第2章 网络工程设计分析与规划 教案.docx

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第2章网络工程设计分析与规划教案

苏州市职业大学

网络工程设计

课程教案

单位计算机工程系

姓名刘昭斌

课程名称网络工程设计

授课班级09网络技术1、2、班

2009-2010学年第二学期

第四课

课程名称

第2章网络工程设计分析与规划

学时

2

课程内容

计算机网络工程中所涉及到的工作内容、工作流程和网络设计的任务与用户需求分析诸多知识，包括需求、管理、安全性、规模、结构、互联、扩展性分析。

教

学

目

的

培养学生掌握网络工程规划和设计的任务、用户网络应用目标分析和网络设计的需求分析的基本技能，包括规划用户网络的规模、网络系统的分层结构、网络资源平台及网络安全以及网络工程设计总体设计的思路。

了解网络技术指标与网络性能参数的意义。

能根据需要确定网络工程的目标、规模和结构。

教

材

分

析

重点

能根据网络用户的需求，确定客户有效完成工作所需的网络设计服务和性能水平，明确网络工程设计的目标和项目范围，规划出网络规模和网络拓扑结构。

难点

能根据需要确定网络工程的目标、规模和结构

教

学

方

法

讲授

教学手段

PPT演示教学

教学过程

2.1网络工程分析

2.2网络工程规划的目标与准则

2.5网络工程设计的技术指标

2.6网络工程设计方案综述

后记

网络工程分析与规划是当今网络工程技术人员不可或缺的必备专业技术，它是在掌握网络设计的任务与工作程序和理解网络工程设计的技术指标等基本概念的基础之上，根据用户需要确定网络工程的目标、规模和结构，包括拓扑结构规划、地址分配与聚合、冗余规划设计等方面的总体知识及技能重要基础。

第五课

课程名称

2.7、某地铁总公司网络工程设计方案案例（网络分析规划部分）

学时

2

课程内容

1案例项目分析

2网络工程设计方案

教

学

目

的

掌握网络工程设计方案设计过程

掌握网络建设方案包括网络结构规划、网络设备的总体要求及各类设备的技术要求，并根据用户的需求和网络结构规划做出网络配置方案。

教

材

分

析

重点

网络系统建设目标，网络工程设计需求分析

难点

网络结构规划

教

学

方

法

讲授

教学手段

案例分析与参考，方案讨论，对比。

教学过程

网络用户的需求分析与网络设计的需求分析是不同的概念，包括业务需求、管理需求分析、安全需求、网络规模与拓扑结构需求、与外部网络互联方案需求、网络扩展性。

以及网络建设工程的规范、质量以及客户的满意度。

后记

网络用户的需求分析与网络设计的需求分析是不同的概念，前者侧重网络需求分析

第六课

课程名称

某校园网网络工程设计分析与规划

学时

2

课程内容

通过分析校园网建设现状和用户需求，熟悉校园网网络工程建设的目标、设计的原则、项目建设指导方针、实现的功能以及项目技术要求。

掌握网络工程分析的方法和步骤，学会网络工程规划设计的一般方法，包括规划用户网络的规模、网络系统的分层结构、资源子网划分以及网络工程总体设计。

了解网络工程技术指标与网络性能参数的意义。

能根据需要确定网络工程建设的目标、规模和结构。

教

学

目

的

了解网络工程分析的方法；确定客户需求；使校园网网管中心与各分支机构的互联；提供快速的网络服务；设计低成本、低维护量的网络方案；建设安全可靠的Intranet；网络具有适应性和可扩展性；移动用户可接入校园网；

教

材

分

析

重点

掌握网络工程分析的方法和步骤，学会网络工程规划设计的一般方法，包括规划用户网络的规模、网络系统的分层结构、资源子网划分以及网络工程总体设计。

难点

网络具有适应性和可扩展性

教

学

方

法

实训

教学手段

模拟设计

教学过程

（1）根据要求，按照网络设计规范，进行网络工程设计方案的分析和初步设计

①现有网络分析

分析现有网络基本结构，主要检查网络拓扑结构、网络设备、布线情况、机房和设备间情况等，将分析结果用图表示出来。

②分析网络性能

分析网络可用性、分析网络利用率、分析延迟与响应时间，以及分析网络互连设备的状态。

③分析网络流量

分析流量来源，记录流量，分析流量类型及其特征，分析现有网络和未来网络的关系（注重可拓展性）。

（2）网络工程规划

通过带宽、容量、吞吐量、延时、利用率及响应时间等指标来描述网络的性能。

（3）网络拓扑结构规划设计

从层次化、核心层、汇聚层、接入层、冗余、模块化和网络安全的角度出发，进行网络拓扑结构的规划设计。

后记

有条件的话，在指导老师的带领下，进行有关校园网中心网络方案的绘制和设计

授课内容:

第2章网络工程设计分析与规划

教学提示：

本章的知识框架是在介绍计算机网络工程中所涉及到的工作内容、工作流程和网络设计的任务与用户需求分析诸多知识，包括需求、管理、安全性、规模、结构、互联、扩展性分析。

教学目标：

培养学生掌握网络工程规划和设计的任务、用户网络应用目标分析和网络设计的需求分析的基本技能，包括规划用户网络的规模、网络系统的分层结构、网络资源平台及网络安全以及网络工程设计总体设计的思路。

了解网络技术指标与网络性能参数的意义。

能根据需要确定网络工程的目标、规模和结构。

重点知识：

能根据网络用户的需求，确定客户有效完成工作所需的网络设计服务和性能水平，明确网络工程设计的目标和项目范围，规划出网络规模和网络拓扑结构。

网络工程分析与规划是当今网络工程技术人员不可或缺的必备专业技术，它是在掌握网络设计的任务与工作程序和理解网络工程设计的技术指标等基本概念的基础之上，根据用户需要确定网络工程的目标、规模和结构，包括拓扑结构规划、地址分配与聚合、冗余规划设计等方面的总体知识及技能重要基础。

在这一章中，我们主要介绍分析和规划用户网络的规模、网络系统的分层结构、网络资源平台及网络安全以及网络工程设计总体设计的思路。

2.1网络工程分析

网络工程分析是必不可少的，实施网络工程设计的首要工作就是要进行分析与规划。

深入细致的分析与规划是成功构建计算机网络的一半。

缺乏分析与规划的网络必然是失败的网络——稳定性、扩展性、安全性、可管理性没有保证。

网络工程分析的主要任务是要对以下指标给出尽可能准确的定量或定性分析和估计：

●业务的需求；

●网络的规模：

●网络的结构；

●网络管理需要：

●网络增长预测；

●网络安全要求；

●与外部网络的互联。

2.1.1网络需求分析

良好的需求分析有助于为后继工作建立起一个稳定的工作基础。

如果在设计先期没有就需求达成一致，加上在整个项目的开发过程中，需求将会不停地变化。

这些因素综合起来就可能会破坏项目计划和预算。

网络需求分析是在网络设计过程中用来获取和确定系统需求的方法。

在需求分析阶段，应确定客户有效完成工作所需建设的网络服务和性能水平。

网络需求指明必须实现的网络规格参数。

它描述了网络系统的行为、特性或属性，是在设计实现网络系统过程中对系统的约束。

需求分析是网络设计过程的基础。

遗憾的是，许多网络在设计过程中并没有投入足够的精力做需求分析。

一个重要的原因在于，需求分析是整个设计过程的难点。

为了搞清客户网络需求，需要与各方面的人员进行沟通，了解需要和所想学习，并需要学习必要的客户方业务知识。

其次是需求分析不能立即提供一个结果，它只是设计和建设网络的整体战略的一部分。

此外，由于现代网络系统通常采用系统集成方法进行设计，集成构件只能选取产品系列中的某些档次设备，而这些设备产品之间并不是连续的，有一定交叉和覆盖，看起来好像要求并不十分精确。

然而，正确的需求分析方法将使分析基础数据与网络客户需求一致，从而使网络设计结果与客户应用需求一致，否则会产生严重后果。

1、工作步骤

了解需求的主要步骤包括：

首先，从企业高层管理者开始收集商业需求；其次，收集客户群体需求；最后，收集支持客户和客户应用的网络需求。

2、需求分析的来源

明确了需求分析的重要性之后，首先要明确需求的来源。

一般的情况下，主要来源于如下几个方面：

（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。

2.1.2环境分析

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。

2.1.3业务需求分析

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通过业务需求分析要为以下方面提供决策依据：

（1）需实现或改进的企业网络功能有哪些?

（2）需要技术的企业应用有哪些

（3）需要电子邮件服务吗?

（4）需要web服务器吗?

（5）需要上网吗?

（6）需要什么样的数据共享模式

（7）需要多大的带宽范围

（8）需要网络升级吗?

等等。

2.1.4管理需求分析

网络管理包括两个方面：

（1）其—是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）其二是指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。

通常所说的阿管主要是指第二点，它在网络规模饺小、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。

尤其是网管政策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）选择哪个供应南的网管软件，是否有详细的评估

（5）选择哪个供应两的网络设备，其可管理性如何

（6）怎样跟踪和分析处理网管信息

（7）如何更新网管策略

等等。

2.1.5安全性需求分析

随着企业网络规模的扩大和开放程度的增加，网络安全的问题日益突出。

网络在为企业做出员献的同时，也为工业间谍和各种黑客提供了更加方便的入侵手段和途径。

早期一些没有考虑安全性的网络不但蒙受了巨额经济损失，而且使企业形象遭到无法弥补的破坏。

企业网络安全性分析要明确以下安全性需求：

（1）企业的敏感性数据及其分布情况

（2）网络用户的安全级别

（3）可能存在的安全漏洞

（4）网络设备的安全功能要求

（5）N络系统软件的安全评估

（6）应用系统的安全要求

（7）队火墙技术方案

（8）安全软件系统的评估

（9）网络遵循的安全规范和达到的安全级别，等等。

网络安全要达到的目标包括：

（1）网络访问的控制

（2）信息访问的控制

（3）信息传输的保护

（4）攻击的检测和反应

（5）偶然事故的防备

（6）事故恢复计划的制定

（7）物理安全的保扩

（8）灾难防备计划

2.1.6网络规模分析

确定网络的规模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4种：

（1）工作组成小型办公室局域网

（2）部门局域网

（3）骨干网络

（4）企业级网络

明确网络规模一个明显的好处是便于制定适合的方案，选购合适的设备。

确定网络的规模涉及以下方面的内容：

（1）哪些部门需要进入网络

（2）哪些资源需要上网

（3）有多少网络用户

（4）采用什么档次的设备

（5）网络及终端设备的数量

2.1.7网络拓扑结构分析

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，例如结构化综合布线工程设计与实施。

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

2.1.8外部联网分析

建网的目的就是要拉近人们的交流信息的距离。

电子商务、家庭办公、远程教育等Internet由于的迅速发展，使得网络互联成为企业建网一个必不可少的方面。

与外部网络的互联涉及以下方面的内容：

（1）是否与Internet联网

（2）用拨号上网还是租用专线

（3）带宽多少

（4）与专用网络连接吗?

（5）上网用户授权和计费

等等。

2.1.9网络扩展性分析

网络的扩展性有两层含义，其一是指新的部门能够简单地接入现有网络；其二是指新的应用能够无缝地在现有网络上运行。

可见，在规划网络时，不但要分析网络当前的技术指标，而且还要估计网络未来的增长，以满足新的需求，保证网络的稳定性，保护企业的投资。

扩展性分析要明确以下指标：

（1）企业需求的新增长点有哪些

（2）网络节点和布线的预留比率是多少

（3）哪些设备使于网络扩展

（4）带宽的增长估计

（5）主机设备的性能

（6）操作系统平台的性能

等等。

2.1.10网络通信平台分析

1、网络拓扑结构

网络的拓扑结构主要是指网络的物理拓扑结构，因为如今的局域网技术首选的是交换以太网技术。

采用以太网交换机，从物理连接看拓扑结构可以是星型、扩展星型或树型等结构，从逻辑连接看拓扑结构只能是总线结构。

对于大中型网络考虑链路传输的可靠性，可采用冗余结构。

确立网络的物理拓扑结构是整个网络方案规划的基础，物理拓扑结构的选择往往和地理环境分布、传输介质与距离、网络传输可靠性等因素紧密相关。

选择拓扑结构时，应该考虑的主要因素有以下几点。

2、主干网络（核心层）设计

主干网技术的选择，要根据以上需求分析中用户方网络规模大小、网上传输信息的种类和用户方可投入的资金等因素来考虑。

一般而言，主干网用来连接建筑群和服务器群，可能会容纳网络上50％～80％的信息流，是网络大动脉。

连接建筑群的主干网一般以光缆做传输介质，典型的主干网技术主要有100Mbbp-FX以太网、1000Mbps以太网、从ATM等。

从易用性、先进性和可扩展性的角度考虑，采用百兆、千兆以太网是目前局域网构建的流行做法。

主干网的重心是核心交换机（三层交换机或路由器）。

如果考虑提供较高的可用性，而且经费允许，主干网可采用双星型结构，即采用两台或三台同样的交换机，与汇聚层交换机分别连接，如图2-2所示。

双星型或三星型结构解决了单点故障失效问题，不仅抗毁性强，而且通过采用交换机的链路聚合技术，使核心交换机之间的网络宽带成倍增长。

图2-2某企业网络双星型物理拓扑结构图

汇聚层的存在与否，取决于网络规模的大小。

当建筑楼内信息点较多（比如大于22个点），超出一台交换机的端口密度，而不得不增加交换机扩充端口时，就需要有汇聚交换机。

交换机间如果采用级连方式，则将一组固定端口交换机上联到一台背板带宽和性能较好的汇聚交换机上，再由汇聚交换机上联到主干网的核心交换机。

如果采用多台交换机堆叠方式扩充端口密度，其中一台交换机上联，则网络中就只有接入层。

3、汇聚层和接入层设计

汇聚层的存在与否，取决于网络规模的大小。

当建筑楼内信息点较多（大于22个点），超出一台交换机的端口密度，而不得不增加交换机扩充端口时，就需要有汇聚交换机。

4、广域网连接与远程访问通信设计

由于布线系统费用和实现上的限制，对于零散的远程用户接入，利用PSTN电话网络进行远程拨号访问几乎是唯一经济、方便的选择。

5、无线网络设计

无线网络的出现就是为了解决有线网络无法克服的困难。

无线网络首先适用于很难布线的地方（比如受保护的建筑物、机场等）或者经常需要变动布线结构的地方（如展览馆等）。

学校也是一个很重要的应用领域，一个无线网络系统可以使教师、学生在校园内的任何地方接入网络。

另外，因为无线网络支持十几公里的区域，因此对于城市范围的网络接入也能适用，可以设想一个采用无线网络的ISP可以为一个城市的任何角落提供高达10Mbps的互联网接入。

6、网络通信设备选型

（1）网络通信设备选型原则

（2）核心交换机选择策略

2.1.11网络冗余分析

冗余分析强调设备的可靠性，即不允许设备有单点故障。

所谓单故障点是指其故障能导致隔离用户和服务的任意设备、设备上的接口或链接。

冗余提供备用链接以绕过那些故障点，冗余还提供安全的方法以防止服务丢失。

但是如果缺乏恰当的规划和实施，冗余的链接和连接点会削弱网络的层次性和降低网络的稳定性。

1、冗余链路与网状拓扑结构的选择

2、组件冗余

3、热交换组件

4、分层结构网络中规划冗余

5、路由的冗余

6、备份硬件

2.2网络工程规划的目标与准则

2.2.1网络规划目标

网络的建设关系到将来用户网络信息化水平和所开展业务的成败，因此在设计前掌握如何确立网络总体目标的方法，如何对主要设计原则进行选择和平衡，并排定其在方案设计中的优先级，对网络的设计和工程实施将具有指导性的意义。

网络规划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。

1、明确网络规划项目范围

决定网络规划的项目范围是网络设计的另一个重要步骤。

要明确是设计一个新网络还是修改现有的网络，是针对一个网段、一个（组）局域网、一个广域网，还是远程网络或一个完整的企业网。

设计一个全新、独立的网络的可能性非常小。

即使是为一座新建筑物或一个新的园区设计网络，或者用全新的网络技术来代替旧的网络，也必须考虑与Internet相连的问题。

在更多的情况下，需要考虑现有网络的升级问题，以及升级后与现有网络系统兼容的问题。

2、明确客户的网络应用

网络应用是网络存在的真正原因。

要使网络能发挥好作用，需要搞清客户的现有应用及新增加的应用。

要在客户的帮助下，

2.2.2网络规划准则

网络的规划除了应满足上述目标外，还应遵循以下的规划准则。

1、实用性原则

服务器设备和网络设备在技术性能逐步提升的同时，其价格却在逐年下降，不可能也没必要实现所谓“一步到位”。

所以，网络方案设计中应把握“够用”和“实用”原则，

网络系统应采用成熟可靠的技术和设备，达到实用、经济和有效的结果。

2、开放性原则

网络系统应采用开放的标准和技术，如TCP/IP协议、IEEE802系列标准等，其目的是：

有利于未来网络系统扩充；有利于在需要时与外部网络互通等。

3、高可用性/可靠性原则

对于证券、金融、铁路和民航等行业的网络系统，应确保很高的平均无故障时间和尽可能低的平均故障率。

在这些行业的网络方案设计中，高可用性和系统可靠性应优先考虑。

4、安全性原则

在企业网、政府行政办公网、国防军工部门内部网、电子商务网站以及VPN等网络方案设计中，应重点体现安全性原则，确保网络系统和数据的安全允许。

在社区网、城域网和校园网中，安全性的考虑相对较弱。

5、先进性原则

建设一个现代化的网络系统，应尽可能采用先进而成熟的技术，应在一段时间内保证其主流地位。

网络系统采用当前较先进的技术和设备，符合网络未来发展的潮流，但太新的技术会存在不成熟、标准不完备不统一、价格高、技术力量跟不上等问题。

6、易用性原则

整个网络系统必须易于管理、安装和使用。

网络系统具有良好的可管理性，并且在满足现有网络应用的同时，为以后的应用升级奠定基础。

网络系统还应具有很高的资源利用率。

7、可扩展性原则

网络总体设计不仅要考虑到近期目标，也要为网络的进一步发展留有扩展的余地，因此需要统一规划和设计。

2.3网络工程规划设计的一般方法

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。

在进行网络总体规划时，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，而规模较大的网络通常呈倒树状分层拓扑结构，通常包括三个层次，即主干网络（核心层）、分布层（汇聚层）和访问层（接入层）。

主干网络（核心层）连接服务器群、建筑群到网络中心，或在一个较大型建筑物内连接多个交换机。

管理间到网络中心设备间，用以连接信息点的线路及网络设备为访问层。

分布层和访问层又称为外围网络。

分层设计规划的好处是可有效地将全局通信问题分解考虑，就像软件工程中的结构化程序设计一样。

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：

●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。

●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，被收敛在高速的链接上；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、100BASE-FX、ATM和FDDI等。

从易用性、先进性和可扩展性的角度考虑，采用千兆以太网是目前大家通用的做法。

3、远程接入访问的设计

由于布线系统费用和实现上的限制，对于零散的远程用户接入，利用PSTN市话网络进行远程拨号访问是经济、简便的选择。

远程拨号访问需要规划远程访问服务器和Modem设备，并申请一组中继线（校园或企业内部有PABX电话交换机则最好）。

远程访问服务器（RAS）和Modem组的端口数目一一对应，一般按一个端口支持20个用户来配置。

2.3.3资源子网规划设计

1、服务器接入

服务器在网络中位置的好坏直接影响网络应用的效果和网络运行效率。

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，由网络中心管理维护，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，主要由部门管理维护，适宜放在部门子网中。

服务器是网络中信息流较集中的设备，其磁盘系统数据吞量大，传输速率也高，要求绝对的高带宽接入。

2、服务器子网连接方案

连接的两种方案：

一种是直接接入核心交换机，优点是直接利用核心交换机的高带宽，缺点是需要占用太多的核心交换机端口，使成本上升。

另一种是在两台核心交换机上外接一台专用服务器子网交换机，优点是可以分担宽带，减少核心交换机端口占用，可为服务器组提供充足的端口密度，缺点是容易形成带宽瓶颈，且存在单点故障。

2.4网络工程设计应用约束

除了分析需求目标和判断客户支持新应用的需求之外，由于应用约束对网络设计影响较大，也需要认真分析。

2.4.1政策约束

与网络客户讨论他们公司办公政策和技术发展路线是必要的，但尽量少发表自己的意见。

了解政策约束的目标是发现隐藏在项目后面可能导致项目失败的事务安排、持续的争论、偏见、利益关系或历史等因素。

特别要注意的是，已经进行过但没有成功的一个类似项目，应当做出明智的判断，看类似情况是否同样会在本项目过程中重演，是什么原因导致项目失败，如何才能保证不再出现类似的原因，如何能够得到较好的结果。

2.4.2预算约束

网络设计必须符合客户的预算。

网络设计的一个共同目标就是控制网络预算。

预算应包括设备采购、购买软件、维护和测试系统、培训工作人员以及设计和安装系统的费用等。

此外还应考虑信息费用及可能的外包费用。

2.4.3时间约束

网络设计项目的日程安排是需要考虑的另一个问题。

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