本科毕业设计-大型网络规划与设计网络服务质量qos实施.doc
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1、引 言 计算机网络已经对人类社会的进步与发展产生了巨大的推动作用和深远的影响,然而如何透彻地认识和理解计算机网络这个人工非线性复杂巨系统,如何有效地管理和控制以Internet为代表的大尺度现代计算机网络,如何高效、高质量地传输多媒体业务和满足各种现代网络应用的多元化需求,在理论上和技术上至今依然存在着许多重大的科学问题和挑战。计算机网络的服务质量(quality of service,QoS)问题就是其中之一。顾史思义,服务质量体现的是消费者对服务者所提供服务的满意程度,是对服务者服务水平的一种度量和评价。同样,现代计算机网络作为计算和信息等服务提供者,同样面临着提供QoS的问题。事实上,从
2、计算机网络系统诞生开始,人们就一直孜孜不倦地致力于提高系统的服务性能和服务质量,因此,QoS问题实际上由来已久。目前,在高速网络中按照用户的要求提供QoS控制是一个普遍的要求,也是Internet发展的重要挑战。计算机网络的QoS问题已经成为当今国际网络研究领域最重要、最富有魅力的核心研究领域之一,是目前计算机网络中研究与开发的热点问题,并且和网络安全等问题一起被称为新一代计算机网络最重要的核心研究领域,因此其对未来网络技术的研究、应用和发展具有举足轻重的意义。“功欲善其事,必先利其器”,集团深刻认识到业务要发展、必须提高企业内部核心竞争力、而建立一个方便快捷安全的通信网络综合信息支撑系统,已
3、迫在眉睫,公司作为一个致力于企业信息化和系统集成的高科技公司非常荣幸参与集团综合网络信息系统的建设,希望能尽自己的全力来施展我们的专长来实现集团网络信息系统的建设。1大型企业信息系统建设目标1.1企业信息系统一、构造一个既能覆盖本地又能与外界进行网络互通、共享信息、展示企业的计算机企业网。二、选用技术先进、具有容错能力的网络产品,在投资和条件允许的情况下也可采用结构容错的方法。三、完全符合开放性规范,将业界优秀的产品集成于该综合网络平台之中;四、具有较好的可扩展性,为今后的网络扩容作好准备。 五、采用OA办公,做到集数据、图像、声音三位一体,提高企业管理效率、降低企业信息传递成本。六、整个公司
4、计划采用10M光纤接入到运营商提供的Internet。企业统一一个出口,便于控制网络安全。七、设备选型上必须在技术上具有先进性,通用性,且必须便于管理,维护。应具备未来良好的可扩展性,可升级性,保护公司的投资。设备要在满足该项目的功能和性能上还具有良好的性价比。设备在选型上要是拥有足够实力和市场份额的主流产品,同时也要有好的售后服务。2网络设计方案2.1设备命名规则和用途说明211 Site代码Site代码是地点名的拼音第一个字母缩写而成。表1 Site代码表SiteSite Code公司总部(左)GSZBZ公司总部(右)GSZBY厂房一区CFYQ厂房二区CFEQ办公大楼(左)BGDLZ办公大
5、楼(右)BGDLY营销中心大楼YXZXDL科技大楼KJDL行政部XZB人事部RSB财务部CWB企管部QGB综合办公区ZHBGQ分支机构一FZJGY分支机构二FZJGE分支机构三FZJGSA分支机构四FZJGS2.1.2 设备命名规则L-HMG-6509-ASite Code解释:(1)设备类型为 “6509W” 代表Catalyst 6509 switch的LAN switch 部分; (2)设备类型为 “6509R” 代表Catalyst 6509 switch的 routing 部分;(3)设备类型为 “6509RW” 代表Catalyst 6509 switch的 routing和swi
6、tching 部分。Unique IdEquipment TypeMAN2.2 网络设计需求总公司在广州工业园内建筑物里面,公司为38层的主楼,第一分公司与主楼相距8公里,第二分公司与方楼相距10公里,另两个分公司在北京和上海各自有自己的办公楼。总公司部门结构:这六个分公司都有各自的微机室(20人),财务部(30人),行政部(20人),人事部(35人),企管部(30)综合办公室(50),生产部(40人),研发部(30人),后勤部(10人),业务部(80人),人力资源部(10人),各分公司部门划分也是如此。 2.3 整体体方案设计策略为了实现以上网络设计原则,使集团园区网络具有良好的 扩展性能力
7、和灵活的便于管理,易于维护,在网络设计上采用了一下策略。一、因特网接入和园区网分离。将因特网接入部分和园区网主体部分分离,每部分完成其自身的功能,可以减少两者之间的相互影响。因特网接入的变化,只影响接入的变化,对园区网络没有影响;而园区网络的变化对因特网接入部分影响较小。.这样可以增强网络的扩展能力。保持网络层次结构清晰,便于管理和维护。二、降低各个子公司之间的网络关联度。将各个子公司之间的网络的关联度降低到最低的策略,可以最大限度的减少各个子公司网络之间的相互影响,便于分别管理,或者在不同子公司扩展网络的新应用。三、统一标准,统一网络。统一的IP应用标准(IP地址,路由协议),安全标准, 接
8、入标准和网络管理平台,才能实现真正的统一管理,便于集团的管理和网络策略的实施。24 网络设计结构示意图图13路由交换部分的设计为了使园区网高效、稳定的运行,便于管理与维护,对局域网交换和路由技术的相关方面进行了规范设计,包括VTP、VLAN、STP、TRUNK、ETHERCHANNEL,HSRP,VPN等。每一台都连接所有的汇聚层交换机,但相互之间并不连接(提高网络的故障收敛速度)。作为二层的核心,只保证数据的高速转发。网络的可靠性由汇聚层的路由协议提供保证。31 VLAN设计规范3.1.1 VLAN划分一、集团内的局域网进行VLAN划分,可以减少网络内的广播数据包,提高网络运行效率;可以区分
9、不同的应用和用户,方便集团的管理与维护.VLAN的分布和IP地址的分配表2 VLAN划分用途表VLAN用途:IP地址VLAN 10行政部:172.16.10.0/24VLAN 20人事部:172.16.20.0/24VLAN 30财务部:172.16.30.0/24VLAN 40企管部:172.16.40.0/24VLAN 50综合办公室:172.16.50.0/24VLAN 90服务器群组一:172.16.90.0/24VLAN 100服务器群组二:172.16.100.0/24VLAN 110厂房一区:172.16.110.0/24VLAN 120厂房二区:172.16.120.0/24V
10、LAN 130营销中心大楼:172.16.130.0/24VLAN 140科技楼:172.16.140.0/243.1.2 VLAN链路聚集协议(vtp)设置 VTP是一种第2层协议,能够在整个交换网络中分发和同步VLAN的相关信息,方便管理VTP域内的VLAN增加、删除或重命名。其VTP服务器、VTP域整体划分如下图:图23.1.3 VLAN链路聚集为了能够在单条物理链路上多路传输多个VLAN的流量,在此用到了IEEE 802.Q链路聚集协议,它采用标记机制,每个帧都被标记,进而识别帧所属的VLAN。所以要使VLAN与VLAN之间通够通信,就要在此通道配置VLAN链路聚集协议。3.2 OSP
11、F路由协议3.2.1 路由协议分析根据公司的需求,总部连接四个分支机构,为了优化网络性能,在这里就设计了OSPF(开放最短路径优先)路由协议,基于ppp上运用OSPF协议,它是一种链路状态路由选择协议,通常将网络划分成区域,以减少SPF算法的计算量、减少路由选择表选择条目、将区域内拓扑变化的影响限制在本地和将链路状态通告扩散限制在区域内等优点,这样SPF算法的计算量更小,路由收敛时间更短,方便管理员优化网络。OSPF使用包含两层的层次区域结构:中转区域:主要功能为快速反应、高效地传输IP分组的OSPF区域。中转区域将其他类型的OSPF区域连接起来,通常中转区域中没有终端用户,OSPF区域0(也
12、叫主干区域)为中转区域。常规区域:主要功能为连接用户和资源的OSPF区域。常规区域通常是根据职能或地理位置划分的。默认情况下,常规区域不允许另一个区域使用其连接将数据流传输到其他区域,来自其他区域的所有数据流都必须经过中转区域。3.2.2 OSPF路由汇总路由汇总指的是将多条路由汇总成一条通告,路由汇总对OSPF路由选择进程占用的带宽、CPU周期和内存资源有直接影响。如果不进行路由汇总,每条具体的链路状态通告都将传播到OSPF主干中,这将导致不必要的网络数据流和路由开销。区域间路由汇总是在区域边界路由器上进行的,要实现有效的区域间路由汇总,区域内的网络号应该是连续的,这样可以最大限度地减少汇总
13、后的地址数。网络拓扑图中设计OSPF:广域网区域为区域0, 总部为区域10, 四个分支机构分别为区域1、2、3和4.在区域边界路由器上进行路由汇总 :总部: 172.16.0.0/16;分支一:172.17.0.0/16;分支二:172.18.0.0/16;分支三:172.19.0.0/16 ;分支四:172.20.0.0/16。图34QOS部署与设计41网络系统Qos的实现不同类型的应用数据,对网络传输有着不同的要求。IP网络中的QoS赋予网络传输设备一种智能,使他们能够在网络带宽紧张时,依据策略优先处理某些数据,QoS可以让网络管理者们控制网络带宽、延迟、抖动和数据包的丢弃。QoS不只是网
14、络设备上的功能,也不仅是数据链接层的功能,QoS是一个端到端的系统体系。一个功能强大的QoS解决方案包括广泛的技术,并要求在整个网络范围提供良好的扩展性,和不依赖于任何介质的服务,并且具有系统监测和配置能力。由于QoS需要大量的处理计算所以我们把这些工作分配到网络边缘与核心设备,它们可能是交换机或路由器,边缘设备进行数据流的识别和基于用户策略的数据包的分类、提供带宽管理,核心设备加速QoS数据包的转发。42 QOS的定义、模型实施步骤及排对组件421 QOS的定义QOS是一种能够为部分用户或应用(或两者)提供更好或特殊服务而劣化其他用户或应用(或两者)的网络能力,是网络中管理数据流的可用带宽、
15、延迟、抖动以及分组丢失的技术集合。422 QoS模型一、尽力而为模型(Best-effort)不实施任何QoS策略,对于任何数据流量都是公平,同等的对待。 优点:没有任何扩展性限制,是一种简单的模型。 缺点:缺乏服务保证,不能对数据包的传送/丢弃、时延或可用带宽做出任何保证;缺乏差分服务,不能区分重要性等级不同的应用的数据包。二、集成服务模型(Integrated Services)使用RSVP(Resource Reservation Protocol,资源预留协议)作为其信令协议,如果某应用有特殊的带宽需求,那么就可以由RSVP先沿着从源端到目的端的路径、逐跳地为该应用流进行资源预留。 优
16、点:显式的端到端资源接纳控制,针对每个请求的策略接纳控制,动态端口号的信令机制。缺点:每个活动流都需要连续的信令支持,随着流数的大量增加,信令开销也将变得非常大,这与RSVP的状态化体系架构有关;由于集成服务需要处理和维护每个流,因而难以在互联网之类的网络上大规模部署。三、差分服务模型(Differentiated Services)-基于PHB(Per-hop Behavior,每跳行为),而不使用信令机制,就是要预先安排好网络中的每一跳行为,以便为每种类别的流量提供相应的服务等级,只要求将流量标记为某种可识别的流量类别即可。优点:可扩展性好,能支持多种不同服务等级。缺点:不能提供绝对的服务
17、保证;需要在全网实施复杂的QoS机制。423 实施QOS的三大步骤一、基于所标识的需求信息进行流量分类。使用class-map命令定义流量类别,这一步将已标识的网络流量划分为若干个已命名的流量类别。通过网络审计,可以定义出流量类别以及每类流量的需求。为每种流量类别定义适当的服务等级,为每种流量类别指定一种服务等级,并定义相应的可用资源或做相应的资源预留。二、为每种流量类别定义相关的策略。使用policy-map命令为已定义的流量类别定义QoS策略,这一步需要定义与流量类别相关联的QoS功能特性,明确对已定义流量类别所要采取的处理措施。三:使用service-policy命令在每个期望接口、子接
18、口或电路的入方向或出方向应用已定义的QoS策略,这一步定义的是在哪些位置上应用已定义的QoS策略。4.2.4 QoS排队组件 交换机首行对入站数据包进行分类,然后决定将数据包加入到队列中还是丢弃它,在没有拥塞避免机制的情况下,相应的队列被填满时,排队机制才会丢弃数据包。如图4:图4资料来源:根据组建Cisco多层交换网络(BCMSN)整理所得44 第二层和第三层的服务质量441第二层的分类和标记 QoS分类是一种标识流量并将流量归类为不同类别的QoS处理过程或机制。标记就是基于流量类别为流量打上标签或着色的过程。常用的二层标记有CoS(位于ISL或802.1p帧)、EXP(位于MPLS头,介于
19、二层和第三层之间)、DE(位于帧中继头)以及CLP(位于ATM信元头)。图5资料来源:根据Cisco Catalyst QoS园区网中的服务质量整理所得从图5可知,在802.1Q中TAG位置上其中有三位是用来表示CoS(用户优先权位),可以提供8种可选值,如下表3:表3 CoS比特及其对应的十进制数值和定义表CoS(比特)CoS(十进制)IETF RFC791应用0000Routine(常规)尽力而为数据0011Priority(优先)中等优先级数据0102Immediate(紧要)高优先级数据0114Flash(快速)呼叫信令1004Flash-Override(最快速)视频会议1015Cr
20、itical(关键)语音荷载1104Internet(网络互连)保留(网络互连控制)1117Network(网络)保留(网络控制)442 第三层的分类和标记4.4.2.1 IP优先级分类标记IP优先级是将IP包头中的ToS字节的最高4位称为IP优先级比特,4个IP优先级比特可以提供8种配置选择,IP优先级的值越大,数据包的重要性越大,及时转发的可能性也越大。这个操作是在边缘设备进行的,核心设备处得到加强,在网络中,不同的标签被用来表示不同的优先级。如下图6,其中IP优先级4和7称为网络互连控制和网络控制,被保留用于控制协议,不允许用户应用进行设置,因而对用户来说,可用的IP优先级取值只有4种。
21、图6资料来源:根据CCNP ONT 认证考试指南整理所得4.4.2.2 差分服务字节点(DSCP)分类标记新的IP QoS机制重新将ToS(服务类型)字节定义为差分服务(DiffServ)字段,从而提供了更灵活、更强大的QoS能力,DiffServ字段中的最高4位称为DSCP,余下的2位用于流控制,称为ECN(Explicit Congestion Notification,显示拥塞指示)比特。目前DSCP值的定义中包括以下4类PHB。第一类:类别选择PHB此时DSCP的最后4位为000。类别选择PHB提供了与基于ToS的IP优先级的后向兼容能力。当IP包从兼容DSCP的网络设备发往不兼容DS
22、CP的网络设备时,仅设置DiffServ字段的高4位(等同于IP优先级字段),其余比特均被置为0。第二类:默认PHB此时DiffServ/DSCP字段的最高4位为000。默认PHB用于尽量而为(BE)服务,数据包的DSCP值无法映射为某个PHB时就会被指定为默认PHB。第三类:AF PHB此时DSCP字段的最高4位为001、010、011或100(分别称为AF1、AF2、AF4、AF4)。AF(Assured Forwarding 确保转发)PHB用于保证带宽服务。第四类:EF PHB-此时DSCP字段的最高4位为101(整个DSCP字段为101110,即十进制44)。EF(Expedited
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