第六章 网络工程

计算机网络红河学院工学院第六章网络工程

本章要点网络工程的分析与设计网络的测试、运行和维护本章学习目标

掌握网络开发的设计、实施过程

熟悉网络的结构化布线技术

了解网络的测试、维护技术内容介绍任何级别的政府、公司、企事业单位建设一个计算机网络是进入现代社会必不可少的工程。网络工程含：（1）网络规划：网络设计者通过分析、了解用户的需求，提出一份需求分析说明书和正式的通信规范说明文档。（2）网络设计：逻辑网络设计和物理网络设计。（3）网络实施工程。（4）对建设好的网络进行网络测试。（5）对网络作出网络性能评价等。内容介绍对于建设并维护一个网络，应该建设或具备以下文挡：（1）用户需求说明书。（2）正式的通信规范说明文档。（3）逻辑网络拓扑图。（4）物理网络结构化布线及设备布置图。（5）网络测试方案及测试结果。（6）验收报告（含：网络、设备及其软件）。（7）网络性能评价等。目录

6.1网络规划

6.2网络设计

6.3网络实施

6.4网络测试

6.5网络性能评价6.1网络规划6.1.1需求分析

需求分析：搞清楚客户网络需求,使网络设计者清楚将要做的工作是什么。网络开发的第一步，是后续开发的基础，也是开发过程中最关键的阶段.

需求分析做得不好，带来的是重复工作、延误工期或是超支等后果。而网络需求分析也是整个网络开发过程中的难点。为了搞清楚用户网络需求，需要与用户进行交流沟通，了解用户的所需和所想，并学习必要的用户方业务知识。但很多时候，甚至用户自己都不清楚具体需求是什么，或者是需求渐渐增加且经常发生变化，这就给从多方面搜集和整理信息的工作带来了很大的困难。6.1.1需求分析良好的需求有助于为后续步骤建立一个稳固的工作基础。需求的分析过程中需要考虑很多方面，大致可分为以下几个方面的需求：

商业需求用户需求应用需求计算机平台需求网络需求

收集需求的过程有一系列的步骤：1。从企业高层管理者或雇主开始收集商业业务信息，2。收集用户群体的需求和已安装设备的网络需求。3。考虑的对象是网络，在开始收集需求时并不需要考虑网络和网络技术。4。最后生成一份详细的网络需求说明书。6.1.2现有网络体系的分析

当需要将某一现有网络升级或改善时,必须分析该网络的体系结构和性能。使网络设计者清楚网络现在所处的状态。在此阶段，一份正式的通信规范说明文档应该给出，作为下一个阶段逻辑网络设计的输入使用。网络分析阶段应该提供的通信规范说明文档输出如下：（1）现有网络的逻辑拓扑图。（2）反应网络容量的每个应用、网段及网络整体所需的通信容量和模式。（3）详细的统计数据、基本的测量值和所有其他直接反映现有网络性能的测量值。

（4）Internet接口和广域网提供的服务质量（QoS）报告。（5）限制因素列表清单，例如：必须使用现有线缆和设备等。6.2网络设计

6.2.1逻辑网络设计在了解新网络的需求和当前网络的性能后，就进入了网络分析与设计的逻辑网络设计阶段。在逻辑网络设计阶段，网络设计者利用需求分析说明书和通信规范说明书来指导具体技术结构的选择。可用图6.1来说明逻辑网络设计在网络开发过程中所处的位置。网络需求说明书通信规范说明逻辑网络设计图物理网络设计图图6.1逻辑网络设计逻辑设计过程主要由以下几个步骤组成：6.2.1.1确定逻辑设计目标（逻辑设计的目标包括）实现最低的运作成本。尽可能的提高网络的整体性能。要易于用户级操作和使用。有较好的安全性。增强适应性和网络扩展的灵活性。6.2.1.2网络服务评价网络服务评价主要是对上一步骤中所设计的网络从如下几个方面进行评价。用户操作和使用是否方便。网络的管理是否容易。网络的安全是否有保障。网络服务评价是对逻辑设计中网络服务方面的目标进行考查，如果未达到预期的目标则需重新进行网络逻辑设计。6.2.1.3网络技术评价实现网络的各个层次中所用的技术并不是唯一的，因此需要根据需求及已有的网络状况，对可能采用的各种类型的网络技术进行全面的评价，为后续步骤提供决策依据。主要考虑以下几个方面(考虑当前流行的技术)

对不同网络广播通信方式的评价。对不同网络连接类型的评价。对不同类型网络可伸缩性的评价。6.2.1.4进行技术决策根据技术评价中得出网络的各个层次中不同类型实现技术的优缺点，结合现有网络进行最终的技术决策，并生成逻辑网络说明书。6.2.2物理网络设计

物理网络设计是网络设计的重要组成部分，它提供了网络实施所必须的信息。物理设计的输入是前述步骤中生成的需求说明书、通信规范说明文档和逻辑网络设计说明书。物理网络设计的任务是为已设计的逻辑网络选择环境平台：主要包括结构化布线系统设计；为企业网或城域网选择局域网和广域网的技术及设备；生成建筑布局和物理网络结构图。6.2.2.1结构化布线系统结构化布线系统是一种跨学科、跨行业的系统工程，能够支持综合型的应用。由于结构化布线在网络开发中的重要性，许多国际知名网络应用设备生产产商都提出了各自的专用布线系统方案，以保证他们生产的设备在网络应用中发挥良好的性能。如表6-1列出了6.2.2.1结构化布线系统厂商结构化布线方案AT&T公司建筑物布线分布式系统DEC公司DEC网络连接系统IBM公司IBM公司布线系统NorthernTelecom公司综合建筑物分布网络（IBDN）表6-1一些主要的专用结构化布线系统布线系统所采用的结构，通常根据技术要求、地理环境和用户分布等情况而定，设计的目标是在满足技术指标的情况下，使系统布线合理、造价经济，施工及维护方便。许多国际知名网络应用设备生产产商都提出了各自的专用布线系统方案，以保证他们生产的设备在网络应用中发挥良好的性能。结构化布线系统主要由下述子系统组成：通用布线子系统还包括了配线间和设备室的交叉互联板。可以在整个网络设计以前进行布线，它并不依赖厂商预先安装的设备部分。但要注意的是并非所有的建筑物布线都可以作为通用布线系统。根据不同的设备系统和线缆类型，EIA/TIA-568标准推荐了常用布线距离的最大值，如表6-2所示。大厦的网络入口。设备室子系统。配线间。垂直骨干子系统。水平布线子系统。工作区子系统。通用布线子系统表6-2布线距离子系统光纤(m)屏蔽双绞线(m)非屏蔽双绞线(m)骨干20002070室内互联20002070水平布线室到墙上设备2090墙上设备到网卡1010结构化布线举例6.2.2.2选择局域网和广域网的技术及设备局域网和广域网技术除了传统的有线网络外，无线局域网和广域网技术也是一种被广泛采用的技术，而且因其具有储多优势而大有取代传统网络技术的趋势。局域网和广域网技术的选择可依照前述步骤的资料综合进行决策。在选定局域网和广域网技术以后便开始决定选择相关的设备产品。主要有：

线缆的选择（无线网络则不需要，而需要设计WAP[无线接入点]点数）交换机路由器服务器的选择等，其涉及到产品类型、品牌、性能、价格等因素。6.2.2.3生成一份详细的建筑布局和物理网络结构图

在最后，物理网络设计还必须生成一份详细的物理网络结构图，而且其与建筑布局结构图应该是配套。物理网络结构图就是网络施工图，在网络建成后，验收时必须要提交给客户，以方便其网络管理员进行管理维护。在物理网络设计中，物理网络结构图可能常常发生变化，但一定要及时将变化的情况反映在物理网络结构图中，不然，对以后网络的维护和管理将会造成极大的麻烦。总之，最终提交络客户的应该是一份与实际安装实施相符合的建筑布局和物理网络结构图。6.3网络实施安装阶段的主要输出是网络本身。一个好的安装阶段应该产生的输出如下：1、最后更新的逻辑网络和物理网络结构图（对线缆、连接设备做出清晰的标识。按图施工！）。2、在安装开始之前，所有的软、硬件必须到位，并对其进行过严格的测试。必要的培训！3、工程实施记录和文档，包括测试结果和新的数据流量记录。

6.4网络测试网络测试的实施一般包括以下环节：网络测试包括网络设备测试、网络系统性能测试和网络应用测试三个层次。根据测试目的，确定测试目标，在对关键网络技术和实施细节透彻掌握的基础上，设计测试方案；建立网络负载模型；配置测试环境，包括测试工具的选择及必要的测试工具的研发；采集和整理数据；分析和解释数据；

准确、直观、形象地表示测试结果。

6.4.1结构化布线系统的测试在布线工程完成后，必须对整个布线系统进行全面的测试。通常，由布线公司与客户的技术人员组成测试工作组，对所有信息点进行导通测试，例如：5类测试按照所有信息点的20％进行抽查。验收合格之后，由技术人员负责网络的日常维护与管理。6.4.1.1测试仪器及测试标准在对5类线进行测试时，采用微软公司Pentascanner5类测试仪进行5类线测试。在做光纤损耗方面的测试时，采用微软公司的光缆测试仪进行测试。同时，以EIA/TIA568国际综合布线标准作为测试的依据。6.4.1.2具体测试办法目前，网络建设使用的电缆主要有3种类型，即光纤、非屏蔽双绞线和同轴电缆。（1）非屏蔽双绞线测试从工程的角度来讲，结构化布线非屏蔽双绞线测试可划分为2类，一类是导通测试，一类是认证测试。（1）非屏蔽双绞线测试导通测试：在施工的过程中由施工人员边施工边测试，它可以保证所完成的每一个连接都正确。导通测试注重结构化布线的连接性能，不关心结构化布线的电气特性。

认证测试（也称5类测试认证：包括连接性能的测试和电气性能测试）：通过测试，可以确认所安装的线缆、相关连接硬件及其工艺能否达到设计要求，这种测试。①链路的验证测试

电缆安装是一个以安装工艺为主的工作，由于没有人能够完全无误地工作，为确保线缆安装满足性能和质量的要求，必须进行链路测试。在没有测试工具的情况下，连接工作可能出现一些错误。常见的连接错误有电缆标签错、连接开路和短路等。

开路和短路：在施工中，由于工具、接线技巧或墙内穿线技术欠缺等问题，会产生开路或短路故障。

反接：同一对线在两端针位接反，比如一端为1-2，另一端为2-1。

错对：将一对线接到另一端的另一对线上，比如一端是1-2，另一端接在4-5上。

串绕：所谓串绕是指将原来的两对线分别拆开后又重新组成新的线对。由于出现这种故障时端对端的连通性并未受到影响，所以用普通的万用表不能检查出故障的原因，只有通过专用的电缆测试仪才能检查出来。②电缆传输通道的认证测试1确认所安装的线缆、相关连接硬件及其工艺能否达到设计要求。比如，采用微软公司Pentascanner5类测试仪进行5类测试。方法是先用测试仪连接跳线两端，再用AutoTEST进行测试，接着按F1显示测试结果，最后打印测试结果。

认证测试的内容包括Length（长度）、Next（Nearendcrosstalk，近端串扰）、Attenuation（衰减）、Acr（AttenuationtoCrosstalk，衰减串扰）、WireMap（接线图）、Impedance（阻抗）、Capacitance（电容）、LoopResistance（循环电阻）和Noise（噪声）共9项5类技术指标。当所有测试结果均为“PASS”时表示该布线系统符合Category5Cable的传输技术要求。

（2）光纤传输通道测试

基本的测试内容：连续性和衰减/损耗、光纤输入功率和输出功率、分析光纤的衰减/损耗及确定光纤连续性和发生光损耗的部位等。光纤测试指标主要是衰减，如果衰减在标准范围内为“PASS”，反之为“FALL”。

6.4.2网络设备测试主要包括以下几个方面：

功能测试、可靠性和稳定性测试、一致性测试、互操作性测试和性能测试。

网络产品不同于其它产品的最大特点是必须符合标准，不同的网络产品之间要能互操作。一致性测试验证产品的各项功能是否符合标准。如交换机对IEEE802.3、IEEE802.3z、IEEE802.1P、IEEE802.1q、IEEE802.3x等的支持。典型的网络设备测试方法有两种：第一种将设备放在一个仿真的网络环境下进行测试；第二种方法是使用专门的网络测试设备对产品进行测试。需要注意的是：网络设备（尤其是服务器！）测试应注意该产品是否是所购厂家的正版产品！（可以检查维修证书，产品序列号等）。6.4.3网络系统和应用测试

1、网络系统测试：（1）物理连通性、基本功能和一致性测试。（2）网络系统的规划验证测试、性能测试、可靠性与可用性测试与评价、网络流量的测试和模型化等。

网络系统的规划验证测试主要采用的两个基本手段是模拟与仿真。主要指标：系统中站点的可达性、网络系统的吞吐量、传输速率、带宽利用率、丢包率、服务器和网络设备的响应时间、哪些应用和用户产生最大的网络流量，以及QoS等

（网络系统的性能测试是指通过对网络系统的被动监测和主动测量确定主要指标。此项工作同时可以发现系统物理连接和系统配置中的问题，确定网络瓶颈、发现网络问题。测试设备记录一段时间内的网络流量，实时和非实时的分析数据。被动测量不干涉网络的正常工作，不影响网络的性能。主动测量向网上发送特定功能的数据包或网络应用，以分析系统的行为。）

2、网络应用层次上的测试：如网络应用的性能和服务质量的测试等。例如：IP的语音传输VoIP。网络能支持多大的语音流量、多少个语音通道；网络是否支持服务质量QoS。

网络系统测试的核心工具是协议分析仪。一种专用的网络测试设备，一般具有网络监视、故障查找、协议解码和流量产生等功能。

6.5网络性能评价

随着计算机网络规模的扩大，网络性能成为十分重要的问题。一般来说，了解网络性能有如下用处：选择和配置网络产品。设计整个网络。管理网络。评价网络。网络故障检测和排除。规划今后网络的发展。6.5.1网络性能度量网络性能度量参数：响应时间、吞吐量、资源利用率性能准则的选择又取决于网络用户的应用和需求。用户：有效地获得服务，快速地完成和网络有关的任务。不同的用户有不同的期望，这主要取决于他们的应用。例如，交互式应用：最重要的网络性能是响应时间；批量传输数据的应用，最重要的网络性能是吞吐量，即在给定时间内能传输的数据总量。6.5.2响应时间响应时间：从请求发出开始到接收到数据所消耗的时间。如：本地的响应时间。远地进行同样的查询的响应时间。上述两次测量的结果之差即为网络延迟。影响响应时间的因素来自三个部分：本地系统、网络和远程网络。

1、在网络的源结点和目的结点影响响应时间的因素有：

CPU的容量以及可给网络使用的时间。系统的类型，如分时系统或专用系统。在源结点的终端线速度。

I/O处理能力。缓冲区的大小。报文大小。内存访问优先调度和存取速度。2、在网络层，影响响应时间主要有以下三个因素：协议处理的开销。通信密度即网络负载。传输时间。此外，网络的规模、网络拓扑结构的复杂性、路由的容量，传输误差和重传机制、交换系统特性等都对响应时间有影响。为了改变网络的响应时间特性，通常采用网络硬件和网络资源升级、调整负载、调整应用以及实现分布处理等方法。6.5.3吞吐率

吞吐率：单位时间内网上总的通信量。是度量网络传输数据的能力，单位：兆比特每秒即Mb/s

最简单的方法是：计算端到端的用户吞吐量除以整个传输数据的时间。影响吞吐率的主要因素有：处理通信数据的硬件频宽或容量。处理通信数据的通信软件效率。源系统和目的系统的负载。网上的通信量。6.5.4资源利用率资源的利用率包括：CPU利用率、传输线路利用率、内存利用率、磁盘利用率以及网络利用率。资源利用率用于度量资源忙的时间所占的百分比，是评价网络性能性价比的关键参数。通常有总利用率和净利用率两类，总利用率是用户数据处理和开销一起占总容