2013-3網(wǎng)絡(luò)原理剖析研發(fā)中心毛銀杰

為什么需要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)底層細(xì)節(jié)?故障排查,問(wèn)題初步判定應(yīng)用層軟件?操作系統(tǒng)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)bug?中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障?防火墻因素?網(wǎng)線因素?網(wǎng)卡因素?操作系統(tǒng)設(shè)置優(yōu)化問(wèn)題?如果是系統(tǒng)設(shè)置問(wèn)題,如何優(yōu)化如果是系統(tǒng)因素(軟硬件),如何證明如果是應(yīng)用層軟件問(wèn)題,如何修改?一:固網(wǎng)部分(TCP/IP原理)TCP/IP層次模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層1234567應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層/物理層1:eth2:ip3:tcp/udp4:http…OSI參考模型TCP/IP模型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備介紹HUB(已淘汰)交換機(jī)二層交換機(jī),三層交換機(jī)的概念交換和共享的概念帶寬概念,交換機(jī)幾個(gè)基本參數(shù)何謂線速路由器路由概念路由抉擇原理VPN設(shè)備虛擬專用網(wǎng)絡(luò)虛擬專用網(wǎng)指的是依靠ISP（Internet服務(wù)提供商）和其它NSP（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商），在公用網(wǎng)絡(luò)中建立專用的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。在虛擬專用網(wǎng)中，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連接并沒(méi)有傳統(tǒng)專網(wǎng)所需的端到端的物理鏈路，而是利用某種公眾網(wǎng)的資源動(dòng)態(tài)組成的NAT6VPN的定義VPN——VirtualPrivateNetworkInternet出差員工隧道專線辦事處總部分支機(jī)構(gòu)合作伙伴異地辦事處VPN專題(續(xù))VPN類型為什么需要VPNVPN可以提速嗎?由于VPN而額外增加的問(wèn)題隧道—許多網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的根本隧道之原理隧道之本質(zhì)隧道之優(yōu)劣當(dāng)前的許多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變革,可能本質(zhì)上在其底層有一個(gè)隧道技術(shù)在支撐NAT技術(shù)NAT(NetworkAddressTranslators)，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換：網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換是在IP地址日益缺乏的情況下產(chǎn)生的，它的主要目的就是為了能夠地址重用。NAT分為兩大類，基本的NAT和NAPT(NetworkAddress/PortTranslator)。實(shí)際上,我們碰到的應(yīng)該都是NAPT,因?yàn)橹挥蠳APT才能有助于解決IP匱乏問(wèn)題幾個(gè)基本概念

網(wǎng)速帶寬延遲延遲的影響因素:傳輸信息量

傳輸距離交換次數(shù)媒介帶寬詳見(jiàn)http:///Forum.aspx/t-8390IP地址必須了解IP地址的準(zhǔn)確含義IP地址類型IP路由機(jī)制TCP/UDPTCP流特性延遲確認(rèn)Nagle規(guī)則粘報(bào)拆報(bào)UDP數(shù)據(jù)報(bào)特性發(fā)送接收是個(gè)”原子”操作由于數(shù)據(jù)報(bào)額外引入的問(wèn)題長(zhǎng)度受限網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)能力(防火墻,各種隧道)UDP幾種傳輸模式及原理單播廣播多播網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)者消費(fèi)者消費(fèi)者IP組播討論為什么可以降低帶寬為什么可以降低主機(jī)負(fù)荷組播需要注意什么IP組播地址和以太網(wǎng)多播地址的映射IEEE管理以太網(wǎng)多播地址分配。IEEE把一塊以太網(wǎng)多播地址分給IANA以支持IP多播。塊的地址都以01:00:5e開頭。如圖示,該映射關(guān)系是一個(gè)多到一的映射。在構(gòu)造以太網(wǎng)地址時(shí)，沒(méi)有使用D類IP地址的高位9比特。多個(gè)IP多播地址將映射到同一個(gè)以太多播地址Socket模型Tcpudp套接字發(fā)送緩存接收緩存Tcp窗口概念Socket狀態(tài)INTERNET介紹國(guó)內(nèi)Internet現(xiàn)狀國(guó)際出口現(xiàn)狀(附圖及帶寬分析)網(wǎng)速問(wèn)題分析不同運(yùn)行商互聯(lián)互通問(wèn)題分析國(guó)際出口帶寬增長(zhǎng)趨勢(shì)帶寬截止2012年6月,數(shù)據(jù)來(lái)源--中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）國(guó)際出口(1) 數(shù)據(jù)截止2010年APCN2（亞太二號(hào)）海底光纜

帶寬：2.56Tbps

長(zhǎng)度：19000km(單程延時(shí)60ms)

經(jīng)過(guò)地區(qū)：中國(guó)大陸、香港、臺(tái)灣、日本、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、菲律賓。

入境地點(diǎn)：汕頭，上海。CUCN（中美）海底光纜

帶寬：2.2Tbps

長(zhǎng)度：30000km(單程延時(shí)100ms)

經(jīng)過(guò)地區(qū)：中國(guó)大陸，臺(tái)灣，日本，韓國(guó)，美國(guó)。

入境地點(diǎn)：汕頭，上海。SEA-ME-WE3（亞歐）海底光纜

帶寬：960Gbps

長(zhǎng)度：39000km (單程延時(shí)130ms)

經(jīng)過(guò)地區(qū)：東亞，東南亞，中東，西歐。

入境地點(diǎn)：汕頭，上海。國(guó)際出口(2)EAC-C2C海底光纜

帶寬：10.24Tbps

長(zhǎng)度：36800km (單程延時(shí)120ms)

經(jīng)過(guò)地區(qū)：亞太地區(qū)

入境地點(diǎn)：上海，青島。FLAG海底光纜

帶寬：10Gbps

長(zhǎng)度：27000km (單程延時(shí)100ms)

經(jīng)過(guò)地區(qū)：西歐，中東，南亞，東亞。

入境地點(diǎn)：上海。Trans-PacificExpress（TPE，泛太平洋）海底光纜

帶寬：5.12Tbps

長(zhǎng)度：17700km

經(jīng)過(guò)地區(qū)：中國(guó)大陸，臺(tái)灣，韓國(guó)，美國(guó)

入境地點(diǎn)：上海,青島。不同運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)互通問(wèn)題對(duì)等互聯(lián)第一層骨干網(wǎng)非對(duì)等互聯(lián)第二層骨干網(wǎng)ISP/ICP/終端用戶非對(duì)等互聯(lián)非對(duì)等互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)分析-案例分享軟件,系統(tǒng)設(shè)置TCP流特性,UDP數(shù)據(jù)報(bào)特性各個(gè)I/O模式的限制netstat工具初步判定網(wǎng)卡聾網(wǎng)卡,啞網(wǎng)卡(少見(jiàn))數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(軟件層工作交給硬件完成)對(duì)于以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，很多故障不是簡(jiǎn)單地通與不通的問(wèn)題。而是所謂的軟故障，或間歇性故障。網(wǎng)線長(zhǎng)度,網(wǎng)線質(zhì)量,途經(jīng)環(huán)境各種不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的長(zhǎng)度限制:

10BASE:

100BASE:

1000BASE:網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)分析-案例分享(續(xù))交換機(jī)帶寬分析線速概念帶寬的誤區(qū)三層交換的概念路由器路由配置路由環(huán)路NAT設(shè)備的問(wèn)題會(huì)話概念會(huì)話保持概念何謂打洞組播特殊問(wèn)題分析網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)分析-案例分享(續(xù))防火墻因素規(guī)則檢測(cè)方法所謂的網(wǎng)絡(luò)加速設(shè)備及其對(duì)應(yīng)用的影響分析加速設(shè)備原理帶寬分析故障定位撲朔迷離可能帶來(lái)的額外故障TCP狀態(tài)變遷維護(hù)錯(cuò)誤潛在的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)http:///u/maoyj/Blog.aspx/t-1987故障分析訣竅大膽假設(shè),細(xì)心求證二:移動(dòng)網(wǎng)部分移動(dòng)IP的概念了解移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)前,必須先掌握移動(dòng)IP的概念I(lǐng)P漫游漫游的限制如果移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)起通信,位置改變后,可重啟應(yīng)用,則漫游足夠移動(dòng)IP—保持TCP連接的移動(dòng)移動(dòng)IP原理圖外地代理外地代理歸屬代理歸屬鏈路歸屬地移動(dòng)節(jié)點(diǎn)外地鏈路外地鏈路外地移動(dòng)節(jié)點(diǎn)隧道固定節(jié)點(diǎn)移動(dòng)通信的發(fā)展歷程1G2G2.5G2.75G3GLTE(長(zhǎng)期演進(jìn))4G,5G…移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵空口分析頻譜資源蜂窩網(wǎng)絡(luò)概念宏蜂窩微蜂窩微微蜂窩小區(qū)半徑分析(小區(qū)分裂)蜂窩概念及覆蓋范圍分析微微蜂窩(Pico-cell)

主要為室內(nèi)通信服務(wù)，覆蓋區(qū)域10~100m；微蜂窩(Micro-Cell)

通常以1瓦以下的發(fā)送功率覆蓋30m~500m地理區(qū)域，主要為話務(wù)量較大的地區(qū)服

務(wù)，例如城市街區(qū)；宏蜂窩(Macro-cell)

通常以10瓦左右的發(fā)送功率覆蓋1Km~25Km地理區(qū)域，主要為話務(wù)量較低的大面

積區(qū)域服務(wù)，例如鄉(xiāng)村地區(qū)。目前廣泛應(yīng)用的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)如GSM和IS-95系

統(tǒng)都是通過(guò)Micro-cell和Macro-cell來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋的。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的容量分析從范圍覆蓋到干擾從信噪比受限到干擾受限語(yǔ)音通信容量為什么容量受限解決方案數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的沖突當(dāng)前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的概念GbGs演進(jìn)圖NodeBRNCIubSGSNIu-psIu-CsGSMGPRS3GLTE概念(移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期演進(jìn),4G,5G…)LTE是個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程4G絕不是終點(diǎn)…GPRS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)GPRS網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系充分展現(xiàn)了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)部署的漸進(jìn)式發(fā)展移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的漸進(jìn)式升級(jí)對(duì)于我們的應(yīng)用有什么借鑒意義?網(wǎng)絡(luò)速度分析(固網(wǎng))頻率是關(guān)鍵

原因闡述香農(nóng)定理 C=B*log2(1+S/N)其中C是可得到的鏈路速度，B是鏈路的帶寬，S是平均信號(hào)功率,N是平均噪聲功率,固網(wǎng)速度分析(MODEN)通常音頻電話連接支持的頻率范圍為300Hz到3300Hz，則B=3300Hz－300Hz=3000Hz，而一般鏈路典型的信噪比是30dB，即S/N=1000，因此我們有C=3000×log2（1001），近似等于30Kbps，是28.8Kbps調(diào)制解調(diào)器的極限，因此如果電話網(wǎng)絡(luò)的信噪比沒(méi)有改善或不使用壓縮方法，調(diào)制解調(diào)器將達(dá)不到更高的速率。ADSL 下行高8Mbit/bps傳輸速度；上行高達(dá)640Kbit/bps的傳輸速度ADSL中的使用頻率分析

普通電話0K---4K

上行通道:30.2----125.1K

下行通道:163.9---1109.7K國(guó)內(nèi)頻譜資源分配GSM

上行頻率（MHz）下行頻率（MHz）載波號(hào)

標(biāo)準(zhǔn)頻率890～915935～9601～124

中國(guó)移動(dòng)890～909935～9541～94

中國(guó)聯(lián)通909～915954～96096～1243G

上行頻率（MHz）下行頻率（MHz）補(bǔ)充頻率

移動(dòng)TD-SCDMA 1880~1920 2010~2025 2300~2400

聯(lián)通WCDMA 1920~1980 2110~21701755～17851850~1880

電信CDMA2000 825~835 870~880 885~915930~960網(wǎng)絡(luò)速度GPRS 171.2kbEDGE 473kb3G 1.快速移動(dòng)環(huán)境，最高速率達(dá)144kbit/s；3.室內(nèi)環(huán)境，最高速率達(dá)2Mbit/s。2.室外到室內(nèi)或系統(tǒng)環(huán)境，最高速率達(dá)

384kbit/s；移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)分析應(yīng)用軟件我們自己的程序,是故障的最大嫌疑空中接口移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固網(wǎng)的關(guān)鍵區(qū)分核心網(wǎng)絡(luò)側(cè)SGSN,GGSN之間分組路由的過(guò)程,丟失,亂序等防火墻運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)和INTERNET之間WAP網(wǎng)關(guān)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)故障排查輔助工具巧妙利用VPNPC通過(guò)手機(jī)上網(wǎng)測(cè)試信號(hào)分析儀硬件信號(hào)分析儀很貴,有軟件無(wú)線電,幾乎可以完成硬件分析儀可完成的一切適應(yīng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)程序的開發(fā)要點(diǎn)假定用戶為GPRS用戶,而非3G用戶帶寬受限猝發(fā)流量受限必須考慮到TCP在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)下的特殊表現(xiàn)由于TCP協(xié)議行為不是我們應(yīng)用層可以控制(特別是移動(dòng)終端的行為)所以我們只能了解TCP在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的局限性,并在應(yīng)用層面規(guī)避之了解移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的規(guī)范,盡量使自己的應(yīng)用符合各類設(shè)備規(guī)范的交集(最小集合),以最大限度提升兼容性這是一個(gè)長(zhǎng)期的,逐步調(diào)整,積累的過(guò)程2G,2.5G,3G,4G等的本質(zhì)區(qū)別分析帶寬是關(guān)鍵區(qū)別主要在空口,核心網(wǎng)絡(luò)側(cè)變動(dòng)不大其他無(wú)線通信技術(shù)藍(lán)牙WIFIZigBeeWiMax(也是3G標(biāo)準(zhǔn)之一)WiGig…距離頻率功率帶寬

適用范圍三:衛(wèi)星通信部分衛(wèi)星通信原理通常把高度在500千米以下的航天器軌道稱為低軌道，500千米~2000千米高的軌道稱為中軌道。記住幾個(gè)常量:光速

同步軌道高度第一宇宙速度30萬(wàn)KM/S 3.6萬(wàn)KM 7.9KM/S低軌,高軌眾所周知三顆靜止軌道（GEO:GeostationaryEarthOrbit）衛(wèi)星即可基本實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)無(wú)