网络工程师必读——网络系统设计[王达编著][电子教案]第二章

第二章用户需求调查与分析用户需求调查与分析在整个网络系统设计过程中所处的位置是非常重要的，在一定程度上决定了项目设计的成败。用户需求调查涉及面非常广，非常细。总的来说，可以分为用户一般状况调查、性能需求调查、功能需求调查、应用需求调查和安全需求调查等几大方面。调查之后还要根据调查收集到的信息进行用户需求分析，得出成本/效益评估报告，并以正式文件向项目负责人和用户提交需求分析报告。这不仅要求我们具体实施用户调查的网络工程人员具备必要足够的用户调查经验，全面掌握相应网络系统的细节，还要求调查分析工程人员具有深入的数据、成本分析能力，否则不仅收集到的数据可能不完整，甚至不准确，更可能得出成本/效益根本不合适的网络系统设计方案。在正式进行网络系统设计之前，如果发现仍有某些细节需要向用户了解的话，一定要先进行调查，而不要想当然。这是许多网络系统设计人员经常犯的大错。因为不同行业有不同的行业特点，从事网络系统设计不可能对所有行业都非常了解。本章的重点就是用户需求调查与分析，调查是基础，分析是目的，全面的调查是为了进行正确的分析，得出恰当的结论。而恰当的用户需求分析是进行正确网络系统设计的基础与前提，网络系统设计的绝大多数技术、产品选型和功能配置等都是依据需求分析结果。本章重点如下：主要性能、功能和应用需求调查主要性能、功能和应用需求分析成本/效益评估、需求分析报告书写2.1用户需求调查网络系统设计之初的用户需求调查分为：一般状况调查、性能和功能需求调查、应用和安全需求、成本/效益评估和书写需求分析报告这5大部分。我们把整个用户调查项目分为两大类，即“一般状况调查”和“需求调查”。一般状况用户调查包括用户网络系统使用环境、企业组织结构、地理分布、发展状况、行业特点、人员组成（包括人员对计算机和网络使用的熟练水平）和分布，以及用户对网络系统的期望和要求。而需求调查是多方面的，有性能上的要求，有功能上的需求，有应用上的需求，还有安全方面的需求等（安全需求本书不作介绍）。要求从事用户调查的工程人员（通常是由负责网络系统具体部分设计的工程师担当）对所负责的设计部分有全面的技术和功能需求掌握。2.1.1一般状况调查一般状况调查所包括的项目如下：企业组织结构网络系统地理位置分布人员组成和分布外网连接发展状况企业和行业特点现有可用资源投资预算对新系统的期望和要求具体内容参见书中介绍。2.1.2性能需求调查网络系统性能需求调查决定了整个网络系统的性能档次、所采用的技术和设备档次。这里的调查对象主要是针对一些主要用户（如公司管理层领导）和关键应用人员或部门。性能需求涉及到很多的具体方面，有总体网络接入方面的性能需求，还有交换机、路由器和服务器等关键设备的响应性能需求、磁盘读写性能需求等。具体更细的性能就非常之多了，每个设备都有非常多的性能指标。在此仅就总体的系统性能需求进行介绍，主要考虑：接入速率需求、扩展性需求、吞吐速率、响应时间、并发用户数支持、磁盘读写性能、误码率和可用性等这几个方面。具体参见书中介绍。2.1.3功能需求调查网络系统的功能需求调查主要侧重于网络自身的功能，而不包括应用系统。调查的对象通常是企业网络管理员，或者网络系统项目负责人。网络自身功能也只是指基本功能之外的那些比较特殊的功能，如是否配置网络管理系统、服务器管理系统、第三方数据备份和容灾系统、磁盘阵列系统、网络存储系统、服务器容错系统，是否需要多域，或多子网、多服务器。以上是从总体上进行的功能分析，更多的网络功能需求还体现在具体的网络设备上，如硬件服务器系统，可以选择的特殊功能配置包括：磁盘阵列、内存阵列、内存镜像、处理器对称或并行扩展、服务器群集等；交换机可以选择的特殊功能包括：第三层路由、VLAN、第四层QoS、第七层应用协议支持；路由器可以选择的特殊功能包括第二层交换、网络隔离、流量控制、身份验证、数据加密等。具体内容参见书中的表2-3。2.1.4应用需求调查应用需求调查项目主要包括以下几个方面。熟练，或期望使用的操作系统、办公系统和数据库系统。打印、传真和扫描业务是否多？主要的内部网络应用。是否需要用到公司内（外）部邮件服务？是否需要用到公司内（外）部网站服务？经常要与外部网络连接的方式和用户数。与外部网络连接的主要应用。是否需要用到一些特定的行业管理系统？对各管理系统的应用需求。其他应用需求。2.2用户性能需求分析用户对网络性能方面的要求主要体现在终端用户接入速率、响应时间、稳定性、可扩展性和并发用户支持等几个方面。2.2.1接入速率需求分析在局域网系统组建方面，终端用户的接入速率是一个综合指标，受到整个网络各方面性能的共同决定。如用户网卡、所连交换机端口速率，以及核心，或者骨干层交换机端口速率，背板交换带宽、服务器网卡类型和速率、服务器硬件配置和传输介质类型等方面。如果局域网中用了中间节点路由器连接，则还关系到路由器的整体性能。这些设备的选择方法将在本书的第7章详细介绍。在此仅从技术方面进行介绍，因为实际上网络设备的主要性能还是受到所选用的网络技术决定的。撇开非正常情况，总的来说，用户接入速率保证需要考虑：网卡接口速率、交换机接口速率配置和传输介质类型3个方面。1．局域网接口速率配置目前网卡和交换机接口速率基本上有10/100Mbps、100Mbps、10/100/1000Mbps和1000Mbps这4种。采用双绞线RJ-45接口的通常是自适应类型的，如10/100Mbps和10/100/1000Mbps，而采用光纤传输介质的通常是固定速率的，如100Mbps和1000Mbps。2．传输介质选择在一定程度上，传输速率决定了传输介质的类型。如通常100Mbps以下选择的是5类，或超5类双绞线。虽然也可双选择光纤，但就目前的5类（超5类）双绞线技术来说，百兆位网络采用除了可以延长传输距离外，其他方面的优势并不明显。而6类、超6类双绞线则主要用于千兆位以太网中，当然此时如果采用光纤作为传输介质，传输性能会好许多，不仅是传输距离。而光纤作为传输性能最好的传输介质，目前主要用于千兆位或以上网络（如万兆位以太网和其他诸如GPON、GEPON等光纤接入网络）中。3．广域网接入速率配置对于广域网连接，如果是需要利用公共网络系统，如PSTN、HFC、电力网等只需用相应公用网络的传输介质（PSTN的双绞电话铜线，HFC的同轴电缆+光纤，电力网的电线）即可。而如果是采用专线连接，则通常是采取光纤进行的。各主要接入网性能比较参见书中表2-5。2.2.2响应时间需求分析1．影响响应时间的因素网络系统中各部分应用的响应时间受多方面影响，既有软、硬件配置方面的影响，又有网络结构、网络类型、网络连接方式方面的影响。总体来说，网络、服务器和应用都对整体响应时间有影响。（1）网络网络对整体响应时间的影响是通过不同机制完成的。在广域网中，所选择的协议（例如帧中继或ATM，EIGRP或OSPF）会很大程度地影响数据在网络中传输的延迟时间。这些时间包括处理的时延、排队时延、传送或连续传输时延、传输时延。（2）服务器服务器时延的影响有服务器本身和应用设计两个方面。服务器本身的性能包括处理器的速度，存储器和I/O性能，硬盘驱动速度以及其他设置。（3）应用应用时延受几个独立的因素影响，例如应用设计（例如通话的稳定性），交易的大小，选择的协议（例如UDP或TCP），以及网络的结构。完成一个确定的交易时，一个应用所需要的往返次数越少，它受到网络结构的影响也越小。然而，由于需要重新传输，所以往返的次数本身可能取决于网络结构。2．响应时间分析方法基于监测的类型（被动和主动）以及监测位置（服务器端或客户端）的不同，分析响应时间有几种不同的方法。不同方法的选择会影响维护费用、响应时间测量精确和效率以及部署实施的复杂性。具体参见书中介绍。2.2.3吞吐性能需求分析通过吞吐量测试（具体将在第二版《网管员必读——网络测试与实验》一书中介绍）可以解决下列问题。测试端对端广域网或局域网间的吞吐量。测试跨越广域网连接的IP性能，并用于对照服务等级协议（SLA），将目前使用的广域网链路的能力和承诺的信息速率（CIR）进行比较。在安装VPN时进行基准测试和拥塞测试。测试网络设备不同配置下的性能，优化和评估相关设置。在网络故障诊断过程中，帮助判断网络的问题是局域网的问题还是广域网的问题，从而快速定位故障。在增加网络的设备、站点、应用时检测其对广域网链路的影响。2.2.4可用性能需求分析1．可用性概念网络系统包括可靠性、故障恢复和故障时间等几个方面。网络系统的可用性同样是由许多方面共同决定的，如网络设备自身的稳定性，网络系统软件和应用系统软件的稳定性、网络设备的吞吐能力（相当于接收/发送能力）、应用系统的可用性等方面。2．网络系统的稳定性网络系统的稳定性主要是指设备在长期工作下的热稳定性和数据转发能力。设备的热稳定性一般只能由品牌来作保证，因为它关系到其中所用的元器件。在网络系统中，与稳定性有关的设备主要有网卡、交换机、路由器、防火墙等，在使用时最好把这些设备安装在通风条件比较好的机房中。至于网络设备的数据吞吐能力就与具体设备的档次有关了。当然我们不可能一味追求高吞吐能力的设备，这样的投资成本会非常高的。我们在选择设备时一定选择吞吐能力适合对应网络规模、网络应用水平和发展水平的设备。3．应用系统的可用性一个软件可用性的测试和评估应该遵循以下原则。最具有权威性的可用性测试和评估不应该是专业技术人员，而应该是产品的用户。软件的可用性测试和评估是一个过程，这个过程早在产品的初样阶段就开始了。因此一个软件在设计时反复征求用户意见的过程应与可用性测试和评估过程结合起来进行。软件的可用性测试必须是在用户的实际工作任务和操作环境下进行。要选择有广泛代表性的用户。4．提高可用性的技术书中表2-7所列的技术可以用来提供高系统的可用性，并且介绍了它们能够应用于哪些故障点上。具体内容参见书中介绍。2.2.5并发用户数需求分析并发用户数需求是整个用户性能需求的重要方面，通常是针对具体的服务器和应用系统，如域控制器、Web服务器、FTP服务器、E-mail服务器、数据库系统、MIS管理系统、ERP系统等，并发用户数支持的多少决定了相应系统的可用性和可扩展性。所支持的并发用户数多少是通过一些专门的工具软件进行测试的，测试过程就是模拟大量用户同时向某系统发出访问请求，并进行一些具体操作，以此来为相应系统加压。但是不同的应用系统所用的测试工具不一样。并发性能测试的过程是一个负载测试和压力测试的过程，即逐渐增加负载，直到系统的瓶颈或者不能接收的性能点，通过综合分析交易执行指标和资源监控指标来确定系统并发性能的过程。负载测试（LoadTesting）是确定在各种工作负载下系统的性能，目标是测试当负载逐渐增加时，系统组成部分的相应输出项，例如通过量、响应时间、CPU负载、内存使用等来决定系统的性能。压力测试（StressTesting）是通过确定一个系统的瓶颈或者不能接收的性能点，来获得系统能提供的最大服务级别的测试。并发性能测试的目的主要体现在3个方面：以真实的业务为依据，选择有代表性的、关键的业务操作设计测试案例，以评价系统的当前性能；当扩展应用程序的功能或者新的应用程序将要被部署时，负载测试会帮助确定系统是否还能够处理期望的用户负载，以预测系统的未来性能；通过模拟成百上千个用户，重复执行和运行测试，可以确认性能瓶颈并优化和调整应用，目的在于寻找到系统真正的性能瓶颈所在。除了专业软件测试方法外，还有一个比较粗略的计算方法，那就是根据服务器的处理器性能进行估算。一个系统的CPU容量是用处理器数量乘以CPU的频率定额得到的。如对一台安装了两个2GHz处理器的计算机来说，它的CPU容量=2×2000MHz=4000P4EM。以上具体内容参见书中介绍。2.2.6可扩展性需求分析网络系统的可扩展性需求决定了新设计的网络系统适应用户企业未来发展的能力，也决定了网络系统对用户投资的保护能力。网络系统的可扩展性能到底