第一章-网络工程概述

1网络系统工程华北电力大学计算机系郭军[e-mail]2网络系统工程教材：《网络工程与组网技术》，程光、李代强、强士卿。清华大学出版社参考教材：《计算机网络工程和实践》，丰继林。北京交通大学出版社《计算机网络工程实用技术》，何旻中，蒋志华。孙明机械工业出版社《综合布线系统》，刘化君，机械工业出版社…………等3一、课程性质本课程是计算机网络技术专业的专业必修课。以计算机网络技术综合运用能力为培养目标。通过本门课程的教学，可以使学生具有设计和实现局域网和企业网的能力，和一定的工程质量管理的能力。4二、课程内容本课程从网络工程设计角度出发，全面详细地阐述了网络工程涉及的需求分析、逻辑网络设计、物理网络设计、组网技术选择、网络设备选型、工程实施管理等各个阶段的内容，同时介绍了无线网络、网络安全、虚拟专网(VPN)等当前网络技术发展的信息。内容包括网络设计的原理与方法，对全面掌握网络工程设计、工程管理以及最新网络技术等实用知识具有重要的指导意义，也是实践能力培养的重要环节。5三、课程安排第一章网络工程概述。…………简要介绍网络工程的各个阶段。第二章网络工程项目管理。第三章计算机网络基础。第四章局域网技术。第五章广域网技术。第六章路由器与路由协议。第七章交换机的原理和配置。……网络工程的基础知识。第八章综合布线技术。第九章网络管理和安全。第十章网络设计技术。第十一章网络测试和优化，及常用工具等。…………网络工程实施内容。6四、考核方法最终成绩=考试成绩+平时成绩7第一章网络工程概述60年代初期以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端互连的计算机网络；60年代后期多个主计算机通过通信线路互连的计算机网络；70年代中期的具有统一网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络；90年代后的高速、综合化计算机网络。1.1.1网络发展概况81.1.1网络发展概况91.1.1网络发展概况Internet的发展，已经由一台计算机来处理整个组织中的计算需求的老旧模式已经被全新的模型所取代，在新的网络模型下，由大量独立的，但相互连接的计算机来公共完成计算任务。随着互联网的发展，我们需要设计和建设可靠的、高质量的网络以满足经济、生活的需要。对于计算机网络的规划和设计都要进行详细的思考和计划。网络工程的出现使我们能够从工程的角度去设计组建计算机网络。101.1.2网络工程相关定义网络是一个非常大的概念，本书中的网络是指计算机网络。计算机网络是指由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体。以分组交换技术为核心的计算机网络自20世纪70年代以来得到了飞速的发展。采用TCP/IP体系结构的Internet在近年来更是以指数型的爆炸式发展。这使得计算机网络已经成为企业、国家乃至全球的信息基础设施。为了使得网络能够适应基于网络环境下的多种服务，网络工程必须应付这些挑战，以解决网络的设计、实施和维护等一系列技术问题。111.1.2网络工程相关定义一般认为，计算机网络工程是为达到一定的目标，根据相关的规范，通过详细地规划、设计，按照可行的方案，将计算机网络的技术、系统、管理和应用高效地集成到一起的工程。121.1.2网络工程相关定义工程是对技术的分析、设计、建造、验证和管理。网络工程作为工程的一种，与其它一般的日常工作比起来，具有以下几个主要特点：网络工程要有非常明确的目标，这在工程开始之前就要确定，在工程进行中不能轻易更改。这要求工程设计人员要全面了解计算机网络原理、技术、系统、协议、安全、系统布线的基本知识、发展现状和发展趋势。13网络工程的含义及特点工程要有详细的规划，规划一般分为不同的层次，有的比较概括（如总体规划），有的非常具体（如实施方案）。这要求总体设计人员要熟练掌握网络规划与设计的步骤、要点、流程、案例、技术设备选型以及发展方向。工程要有规范的实施依据，例如国际标准、国家标准、军队标准、行业标准或是地方标准。工程要有完备的技术文档，例如可行性论证报告，总体技术方案、总体设计方案、实施方案以及各子系统（模块）的相关文档。14网络工程的含义及特点工程要有法定的或固定的责任人，并有完善的组织实施机构，如项目经理、承包商或领导小组、指挥部等。这要求工程主管人员要熟悉懂得网络工程的组织实施过程，能把握住网络工程的方案评审、监理、验收等关键环节。工程要有可行的实施计划和方案。这要求工程开发人员要掌握网络应用开发技术、网站Web技术、信息发布技术、安全防御技术等。15网络工程的含义及特点工程要有客观的监理和验收标准。这要求工程在实施过程中必须按照标准进行，以及在竣工之后，网络管理人员能够使用网管工具对网络实施有效地管理维护，使网络发挥应有的效能。161.1.2网络工程相关定义定义：网络工程（NetworkingEngineering)是根据用户单位的需求和具体情况，结合现代网络技术的发展水平和产品化程度，经过充分的需求分析和市场调研，从而确定网络建设方案，依据方案的步骤有计划地实施网络建设和后期的技术支持活动。简单地说，计算机网络工程就是组建计算机网络的工作，凡与组建计算机网络有关的事情都可以归纳在计算机网络工程中。171.1.2网络工程相关定义网络工程一般分为网络规划阶段、需求分析阶段、网络设计和实施阶段、网络系统测试阶段和运行维护阶段。网络工程的实质是把工程化的技术和方法应用在设计和组建我们的计算机网络中。181.1.3网络工程的过程模型为了解决产业环境中的实际问题，一项工程往往按照一个开发策略来进行。这个策略常常被称为过程模型。191.1.3网络工程的过程模型一般来说，与网络工程有关的工作可以分为三个阶段：定义阶段、开发阶段和支持阶段。问题定义阶段主要解决“做什么”。技术开发阶段也就是设计阶段，其主要解决“如何做”。支持阶段主要解决“做得如何”。201.2用户需求分析用户一般都是根据自己的需要来组建网络的。但是从用户角度提出的功能需求只是为了解决网络通信中的实际问题，并且这种需求信息往往是模糊的，不便于工程化系统组建网络。该阶段的主要工作：一是帮助用户规划网络的构建；二是对用户提供的信息进行抽象，用网络属于描述用户的网络需求，完成需求分析报告，并进行可行性分析。211.2.1网络规划该阶段需要网络工程师和用户共同完成。原则：帮助用户在现有软硬件环境下或者只增加少量硬件条件下明确组网的近期目标，对现有网络进行升级，充分发挥现有设备的潜力。对网络的根本升级需要工期较长的远期目标。221.2.2需求调研需求调研是需求分析的市场调查阶段，目的是了解用户组网的目的和用户需要的网络具有什么样的功能，掌握现有的基础和设备，以便充分利用现有设备，为进一步分析提供依据。主要包括：地理布局：有设备和待购设备的分布；网络中心位置，用户位置以及距离等。用户设备类型：计算机类型、网络部件种类。网络服务：用户需要哪些服务。实时性：用户的要求和业务的要求。通信量：流量考虑应该有两倍以上的冗余。231.2.3需求分析明确用户的需求之后，需要进行需求分析。主要是对用户的需求进行系统分析，明确用户的具体要求，掌握用户的状况，提出工程的目标，制定需求概要设计书。241.2.3需求分析包括以下几个方面的分析：①环境需求分析②业务需求分析③网络管理需求分析④安全性需求分析⑤确定网络的规模⑥网络拓扑结构分析⑦与外网的互联⑧网络拓展性分析⑨技术可行性分析⑩经济可行性分析251.2.3需求分析重要性：统计表明，在项目决策和设计阶段，影响工程投资的可能性为30~75%，而在施工阶段影响工程投资的可能性只有5~25%。因此项目的决策和设计阶段是工程投资控制的关键阶段。设计一旦完成，项目的网络拓扑结构、布线标准、设备型号就已确定，项目投资额也应该确定。在项目设计和实施过程中，应该在满足工程结构和使用功能的前提下，依据经济指标选择设计方案。261.3网络设计和实施阶段用户需求分析阶段对用户的需求信息有了详细的描述，在网络的设计和实施阶段，设计人员根据一定的原则设计网络的拓扑结构，选择高性价比的设备来组建网络。包括逻辑网络设计、物理网络设计和实施。271.3.1选择网络体系结构目前占主导地位的网络模型是TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）。TCP/IP与具体的通信网络无关，所以通信网络可以使各种局域网。设计人员在选择网络服务的同时要考虑服务实现的方法和相关的操作系统。281.3.2网络拓扑的分层设计1．网络分层设计模型的基本结构291.3.2网络分层设计模型1．网络分层设计模型的基本结构分层模型的每一层都有特定的作用。核心层主要高速处理数据流，提供节点与节点之间的高速数据转发，优化传输链路，并实现安全通信。分布层（汇聚层）主要提供基于策略的网络连接，负责路由聚合，收敛数据流量，将网络服务连接到接入层。接入层为用户提供网络访问功能，并负责将网络流量馈入到汇聚层，执行用户认证和访问控制，并提供相关网络服务。301.3.2网络分层设计模型2．接入层设计接入层主要为最终用户提供访问网络的能力。接入层负责将用户终端连接到网络中，提供最靠近用户的服务。接入层在网络工程中面临很多困难。接入层是网络的基础平台，在网络设计中应当注意以下问题。适度超前。分期实施。简化设计。安全隔离。311.3.2网络分层设计模型3．汇聚层设计汇聚层的主要功能是汇聚网络流量，屏蔽接入层变化对核心层的影响。汇聚层是核心层与接入层的分接口，在局域网环境中，汇聚层包括以下功能。链路聚合。流量聚合。路由聚合。主干带宽管理。信号中继。VLAN路由。隔离变化。321.3.2网络分层设计模型4．核心层设计核心层的主要功能是实现数据包高速交换。核心层是所有流量的最终汇聚点和处理点，从网络工程设计来看，它的结构相对简单，但是对核心层设备的性能要求十分严格。331.3.2网络分层设计模型4．核心层设计单中心星型拓扑结构常用于小规模局域网设计。341.3.2网络分层设计模型4．核心层设计核心层双中心星型拓扑结构常用于园区网设计。351.3.3网络站点的设计端站点：包括工作站、服务器、终端设备，他们构成了网络的资源子网，提供用户可以共享的应用资源。可采用以太网、光纤、ATM等各种模式，根据具体需求确定。中继站点：包括中继器、集线器、网桥、路由器、访问服务器，主要涉及网络模型的下三层。注意：中继站点的传输速率要明显高于端站点。361.4网络测试和运行维护1.4.1网络测试网络测试是对工作结果的验收，是工程质量的重要保证，在网络建设过程中各个阶段的单体测试，可以及时发现网络建设过程中的问题并进行解决。最后通过综合测试完成后交付给用户。具体测试内容包括单体测试和综合测试。371.4网络测试和运行维护单体测试包括：①网络设备的测试：由设备的购置人员对设备进行测试，查看设备性能参数是否符合生产厂家的指标。②通信线路测试：局域网内的各类线路和外接的通信线路。③网络子系统测试：网络的连通性、网络的可靠性、网络响应时间、网络的干扰能力和网络的安全保密性测试。④计算机系统的测试：单个计算机的软硬件配置和网络通信部件是否正常。381.4.1网络测试综合测试指的是网络设备、计算机设备互连构成计算机网络平台后的整体功能和行内的测试。具体测试包括网络的可达能力、帧传输效率和正确率、协议的类型、帧冲突率、流量等参数，并根据这些参数得到网络系统性能的基本情况，如连通性、稳定性、满负荷运行情况和异常能力。综合测试具体包括：①连通性：网络上任意站点间能否互相传输数据，相互访问登录。②稳定性：指在不间断运行时间内，计算机网络系统能否保持正常运行，是否发生异常情况，如有异常发生是否需要操作人员人工干预。③满负荷运行情况：使用专门的测试软件或其他方式让计算机网络系统处于满负荷的状态运行，通过系统监控软件和管理软件检查计算机网络系