(网络工程师培训)主题15：网络系统分析与设计(2006-04-22)

1、网络系统分析与设计,主题十五,15.1 主要知识点,需求分析 网络系统的设计 网络系统的安装 网络系统的测试,15.2 结构化布线,综合布线的基本概念 综合布线的结构 系统标准 器材和设备（IDF、MDF） 案例分析,15.2.1综合布线的基本概念,综合布线系统是一套用于建筑物内或建筑群之间为计算机、通信设施与监控系统预先设置的信息传输通道。它将语音、数据、图像等设备彼此相连，同时能使上述设备与外部通信数据网络相连接。,(Structured Cabling Systems,缩写SCS),综合性； 灵活性； 开放性； 兼容性； 可靠性； 经济性；,综合布线系统的特点,15.2.2综合布线的结构

2、,工作区子系统； 水平区子系统； 管理间子系统； 垂直干线子系统； 设备间子系统； 建筑群子系统；,综合布线系统由6个子系统组成，包括：,由于采用星型结构，任何一个子系统都可独立地接入综合布线中。因此，系统易于扩充，布线易于重新组合，也便于查找和排除故障。,综合布线系统结构示意图,管理间子系统,设备间子系统,建筑群子系统,垂直干线子系统,工作区子系统,水平区子系统,工作区子系统,工作区指从由水平系统而来的用户信息插座延伸至数据终端设备的连接线缆和适配器组成。 工作区的UTP/STP跳线为软线（Patch Cable）材料，即双绞线的芯线为多股细铜丝，最大长度不能超过5M。,水平区子系统,水平子

3、系统指从楼层配线间至工作区用户信息插座。由用户信息插座、水平电缆、配线设备等组成； 采用星型拓扑结构，每个信息点均需连接到管理子系统； 由UTP线缆构成，最大水平距离：90m（295ft）； 工作区的跳线(Patch cord)、连接设备的跳线(Patch cord) 、交叉连接（cross-connection）线的总长度不能超过10M； 水平布线系统施工是综合布线系统中最大量的工作，在建筑物施工完成后，不易变更。因此要施工严格， 保证链路性能； 综合布线的水平线缆可采用五类、超五类双绞线、也可采用屏蔽双绞线。甚至可以采用光纤到桌面；,管理间子系统,在综合布线六个系统中对管理子系统的理解定义

4、上各标准、厂商有所差异，单单从布线的角度上看，称之为楼层配线间或电信间是合理的，而且也形象化；但从综合布线系统最终应用-数据、语音网络的角度去理解，称之为管理子系统更合理。 它是综合布线系统区别与传统布线系统的一个重要方面，更是综合布线系统灵活性、可管理性的集中体现。,垂直干线子系统,垂直干线子系统由连接主设备间至各楼层配线间之间的线缆构成。 其功能主要是把各分层配线架与主配线架相连。用主干电缆提供楼层之间通信的通道，使整个布线系统组成一个有机的整体。 垂直干线子系统Topology结构采用分层星型拓扑结构，每个楼层配线间均需采用垂直主干线缆连接到大楼主设备间。垂直主干采用25对大对数线缆时，

5、每条25对大对数线缆对于某个楼层而言是不可再分的单位。 垂直主干线缆和水平系统线缆之间的连接需要通过楼层管理间的跳线来实现。,设备间子系统,设备间子系统是一个集中化设备区，连接系统公共设备，如PBX、局域网(LAN)、主机、建筑自动化和保安系统，及通过垂直干线子系统连接至管理子系统。,设备间子系统空间要按ANSI/TIA/EIA-569要求设计。设备间子系统空间用于安装电信设备、连接硬件、接头套管等。为接地和连接设施、保护装置提供控制环境；是系统进行管理、控制、维护的场所。设备间子系统所在的空间还有对门窗、天花板、电源、照明、接地的要求。,建筑群子系统,建筑群由两个及两个以上建筑物组成。这些建

6、筑物彼此之间要进行信息交流。综合布线的建筑群干线子系统由连接各个建筑物之内的线缆组成,建筑群综合布线系统所需的硬件包括电缆、光缆和防止电缆的浪涌电压进入建筑物的电气保护设备,15.2.3 系统标准,(1)国际布线标准ISO/IEC 11801：1195(E)信息技术-用户建筑物综合布线； (2)美国国家标准学会TIA/EIA 568A 商业建筑电信布线； (3)欧洲标准EN 50173 建筑物布线标准； (4)美国国家标准学会TIA/EIA 569A 商业建筑电信布线路径及空间标准； (5)美国国家标准学会TIA/EIA TSB-67 非屏蔽双绞线布线系统传输性能现场测试规范； (6)美国国家

7、标准学会TIA/EIA TSB-72集中式光缆布线标准； (7)美国国家标准学会TIA/EIA TSB-75大型间办公环境附加水平布线惯例； (8)欧洲标准EN 50167,En 50168,EN 501669 分别水平配线电缆、跳线、和终端连接电缆以及垂直配线电缆；,15.2.4 器材和设备,MDF: Main Distribution Frame 主配线架,IDF: Intermediate Distribution Frame 分配线架:,MDF包括基本的网络服务器和主要的网络设备及对外网连接和对内主要连接的交换机、路由器等,主要硬件,IDF主要是指除主要设备外的对内通信所需的路由器和中

8、继器（如各个具体房间使用的交换机或路由器）,主要硬件,双绞线（一般用于配线子系统可传输数据、话音） 光缆（主要用于建筑群间和主干子系统） 配线架（中要有电缆和光缆两种） 标准信息插座 适配器 光电转换设备 系统保护设备（如限压器、限流器、避雷器及接地装置等）,15.2.5 案例分析,15.3 网络系统的需求分析,应用需求分析 现有网络系统分析 需求分析,15.3.1 应用需求分析,应用需求的调研,网络应用的分析,应用系统性能 信息产业和接收点 数据量和频度 数据类型和数据流向,应用需求的调研,应用系统性能,用户系统中的应用有许多类型，其中一些应用在整个系统中占有相当重要的地位。应用系统的性能往

9、往是用户最关注的，常见的性能指标包括：可靠性、可用率、响应时间、安全性、可实现性和实时性等,应用需求的调研,信息产业和接收点,网络上的信息都有其产生和接收的位置，产生信息的称为源，接收信息的称为宿。在进行需求分析时分清信息的源和目的是非常必要的。,应用需求的调研,数据量和频度,网络中的通信类型包括数据、视频信号和音频信号等，不同类型的流量使用不同的量度。 数据的流量一般用平均或高峰时每秒传送的位数（b/s）表示；视频信号的流量用电视通道数表示，每个通道占6MHz带宽；音频信号则用欧拉数表示； 准确的流量估计可以避免网络系统因带宽过窄而形成瓶颈，导致网络吞吐量和性能的下降。,应用需求的调研,数据

10、类型和数据流向,网络服务一般分为3种：共享数据服务、综合语音服务和多媒体应用服务；不同的服务有不同的数据类型，。 数据流向是指数据流传输的发现，在C/S工作模式中，数据的流向既可以是客户机到服务器也可以是服务器到客户机。,网络应用的分析,网络的主要功能是通过数据的传输实现数据的共享。目前应用在科研、教育、金融、企业管理、制造、办公自动化、电子商务、家庭娱乐等许多领域。 网络应用按照响应时间可以分为两种：实时应用和非实时应用。 不同的应用对网络功能和性能方面的需求不同，网络设计人员应对网络应用需求加以分析，确定网络的应用目标及其他相关指标。,15.3.2 现有网络系统分析,现有网络系统结构调研,

11、现有网络体系结构分析,服务器的数量和位置 客户机的数量和位置 使用情况 采用的协议 通信模式,服务器的数量和位置,服务器是网络中提供专门服务的设备，是网络中的稀缺资源，新网络应该尽量将它们包括进去。 需清楚了解服务器的数目、位置、型号、软件、提供的服务类型及其各项性能指标,现有网络系统结构调研,客户机的数量和位置,客户机是用户使用网络服务的窗口，有的客户机只供单个用户使用，有的则供多个使用，另外客户机所使用的操作系统软件等也存在差别对网络服务器的需求也不同。 网络中包含的客户机的数量及其承担的任务决定了网络的负载，因此必须把这个也考虑进去。,现有网络系统结构调研,使用情况,它包括：客户机的数量

12、、访问类型、每天的用户数、每次使用的时间、每次数据传输的数量、网络拥塞的时间段等；这个也将影响网络的设计方案。,现有网络系统结构调研,采用的协议,协议是网络通信的基础，原有网络可能包含多种协议，协议间存在一定的差异，这需要进行详细的调查，以便新建网络时能够方便不同协议数据之间的转换。,现有网络系统结构调研,通信模式,通信模式就是用户接入网络的方式，在网络设计时也应该考虑到各种通信模式。,现有网络系统结构调研,现有网络体系结构分析,网络体系结构是定义和描述一组用于计算机及其通信设备之间互联的标准和规范的集合，遵循这组规范就可以实现计算机设备之间的通信。 主流体系结构标准： 国际标准OSI/RM（

13、开放系统互联参考模型） 工业标准TCP/IP模型,另外还有其他的SNA和DNA等著名的体系结构,通过对现有的网络体系结构的分析，为建设新网络提供参考依据，同时在设计新网络时也应该照顾到原有网络的体系结构，尽量发挥其优势。,15.3.3 需求分析,需求分析的基本任务和原则,需求分析的评审,需求分析的内容和指标,需求分析的基本任务和原则,1.问题识别： (1) 功能需求 (2) 性能需求 (3) 环境需求 (4) 用户需求 2. 分析与综合：分析人员对获取的需求，进一步分析检查建立起系统的逻辑模型。 3. 编写文档,需求分析的基本任务,需求分析的原则,1.切合用户的需求 2. 满足可扩展性、可靠性

14、、安全线的原则 3. 保护现有的投资 4. 最高性价比的原则,需求分析的内容和指标,功能需求（待实现的功能） 通信需求（期望的通信模式） 性能需求（期望的性能） 可靠性需求（希望的可靠性） 安全需求（安全性标准） 维护和运行需求（运行和维护费用） 管理需求（管理策略）,需求分析的内容和指标,功能需求（待实现的功能）,目前存在多种不同功能、类型、拓扑结构的网络。且不同企事业单位对网络的要求也是不同的。在创建一个具体的网络之前，要根据网络的功能需求、成本计算、未来的可扩展性维护等因素进行评估和设计。,需求分析的内容和指标,通信需求（期望的通信模式）,在网络中，网络通信是个人通信模式和流量的组合，通

15、信模式又以发生在节点之间的通信方式为基础。 通信方式有如下几种： 对等通信方式 客户机/服务器通信方式 服务器/客户机通信方式,需求分析的内容和指标,性能需求（期望的性能）,评价网络性能，可以根据响应时间、资源利用率、吞吐量和容错程度等多个方面进行分析，确定采用相应的方案和措施。,需求分析的内容和指标,可靠性需求（希望的可靠性）,可靠性需求就是用户需要什么样的可靠性。一个系统的可靠性定义为在指定的条件和时间内，系统能实现指定功能的概率。而整个系统的可靠性又取决于组成系统的各个部件的可靠性。 可靠性指标一般包括平均无故障时间（MTBF）和平均修复生活间（MTTR）、可用性和故障率等。,需求分析的

16、内容和指标,安全需求（安全性标准）,能确保网络内部的安全可靠，防止来自外部和内部的入侵和非法访问，保证关键数据系统中信息的安全。,需求分析的内容和指标,维护和运行需求（运行和维护费用）,根据初期成本投入、中间维护的费用、未来发展等因素考虑运行网络的费用，着重考虑经济性。并根据运行的环境选择合适的操作系统和相关的应用软件。,需求分析的内容和指标,管理需求（管理策略）,根据具体的业务需求选择合适的网管软件，网管协议和应用软件来监视网络流量和运行情况，考虑网络管理的性能、故障、配置、计费和安全五个方面的功能。,需求分析的评审,能更好地评价现有的网络体系 能够客观地做出决策 提供完美的交互功能 提供网

17、络的移植功能 合理使用用户资源 实现用户的需求,15.4 网络系统的设计,技术和产品的调研和评估 网络系统设计的目标和原则 网络系统的设计 新网络业务运营计划 设计评审,15.4.1 技术和产品的调研和评估,收集信息,采用的技术和设备的比较要点,采用的技术和产品的比较研究,15.4.2 网络系统设计的目标和原则,网络工程目标,网络工程设计原则,: 进行总体规划，分步实施,: 对网络工程设计和实施将具有指导意义,网络系统设计的目标和原则,网络工程目标 对网络工程目标要进行总体规划，分步实施。在制定网络工程总目标时应确定采用的网络技术、工程标准、网络规模、网络系统功能结构、网络应用目的和范围。然后

18、，对总体目标进行分解，明确各分期工程的具体目标、网络建设内容、所需工程费用、时间和进度计划等，并对目标采用分步实施的策略。一般我们可以将工程分为三步。 1) 建设计算机网络环境平台。 2) 扩大计算机网络环境平台。 3) 进行高层次网络建设。,网络系统设计的目标和原则,网络工程设计原则 网络信息工程建设目标关系到现在和今后的几年内用户方网络信息化水平和网上应用系统的成败。在工程设计前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，对网络工程设计和实施将具有指导意义。 1) 实用、好用与够用性原则 2) 开放性原则 3) 可靠性原则 4) 安仝性原则 5) 先进性原则 6) 易用性原

19、则 7) 可扩展性原则,15.4.3 网络系统的设计,确定协议 确定拓扑结构 确定连接（链路的通信性能） 确定结点（结点的处理能力） 确定网络的性能(性能模拟) 确定可靠性措施 确定安全性措施（安全措施的调研，实现安全措施的技术和设备的评估） 网络设备的选择，制定选择标准（成本、性能、容量、处理量、延迟），性能指标的一致性，高级测试的必要性，互连性的确认,确定协议,用户需求分析已经对需求有了详细的描述，组网工程中，工程设计人员首先应根据用户的计算机及网络的应用水平、业务需求、技术条件、费用预算等，选择恰当和合理的网络体系结构和协议栈。 不同的网络模型采用不同的协议栈，目前占主导地位的是TCP/

20、IP模型，占主导地位的协议栈是TCP/IP协议栈 内部局域网的组网技术有很多种如以太网、FDDI、ATM等，可以根据实际需要选择；而通过网关和外部Interet通信时一般采用TCP/IP协议。,确定拓扑结构,网络拓扑的分层设计 从逻辑上讲，设计大型网络时可以从中心开始把通信网络划分为核心层、分布层和接入层，每层完成的功能不一样，各有其特点。然后按层次用不同的要求设计网络。网络的层次化设计的优点在于： 简单； 设计灵活； 可管理； 几种常见的网络拓扑结构 星型结构、环型结构 总线型结构、树型结构 网状拓扑结构、蜂窝拓扑结构 环星型拓扑结构,网络拓扑结构的选择主要考虑：经济性、灵活性和可靠性,确定

21、连接,除了考虑各种类型网络的传输特性及优缺点，还需要考虑在实际网络环境中如何评估各种介质，一下列举必须考虑的主要环境因素： 高EMI或RFI区域 拐角和狭窄空间 距离 安全性 既有体系结构 发展,确定结点,节点是在网络中功能相对独立的部分，它可以发送、接收或转发、处理并存储数据，它可能是一台用户终端或服务器，也可能是一个集线器、交换机或路由器等。 吞吐率 吞吐率是衡量网络传输数据的能力，它的含义是单位时间上的总通信量。 U=M*(1-P)/(M/S)+T U:吞吐率、M:报文长度、P:误码率、S:线速度、T:传输报文之间的空闲时间 关键计算设备的安装位置 网络终端:工作站(个人电脑 服务器)还

22、有中间环节的路由等的处理能力,确定网络性能,网络性能主要是指分组转发率（对于交换机、网桥和路由器）、吞吐量（单位时间内被成功传送的信息量）、分组丢失率、出错率、事务处理速率（针对应用服务器）、响应时间（针对任何需要应答的事务）、延迟时间、数据传输速率（针对链路）、信道利用率（信道传输信息的时间与信道总可利用时间之比）等。 网络性能设计的目标是使网络系统能满足用户应用对网络各方面的要求。 对网络性能分析和评议的方法一般有： 测量法、分析法、模拟法,确定可靠性措施,计算机网络系统的可靠性 抗毁性：人为破坏下的可靠性 生存性：随机破坏下的可靠性 有效性：一种基于业务性能的可靠性,硬件容错 设备热备份

23、、模块热备份、磁盘镜像和磁盘阵列等几个层次 软件容错 一般用在服务器中可以有效的避免来自服务器、交换机、电源、磁盘和网卡等设备和部件故障所造成的损失 网络结构和线路容错 网络主干的拓扑结构应考虑容错能力，采用冗余技术，包括交换机设备的冗余、交换机之间链路的冗余和服务器通信通道的冗余。,确定安全性措施,安全性分析 最有可能发生的不安全事件、后果最严重的不安全事件、所以可能发生的不安全事件 物理安全设计 环境安全、设备安全、媒体安全（媒体数据及本身的安全） 网络安全设计 系统（主机、服务器）安全、系统与网络的安全检测、访问控制、入侵检测（监控）、审计分析、反病毒、网络运行安全备份和恢复、应急措施等

24、 信息安全设计 访问控制技术、加密技术、认证技术、数字签名技术等,网络设备的选择,制定选择标准 （成本、性能、容量、处理量、延迟），性能指标的一致性，高级测试的必要性，互连性的确认 网络设备的选择 设备的选择包括：集线器、路由器、交换机、网关、网络服务器、传输介质等等 在设备到达现场时需要检验其标称性能参数与既定标准的一致性，看是否有性能不达标的产品存在，以免一旦投入运行后影响整个系统的性能。,15.4.4 新网络业务运营计划,新网络运营过程一般是公司业务由旧的网络向新的网络迁移的过程。旧有网络应用适合于原有网络，而新系统由于在功能、性能、技术等方面都与旧有网络系统存在较大差异因而对业务系统的

25、支持也不同，直接将旧有业务系统迁移到新系统上是不太现实的，新系统的使用往往与新的业务系统配套。 在向新系统升迁前，应该周密计划，需要仔细考查新、旧系统的差异，分析升迁对用户造成的影响并及时通知他们，考虑到用户不能很快接收并适应新系统，升迁前还需要对他们进行系统的业务操作培训。 升迁过程做好旧系统的备份，以便在新系统不能用时及时恢复到旧系统，保证业务正常开展。 所有的这些工作都将在网络系统实施阶段完成，因而在设计阶段应该针对每一个环节指定详细的计划以便以后按计划实施,15.4.5 设计评审,评审的目的是确定用户的需求是否得到了充分的满足，网络建设单位总体开发目标是否能够实现。 评审主要从3方面进

26、行： 目标系统能否满足最终用户及建设单位决策者的要求； 系统开发所采用的是不是标准化的方法； 确定系统是不是经济、有效率和有效益的。,15.5 网络系统的构建和测试,安装工作 测试设备与技术 测试标准 测试和评估 转换到新网络的工作计划,15.5.1 安装工作,事先准备,过程监督,事先准备,网络工程经过调研，确定方案后，下一步就是工程的实施，而工程的实施的第一步是开工前的事先准备工作： 主要要求有以下几点： 设计综合布线实际施工图：确定布线的走向和位置，供施工人员，督导人员和主管人员使用； 备料：网络工程施工过程需要许多材料，这些材料必须在开工前就准备好（有的可以在开工过程中备料），及对工程所

27、需的设备、器材、仪表和工具的检验； 现场调查工程的环境和施工条件，向工程单位提交开工报告。,过程监督,主要要求有以下几点： 施工现场督导人员要认真负责，及时处理施工进程中出现的各种情况，协调处理各方意见； 如果现场施工碰到不可预见的问题，应及时向工程单位汇报，并提出解决办法供工程单位当场研究解决，以免影响工作进度； 对工程单位计划不周的问题，要及时妥善解决； 对工程单位新增加的点要及时在施工图中反映出来； 对部分场地或工段要及时进行阶段检查验收，确保工程质量； 制定工程进度表。,15.5.2 测试设备与技术,进行网络测试的基本设备包括电缆测试器和协议分析产品。电缆测试器用于测试或确定物理电缆产品，而协议分析器在协议栈的较高层次进行工作。协议分析器可以通过查看分组来确定哪个站点产生通信量，监督哪里出现了错误，并寻找网络上的不寻常事件，例如通信和资源使用的高峰期等。,测试设备与技术,Network Cable Testers 网络电缆测试器,缆测试器可以进行如下测试：,连通性（测试能