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计算机网络工程第2章分解_图文

计算机网络工程

Chapter 02

网络工程分析与规划

2.1 网络需求分析
2.1.1 需求分析的目的 2.1.2 需求分析的来源 2.1.3 需求分析的主要内容 2.1.4 需求分析的其它内容 2.1.5 了解原有网络 2.1.6 描述网络流量 2.1.7 输出客户需求规范文档

2.1 网络需求分析
2.1.1 需求分析的目的
需求分析对于任何网络项目的设计是一个必须的过 程,不管是对用户、集成商还是对厂商,充分了解双方的 情况,充分了解网络需求情况,都具有实际的意义。 通过与用户全面的沟通,可以刻画现有网络的特征, 也可以刻画新建网络的通信特征。通过这些分析,能进一 步决定双方的技术目标和约束。对集成商、厂商而言,能 进一步确定是不是能实现最终的商务目标,而对用户来讲, 则是确定面对的集成商和厂商是不是目标厂商。不管如何 操作,这所有的工作的目标双方都是一致的,即建设有针 对性的网络。

2.1.2 需求分析的来源
一般情况下,主要来源于以下几个方面: (1)决策者的建设思路; (2)用户技术人员细节描述; (3)用户能提供的各种资料; (4)宏观政策。

2.1.3 需求分析的主要内容
分析内容主要包括: 网络需求分析、网络规划与结构分析和网络扩展性分 析三个方面 。

1.网络需求分析:
包括环境分析、业务需求分析、管理需求分析、安全 需求分析。 ( 1 )环境分析是指对企业的信息环境基本情况的了解和掌 握,例如办公自动化情况,计算机和网络设备的数量配置 和分布、技术人员掌握专业知识和工程经验的状况,以及 地理环境(如建筑物)等等。通过环境分析可以对建网环 境有个初步的认识,便于后续工作的开展。

( 2 )业务需求分析的目标是明确企业的业务类型,应用 系统软件种类,以及它们对网络功能指标(如带宽,服务 质量QOS)的要求。业务需求是企业建网中首要的环节, 是进行网络规划与设计的基本依据。 ( 3 )网络的管理需求是企业建网不可或缺的方面,网络 是否按照设计目标提供稳定的服务主要依靠有效的网络管 理。“向管理要效益”也是网络工程的真理。网络管理包 括两个方面: (1) 人为制定的管理规定和策略,用于规范人员操作 网络的行为。 (2)网络管理员利用网络设备和网管软件提供的功能对 网络进行的操作。 通常所说的网管主要是指第二点,它在网络规模较小、 结构简单时,可以很好地完成网管职能。第一点随着现代 企业网络规模的日益扩大,逐渐显示出它的重要性,尤其 是网络策略的制定对网管的有效实施和保证网络高效运行 是至关重要的。

网络管理的需求分析要回答以下类似的问题:
(1)是否需要对网络进行远程管理。 (2)谁来负责网络管理。 (3)需要哪些管理功能。 (4)选择哪个供应商的网管软件,是否有详细的评估。 (5)选择哪个供应商的网络设备,其可管理性如何。 (6)怎样跟踪分析处理网管信息。 (7)如何更新网管策略。

(4)安全性设计是网络设计中极其重要的方面之一。 安全性设计的任务是分析威胁和开发需求,获取安全 性目标意味着要做出权衡。 安全性实现可能增加使用和运行网络的成本,严格的安 全性策略还会影响用户的生产率,甚至不得不因为保护资 源和数据而导致损失。安全性过差会导致用户想出绕过安 全性策略的方法,如果所有通信都必须全部通过加密设备, 那么安全性还会影响网络设计的冗余。 客户基本的安全性要求是保护资源,以防止其无法使用、 被盗用、或被修改、被破坏。资源包括网络主机、服务器、 用户系统、互连网络设备、系统和应用数据、以及公司形 象等。

需求分析的主要内容之
2.网络规划与结构分析 包括确定网络规划、拓扑结构分析、与外部网络互联 方案。 (1)确定网络的规划即明确网络建设的范围,这是通盘 考虑问题的前提。网络规模一般分为以下几种: 工作组或小型办公室局域网;部门局域网;骨干网络; 企业级网络等。 明确网络规模的最大好处是便于制定适合的方案,选 购合适的设备,提高网络的性能价格比。 确定网络规模涉及以下方面的内容: n 哪些部门需要进入网络。 n 哪些资源需要上网。 n 有多少网络用户。 n 采用什么档次的设备。 n 网络及网络终端的数量。

(2)网络拓扑结构受企业的地理环境制约,尤其是局域 网段的拓扑结构,它几乎与建筑物的结构一致。所以,网 络拓扑结构的规划要充分考虑企业的地理环境,以利于后 期工作的实施。 拓扑结构分析要明确以下指标: n网络的接入点数量 n网络的接入点的分布 n网络连接的转接点分布位置 n网络设备间的位置 n网络中各种连接的距离参数 n其它结构化布线系统中的基本指标 (3)与外部网络的互联涉及是否需要上网以及采用什么 技术上网等。

需求分析的主要内容之
3.网络扩展性分析 可扩展性有两层含义: (1)指新的部门能够简单接入现有网络; (2)指新的应用能够无缝地集成到现有的网络中来。 扩展性分析要明确以下指标: n企业需求的新增长点有哪些; n网络结点和布线的预留比率是多少; n哪些设备便于网络扩展; n带宽的增长估计; n主机设备的性能; n操作系统平台的性能。

2.1.4 需求分析的其它内容
1. 分析商业目标与商业约束
分析商业目标是非常重要的,我们需要掌握一些能把 网络设计提案与客户的商业目标匹配在一起的方法。 要标识商务约束,应主要进行下列工作: n了解此网络项目的预算和可利用的资源。 n接洽此网络项目的投资负责人及技术负责人的意图。 n记录下该项目的时间期限。

2. 网络可用性和可靠性
可用性是指网络可供用户使用的时间,它通常是网络 项目的一个非常重要的目标,可以用每年、每月、每周、 每天、每小时的网络运行时间与所对应时间段的全部时间 之比来表达。可用性还与可靠性有关,但却比可靠性具有 更明确的内涵(运行时间百分比)。

可靠性是指问题的多样性,包括精确度、错误率、稳 定性、无故障时间等。可靠性的另一个方面是灾难恢复。 灾难恢复计划包括将数据备份保存到一个不太可能被灾害 袭击的地方的过程,以及如果灾难影响了主要技术,切换 到备份技术的过程。

3.网络的性能约束
(1)网络性能定义: 如果网络设计客户不能量化它们的性能目标,设计者 可以对吞吐量、响应时间等做出假定;另一方面,若客户 对性能有明确的要求,如容量(带宽)、衡量、利用率、 最优利用率等,则设计者应按照客户要求定义网络性能。 (2)一组概念 容量:电路或网络传输数据的能力; 利用率:所能使用的全部可用容量的百分比; 最优利用率:网络饱和之前的最大平均利用率。

吞吐量:单位时间内节点之间(通常为秒)成功传送的无 差错数据的数量。 可提供负载:在某一特定时间,设备发送的所有网络节点 的所有数据的数量。 精确度:相对于全部通信,正确传送的有用的通信数量。 效率:产生一定数量的数据吞量所需努力的测量值。 延迟(等待时间):帧准备从一个节点传送到网络其他任 何节点之间的时间。 延迟变化量:平均延迟变化的时间量。 响应时间:网络服务请示和响应该请求之间的时间。

4.适应性
一个优秀的网络设计应该能适应新技术和新变化。变 化可能是以新协议、新商业活动、新财政目标、新立法、 以及其他无数可能的方式出现的。 灵活的网络设计还应能适应不断变化的通信模式和服 务质量(QoS)的要求。对一些客户来说,所选的广域网或 局域网技术一定要适应随机加入网络的新用户使用要求。 适应性的另一个方面是互连网络设备必须以多快的速 度适应出现的问题和进行升级。

2.1.5 了解原有网络
网络设计一个很重要的步骤就是检查客户原有的网络, 以便更好地判断如何满足网络可伸缩性、性能和可用性等 期望,对原有网络的检查包括了解拓扑结构和物理结构, 以及评估网络的性能等。 通过了解原有网络的结构、使用和表现,可以判断客 户的设计目标是否符合实际,记录任何瓶颈或性能问题, 并辨别那些由于端口数量或容量不足,以及不能满足新设 计的要求而需要被替换的网络互连设备。 要描述现有网络,需要进行下列工作: l 标识瓶颈。 l 确定预计的增长是否会引起问题。 l 考虑遗留系统必须与新的设计集成。

1 .收集管理数据 设计新的网络时,要考虑的一个重要因素就是要理解 客户原有网络是如何工作的,以及原有相关人员背景等。为 了获得这些资料,需要收集管理数据来确定可能影响网络设 计的网络商业目标、人员结构、地理结构、将来的人员调配 以及网络相关的策略与政策等等。

2 .收集技术数据 技术数据将有助于理解客户当前和计划中的网络应用, 也包括当前的协议、网络互联的设备和性能瓶颈。 主要内容包括: (1)原有网络结构特征及设备配置 (2)布线与介质特征 (3)原有网络特征

2.1.6 描述网络流量
决定客户需求时最困难的一点是要理解客户的协议是 如何运行的。了解网络的通信模式,有助于选择适当的逻 辑和物理网络设计方案,以满足客户的目标。 分析现有流量现状是系统分析方法中一个很重要的设 计步骤。以下方法来描述设计需求: 1.刻画通信流量特征 。 2.分析负载特征。 3 .了解网络协议特征 。 4 .网络服务质量QoS。

2.1.7 输出客户需求规范文档
要建立客户需求规范文档,应记录下客户的 需求和约束、现有网络的特征等。该规范的目的 是为客户和自己记录下原有网络、新网络的需求, 以及构建新网络的约束。

2.2 网络设计的目标与准则
需求分析完成后将产生正规的需求分析报告, 并与用户交互、修改,最终经过由用户方组织的 评审,并根据评审意见,形成最终的需求分析报 告。有了需求分析报告,网络系统方案设计阶段 就会从容得多,这个阶段包括确定网络总体目标、 网络方案设计原则以及网络总体设计、网络拓扑 结构、网络设备选型和网络安全设计等。这里我 们仅就网络总体目标及网络方案设计原则进行介 绍,其他内容将在后续章节中进行介绍。

2.2.1 网络设计目标
网络建设的总体目标要明确采用哪些网络技 术和网络标准,构筑一个满足哪些应用的多大规 模的网络。如果网络工程分期实施,应明确分期 工程的目标、建设内容、所需工程费用、时间和 进度计划等。 不同的网络用户其网络设计目标大相径庭, 除应用外,主要限制因素是投资规模。任何设计 都会有权衡和折衷,计算机网络设备性能越好, 技术越先进,成本就越高。

2.2.2 网络设计准则:
1 实用性原则,不是“一步到位” 。 2 开放性原则 。 3 高可用性/可靠性原则。 4 安全性原则。 5 先进性原则。 6 易用性原则。 7 可扩展性原则。

2.3分层网络设计的一般方法
分层网络设计: 一个大规模的网络系统通常被分为若干个较 小的部分,它们之间既相互独立又互相联系,这 种化整为零的网络设计方法就是分层网络设计。 分层网络设计是网络设计时常用的一种方法, 至于冗余设计法将在后续章节介绍。 在进行网络总体设计时,可把网络大体分为: 通信子网、资源子网。

2.3.1 分层网络设计概述
1.分层网络设计构成 网络拓扑结构的规划设计与网络规模密切相 关。从实际应用的角度来说,一个规模较小的星 形局域网没有主干网和外围网之分,规模较大的 网络通常呈倒树状分层拓扑结构。通常可分为三 个层次。即主干网(核心层)、分布层(汇聚层) 和访问层(接入层)。

2.拓扑设计原则 按照分层结构规划网络拓扑时,应遵守以下 两条基本原则:
(1)网络中因拓扑结构改变而受影响的区域应被限制 到最小程度。 (2)路由器(及其他网络设备)应传输尽量少的信息。

3.分层结构特点
流量从接入层流向核心层时,被收敛在高速链接上; 流量从核心层流向接入层时,被发散到低速链接上。因此 接入层路由器可以采用较小的设备,它们交换数据包需要 较少时间,具备了更强的执行网络策略的处理能力。

2.3.2 通信子网规划设计
1 .主干网络设计
主干网一般用来连接建筑群和服务器群,可能会容纳 网络上40 — 60%的信息流,是网络大动脉。 连接建筑群的主干网一般以光缆作为传输介质,典型 的主干网技术主要有千兆以太网,是目前大家通用的。 主干网的焦点是核心交换机(或路由器)。如果考虑 提供较高的可用性,而且经费允许,主干网可采用双星 (树)结构,即采用两台同样的交换机,与接入层/分布 层交换机分别连接。双星(树)结构解决了单点故障问题, 不仅抗毁坏性强,而且通过采用链路聚合技术(Port Trunking),可以允许每条冗余连接链路实现负载分担。

2 .访问层设计
访问层即直接连接信息点,使网络资源设备(PC等)接 入网络的部分。采用级连还是堆叠,要看网络信息流的特点。 堆叠体内能够有充足的带宽保证,适宜本地信息流密集、全 局信息负载相对较轻的情况;级连适宜于全网信息流较平均 的场合。 访问层的设计目标包括两个: (1)将流量馈入网络 为确保将接入层流量馈入网络,必须做到: n 接入层路由器所接收的链接数不要超出其分布层之间 允许的链接数; n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; n不要将接入层设备作为两个分布层路由器之间的连接 点。

(2)控制访问 由于接入层是用户接入网络的入口,所以也是黑客 入侵的门户。接入层常常用包过滤策略提供最基本的安 全性,保护局域网段免受网络内外的攻击。 基本的过滤策略有: n 严禁欺骗; n 严禁广播源; n 严禁直接的广播。

3 .远程接入访问的设计
由于布线系统和实现上的限制,对于零散的远程用 户接入,利用PSTN ( Public Switched Telephone Network ) 市话网络进行远程拨号访问是比较经济、简便的选择。

2.3.3 资源子网规划设计 1 .服务器接入
服务器一般分为两类: 一类是:为全网提供公共信息服务、文件服务和通信 服务,为园区网提供集中统一的数据库服务,有网络中心 管理维护,服务对象为网络全局,适宜放在网管中心。 另一类是部门业务和网络服务相结合,有部门管理维 护,适宜放在部门子网中。

2 .服务器子网连接方案
连接方案有两种: (1)直接接入核心交换机。 (2)两台核心交换机上外接一台专用服务器子网交换机。

2.4思考题
1.简述网络需求分析的目的。 2.网络需求分析的主要内容是什么? 3.网络需求分析中主要技术约束有哪些? 4.简述分层网络设计的特点及一般方法。


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