第9章 动态带宽分配要点
通信网络中的带宽分配算法研究
通信网络中的带宽分配算法研究随着信息时代的到来，通信网络对于人们的生活和工作带来了巨大的影响。
然而，随着网络上用户数量和通信数据量的急剧增加，如何优化网络资源的使用和管理，尤其是如何进行带宽分配，成为了网络研究者们所关注的重要领域之一。
带宽分配算法是指在通信网络中，对于不同的用户或应用程序，如何分配相应的带宽资源，以保证数据传输的质量和保证用户的公平性。
带宽分配算法主要包括固定带宽和动态带宽两种方式。
固定带宽分配算法是指在网络使用过程中，为每一个用户分配一个事先确定的固定带宽值，而无论用户实际使用情况如何，都不会改变分配的带宽大小。
这种算法的优点是分配非常公平，但缺点就是浪费资源。
比如，如果某个用户只需要很少的带宽，但是他被分配到一个较大的固定带宽值，那么分配给它的带宽资源就会被浪费。
动态带宽分配算法则是指根据用户的实际使用情况来动态地分配带宽资源，因此使用这种算法可以更加灵活地管理网络的资源。
但是，如何分配带宽资源也是一个比较复杂和困难的问题。
因为在动态带宽分配中，需要根据网络中的各种因素，比如数据流的大小、网络拥塞情况、用户的需求等来决定带宽资源的分配。
动态带宽分配算法有很多种，比如哈希算法、加权公平队列（WFQ）算法、最小带宽成本（MBAC）算法等。
其中，WFQ算法和MBAC算法被广泛地应用于网络系统中。
WFQ算法是一种基于加权公平原则的动态带宽分配算法。
该算法每次从队列中选出最小权重的数据包进行传输。
从而可以保证每个用户的数据传输能够得到公平的带宽。
WFQ算法可以灵活地适用于各种数据包大小和网络拥塞情况。
然而，WFQ算法需要占用一定的计算和存储资源，对于大型网络系统需要消耗大量的系统资源。
相比之下，MBAC算法比较节约带宽资源。
MBAC算法根据用户传输数据的带宽成本大小，来动态地分配带宽资源。
具体来说，当网络拥塞时，MBAC算法会优先分配给成本小的用户，并且将带宽资源分配给符合传输品质要求的用户。
《组网技术》课件第9章
当前LAN交换设备在物理上一般都安装在共享式的分段 Hub和位于主干网的路由器之间，它将在VLAN的分段及实现 低延迟的报文转发方面起到至关重要的作用。总的来说， VLAN交换设备除了能够显著地提高网络的性能和专用带宽外， 同时它还具有完成VLAN的划分所必需的能力。
9
9.1.2 划分虚拟局域网的方法
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但应注意此处对于第三层信息的使用并不构成路由功能。 我们不应将其同网络层路由混淆起来。因为在交换设备使用报 文的IP地址决定VLAN成员身份时并没有进行任何路由计算， 也没有使用任何路由协议，交换设备只是根据生成树算法在其 各端口之间进行帧的转发，所以从这个意义上讲，任一VLAN 内部的连接仍然是一种平板式的桥接拓扑结构。
第9章 虚拟局域网的配置
➢9.1 虚拟局域网 ➢9.2 交换式以太网组网和VLAN配置 ➢9.3 利用交换机配置静态VLAN实例
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本章介绍虚拟局域网的概念、特点，虚拟局域网的划分方 法，共享式以太网、交换式以太网及其VLAN的配置。
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9.1 虚 拟 局 域 网
目前，基本上稍有规模的局域网组网都采用交换技术，而 且虚拟局域网(Virtual Local Area Network，VLAN)在网络管理 中发挥着越来越大的作用。因此，熟练地对VLAN进行配置是 网络管理员应该具备的基本技能之一。
常用的VLAN划分方法如下： 1) 按交换机端口号划分 将交换设备端口号进行分组来划分VLAN，如图9-1所示。 交换机1与交换机2上端口1、2、3、8与1、7、8所连接的客户 站构成VLANa，而相应的端口4、5、6、7与2、3、4、5、6所 连接的客户站构成VLANb。
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图9-1 用交换机端口划分虚拟局域网
计算机网络基础教材第九章
向量—距离算法与链路-状态算法的原理性差异
1.向量-距离路由选择算法
不需要路由器了解整个互联网的拓扑结构 通过相邻的路由器了解到达每个网络的可能路径
2.链路-状态路由选择算法
依赖于整个互联网的拓扑结构图 利用整个互联网的拓扑结构图得到SPF树，进而由
SPF树生成路由表
部署和选择路由协议— 静态路由
相邻路由器可以根据收到的路由信息修改和刷 新自己的路由表
Nankai University
向量-距离算法(1) 1.路由器启动时初始化自己的路由表
初始路由表包含所有去往与该路由器直接相
连的网络路径
初始路由表中各路径的距离均为0
2.各路由器周期性地向其相邻的路由器广 播自己的路由表信息
Nankai University
报发往何处
路由表中的目的地址如何表示？
1.大型互联网（如因特网）中有可能存在成千上
万台主机
2.路由表中不可能包括所有目的主机的地址信息
内存资源占用巨大 路由表搜索时间很长
3.隐藏主机信息
IP地址：网络号（netid）和主机号（hostid） IP路由表中保存相关的目的网络信息
标准的路由表
(3)Ri去往某目的地经过Rj，而Rj去往该目的地的路径发生变化
Rj不再包含去往某目的地的路径：Ri中相应路径须删除 Rj去往某目的地的距离发生变化：Ri中相应表目的“距离”须修改，以Rj 中的“距离”加1取代之
路由器启动时初始化路由表举例
按照向量—距离路由选择算法更新路由表举例
向量—距离路由选择算法的特点
相邻的路由器之间每30s交换一次路由信息 路由信息来源于本地路由表
路由器到达目的网络的距离以“跳数”计算
第9章 网络规划与设计
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9.2 网络需求分析
②
③
④
网络应用调查。网络应用调查就是要弄清用户建设网络的真正目的， 是一般的网络应用、企事业的OA系统、人事档案及工资管理，或者 是企事业的MIS系统、ERP（企业资源规划）等，或者是文件信息 资源共享、Intranet／Internet信息服务（www、E-mail、FTP等）， 或者是数据流、多媒体的音频、视频多媒体流传输应用等。 网络系统综合布线调查。网络系统综合布线调查主要是了解用户建 筑楼群的地理环境与几何中心、建筑楼内的布线环境与几何中心， 由此来确定网络的规模、网络拓扑结构、综合布线系统设计。主要 应包括以下几项内容： 用户的数量及其位置； 建筑楼内局域网布线规划。 用户前期培训。网络需求分析离不开用户的参与。在大多数企事业 中，信息化建设中遇到的更多的不是技术问题，而是在业务流程合 理化调整方面带来的困扰。只有用户方IT（信息技术）人员的积极 参与，双方才能建立交流的基础，所以，应该充分利用企业IT人员 自身的有利条件，使他们在精通计算机、网络技术的同时成为业务 管理的能手。
建网的目的； 用户数量； 网络延迟与可预测响应时间； 可靠性／可用性，即系统（包含路 由器、核心层交换机、汇聚层交换机 等设备）不停机运行； 伸缩性，网络系统能否适应用户不 断增长的需求； 高安全性，保护用户信息和物理资 源的完整性，包括数据备份、灾难恢 复等； 网络负载估计； 用户设备需求及现有设备情况； 其他情况。
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9.1 网络规划与设计概述
2. 网络规划与设计的内容
1.
2.
3.
4.
网络规划与设计的内容随着项目不同而异，一般应包括下面几个方 面的内容： 需求分析。了解用户建网需求或对原有网络升级改造的要求，主要 包括应用类型、地理分布结构、带宽要求及流量特征分析等。 网络规划。为将要建立的网络系统提出一套完整的设想和方案，其 中包括需求分析与网络系统的可行性研究、网络软硬件的选择、网 络系统的设计、网络结构的确定、投资估算等等，网络规划对建立 一个功能完善、安全可靠、性能先进的网络系统至关重要。 产品选型。根据技术方案进行设备选型，包括网络设备、服务器设 备、软件产品等等的选型。 网络系统设计。在网络规划的基础上，结合产品选型进行网络拓扑 结构的设计、确定网络主干和分支采用的网络技术、系统的结构化 布线、网络管理与网络操作系统的选型、应用软件的集成与开发计 划等。
网络工程技术09
9.4 DHCP的工作原理
当作为DHCP客户端的计算机第一次启动时，它经过一系列的步骤以 获得其ICP/IP配置信息，并得到IP地址的租期。租期是指DHCP客户端从 DHCP服务器获得完整的ICP/IP配置后对该TCP/IP配置的使用时间。 DHCP客户端从DHCP服务器上获得完整的TCP/IP配置需要经过以下几个 过程。如图9.1所示。
•
难点：
– – – – 静态和动态IP地址 DHCP的工作原理 DHCP的安装和配置 DHCP的管理
在使用TCP／IP协议栈的网络通信中，每一台计算机都必须有一个唯 一的IP地址，通过这个IP地址与其他的计算机进行通信。所以管理与分 配客户端IP地址的工作是非常重要的。动态主机配置协议 (Dynamic)lostConflZuration Protocol，DHCP)的功能就是为客户端动 态分配IP地址，减轻网络管理员的工作负担。本章将介绍DHCP服务的相 关内容以及它的配置和管理方法。 通过本章的学习，读者应能够根据自己网络的特点合理地使用和管 理IP地址资源。
信息，如果这时有DHCP服务器响应时，DHCP将从DHCP服务器获得IP地址及其 配置，并以DHCP方式工作。 DHCP发现信息无法被客户端所在的本地子网以外的主机接收到，除非 该网 络的路由支持自举前向转发能力。所以， 当同一网络中存在多个网段时，一般需 要给每一个网段至少设置一台DHCP服务器。
以上介绍了DHCP服务器给DHCP客户端提供IP地址的两种方式。其 中，使用永久租用IP地址与不使用DHCP服务器时的静态IP地址有些相似， 都会永久使用分配给它的IP地址。但是，两者在获取方式上则完全不同， 静态IP地址由网络管理人员手工设置，有可能会出现设置的错误；而永 久租用中DHCP客户端的IP地址则由DHCP服务器动态提供，便于网络的 管理，不容易出错。
第9章 网络规划与设计基础
第9章 网络规划与设计基础
拓扑结构分析要明确以下指标：
（1）网络的接入点（访问网络的入口）的数量
（2）网络接入点的分布位置 （3）网络连接的转接点分布位置 （4）网络设备间的位置 （5）网络中各种连接的距离参数 （6）其它结构化综合布线系统中的基本指标
第9章 网络规划与设计基础
9.1.8网络规模与结构分析－ 与外部网络的互联
第9章 网络规划与设计基础 实现分布层设计目标的方法
（1）路径聚合
（2）使核心层与分布层的连接最小化
第9章 网络规划与设计基础 3.接入层设计要点 （1）将流量馈入网络：为确保将接入层流量馈入网络， 要做到： ① 接入层路由器所接收的链接数不要超出其与分布 层之间允许的链接数。 ②如果不是转发到局域网外主机的流量，就不要通过 接入层的设备进行转发。 ③不要将接入层设备作为两个分布层路由器之间的连 接点，即不要将一个接入层路由器同时连接两分布层 路由器。
的执行网络策略的处理能力。
第9章 网络规划与设计基础
图9-2分层网络中流量聚合
返回
第9章 网络规划与设计基础 Nhomakorabea分层拓扑结构固有的缺点
在物理层内隐含（或导致）单个故障点，即某个设备 或某个失效的链接会导致网络遭到严重的损坏。克服单个 故障点的方法是采用冗余手段，但这会导致网络复杂性的 增加。
第9章 网络规划与设计基础
第9章 网络规划与设计基础
图9-1分层网络设计
第9章 网络规划与设计基础 每一层都有其自身的规划目标： （1）核心层处理高速数据流，其主要任务是数据包的 交换。 （2）分布层负责聚合路由路径，收敛数据流量。 （3）接入层将流量馈入网络，执行网络访问控制，并
且提供相关边缘服务。
数据链路层技术中的带宽调整与分配方法探究(二)
数据链路层技术中的带宽调整与分配方法探究引言：在现代通信领域中，数据链路层技术扮演着至关重要的角色。
数据链路层负责将数据从源节点传输到目标节点，其中带宽调整与分配是一项关键任务。
本文将探讨数据链路层技术中的带宽调整与分配方法。
一、带宽调整带宽调整是指根据网络流量和需求，对带宽进行合理配置和调整的过程。
常见的带宽调整方法包括动态带宽调整和静态带宽调整。
1. 动态带宽调整动态带宽调整是一种根据实时网络状况和需求进行动态配置带宽的方法。
这种方法能够根据流量变化自动进行调整，从而保证网络连接的稳定性和传输效率。
动态带宽调整通常基于一些算法和策略，如负载均衡算法、流量控制算法和拥塞控制算法等。
2. 静态带宽调整静态带宽调整是指在网络设计和配置过程中，根据预估的流量和需求确定带宽分配的方法。
这种方法一般适用于网络流量相对稳定的情况下，通过合理规划和预留带宽来保证网络连接的稳定性。
静态带宽调整需要综合考虑各个节点的带宽需求和资源分配情况，以实现最佳的带宽利用和传输效率。
二、带宽分配带宽分配是指将可用的带宽资源按照一定规则进行分配和分配的过程。
常见的带宽分配方法包括公平分配、优先级分配和差异化分配。
1. 公平分配公平分配是指将可用带宽平均分配给每个节点或用户的方法。
这种方法能够确保每个节点或用户获得相同的带宽资源，从而实现公平性和均衡的网络连接。
公平分配通常基于一些调度算法和策略，如循环调度算法和红黑树优先级调度算法等。
2. 优先级分配优先级分配是根据一定的优先级规则，将可用带宽优先分配给高优先级的节点或用户的方法。
这种方法能够确保高优先级节点或用户享有更多的带宽资源，从而满足其对带宽的较高要求。
优先级分配常用于对关键任务和重要用户进行保障的情况下，如视频会议、实时音频传输等。
3. 差异化分配差异化分配是根据节点或用户的特定需求和特征，将可用带宽分配给不同节点或用户的方法。
这种方法能够根据节点或用户的不同特点和需求，实现个性化的带宽分配和满足特定服务质量要求。
路由器带宽分配规则
路由器带宽分配规则主要包括以下步骤：
1.路由器通过ip地址来限速。
一般的路由器可以分配255个ip地址，其中19
2.168.1.1作为路由器自己的地址，192.168.1.2~192.168.1.255为可分配的地址。
每次设备重新连上路由器时都会获得一个新地址，所以为了进行网速设置，需要将设备的ip地址固定下来。
2.打开路由器设置，在DHCP服务器的客户端列表中可以看到当前连接的设备和对应的ip地址，将其记下或截图。
然后点击静态地址分配，添加新条目，将设备和ip地址对应，然后点击“使所有条目生效”。
之后在IP带宽控制中对ip 地址进行限速。
3.一般有两种方案，一是对特定ip进行限速，二是对所有ip限速而解除特定ip的限制。
如果是针对某个设备的限速，建议使用第一种，如果只想保证自己的网速，建议使用第二种。
在IP带宽控制中勾选“开启IP带宽控制”，在IP 地址段中输入自己的IP地址，带宽大小可以设置为总带宽大小，也就是不限速，然后其他地址段则可进行限速。
被限速后的ip地址所占总带宽不会超过这个限制。
每个设备都应该能够获得一定比例的带宽，以满足基本的网络需求。
可以根据不同设备和应用程序的需求，可以动态调整带
宽分配。
某些特定设备或应用程序可能需要更高优先级的带宽，以确保其正常工作。
以上信息仅供参考。
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《宽带光接入技术》 原荣 编著
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9.1.2 动态带宽分配
• 动态带宽分配（DBA）方式根据ONU突发 业务量的需求，动态地调整它们的上行接 入带宽，因此提高了PON上行带宽使用的 效率。
• 这可以从两方面说明这个问题，首先，由 于更有效的带宽使用，网络操作者可以增 加更多的用户到PON上；其次，用户可以 要求得到超过固定带宽分配的最大带宽， 享受更好的服务。
• G.983.7建议使用WRR。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
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动态带宽分配系统的性能
• 性能指标，如带宽分配延迟和最大等待时间；
• 应用能力，用于突发信号动态带宽分配和用于汇 集不同业务ONU的动态带宽分配；
• 标准和协议的公平性，不管是基于ONU带宽需求 报告的动态带宽分配，还是基于OLT监控的动态 带宽分配，或者是基于ONU带宽需求报告和OLT 监控的动态带宽分配，都应该能够适用；
• MAC协议可以分为固定分配、随机接入、中央控 制按需分配、分布式控制按需分配和自适应分配 等多种。
• 对以上几种协议比较后发现，PON系统的上行接 入只有采用固定分配和中央控制按需分配相结合 的方式比较合适，这就是ITU-T G.983.4规范的静 态带宽分配和动态带宽分配两种方式。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
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静态带宽分配和动态带宽
• 对QoS要求较高的CBR业务固定接入，对 其他业务由OLT控制预约接入。
• 预约过程也不采用竞争方式，而采用轮询 方式，ONU使用可分割时隙轮流预约。对 ABR连接需要的带宽只要保证它们的最小 信元速率（MCR）即可，因此可使用保证 CBR和VBR之后的剩余带宽，而UBR连接 将不被分配任何带宽。
• 在缓冲器使用情况报告方式中，ONU使用微时隙 向OLT报告它们的缓冲器被使用的状态，OLT根 据该报告重新分配ONU下次可以使用的带宽。
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OLT
VC
VP
VC T-CONT
IP
VC 视频
VC 电话
VC
VP
T-CONT
ODN
物理层路径
ONU
T-CONT
T-CONT T-CONT
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OLT
ODN
ONU/ONT T-CONT 缓冲器 T-CONT 缓冲器
上行用 户信元
ODN OLT
ONU/ONT T-CONT 缓冲器
UNI
优先 级别
控制
分类缓冲
上行用 户信元
T-CONT 缓冲器
图9.1.3 1个上行数据流分装 在2个T-CONT 缓冲器中
这2个缓冲器在同一个ONU中。一 些T-CONT缓冲器可以被一个 内部调度程序使用，或被某个 上层（如ATM层）使用。
ONU1:恒 定 比特率业务 ONU2: 突发业务
ONU1 ONU2 ONU3
ONU1
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2. 动态带宽分配方法
• 通常有两种动态带宽分配方法。一种是空闲信元 调整，另一种是缓冲器使用情况报告。
• 在空闲信元调整方式中，OLT监视每个ONU使用 的带宽，假如一个ONU使用的带宽超过了预先分 配的值，如果还有富余的带宽可用，OLT就分配 额外的带宽给该ONU。这种方式不需要ONU报告 带宽需求信息，其缺点是OLT的反应总是落后于 ONU对带宽的需求。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
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业务带宽分配规则
• 对业务带宽分配规则已有一些建议，如对 实时业务的带宽分配可采用传送带 （Transfer belt）分配算法，对非实时业务 的带宽分配可采用顶移（Moving ceiling） 分配算法等。
• 对流量调度也有多种方案，如加权公平排 队（WFQ）、轮询调度（round robin）和 加权轮询调度（WRR）等。
• OLT发送PLOAM数据授权信元给所有的ONU， 给ONU的数据授权包括上行数据授权和上行接入 占用时隙的数量。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
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动态带宽分配技术的必要性
• 然而，G.983.1系统企图提供宽带广播业务（如IP 业务）给用户，因为IP业务连接到许多突发业务 源，所以这类业务是非恒定比特率业务，对信元 传输延迟（CTD）和信元延迟变化（CDV）的要 求并不严格。然而，映射这些非实时业务到固定 的带宽信道中，不能使PON中的ONU动态分享 PON的上行带宽。
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图9.1.1 静态带宽分配和动态带宽分配 的比较
(a)
ONU 需要 发送的业务
(b)
静态带宽 分配传输
(c)
动态带宽 分配传输
O 并对延迟敏感
ONU2丢 失 的 业 务
ONU3
延迟
ONU2
ONU3延 迟 的 业 务
ONU3
ONU2
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• 后向兼容性和互连互通性，即按照G.983.1制造出 的OLT和ONU也可以使用在具有动态带宽分配功 能的系统中。
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9.1.1 静态带宽分配
• ITU-T G.983.1系统的带宽分配是通过授权控制实 现的，它属于静态带宽分配。
• 上行带宽被与PON相连接的所有ONU共享。OLT 控制每个ONU的上行接入时隙，这是靠OLT在下 行PLOAM信元中规定的ONU发送数据授权实现 的，即OLT决定ONU上行接入的带宽。
图9.1.4 对分类缓冲业务进行 优先级别控制
IP 视频
电话
T-CONT
图9.1.2 ONU1 传输容
器（TCONT） 和宽带 ONU2 PON系 统的层 ONU3 结构
T-CONT
• 动态带宽分配性能应允许在一个ONU里使用几种传输容器(T-CONT)。 T-CONT携带ATM 虚通道连接(VPC)和虚信道连接(VCC)，单个TCONT可以携带不同种类业务的ATM流量，并且把它们的缓冲器使用 情况报告给与此相连接的OLT。
第 9 章 动态带宽分配
• 概述 • MAC协议 • 交接过程 • T-CONT的建立和拆除 • 业务流量控制和调度
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9.1 概述
• 由于PON系统在上行方向多个ONU共享传输媒质， 所以必须进行上行接入控制（MAC），以便为用 户提供多种高质量业务的同时，提高上行信道的 利用率。