山东大学《计算机网络设计》课件第1章 网络设计慨论

1、第1章 网络设计慨论主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第2页 共50页1.1 计算机网络概论网络设计的核心标准:ITU-T、IEEE、RFC系列。在数据通信网络设计中，ITU-T系列标准更接近于物理层地定义。IEEE 802系列标准则关注物理层和数据链路层。RFC系列标准则更加注重数据链路层以上的规范。主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第3页 共50页1.1 计算机网络慨论1.1.1 计算机网络定义计算机网络是利用通信设备、通信线路和通信协议，将分布在不同地点、功能独立的多台计算机互连起来，通过功能完善的网络软件，实现网络资源共享和信息传输的系统。计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物。计算机

2、网络是一种数据通信网络。但是，在信号传输过程中，既可以采用数字通信方式，也可以采用模拟通信方式。主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第4页 共50页1.1 计算机网络慨论1.1.2 计算机网络分类根据IEEE 802系列标准规定，计算机网络按照地理范围可以分为： 局域网（LAN） 城域网（MAN） 广域网（WAN） 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第5页 共50页1.1 计算机网络慨论主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第6页 共50页1.2 计算机网络系统集成1.2.1 系统集成的特点（1）系统集成的定义美国信息技术协会（ITAA）对系统集成（SI）的定义是： 根据一个复杂的信息系统或子系统地要求，

3、验明多种技术和产品，并建立一个完整的解决方案地过程。 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第7页 共50页1.2 计算机网络系统集成可以将“信息系统”分解为网络系统、硬件系统和软件系统三大部分. 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第8页 共50页1.2 计算机网络系统集成（2）系统集成的复杂性大型系统集成项目的复杂性体现在技术、成员、环境、约束四个方面，更加复杂地是它们之间往往互为依存关系。 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第9页 共50页1.2 计算机网络系统集成（3）多种技术和产品的集成系统集成不是选择最好产品和技术的简单行为，而是选择最适合用户需求和投资规模的产品和技术。硬件设备：不同产品的接

4、口兼容性。软件产品：不同软件之间数据格式的转换。网络系统：不同系统之间信号交换和路由。计算机网络工程的目的是建立一套满足用户需求、性能价格比较高、完整可行的计算机网络硬件和软件应用平台。 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第10页 共50页1.2 计算机网络系统集成1.2.2 网络工程的特点与要求 （1）网络工程的特点有非常明确的目标。有详细的规划或设计。有权威的依据，如各种标准。有完备的技术文档。有固定的责任人和完善的实施机构。失败的网络系统都存在着一个共同的问题，那就是忽视或根本就没有做网络系统的设计工作。主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第11页 共50页1.2 计算机网络系统集成（3）网络

5、工程对技术人员的要求所有网络专业技术人员都要全面了解通信原理、网络技术、网络协议、操作系统、设备原理、布线规范等基本知识。掌握一些常用工程软件的功能和使用方法，掌握一些常用硬件设备的功能、性能、安装和调试方法。 案例：项目过程中技术人员的主要工作主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第13页 共50页1.2 计算机网络系统集成（5）网络工程常用工具软件 软件名称网络操作系统软件说明Windows Server微软公司网络操作系统RedHat Linux红帽子公司网络操作系统FreeBSD美国伯克利分校UNIX操作系统SolarisSun公司UNIX网络操作系统AIXIBM公司UNIX操作系统IOS思

6、科公司网络设备操作系统VRP华为公司通用路由平台主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第14页 共50页1.2 计算机网络系统集成（5）网络工程常用工具软件 软件名称服务器软件说明IIS 微软公司Web服务器、FTP服务器 ISA Server 微软公司防火墙 Exchang Server 微软公司邮件服务器 Domino Notes IBM公司群件服务器 Sendmail Linux/UNIX下的邮件服务器 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第15页 共50页1.2 计算机网络系统集成（5）网络工程常用工具软件 软件名称设计和工程管理软件说明AutoCAD 网络拓扑图设计和布线设计 Visio 网络

7、拓扑图设计和布线设计VisualNet 综合布线设计与管理系统 Dreamweaver 网站设计工具 Project 网络工程进度规划 Excel 网络工程预算 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第16页 共50页1.2 计算机网络系统集成（5）网络工程常用工具软件 软件名称网络管理软件说明HP OpenView 拓扑图、性能分析、故障分析等 Ciscoworks 思科公司网络管理软件 MRTG 网络流量监控 BackupExec 综合完全备份 Boson NetSim 交换机、路由器模拟调试 Network Simulator 开源的网络模拟器 Sniffer Pro 网络协议分析器，数据包检

8、测分析 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第17页 共50页1.2 计算机网络系统集成1.2.3 网络系统集成的步骤系统规划：形成可行性论证报告。系统设计：形成网络系统总体设计方案。系统实施：实施计划、设备选型、综合布线等。系统验收：形成网络工程验收报告。 主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第18页 共50页1.3.1 标准的制定标准是一组规定的规则、条件或要求。标准往往以公开的文档进行表述。 （1）标准制定的目的网络工程使用的硬件、软件种类繁多，如果没有标准，会导致硬件设备之间的不兼容，或者一个应用程序不能与另一个软件进行数据交换。通过标准或规范，不同的生产厂商可以确保产品、生产过程以及产品服务

9、达到公认的规定品质。为了保护标准制定组织的利益。降低系统集成商和用户成本。 1.3 网络设计标准与规范主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第19页 共50页（2）标准制定中的利益群体标准的制定往往源于利益集团的需求，不同的利益集团往往会推出不同的标准。最典型的标准组织是ITU（国际电信联盟）和IEEE（电气与电子工程师协会）。ITU为联合国官方组织，它制定的标准更多的反映了各国电信运营商的利益。IEEE是世界上最大的民间工程师组织，它制定的标准反映了各个设备制造厂商和用户的利益。1.3 网络设计标准与规范主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第20页 共50页1.3.2 ITU-T关于通信网络的标准IT

10、U制定了许多通信和网络方面的标准，这些标准称为“建议”，标准分为很多系列，这些标准系列往往以英文字母AZ开头作为分类（如表1-3）。1.3 网络设计标准与规范主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第21页 共50页主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第22页 共50页1.3 网络设计标准与规范1.3.3 IEEE 802标准系列IEEE制定的关于LAN和MAN的标准内容如表1-4所示。标准名称标准内容标准状态IEEE 802.1局域网总体介绍和体系结构正常IEEE 802.2LLC逻辑链路控制已停止活动IEEE 802.3以太网系列规范正常IEEE 802.4令牌总线网技术规范（通用汽车公司推出）已停止

11、活动IEEE 802.5令牌环局域网技术规范（IBM公司推出）已淘汰IEEE 802.6分布式队列双总线规范（早期城域网）已淘汰主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第23页 共50页主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第24页 共50页1.3.4 RFC文档从1969年4月7日至2006年6月，IETF组织一共发布了4560篇RFC文档。RFC文档包含了因特网的所有重要标准。 但RFC所收录的文件并不都是正在使用或为大家所公认的标准，也有很大一部分只在某个局部领域被使用，或并没有被工程实践所采用。常用的RFC文档如表1-5所示。1.3 网络设计标准与规范主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第25页 共50

12、页主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第26页 共50页主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第27页 共50页网络的功能分层与各层通信协议的集合称为网络体系结构。网络体系结构是抽象的，而实现体系结构的是一些具体的硬件和软件。主要的网络体系结构有： OSI/RM（开放式系统互联参考模型） TCP/IP（传输控制协议/互联网协议模型） OGSA（开放式网格体系结构）等1.4 网络体系结构主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第28页 共50页1.4.1 OSI/RM网络体系结构1983年，ISO创建了计算机通信模型OSI/RM（开放系统互连参考模型）。OSI/RM只给出了计算机网络的一些原则性说明，并不是一个具

13、体的网络协议。OSI/RM参考模型有浓厚的通信背景和特色。如强调服务质量（QoS）、强调差错率的保证、只考虑了面向连接的服务等。由于OSI/RM比较复杂，而且许多设计过于理想，因而没有一个完全实现OSI/RM的实际网络系统。 1.4 网络体系结构 OSI/RM参考模型主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第30页 共50页1.4.2 TCP/IP网络体系结构TCP/IP协议是目前异种网络通信使用的唯一协议体系。TCP/IP协议已成为目前事实上的国际标准。TCP/IP协议分为：应用层、传输层、网络层、网络接口层4个层次。TCP/IP目前面临的主要问题有地址空间不足问题、QoS问题、安全问题等。 1.4

14、 网络体系结构主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第31页 共50页1.4 网络体系结构 TCP/IP参考模型主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第32页 共50页1.4.3 网格体系结构网格技术利用高速互联网，把分布在不同地理位置的计算机、数据库、存储器和软件等资源连成一个整体，实现全球范围的计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、设备资源等各种资源的全面共享。伊安福斯特提出的网格系统特点： 协调非集中资源。 使用标准、开放、通用的协议和界面。 得到较高的服务质量。1.4 网络体系结构主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第33页 共50页网格技术研究如何在计算机网络平台上，实现协同工

15、作与资源共享，而不是研究网络技术本身。网格不是因特网的替代技术，而是在因特网的基础上，提供附加的协议和服务。最集中的方式是集群，最分散的方式是网格。重要的网格体系结构有两个： 伊安福斯特（Ian Foster）提出的五层沙漏结构 IBM等公司提出的开放式网格服务结构（OGSA）。1.4 网络体系结构主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第34页 共50页（3）网格体系结构的五层沙漏模型五层沙漏结构的主要特点是简单。五层沙漏结构的基本思想是以“协议”为中心，但也十分强调与API（应用程序接口）和SDK（软件开发工具）的重要性。五层沙漏模型从底层开始分别为: 构造层、连接层、资源层、汇聚层、应用层。 1

16、.4 网络体系结构主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第35页 共50页沙漏形五层网格模型1.4 网络体系结构主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第36页 共50页补充：网格与电力网的比较主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第37页 共50页（5）网格技术存在的问题网格系统目前没有正式的标准，在核心技术上，GlobusToolkit已成为网格计算事实上的标准。网格资源动态分配问题。数据通过因特网时形成的延迟问题。目前因特网数据传输能力不足的问题。网上共享资源的产权问题等。1.4 网络体系结构主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第38页 共50页网络设计包括：逻辑设计、物理设计、软件配置和文档编制等工作 。1.

17、5.1 网络逻辑设计网络逻辑设计主要包括：用户需求分析结构设计性能设计（QoS）功能设计安全设计1.5 网络设计方法主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第39页 共50页可靠性设计网络软件规划网络管理设计等。1.5 网络设计方法主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第40页 共50页1.5.2 网络物理设计网络物理设计主要包括：网络设备选型综合布线设计系统测试设计等。物理设计是网络设计的第二步工作。1.5 网络设计方法主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第41页 共50页1.5.3 网络工程文档没有文档的设计只能称为一种设想。网络设计常用文档： 可行性研究报告 项目招标说明书 用户需求说明书 项目总体设计说

18、明书 项目子系统设计说明书 综合布线系统设计说明书 工程实施计划1.5 网络设计方法主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第42页 共50页 设备选型说明书 设备互联说明书 软件规划说明书 软件配置说明书 系统测试分析报告等1.5 网络设计方法主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第43页 共50页1.5.4 网络设计中的矛盾分析一个满足所有指标的网络设计是一个充满了矛盾地设计。主流技术与新技术的矛盾。安全性与易用性的矛盾。 网络安全性设计原则与网络易用性设计原则存在冲突。可靠性与经济性的矛盾。 网络可靠性设计往往以增加系统成本为代价。1.5 网络设计方法主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第44页 共50页应当在满足少量几个主要指标后，在其他相互矛盾的指标中做出折中处理。1.5 网络设计方法主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第45页 共50页1.5.5 网络方案设计基本原则 网络设计目前没有一套完整的设计规范。大部分设计原则来源于成功和失败的网络设计经验。责任工程师原则： 网络设计需要一个具有权威的网络责任工程师。需求决定方案原则： 网络工程师应当从用户的角度去思考问题，然后决定网络系统提供的功能与性能。基本结构不变原则： 设计方案必须具有灵活性，但是基本的设计方案不能随意改变。1.5 网络设计方法主讲：易建勋第1章 网络设计慨论第46页 共50页奥卡姆剃