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需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 摘要 计算机技术、通信技术的飞速发展，推动了国民经济各行各业的快速发 展。邮政储蓄软件统一版本工程是提升中国邮政储蓄业务的市场竞争力和服务 水平，实现邮政金融计算机网络系统从量变到质变的基础工程，对网络的可靠 性、扩展性、通信延时提出了新的要求。 本文以邮政储蓄网络为实例，主要讨论了适用于金融行业的网络设计模型 和设计方法。 首先，作者在对甘肃邮政企业网络现状进行分析，对应用系统通信要求进 行统计与分析的基础上，提出了“需求驱动”的企业网络设汁模型( d e m a n d d f i v e l 3m o d e l ) ，将非通信企业i p 网络归结为“受限p 网络”。在实践过程 中，将d d m 与“受限d 网络”结合起来，设计了符合企业现状的网络架构和 路由规划，并在实施中得到验证，改造后的网络实际运行表现良好，性能优 良。 其次，根据网管系统的通信机制，分析了企业环境对网管系统的要求，提 出了网管系统关键参数的计算模型，并在实际应用中得到验证。 关键词 需求驱动模型( d d m ) ，受限i p 网络，网络优化，网管规模， 开放最 短路径优先( o s p f ) 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 a b s t r a c t t h eq u i c kd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yp r o m o t e st h eq u i c kd e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m yo na l l s i d e s t h ep r o j e c to f u n i t ys o f t w a r er e l e a s ef o rp o s t a ls a v i n gs y s t e mw i l l s u i tt h es t e po fi n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o n ，p r o m o t et h em a r k e tc o m p e t i t i v e p o w e r ，i m p r o v es e r v i c el e v e lo fc h i n e s ep o s t a ls a v i n gb u s i n e s sa n d a c c o m p l i s ht h eb a s i cp r o j e c ti np o s t a lf i n a n c i a ln e t w o r ks y s t e mf r o m q u a n t i t a t i v ec h a n g et oq u a l i t a t i v ec h a n g e i tw i l lr a i s ean e wd e m a n dt o t h er e l i a b i l i t y ，e x t e n s i o na n dd e l a yo ft h en e t w o r k t h ep a s s a g et a k e st h eg a n s up o s t a ls e r v i c ea sa ne x a m p l ea n d m a i n l yd i s c u s s e st h ed e s i g np a t t e r na n dm e t h o dw h i c ha r eu s e di nt h e e n t e r p r i s en e t w o r k f i r s to fa l l ，t h ew r i t e rp u t sf o r w a r dt h e “d e m a n d d r i v e nm o d e l ” d e s i g np a t t e r nb ya n a l y z i n gt h ee n t e r p r i s ec u r r e n ts i t u a t i o na n d a p p l i c a t i o ns y s t e mt ot h ed e m a n do fi n f o r m a t i o no fg a n s up o s t a ls e r v i c e ， w h i c hs u m m a r i e st h en o n i n f o r m a t i o ne n t e r p r i s ei pn e t w o r ka s “l i m i t e d i pn e t w o r k ”i nt h ea c t u a lp r o j e c t ，t h ew r i t e rc o m b i n e dd d mw i t h l i m i t e di pn e t w o r k ”a n dd e s i g n e dt h en e t w o r ks t r u c t u r ea n di m p l e m e n t o f p r o j e c ta c c o r d i n gt ot h ee n t e r p r i s ec u r r e n ts i t u a t i o n t h e yw e r ev e r i f i e d i nt h ep r o c e s so f t h ep r o j e c t t h eo p t i m i z e dn e t w o r kh a v eh i g h p e r f o r m a n c e n e x t ，t h ew r i t e ra n a l y z e dt h ed e m a n do fe n t e r p r i s ee n v i r o n m e n tt o t h en e t w o r ks y s t e m ，p u tf o r w a r dt h er e c k o n i n gp a t t e r no fc r u c i a l p a r a m e t e r i nt h en e t w o r ks y s t e ma c c o r d i n gt ot h ei n f o r m a t i o nd e m a n do f t h en e t w o r ks y s t e ma n dt h e yw e r ev e r i f i e di nt h ea c t u a la p p l i c a t i o n k e y w o r d s ： d e m a n d d r i v e nm o d e l ，l i m i t e di pn e t w o r k ，o p t i m i z a t i o no f n e t w o r kd e s i g n ，t h es i z eo f n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ( n m s ) ，o p e n s h o r t e s tp a t hf i r s t ( o s p f ) 1 i 原创性声明 警配3 7 8 5 本人郑重声明：本人所呈交的学位淦文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中j 、l 引用他人已经发表或束发表的成果、 数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，小包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 成果做卅重要贡献的个人和集体，均已在文巾以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：翌必日期；矿，p ，7 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及丰h 关的职务作品，知识产权归属兰州大 学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向 困家有关部门或机构送交论文的纸质舨和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人 授权兰州大学可以将本学位论文的仝部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论艾或 与浚沦文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密沦文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：孳华导师签名：日期：纠，7 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 一、绪论 1 1 课题背景 计算机技术、通信技术的飞速发展，推动了国民经济各行各业的快速发 展。在经济改革的浪潮中，作为国民经济支柱的国有企业，如何利用好新的发 展机遇有效提高核心竞争力，这将对整个国民经济发展产生重大影响。信息化 作为一个强有力的工具，被广泛的应用到各个行业企业中，从生产、销售到办 公，信息化几乎无所不在。 邮政作为一一个国有大型企业，在1 9 9 8 年邮政电信独立经营以后，信息化 建设力度逐年增大，资金投入逐年增加，所涉及的范围也越来越广，信息化程 度在快速提高。经过近1 0 年的信息化建设，大多数原来以人工处理为主的生产 作业系统已经由计算机完全代替或部分代替人工作业，企业信息化逐渐深入。 就甘肃邮政来说，截至2 0 0 2 年，计算机网络已经覆盖了全省1 4 个市州邮政局 和8 6 个县级邮政局，截至2 0 0 4 年，全省大部分生产机构和营业网点都已经纳 入邮政生产信息网的范围，几乎所有的业务数据均通过信息网进行数据处理或 数据交换，业务发展已经对信息化产生非常大的依赖性，尤其是计算机网络。 从1 9 9 6 年开始，甘肃邮政以邮政储蓄系统( 简称“绿卡”工程) 作为契 机，开始发展信息化的邮政生产网络。在1 9 9 6 年邮政储蓄系统上线初期，网络 接入了约8 0 个节点，形成了邮政信息化网络的雏形。其时网络节点较少，网络 规模较小，网络逻辑结构为星型结构，所有网络节点与核心节点通过x 2 5 数 据专线实现数据通信与网络计算，核心节点采用多条6 4 kx 2 5 线路，网点采用 96 k b p s 的x 2 5 线路通过p v c ( 永久虚电路) 与核心的一至两条x2 5 线路连 接，架设于该网络架构的应用呈现了典型的客户端- 月| l 务器一数据库三层结构的 特征。然而，随着业务的逐步发展，营业网点数量逐步增加，在1 9 9 9 年末时， 应用系统计算机的负载已经严重超出设计范围( 按照计算机应用系统的冗余设 计，实际容量不能大于设计容量的8 0 t 2 0 1 ，当时的系统负载已经达到9 0 以 上，大多数时间在1 0 0 状态) ，同时网络节点的增加导致网络负荷加重，綮 个系统已经到了必须进行升级扩容的地步。 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 为此，分营后的甘肃省邮政局启动了“绿卡二期工程”，从应用软件和主 机系统、网络系统等方面着手进行全面的系统扩容工程。由于网点的逐步增 加，网络节点数量由原来的8 0 个增) ；n n l 7 0 多个，原有的路由协议和一级星型网 络架构已经不能满足应用系统的要求。在二期改造过程中，采用了分级的星型 网络架构、静态路由和动态路由相结合的路由策略，动态路由协议采用了r i p 路由协议。 邮政储蓄系统工程启动的同时，在国家邮政局的统一安排下，各省邮政启 动了邮政综合计算机网工程( 简称“综合网”) 。其目的在于实现电子化支局 与所在中心局、中心局与中心局、以及生产部门与相关各级管理部门的联网， 形成全网信息资源最大程度的综合利用与共享。 按照工程设计，全国邮政综合网最终将覆盖到全国各级邮政生产和管理部 门。其网点要覆盖到邮政总局、3 1 个省( 区、市) 管理局、2 3 6 个邮区中心 局、全部电子化支局及各邮区中的地、市、县局。邮政综合网网络包括广域网 与局域网，网络通信统一采用t c p l l p 协议。广域网的组织采用互相衔接的三层 网络结构：省际网、省内网和邮区网。在网络中，根据邮政业务和管理特点设 置全国邮政信息中心、省邮政信息中，i i 、邮区邮政信息中心及基础接入节点等 四级作为入网节点。 ( 1 ) 省际网由全国中- t l , 节点和3 1 个省中心节点组成。在省际网中设置全国中 心和北京、上海、广卅i 、沈阳、西安、成都、武汉等七个省中心作为枢纽节 ，片 _ o ( 2 ) 省内网由省中，i i , 节点和本省其他各中心局所在城市的邮区中心组成。 ( 3 ) 邮区网由邮区中心节点与本邮区所辖的县局、电子化支局等基础接入节 点组成。 邮政综合网广域网的数据通信平台是在租用电信部门的公用数据通信网传 输线路基础上建设邮政专用通信传输网。这个专用通信网是一个采用a t m 和 i p 技术【1 7 】，疏通中国邮政未来大部分信息的综合、统一的传送平台。其传送的 信息类别目前以数据业务为主，兼顾语音、视频等通信业务。将来随着网络的 扩大和技术的进步，逐步将国家邮政系统的公用语音和视频业务全部收容进 来。“综合网”省内网络结构采用邮区信息中心汇接方式，全省建有一个省信 息中心、六个邮区信息中心( 酒泉、武威、张掖、天水、平凉、庆阳，也称 2 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 “三级局”) 、七个非邮区信息中心( 嘉峪关、金昌、白银、定西、甘南、临 夏、陇南，也称“非三级局”) 。非三级局网络节点通过地理位置或管理级别 最近的三级局进行网络汇接。 1 2 固晤的阚题 由于各种原因，同属于邮政的两个全国性网络在建设过程中各自组网，自 成一体。综合网在骨干网( 7 个省际节点和全国中心节点) 和省际网采用p o v e ra t m l l 7 1 的技术组网。邮政储蓄金融网省际网在建设过程中采用了星型结 构，困家中心节点在网络层与各省中心节点通过x 2 5 专线进行连接，在应用层 对各省的交易数据进行处理和存储转发。在省内，综合网和绿卡网各自独立运 行。随着邮政内部业务系统的逐步信息化，各应用系统之间数据交换的需求逐 渐增加，很多系统之间需要实时数据交换( 如1 1 1 8 5 和储蓄系统等) ，网络与应 用的关系过于紧密，这样的网络结构造成了维护工作量大，对各级维护人员的 数量、技术水平要求较高，网络维护难度很大。具体体现在以下各方面： 1 、综合网网络层次较多，结构复杂，网络带宽较小，电子汇兑系统数据交 换速度缓慢； 2 、绿卡网和综合网由于网络结构层次不同，两网相互独立运行，网络资源 和设备无法充分复用； 3 、市地州局以下的网络连接基本上采用x 2 5 线路，由于信息技术的发展 以及x 2 5 设备的老化，通信服务提供商已不再扩容x 2 5 网络的规模，其线路 稳定性、服务质量、服务效率逐渐下降，x 2 5 线路出现故障后维护困难，故 障排除时限长，对业务影响大； 4 、由于x 2 5 线路自身的多通道特性( v c 特性【3 l 5 1 9 l o 】) ，网络存在不安全 因素； 5 、综合网网络层次结构复杂，网络接入点多，容易产生网络安全隐患； 6 、随着邮政业务的发展，现有网络在带宽和可靠性以及可扩展性上已经无 法满足多种业务系统的接入需求； 7 、由于网络带宽小，网管系统难以实施。 3 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的麻用 1 3 解决蠲题韵意义 在2 0 0 4 年，由于大量的新增网点，以及其他业务系统的上线运行，网络带 宽以及网络的接入能力受到前所未有的压力。为保证储蓄网络的稳定运行，只 能采取保持网络规模，限定大数据传输需求业务的办理时问等办法，喇络的性 能已经严重的限制了业务发展。由于带宽、网络相互分离等方面的因素，一个 新的邮政网点从申请入网到丌始营业往往需要个月甚至更k = 的时涮，些时 效性强的业务往往无法利用最快捷的计算机网络手段进行数据处理，只能利用 传真、电话等传统手段进行应急处理，网络所带来的优势荡然无存。如伺才能 为业务发展提供一个稳定、便于接入的平台，这个问题是邮政网络必须解决 的。如何解决? 那就是将现有网络进行改造，依据新 1 勺技术条件，设计一套接 入迅速、结构合理、易于管理，安全可靠的网络方案，并在生产不受大影响的 情况下，从旧网络平滑过渡到新网络。 1 4论文i 馋主要内容及章节安排 本文在全面分析现有情况的基础上，提出了“需求驱动”的网络设计模 型，根据邮政企业的特点，提出了“受限p 网络”的设汁概念，设计了甘肃邮 政信息网络优化方案，并组织实施了该优化方案。整个网络优化工作从需求分 析、方案设计、方案测试到实施完成历时6 个月，改造网点5 0 0 多个。 伞文共分为五个部分，第一章绪论，主要介绍了开展本论文的背景及意 义：第二章介绍了o s p f 路由协议的t 作原理及工作过程，阐述了常用的 h s r p 、e i g r p 等网络协议，对网管系统进行了基础性的描述；第三章论述了 “需求驱动”的网络设计模型和“受限的i p 网络设计”设计概念，并结台实 际，设计了符合企业特点的网络方案，提出了网管系统关键参数( 轮询间隔) 的计算模型；第四章对网络方案进行了关键技术抽取并搭建模拟环境测试，验 证了网络方案的技术可行性，测试了网络方案可靠性，结合实际情况，将网络 设计方案与“受限口网络”的设计概念结合，提出了工程实施方案，并付诸实 施；第五章从网络性能和经济效益两个方面分析了网络优化方案；第六章为结 施；第五章从网络性能和经济效益两个方面分析了网络优化方案；第六章为结 论。 4 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 二、网络设计技术基础 2 。1o s p f 原理及特性 o s p fc o p e l l _ s h o r t e s tp a t hf i r s t ) 是一个成熟的标准的适用于大型网络的路 由协议。其路出算法是基于计算机图论中最短路径算法发展而来的。 2 1 1 动态路由协议简介 动态路由协议是约定如何从网络节点及链路状态的变化而产生路由信息的 一整套规定与算法集合。路由是网络节点在数据包发送之前进行路径选择的依 据。动态路由协议是网络设备( 路由器等) 学习网络中拓扑信息的方法之一， 这些协议使路由器能动态地随着网络拓扑中产生( 如某些路径的失效或新路由的 产生等) 的变化，更新其保存的路由表，使网络中的路由器在较短的时间内，无 需人工介入自动地维持一致的路由信息，使整个网络达到路由收敛【1 】状态。 路由器学习路由信息、生成并维护路由表的方法包括直连路由( c o n n e e t ) 、 静态路由( s t a t i c ) 和动态路由( d y n a m i c ) 【1 l 。南连路由是由链路层协议( 物理链路 的状态) 发现的，般指去往路由器的接口地址所在网段的路径，该路径信息 不需要网络管理员维护，也不需要路由器通过某种算法进行计算获得，只要该 接口处于活动状态( a c t i v c ) 【1 】，路由器就会把通向该网段的路由信息填写到路由 表中去，直连路由无法使路由器获取与其不直接相连的路由信息。静态路由是 由网络规划者根据网络拓扑，使用命令在路由器上配置的路由信息，这些静态 路由信息指导报文发送，静态路由方式也不需要路由器进行计算，但是它完全 依赖于网络规划者，当网络规模较大或网络拓扑经常发生改变时，网络管理员 需要做的工作将会非常复杂并且容易产生错误。而动态路由的方式使路由器能 够按照特定的算法自动计算新的路由信息，适应网络拓扑结构的变化。 2 1 2 动态路由协议的分类 按照区域( 指自治系统) ，动态路由协议可分为内部网关协议i g p ( i n t e r i o r g a t e w a yp m t o c 0 1 ) 和外部网关协议e g p ( e x t e r i o rg a t e w a yp r o t o c 0 1 ) i ”，按照所执行 5 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 的算法，动态路由协议可分为距离向量路由协议( d i s t a n c ev e c t o r ) 、链路状态路 由协议( l i n ks t a t e ) ，以及一些网络公司开发的混合型路由协议( 其中以c i , c o 居 多) u 1 ，如图1 所示。 动 态 路 由 协 议 脚墨蔓 f 鼢 e g 班外部网关协议 1 b g p 2 1 3 最短路径算法 现实生活中的网络节点以及网络结构都可以抽象为一个带权无向图 1 3 】或者 具有某种特殊限制的带权有向图【1 3 】，使用图论理论可对问题进行求解。在错综 复杂的网络环境下，最优路径的计算速度决定了路由协议在全网的收敛速度。 根据o s p f 路由协议的定义】，最优路径即为最短路径，即权值最小的路径， 也就是实际网络状况下综合带宽、网络延时等多项因素。 与“向量一距离”算法相对，o s p f 使用的路由算法叫作“链路一状态”n 1 ( 1 i n k s t a t e ) 算法，又叫最短路径优先或s p f ( s h o r t e s tp a t hf i r s t ) 算法 】。s p f 算法是荷兰计算机学家d i j k s t r a 发明的，其思想基础是“最短路径的每 一个部分都应是最短的” h i 。 按照s p f 算法的要求，节点路由表依赖于一张表示整个网络中节点与网络 拓扑结构的图。在这张图中，顶点表示节点，边表示连接节点的网络 ( 1 i n k ) ，我们称之为l s 图( 即链路状态数据库) 。在信息致的情况_ f ( 往往是网络收敛后的情况) ，所有节点的l s 图应该是完全相同的。各节点 的路由表是根据相同的l s 图计算出来的。l s 算法包括三个步骤： ( 1 ) 各个节点主动测试与所有相邻节点之间的状态。为此，节点周期性地 6 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 向相邻节点发出h e l l o 报文，询问相邻节点是否能够访问。假如相邻节点做出 反应，说明链接为“开”( u p ) ，否则为“关”( d o w n ) ，链接一状态的取名即出 于此。 ( 2 ) 各节点周期性地广播其l s 信息。这里的“广播”是真正意义的广 播，不象v d 算法那样只向相邻节点发送v d 报文，而是向所有参加s p f 算 法的节点发送l s 报文。 ( 3 ) 节点收到l s 报文后，利用它所包含的信息刷新网络拓扑图，将相 应链接改为“开”或“关”状态。假如l s 发生变化，节点立即利用最短路径 算法，根据i 。一s 图重新计算本地路径。 在实际应用中有好几种最短路径选择算法，大多数是以a 算法( a l g o r i t h m a ) 为基础。该算法已作为互连网络s p f 协议的模型，并且多年来被用于优化 网络设计和网络的拓扑结构。各节点用自己拥有的统一的描述自治系统拓扑结 构的数据库，以自己为根，建立一个路径选择的路由表。在图2 中，节点a 是 源节点，节点j 是目的节点。其具体的步骤如下： ( 1 ) 在图2 中，网络中的每条路径有一个权值，该权值是根据某一标准 ( 如考虑距离、时延、队列长度等) 得出的； ( 2 ) 为每个节点标上一条已知路径从源端到该节点需要的最小代价。最初 不知道任何路径，所以每个节点的标号为无穷大； ( 3 ) 为每个节点检测它周围有哪些相邻的节点，源节点是第一个被考虑的 节点，并且变为t 作节点； ( 4 ) 为工作节点的每个相邻的节点分配一个最小代价标号。如果发现一条 从该节点到源节点的更短的路径，则修改标号。在o s p f 中，当链路状态报文广 播到所有其他节点时，会发生这种情况( 即因发现更短的路径而修改标号) ； ( 5 ) 在给相邻节点分配了标号以后，检测网络中的其他节点，如果某个已 分配了标号的节点拥有较小的标号值，则它的标号变为永久标号，该节点变为 ， ：作节点； ( 6 ) 如果某节点的标号与到它的某个相邻节点路径上的权值之和小于该相 7 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 邻节点的标号，则改变该相邻节点的标号( 因为发现了一条更短的路径) ： ( 7 ) 选择另一个工作节点，重复上述过程直到穷尽所有的可能。最后的每 个节点的标号就给出了源节点和目的节点之间的一条端到端的代价最低的路 径。 ( 7 ，d 1 图2a 算法的应用 经过了上面的计算可以形成图3 所示的路由选择拓扑图( 即最短距离树 ，又称最优树、s p f 树m 】) ： ( 4 )( 8 ) 图3 路由器a 的路由选择拓扑图 2 2o s p fi 作流程 当运行o s p f 路由协议的路由器在网络上启动时，o s p f 整体工作流程如图 4 所示。 8 涤旷b圆 9 o 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 h e u o 数据匍l 发送 交 口日 耋 收到h e l l o 包响应 眄鬲习 降择d r 、b d r f 戎$ j j l h 。申 e x s t a r t i d r 、b d r 数据库描 l路, i t 隧数据包交换开始 e x c j 竺叫计t ；r l 隧路状态请求 算 l o 幻a d i n g 使用s p f 算 法计算可用 隘数据库同步li l上 路由表 if u l l 图4o s p f 路由器状态转换图 2 2 1 交换过程 o s p f 启动的第一个阶段是使用h e l l o 协议的交换过程。因为o s p f 路由依 赖于两台路由器之间链路的状态，所以相邻路由器必须在共享信息之前能够在 网络上彼此认识，这个过程是由h e l l o 协议完成。h e l l o 协议负责建立和维护邻 居关系，它确保在邻居间的通信是双向的，即路由器能看到它自己被列在它从 邻居那里接收来的h e l l o 数据包中。 h e l l o 数据包通过l p 多播地址2 2 4 0 0 5 定期的从参与o s p f 的路由器各接 u 发送出去【2 1 。 此时，h e l l o 包中所包含的数据信息如下： 路由器i d 9 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 h e l l o 间隔和d e a di n t e r v a l ( d o w n 机判定间隔) 邻居 区域i d 路由器优先级 d r 和b d r 2 i 1 1 l 【12 】的i p 地址 认证口令 末节区域标志 此时，路由器状态为“i n i t ” 1 1 】。当路由器收到相邻路由器发送的单点传 送回复h e l l o 数据包后，将所有接收的邻居关系路由器添加到自己的相邻关系数 据库中，同时路由器状念改变为“t w o w a y ”1 1 1 愀态。此后，路由器通过d r 选 择规则竞选d r 和b d r 。d r 选择规则如下：1 1 】【1 2 】 具有相邻关系的路由器可以竞选d r 和b d r 有最高优先级值的路由器成为d r 有第二高优先级的路由器成为b d r 接口o s p f 优先级缺省值为1 。优先级相同的情况下，路由器标识( r o u t e r i d ) 最大的路由器将成为d r ，第二大的路由器将成为b d r 。通常情况下 r o u t e r i d 为活跃接口上最高伊地址，为防止接口状态变化引起的r o u t e r l d 的 变化，通常采用的方法是创建一个l o o p b a e k 接口，其在路由器开机的情况下不 会因为端口状态的变化而变化，按照r o u t e r i d 产生的规则，可以得到一个稳定 的r o u t e r i d 。 优先级设置为0 的路由器不能作为d r 或b d r 。不是d r 或b d r 的路由器也 被称为“d r o t h e r ”( 非d r ) 。这一规定对于o s p f 网络规划非常有用，常用来 规避复杂的网络环境下d r 竞选的异常。 如果有一台优先级更高的路由器被添加到网络中，原来的d r 和b d r 保持不 变。d r 或b d r 只要在路由器失效时才会重新竞选。 2 2 2 路由计算 在选出d r 和b d r 后，路由器被认为处于“准启动( e x s t a r t ) ” 1 1 l 状态， 已经准备好发现有关网络的链路状态信息，以及生成链路状态数据库。用来发 现网络路由的这个过程被称为交换协议。交换协议的运行将使路由器达到 1 0 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 f u l l 1 状态。该协议的第一步是让d r $ 1 1b d r 建立起与其他各路由器的邻 接关系。当邻接路由器处于“f u l l ”状态时，交换协议终止，除非“f u l l ，状态 发生变化，即路由需要重新计算时。 2 2 3 选择路由 在链路状态数据库达到一致后，每个路由器单独运行s p f 算法( d i j k s t r a 算 法) ，以链路状态数据库所描述的拓扑为基础，计算以本路由器为根节点，到 任何节点的最短路径以及下一跳信息。由于在一个a s 内部，所有路由器的链 路状态数据库已经同步，故不同路由器计算所得的最短路径将保持一致，从而 得到最佳的域内路由。 2 2 4 路由信息更新 在o s p f 环境下，当已经达到同步的链路状态数据库发生变化时，路由器 通过扩散过程，通过链路状态更新数据包，将发生的变化通知给网络中其他路 由器。步骤如下：【1 2 】 步骤l ：路由器发现本地链路状态变化后，将含有更新过的l s a 条目的 l s u 多目组播到2 2 4 0 0 6 。该地址代表所有o s p fd r 和b d r 。 步骤2 ：d r 对收到的l s u 进行确认后，通过2 2 4 0 0 ，5 将其扩散到网络上 的其他路由器。 步骤3 ：如果某个路由器还连接在另一个网络上，它通过向其d r 或邻接路 由器的方式进行l s u 的扩散。具体情况与网络类型相关。 步骤4 ：在接收到l s u 时，路由器将更新其链路状态数据库，并根据新的 数据库运行s p f 算法重新计算路由表。在新路由表生效之前，原有路由表将持 续- d , 段时问，以防止链路状态的反复改变造成影响。 2 3v r r p n 技术 2 3 1v r r p 技术产生背景 先考虑传统的坤主机数据发送时的路由选择方式。如果不考虑i c m p 重定 向【1 2 1 的因素，则存在以下几种方式： 1 、缺省路由 需求驱动模型及其在邮政信息 i ) 9 络优化中的应用 最简单最常用的方法，如果缺省网关网络设备出现故障( 缺省网关i p 无效) ，即使该主机所在局域网内存在其他可用的路由器，主机也无法与其 他非局域网设备通讯。i c m p 重定向是在第一次路由成功的基础上实现的一 种路由重定向技术。在缺省路由失效的情况下，i c m p 无法正常作用。 2 、代理a r p 1 2 1 由一个特定设备负责对所有的局域网a r p 请求进行响应。但是很多主机 自身a r p 表超时设置很长，除非人工参与刷新动作或a r p 代理设备定期进行 a r p 广播，否则很难在较短时间内实现m a c 更替。根据t c p i p 的协议设 计，数据包的最外层使用链路层协议将m a c 地址进行封装后传输，如果网 关设备不可用，则在a r p 表超时之前主机仍然发送数据到a r p 中的m a c 地 址，数据发送失败。 3 、采用i c m pr o u t e rd i s c o v e rp r o t o c o l ( r r d p ) 1 2 】 大多数的通用操作系统不支持该协议，尤其是广泛应用于金融系统的 s c ou n i x 等操作系统。 4 、r i p 或o s p f 等动态路由协议 虽然部分主机对r i p 或o s p f 等动态路由协议支持，但其对这些路由协 议的支持程度不够，尤其是不具备路由管理以及汇聚等路由器特有的性质， 而且也不符合模块化设计的思想，系统耦合度过高。 上述方法中，1 ，2 均可能导致主机在一段时间内成为“孤岛”，即由于缺 省网关无效的情况下，即使还存在其他可能的路径，主机也无法实现正确的数 据发送。3 ，4 可以解决“孤岛”问题，但是支持该方法或协议的主机太少。 有一种方法可以很好解决此问题，就是v r r p 【1 刮( v i r t u a lr o u t e r r e d u n d a n c vp r o t o c 0 1 ) ，与此类似的有h s r p 1 2 】( h o ts t a n d b yr o u t e rp r o t o c 0 1 ) 或g l b p 2 2 】( g a t e w a yl o a db a l a n c i n gp r o t o c 0 1 ) 。 2 3 2v r r p 概述 v r r p 技术是一种为提供可靠的路由网关而发明的路由技术。在多台路由 设备之间指定一个统一的路由网关，在同一时刻只有唯一的路由设备承担网关 i p ，其他路由设备随时按照既定的优先级排队，当当前网关设备出现故障时， 顺次替代承担网关口，这样可以提高缺省网关的稳定性。 1 2 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 图5v r r p 技术原理 2 4网管系统基础 i s o 将网络管理划分为5 个主要部分，即f c a p s1 9 2 1 】，它们分别是：故障 管理( f a u l t ) 、配置管理( c o n f i g u r a t i o n ) 、计费管理( a c c o u n t i n g ) 、性能管理 ( p e r f o r m a n c e ) 和l 安全管理( s e c u r i t y ) ，这些管理功能通过具体的网络管理系统来 实现。网络管理系统的概念模型主要由管理者、管理代理和被管对象等实体及 其相互作用组成，根据这些实体的功能及其相互作用的方式的不同主要可分为 基于s n m p 的网络管理系统和基于c m i p 的网络管理系统。 基于s n m p 的网络管理系统是由i e t f 提出并广泛应用于i n t e m e t ，它的主 要标准由一系列r f c 组成，其特点为面向功能、集中控制、协议简单和支持广 泛。 基于c m i p 的网络管理系统由i s o 提出并被i t u t 的t m n 23 1 ( t m n ，即 电信管理网，t e l e c o m m u n i c a t i o n s m a n a g e m e n t n e t w o r k 吲) 所采用，它的主要 标准由i s 0 9 5 9 5 9 5 9 6 及i t u tm 3 0 0 0 系列建议组成，其特点为面向对象、分 布控制、协议复杂和支持较少。 网络管理系统的发展趋势是在t m n 框架下结合s n m p 和c m l p 的优点向 层次化、集成化、w e b 化和智能化发展。由于t m n 的建议t f 在完善之中，火 部分i n t e r n e t 网上设备如路由器、局域网交换机和各种服务器等尚不支持 q 3 接口，因此在甘肃邮政信息网中，采用基于s n m p 的网络管理系统是较好 的选择。 基于s n m p 的网络管理系统由网管系统工作站和被管设备组成。在被管设 备中又可分为网管代理和管理信息库m m ，管理信息库m i b 定义了网管系统 可以操作的管理信息项，它们的表示由管理信息结构s m i 定义，设备支持的 m i b 表示它可提供的最大管理信息，网管工作站通过网管代理实现对m i b 的操 1 3 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 作，主要操作为g e t 、g e t n e x t 、s e t 和t r a p 及其响应，操作通过基于u d p 之e 的s n m p 协议在网管工作站和网管代理之间传递，从而实现网络管理的f c a p s 五项功能。 1 4 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 三、网络优化方案设计 3 1 设计g 标 本次网络改造工程是在现有的生产网络上进行的，为保证业务不中断，同 时保证改造后的网络在一个比较长的时期内能满足适应业务发展需求，应满足 如下目标： 1 、保证原有网络的可靠稳定运行； 2 、整合原有综合网和绿卡网网络资源，最大程度地利用原有的网络设备； 3 、改造后的网络能够提供灵活的接入机制及连通机制以适应业务发展的多 样性和多级性； 4 、改造后的网络具有较好的可拓展性； 5 、充分考虑网络整合后的安全性，满足各个业务系统对安全性的要求： 6 、结合业务系统的需求，综合考虑网络设备与终端设备的接入需求，充分 利用现有设备。 3 。2 设计原则 在网络系统设计中，应考虑如下原则：【2 0 】 2 1 1 ( 1 ) 规范化原则 网络设计符合有关规范规定，实现网络规范化。 ( 2 ) 开放性原则 选择符合开放性和国际标准化的产品和技术，实现系统的开放性。 ( 3 ) 扩展性原则 选择符合扩展性需求的产品和技术，使系统具有很好的可扩展性和灵活 性，既要满足现有的业务功能，又能满足系统功能拓展与系统互连扩展的需 求。 ( 4 ) 安全性、可靠性原则 系统必须具有高可靠性，在技术上，采用严格的安全措施，确保关键系统 的安全稳定运行。 1 5 需求驱动模型及其在邮政信息蚓络优化中的应用 ( 5 ) 先进性原则 严格依照系统工程的建设原则，采用科学的方法和先进的技术。 ( 6 ) 合理性原则 设计中充分考虑现有资源，改造中应保证业务的不问断运行，合理制定改 造方案。 ( 7 ) 币0 旧原贝0 方案设计和设备选型以尽量利用旧有设备节省投资为原则，系统可以根据 业务和技术发展的需要再升级。 3 3 1 省内骨干网拓扑分析 省中心与十三个市地州中心的广域网连接构成了整个省内骨干网。改造 前，省内骨干网连接示意图如下所示：( 图6 ) 储蓄最境网路结构 图6两网分离网络示意图 根据图论理论1 1 3 1 ，上述拓扑图可以转换为如下有向图表示：( 图7 ) 1 6 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 图7 两网分离有向图 图示：i 储蓄系统业务数据流；卜综合网系统业务数据流； 说明：a b 表示a 节点的数据流经过b 节点才能与c 1 或c 2 中心通信，o n b = c 1 或b = c 2 ，则表示a 节点直接与c 1 或c 2 中心通信，中间不通过其他路由器等用 户网络设备。 3 3 2 经济效益分析 为方便图示，不失一般性，设n 1 节点通过n 1 2 节点与c 2 中心连接，n 2 节点 通过n 3 节点与c 2 中心连接。其他各节点描述类似。 由图论理论，边数= 节点度数之和2 = 喜e d ( v i ) ，其r p d ( v i ) 为顶点v i 的度数。从图可知，各 顶点度数分别如下表1 ：( d 为出度，d + 为入度，d 为顶点度，v 为顶点集合) 表1 vn 1n 2n 3n 4n 5 n 6n 7n 8n 9n l on 1 1n 1 2n 1 3c lc 2 d 22 32232 22 223 21 3 1 0 d22222222222220o 一 d +0o1 oo 1oo0 oo 1o1 3l o 1 7 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 根据上表，n e = d ( v i ) 2 = 2 6 ，即在上述网络模型下，为实现1 3 个市州局汇接 百 中心分别与两个同址的数据中心实现数据通信与网络计算，需要2 6 条跨区数据 通信专线( d d n 等) ，线路使用效率最大为5 0 。如果采用线路热各的方法以 求提高网络的可靠性，线路使用效率将下降到2 5 以下，这意味着7 5 的线路 租费被浪费。作为长期营运的系统，通信专线费用的支出是一项较大的开支。 按照甘肃省电信线路租费标准，仅f 。域网5 2 条6 4 kd d n 的一年跨区间通信租费 为5 2 3 5 0 0 1 2 = 2 1 8 4 万元，其中7 5 即1 6 0 万左右的资金将被浪费。 3 4需求驱动模型( d e m a n d - d r i v e nm o d e l ) 3 4 1 目前企业网络设计现状 在信息化迅速发展的时代，企业对计算机网络的需求越来越大，但是没有 一套能根据企业自身特点和需求进行网络设计的指导办法。通行的做法是把网 络设计的任务交给网络设各生产商或代理商，由于技术人员对网络设计过程的 不了解，这种做法在一些行业企业中甚为流行。而网络设备生产商和代理商为 了更多的销售自己的产品，往往置企业的实际需求于不顾，想尽各种办法，常 常为客户推荐的网络方案造价非常高昂，但是在实际投入使用后，往往不能满 足企业的实际需求，或造成“杀鸡用牛刀”的局面，浪费了企业的资金。 3 4 2 需求驱动的设计模型 在企业网络设计中，网络设施的最终建设目的是为了更好的满足应用的通 信需求，所以需求将是决定网络设计的根本。以应用对通信的阶段性需求为出 发点，以o s i 七层模型或t c p i p 协议的四层模型圈圈【1 4 】【1 嗣为基础，通过分 析、设计、模拟测试、实施四个阶段，构建适合于企业自身特点，满足企业需 求，性能价格比较高的一套计算机网络，通过对建成网络的监控、测试等手段 来发现设计的不足或新的通信需求对网络的要求，不断完善网络的设计并实 施，周而复始。在本模型中，始终占主导位置的因素是企业的通信需求，只有 对需求的完全了解，才可能设计出适合企业情况的网络架构。下图描述了需求 推动的网络设计模型。 1 8 需求驱动模型及其在邮政信息网络优化中的应用 图8企业网络设计阶段不意图 3 。5“受限i p 网络”设计 企业网络与电信网络有很大的区别，电信网络的设计模式和设计理念往往 无法直接使用于企业网络中。电信网络的设 ：_ l 常常包括从物理线路的敷设到线 路交换设备的架设，从语音传输到多协议交换等范畴【2 1 】。而在现代企业网络 中，几乎所有的数据流，尤其是广一域网数据流均为口数据包【6 】，电信网在数据 交换过程中仅仅传递了电信号，i p 数据包的交换和处理均使用企业网络设备和 大型机、小型机等业务处理没备。最关键的是，因为通信线路等基础设施的因 素，企业毋网络设计将