网络设计与规划

本章要点：网络规划理论网络设计原则网络实施和测试技术第6章网络规划与设计6.1网络规划

网络的规划设计工作在整个网络建设中起着举足轻重的作用，一般网络规划需要考虑以下几个方面的问题：(1)采用何种或哪几种网络协议的问题。网络协议是网络规划的基础，每种协议都有自己的优势和特点，例如Ethernet协议比较简单，组网灵活，但是Ethernet在端对端的性能保证、Qos等方面有很大的不足，所以，Ethernet通常用于局域网中。ATM则可以提供良好的Qos保证和端到端的保护，但其技术复杂，设备昂贵，所以通常用于电信级的服务网络中。由此看见，网络协议的选择要根据实际需求决定。(2)采用什么类型的网络拓扑结构。在前面章节介绍过的星型拓扑、环型拓扑和总线拓扑结构中，各有优缺点。在实际网络规划中，不可能简单的决定采用哪种结构，通常需要根据需求采用若干种拓扑结构的组合。6.1.1网络规划概要

(3)采用什么样的应用程序，包括何种类型的操作系统。网络需要提供各种服务，如FTP、Web、Mail等，这就需要操作系统和应用程序的支持。从操作系统角度看，可以有Windows、Unix等操作系统软件供选择，可以从技术复杂度、成本和稳定性等方面加以考虑。(4)如何加强网络的安全性的问题。安全性是在网络建设过程中所不能忽视的重大问题。安全性的含义很广泛，包括物理安全性、设备安全性、信息安全性等多方面。(5)选择什么样的网络速度。网络速度的提高往往是以成本的提高和技术复杂度的提高为代价的，所以在选择网络速度时，要综合考虑系统成本和实现的复杂度等要素。(6)如何在满足网络需求的基础上减少建设费用，这也是非常重要的，用户总是希望以最低的代价获得最高的收益。6.1网络规划6.1.1网络规划概要

在网络规划过程中必须解决如上所述的问题，因此我们需要考虑的因素包括：首先需要明确整个网络的需求状况，也就是明确有哪些用户，并需要提供哪些服务。这是建设局域网的基础。在此基础上，再确定需要哪些资源来构建这个网络，然后确定合适的网络协议，并确定网络拓扑结构，保证网络的安全性和可靠性。在网络设计中还要特别注意以下几个因素：(1)网络的可扩展性：因为网络在未来可能需要扩充，因此必须在网络设计时考虑网络的可扩展性。(2)冗余性：也就是网络在某些资源出现故障时，还能够找到其他的替代资源，以维持网络运行的能力。(3)容错性：指网络对不可避免的各种突发事件的处理能力。6.1网络规划6.1.1网络规划概要

网络工程指的是在网络规划的基础上，具体实现网络功能，建设一个实际的网络，同时对网络的性能进行整体评价和决策的过程。

1.工程范围2.网络工程文档6.1.2网络工程基础

6.1网络规划1.拓扑需求分析2.数据传输需求分析3.组织发展需求分析4.性能需求分析5.外围设备6.远程访问7.文件管理8.办公室布局9.现有设备与所需购买设备10.互联网访问11.文件处理12.流量13.可靠性

6.1.3局域网规划

6.1网络规划1.价格构成2.带宽规划3.服务商和用户的设备6.1.4广域网规划

6.1网络规划6.2网络设计

选择网络拓扑结构是组建网络的基础和前提。在第3章介绍了局域网常用的拓扑结构，当然每种拓扑结构都有自己的优势所在，网络拓扑结构可以决定网络的特点、速度、实现的功能等。常见的办公室小型局域网的结构一般采用星型拓扑结构，这是因为星型网络的构造简单且连接容易，使用双绞线、网卡和HUB即可架构一个局域网，星型网络的管理也比较简单，建设费用和管理费用都较低。这种结构的网络易于改变网络容量，方便增加和减少计算机，并易于扩充和管理，容易发现并排除故障，但是这种结构对中央HUB的依赖性很强，如果中央节点出了问题就会导致整个网络的瘫痪，可靠性较低，不适合用于可靠性要求很高的大型网络上。6.2.1网络拓扑设计

总线型拓扑结构具有易于布线和维护、结构简单、易于扩充和管理、可靠性高和速率快的优点，但接入节点有限，发现、排除故障比较困难，实时性较差。环型拓扑结构也是常用的大型网络结构之一，经常结合令牌使用，其网络结构也很简单，但是网络速度慢，排除故障也很困难。6.2网络设计

6.2.1网络拓扑设计

NetBEUI是为IBM开发的非路由协议，用于携带NetBIOS通信。NetBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，这既是它最大的优点，也是最大的缺点。因为NetBEUI不需要附加的网络地址和网络层头尾，可以快速有效地应用于只有单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境。网桥负责按照数据链路层地址在网络之间转发通信，但因为所有的广播通信都必须转发到每个网络中，所以网桥的扩展性较差。结合使用100-BASE-TEthernet，允许转换NetBIOS网络扩展到350台主机，以避免广播通信成为严重的问题。一般而言，桥接NetBEUI网络很少超过100台主机。6.2.2网络协议的选择

6.2网络设计

TCP/IP协议允许用户与Internet完全地进行连接。TCP/IP同时满足了可扩展性和可靠性的需求。不幸的是，它牺牲了速度和效率。Internet的普遍性是TCP/IP至今仍然使用的原因。用户常常在没有意识到的情况下，就在自己的PC机上安装了TCP/IP协议，从而使该网络协议在全球广泛应用。TCP/IP的32位寻址功能方案不足以支持即将加入Internet的主机和网络数，因而正在研究的IPv6将成为下一代的Internet网络协议。6.2网络设计

6.2.2网络协议的选择

具体分配IP地址时需要遵循以下原则：惟一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址。简单性：地址分配应简单且易于管理，降低网络扩展的复杂性，简化路由表项。连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合，极大地缩减路由表，提高路由算法的效率。可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性。灵活性：地址分配应该具有灵活性，以满足多种路由策略的优化，充分利用地址空间。6.2.3地址分配与子网设计

1.IP地址分配原则6.2网络设计

网络中的每一台设备都是以IP地址标识自己的网络位置，因此，在组建局域网之前，需要为网上的所有设备包括服务器、客户机、打印服务器等分配一个惟一的IP地址。考虑到今后的扩展、维护等问题，内部网的IP地址不仅要符合流行的国际标准，还应该有规律、易记忆，能反映自己内部网的特点。不同单位的内部网有各自不同的特点，IP地址的规划也需要考虑不同的因素。至于如何规划IP地址前面的章节已经做过详细的叙述了。2.局域网IP地址的规划

6.2网络设计

6.2.3地址分配与子网设计

典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由。静态路由指的是在路由器中设置固定的路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变做出反映，因此它一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。

动态路由指的是网络中的路由器相互进行通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明网络发生了变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息，这些信息通过各个网络，导致各路由器重新启动自己的路由算法，并更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑结构的变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑结构复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。6.2.4路由和路由选择协议

6.2网络设计

静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此，在网络中，动态路由通常作为静态路由的补充。当一个分组在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由，如果查到静态路由则根据相应的静态路由转发分组；否则查找动态路由。在一个路由器中，可以同时配置静态路由和一种或多种动态路由。它们各自维护的路由表都提供有转发程序，但是这些路由表的表项间可能会发生冲突。这种冲突可以通过配置各个路由表的优先级来解决。通常情况下，静态路由具有默认的最高优先级，当其他路由表表项和它发生冲突时，均按静态路由转发。6.2网络设计

6.2.4路由和路由选择协议

根据动态路由是否是在一个自治域内部使用，动态路由协议可以分为内部网关协议(IGP，InteriorGatewayProtocol)和外部网关协议(EGP，Exteriorgatewayprotocol)两种。这里的自治域指的是一个具有统一管理机构、统一路由策略的网络。自治域内部采用的路由选择协议称为内部网关协议，常用的协议有RIP(RoutingInformationProtocol)和OSPF；外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择，常用的协议是BGP和BGP-4。

1.内部网关协议和边界网关协议

6.2网络设计

6.2.4路由和路由选择协议

路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，采用何种算法往往决定了最终的寻径结果，因此，在选择路由算法时一定要仔细，通常需要综合考虑以下几个设计目标：(1)最优化：指的是路由算法选择最佳路径的能力。(2)简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。(3)坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，例如在硬件故障、负载过高或操作失误时，路由算法都能正确工作。由于路由器分布在网络连接点上，所以在它们出现故障时，会产生严重的后果。最好的路由器算法通常能经受住时间的考验，并在各种网络环境下被证实是可靠的。2.路由算法

6.2网络设计

6.2.4路由和路由选择协议

(4)快速收敛：收敛是所有路由器在最佳路径的判断上达到一致的过程。当某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就会发出更新信息。路由更新信息遍及整个网络，导致重新计算最佳路径，最终达到被所有路由器一致公认的最佳路径。收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断。(5)灵活性：路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境，例如，当某个网段发生故障时，路由算法需要能够很快发现故障，并为使用该网段的所有路由选择另一条最佳路径。路由算法根据种类可分为以下几种：静态和动态、单路和多路、平等和分级、源路由和透明路由、域内和域间、链路状态和距离向量。前面的几种路由算法的特点与字面意思基本一致，下面着重介绍链路状态和距离向量算法。6.2网络设计

6.2.4路由和路由选择协议

在选择网络布线通信介质时，目前主要面临的问题是选择光纤还是铜缆双绞线。首先要考虑通信距离。对于大多数办公环境来说，通常要求的布线长度都低于铜缆的100m距离的限制，如果不存在保密问题，铜缆发射或接收的电磁信号对大多数办公环境影响不大。因此，目前大多数普通办公环境用户选择的网络布线通信介质仍然为是铜缆绞线。对于要求提供千兆位网络通信能力到桌面的用户机构，所遵循的最低标准应该为EIA/TIA和ISO公布的超5类标准。这些性能标准满足了基本的高速网络应用的需要。6类布线系统支持的频率为200MHz，以200MHz运行的编码系统能实现的通信速率将更高。6.2.5物理介质设计

6.2网络设计

光纤布线的成本较高，但是传输距离更长，通信带宽更高，具有很好的安全性，且不会受到电力电缆的电磁干扰，解决了非屏蔽双绞线通信的许多缺点。为了提高局域网主干系统的通信性能，通常在结构化布线的垂直子系统中采用光纤，在水平子系统布线中也不排斥安装光纤系统。根据具体应用的需求，在安装铜缆的同时也可以安装光纤系统。对于布线距离可能超过100m限制的远程局域网用户，直接安装光纤信道而不是单独建立一个配线间，在成本上可以更加节约。目前在结构化布线的垂直主干子系统中通常采用多模光纤，但是为了满足未来的带宽要求，不妨稍微增加一点投资，在安装多模光纤主干子系统的同时加装相应的单模光纤系统，并且可以暂时将单模光纤系统隐藏起来或不进行端接，这样，当将来需要更高的带宽时，可以方便地启用这些单模光纤。6.2网络设计

6.2.5物理介质设计

6.3网络工程实施

在进行网络规划和设计的过程中，网络设计方案的撰写是一件很重要的事情，一份好的网络设计方案不仅有利于工程的具体实施，还利于网络运行中的维护和排错，也影响到将来网络的升级和扩展.撰写网络设计方案主要从以下几个方面入手：(1)网络的需求分析：需求分析是一切工作的基础，前面章节介绍过的需求分析从数据传输需求、网络性能需求、未来发展需求等几个方面进行考虑，此外还要考虑到用户的费用承担能力等因素。(2)网络设计原则：这是根据需求分析确定的网络设计的基本方针。(3)网络系统总体设计方案：总体设计主要包括网络拓扑规划、网络协议的选择、路由和路由协议的选择、网络子网划分和地址分配等内容，总体设计是网络设计方案的关键内容。6.3.1网络设计方案

(4)服务器及操作系统平台：根据需求分析确定所需的服务器或者操作系统。(5)网络管理系统设计：网络管理是系统运行维护的主要组成部分，好的网络设计一定要有好的网络管理系统与之配合。(6)系统安装、测试、验收方案和计划等。以上内容是网络设计方案的基本内容，在实际工作中，可以根据网络的规模和客户的要求，适当的进行增减。网络设计方案并没有具体的格式要求，它主要用于在网络设计初期更好的与用户交流，充分了解客户的需求，以便更好的实现客户需求，在网络施工中更好的指导网络建设。所以，网络设计方案的撰写需要得到用户和设计者、施工者的共同认同，这才算是一份好的设计方案。下面以3.7节介绍的公司内部网络为例，完成网络设计方案的撰写。6.3网络工程实施

6.3.1网络设计方案

在了解网络工程后，应对网络工程进行分析和设计，组建网络时必须解决如下几个问题：(1)该网络重点的业务需求有哪些，例如办公自动化、文件传输、电子邮件等；要实现这些需求，网络系统需要使用的软件，以及本网络与Internet的连接方式等。需要根据业务需求来选择一个能够满足业务需求的软件和网络体系，并做好网络规划。(2)网络的用户情况，包括用户的数量及分布状态，各业务部门之间、各部门与整个网络之间的关系等。(3)设备需求分析(4)信息安全性考虑：包括信息的备份系统、信息保密系统和计算机病毒的防范。(5)网络管理6.3.2网络实施过程

6.3网络工程实施

6.4网络性能评价

1.主动测量与被动测量2.单点测量与多点测量3.网络层测量与应用层测量4.采样技术6.4.1网络性能的测试

6.4网络性能评价

延迟(Latency)2.丢包率(PacketLoss)3.吞吐量(Throughput)4.链路使用率(LinkUtilization)5.可用性(Availability)

6.4.2网络性能指标

1.汇总统计(Mean，Median，Percentile)2.阈值(Threshold)3.基线值(Baseline)4.权重因子(WeightingFactors)

6.4.3统计分析

6.4网络性能评价

6.5网络规划与设计实例

某企业进行信息化建设，需要实现网络办公，该企业总部覆盖面积为200多亩地，其中有一座办公大楼、4个生产厂房和两个仓库，此外，该公司在外地有3个分公司。目前该公司还没有建成完整的局域网和广域网，不仅总部的各个业务部门没有网络连接，总部与各个分支机构之间也没有网络连接，因此该公司打算组建一个企业网，不仅把内部各个业务部门连接起来，总部与分公司之间也要实现连接。在接到一个网络规划的任务后，我们即可根据本章所学的知识着手进行工作。

首先，我们要准确、全面地了解用户的需求，这是规划和设计网络的基础。为此我们要与客户进行良好的沟通，了解客户的企业规模，从而对整个网络规模有个初步的了解。用户提出的需求通常是业务需求，而且是非常具体的。首先，网络建设要满足办公自动化、远程办公、电子邮件及互联网访问等基础网络应用需求。作为企业内部的办公应用，尤其是远程办公，需要使用公共网络资源进行接入，对数据的完整性及保密性提出了高保障的要求，因此在解决方案上需要考虑防火墙及VPN等数据加密和隔离措施。其次，企业规模较大，厂房分布在较大的范围内，其中办公大楼集中了主要的管理部门，如经理室、财务、计划、采购、销售、研发等，而生产车间则分布在几个生产厂房中，管理部门要向生产部门下达生产计划，生产部门又要向采购部门提出采购计划等。公司在各个地区的主要大城市有办事处或分公司，也需要接入总部的内部网络，各分部之间也有信息流。在与用户的沟通中需要详细记录用户的需求。6.5网络规划与设计实例

在充分了解用户需求的基础上，我们再对用户的需求进行分析，从而得到用户所需的网络的信息流结构，包括部门内部的信息流量，各部门之间的信息流量和流向，总部与分支机构之间的信息以及各分支机构之间如何交流信息，企业Web服务器的访问量、Mail服务器的容量等信息。只有清楚地描述网络中的信息流，才能选择合适的网络技术和网络拓扑结构。例如，Web服务器上的访问量很大，而且整个公司都需要对它进行访问，我们可以采用千兆以太网将服务器接入公司骨干网。在准确地分析用户需求后，即可开始规划网络。整个网络很庞大，而且很复杂。我们可以采用分层网络结构，分为骨干网和各部门网。其中，骨干网通常需要较大的带宽和较高的稳定性，而且，需要通过骨干网提供统一的