖上標(biāo)出應(yīng)用流，確定會聚點-開開發(fā)流模板發(fā)流模板-映射流。映射流。例例1 1，數(shù)據(jù)遷移應(yīng)用：有，數(shù)據(jù)遷移應(yīng)用：有3 3個流。個流。（1 1）從用戶設(shè)備分段傳輸數(shù)據(jù)：）從用戶設(shè)備分段傳輸數(shù)據(jù)：容量：容量：100Kbps100Kbps，可靠性：，可靠性：100%100%（2 2）服務(wù)器之間遷移數(shù)據(jù)：）服務(wù)器之間遷移數(shù)據(jù)：容量：容量：500Kbps500Kbps，可靠性：，可靠性：100%100%（3 3）數(shù)據(jù)遷移到遠(yuǎn)程服務(wù)器位置）數(shù)據(jù)遷移到遠(yuǎn)程服務(wù)器位置: :容量：容

11、量：10Mbps10Mbps，可靠性：，可靠性：100%100%4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識445406714222288512146074中央校區(qū)中央校區(qū)南校區(qū)南校區(qū)北校區(qū)北校區(qū)應(yīng)用應(yīng)用1的地圖的地圖4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識445406714222288512146074中央校區(qū)中央校區(qū)北校區(qū)北校區(qū)南校區(qū)南校區(qū)1.標(biāo)識應(yīng)用流4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識4454067樓宇樓宇B樓宇樓宇A(yù)樓宇樓宇C到北校區(qū)存儲服務(wù)器到北校區(qū)存儲服務(wù)器中央校區(qū)中央校區(qū)F1F2F3F4F1、F2、F3：100Kbps,100%F4:500Kbps,100%將流性能添加到中央校區(qū)將流性能添加到中央校區(qū)4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識用戶設(shè)備（用戶設(shè)

12、備（45）4067樓宇樓宇B樓宇樓宇A(yù)到北校區(qū)到北校區(qū)存儲服務(wù)器存儲服務(wù)器F1F2F4細(xì)化的樓宇細(xì)化的樓宇C中應(yīng)用的流標(biāo)識中應(yīng)用的流標(biāo)識.流量匯聚點：流量匯聚點：在一個位置顯在一個位置顯示多個被合并示多個被合并的流。的流。F1、F2、F3的組合的組合F34.3 流標(biāo)識流標(biāo)識流匯聚點流匯聚點F1F2F3F3F2F1F4使用流匯聚點合并流使用流匯聚點合并流2.2.開發(fā)流模板開發(fā)流模板對適用于一組用戶的相同性能的數(shù)據(jù)流開發(fā)流模板。對適用于一組用戶的相同性能的數(shù)據(jù)流開發(fā)流模板。4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識445406714222288512146074中央校區(qū)中央校區(qū)北校區(qū)北校區(qū)南校區(qū)南校區(qū)應(yīng)用流模板后的效果

13、應(yīng)用流模板后的效果(樓宇之間的箭頭可以簡化流表示樓宇之間的箭頭可以簡化流表示)P1P1F4P1P1F7P1F5F6模板模板P1：100Kbps，100%4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識445406714222288512146074中央校區(qū)中央校區(qū)北校區(qū)北校區(qū)南校區(qū)南校區(qū)添加到應(yīng)用添加到應(yīng)用1地圖中的數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)宿和應(yīng)用流地圖中的數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)宿和應(yīng)用流P1P1F4P1P1F7P1F5F63.3.映射數(shù)據(jù)流映射數(shù)據(jù)流4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識445406714222288512146074中央校區(qū)中央校區(qū)北校區(qū)北校區(qū)南校區(qū)南校區(qū)添加到應(yīng)用添加到應(yīng)用2地圖中的數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)宿和應(yīng)用流地圖中的數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)宿和應(yīng)用流F4

14、選項選項2：100Mbps,100%選項選項1：100Mbps,100%4.3 流標(biāo)識流標(biāo)識445406714222288512146074中央校區(qū)中央校區(qū)北校區(qū)北校區(qū)南校區(qū)南校區(qū)將應(yīng)用將應(yīng)用2和和3簡化標(biāo)識在同一地圖中簡化標(biāo)識在同一地圖中F4100Mbps,100%4.4 流組合和流優(yōu)化流組合和流優(yōu)化確定匯聚點處通信流的組合方式，確定流的優(yōu)先級。確定匯聚點處通信流的組合方式，確定流的優(yōu)先級。1.1.流組合流組合（1 1）流的性能分類及組合）流的性能分類及組合l 流性能分類流性能分類 “盡力而為盡力而為”流：對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量沒有嚴(yán)格要求的應(yīng)用流：對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量沒有嚴(yán)格要求的應(yīng)用。如。如ftpft

15、p、httphttp應(yīng)用。應(yīng)用。 “可預(yù)測可預(yù)測”流：對網(wǎng)絡(luò)性能有嚴(yán)格要求的流。如分布式流：對網(wǎng)絡(luò)性能有嚴(yán)格要求的流。如分布式計算、計算、ERPERP等。等。 “有保證有保證”流：對網(wǎng)絡(luò)性能有嚴(yán)格服務(wù)質(zhì)量保證要求的流：對網(wǎng)絡(luò)性能有嚴(yán)格服務(wù)質(zhì)量保證要求的企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用。如企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用。如IPIP電話、視頻會議系統(tǒng)等。電話、視頻會議系統(tǒng)等。4.4 流組合和流優(yōu)化流組合和流優(yōu)化 流組合方式流組合方式流描述類型流描述類型描述內(nèi)容描述內(nèi)容性能性能一部分組合“盡力而為”流僅容量二部分組合“盡力而為”流組合“可預(yù)測”流可靠性、容量、延遲三部分組合“盡力而為”流組合“可預(yù)測”流保留“有保證”單一流可靠性、容量、

16、延遲4.4 流組合和流優(yōu)化流組合和流優(yōu)化“盡力而為盡力而為”流流BEC“盡力而為盡力而為”流流“可預(yù)測可預(yù)測”流流BECPPPDRC,組合流的計算組合流的計算“盡力而為盡力而為”流流“可預(yù)測可預(yù)測”流流BECPPPDRC,iiiDRC,2.2.流組合的計算流組合的計算可預(yù)測流：組合后可靠性取最大值，延遲取最小值。4.4 流組合和流優(yōu)化流組合和流優(yōu)化3.3.流優(yōu)先化（確定流的優(yōu)先級）流優(yōu)先化（確定流的優(yōu)先級）l 業(yè)務(wù)目標(biāo)及流對業(yè)務(wù)的影響業(yè)務(wù)目標(biāo)及流對業(yè)務(wù)的影響l 政治目標(biāo)政治目標(biāo)l 流的一個或多個性能流的一個或多個性能l 安全需求安全需求l 與流相關(guān)的用戶、應(yīng)用或設(shè)備的數(shù)量與流相關(guān)的用戶、應(yīng)用或

17、設(shè)備的數(shù)量4.5 流分析案例流分析案例1.1.流分析步驟流分析步驟 需求分析（確定應(yīng)用和性能需求）需求分析（確定應(yīng)用和性能需求） 選擇重要應(yīng)用選擇重要應(yīng)用 確定流特性（方向、性能、模式）確定流特性（方向、性能、模式） 映射到位置地圖，并加以標(biāo)識映射到位置地圖，并加以標(biāo)識 按性能分類，并進行組合計算按性能分類，并進行組合計算 按優(yōu)先級排序按優(yōu)先級排序 編寫流描述（包括容量規(guī)劃和服務(wù)規(guī)劃）編寫流描述（包括容量規(guī)劃和服務(wù)規(guī)劃）4.5 流分析案例流分析案例2.2.流分析舉例流分析舉例校園網(wǎng)的計算和存儲管理。校園網(wǎng)的計算和存儲管理。類型類型1 1：高性能分布式計算：高性能分布式計算 同步文件：同步文件：

18、1-2MB1-2MB，100ms100ms，交互：，交互：10-100MB10-100MB，1s1s；最終數(shù)據(jù)：；最終數(shù)據(jù)：500MB-500MB-1GB1GB，1010分鐘分鐘- -幾小時，幾小時，2 2個并發(fā)任務(wù)個并發(fā)任務(wù)類型類型2 2：計算到存儲的數(shù)據(jù)遷移：計算到存儲的數(shù)據(jù)遷移類型類型3 3：數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器到外部服務(wù)器的數(shù)據(jù)遷移：數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器到外部服務(wù)器的數(shù)據(jù)遷移類型類型4 4：數(shù)據(jù)歸檔和：數(shù)據(jù)歸檔和InternetInternet訪問訪問4.5 流分析案例流分析案例樓宇A(yù)計算服務(wù)器計算服務(wù)器樓宇B計算服務(wù)器計算服務(wù)器樓宇C計算服務(wù)器計算服務(wù)器計算服務(wù)器計算服務(wù)器主工程樓存儲服務(wù)器存儲

19、服務(wù)器外部訪問外部訪問外部訪問服務(wù)器服務(wù)器離線數(shù)據(jù)歸檔存儲訪問存儲訪問服務(wù)器服務(wù)器Internet外部用戶外部用戶校園局域網(wǎng)校園局域網(wǎng)應(yīng)用位置地圖應(yīng)用位置地圖4.5 流分析案例流分析案例樓宇A(yù)計算服務(wù)器計算服務(wù)器樓宇B計算服務(wù)器計算服務(wù)器樓宇C計算服務(wù)器計算服務(wù)器計算服務(wù)器計算服務(wù)器主工程樓存儲服務(wù)器存儲服務(wù)器外部訪問外部訪問外部訪問服務(wù)器服務(wù)器離線數(shù)據(jù)歸檔存儲訪問存儲訪問服務(wù)器服務(wù)器Internet外部用戶外部用戶校園局域網(wǎng)校園局域網(wǎng)添加應(yīng)用流之后的地圖添加應(yīng)用流之后的地圖43214.5 流分析案例流分析案例樓宇A(yù)計算服務(wù)器計算服務(wù)器樓宇B計算服務(wù)器計算服務(wù)器樓宇C計算服務(wù)器計算服務(wù)器計算服務(wù)器計算服務(wù)器