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计算机网络设计概述
引入：
展示已建成的网络让学生了解网络规划的重要性，并通过讲解展示的网络让学生对这门课程产生兴趣，并讨论学校校园网络规划方面的先进性与不足之处。
新授：
1.计算机网络系统规划的要求与原则
1.1 计算机网络系统规划的要求
计算机网络系统规划的要求主要有：高可靠性、高可用性、可扩展性等，根据不同的用户需求，这些要求又有不同的侧重点。
可靠性：产品、系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性，那么什么样的系统需要有较高的可靠性呢？
可用性：产品在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。那么什么样的系统需要有较高的可用性呢？
扩展性：新系统新设备加入到现有系统的难易成度，具有良好的扩展性的网络系统一般都是经过系统性规划的网络分析设计而形成的物理网络。
实例：金融系统、道路交通指示系统、校园网络系统„„ 1.2 计算机网络系统规划的原则
选用的网络技术要具有先进性。但也要注意实用成熟和安全可靠。要防止出现网络刚刚建成技术就已落后的情况。同时也要注意防止由于技术过于先进，国内外还没有人用过或应用甚少，使得出现问题难以解决。网络结构、网络硬件平台、软件平台、开发工具、应用软件都应选择具有较长的生命周期，保护用户的投资效益。
1.网络安全性
由于企业网的特殊性，网络的安全性在本次网络建设中是比较重要的，整个网络必须保证万无一失的安全性，并对各个部门的信息要有严格分离保护的办法，防止网络黑客非法入侵。网络系统应配备全面的病毒防治和安全保护功能。
2.易管理易操作性
必须采用智能型网络管理系统，保证全网络设备（交换机、路由器）均可用一套统一的网管系统进行管理；网管软件要求界面为图形界面；所有站点重新分配网段、虚网的重新配置、所有网络设备的重新配置均可通过网管软件由网管站实现；网络布线的设计要求便于管理和维护，当某条链路出现故障时，必须可以在主设备间或配线间内重新配置。
3.技术先进性 当今世界，通信和计算机技术的发展日新月异，我们的方案应该适应新技术发展的潮流，既要保证网络的先进性，同时又要确保各项技术的成熟性。
4.标准化
计算机管理信息系统就是要实现网络及设备资源的共享，把不同厂商的设备和计算机软件进行互连。在一个复杂的大型网络系统里，必然有多个厂商的硬件及软件，为了保证用户的计算机网络系统具有互操作性、可用性、可靠性、可扩充性、可管理性，需要建立一个开放式、遵循国际标准的网络系统。
5.可扩展性
由于用户业务的不断发展，网络系统必然随之不断扩大，为此，目前的网络设计必然为今后的扩充留有足够的余地，以保护用户的投资，并且不影响原有用户的工作。
6.可用性 由于本网络系统对于数据的时效性、可靠性要求较高，因此在设计时应重点考虑网络及设备的可用性。我们的方案要充分考虑用户的费用情况，不但理论上可行，更重要的是实际上可用，最好地适应用户的需要。
7.兼容性
网络结构有良好的兼容性，能够实现与不同类型的子网的无缝连接。8.可靠性
为使网络可靠地运行，我们方案中要选用高品质的产品，把故障率降到最小。9.冗余性
在设计时应考虑为网络留有适当的冗余度，硬件设备应具备一定的冗余模块，以提高网络容错能力。
10.容错性
设备容错性：所选用设备必须具有全容错结构，一台设备中单个电源、单个风扇的故障不影响设备工作，单个模块的故障不影响其它模块的正常工作；设备应具有热修复能力，即当设备的某些部件发生故障时，可以带电更换而不影响设备其它部件工作，新更换部件可直接投入工作而不必重新引导整个设备。
网络结构容错：不能因某台设备的故障而影响到整个主干网络的正常运行；任意一条链路的中断不能使得主干网络的任何部分中断工作。
2计算机网络系统生命周期
网络系统生命周期：一个网络系统从构思开始，到最后被淘汰的过程称为网络生命周期，一般来说应包括：构思与计划、分析与设计、运行和维护的过程，它与软件系统生命周期相似，它是一个循环迭代的过程，每次循环迭代都是由于不同的应用需求的变化，同时每次循环过程中都存在需求分析、规划设计、实施调试和运营维护等阶段。
计算机网络系统生命周期主要有三种：四阶段周期、五阶段周期、六阶段周期 2.1 四阶段周期
四阶段周期能够快速适应新的需求变化，强调网络建设中的宏观管理。四个阶段分别是：
构思与规划阶段：明确网络设计的需求，确定网络建设的目标。分析与设计阶段：根据网络的需求进行设计，形成特定的设计方案。
实施与构建阶段：根据方案进行设备购置、安装、设计、建成实际可用的网络环境。运行与维护阶段：提供网络服务，实施网络管理。各阶段之间有重叠用以保证交接工作 适应范围：四阶段周期工作成本较低、灵活性高，适应于网络规模较小、需求较为明确、网络结构简单的网络工程。2.2 五阶段周期
五阶段周期是较为常见的迭代周期划分方式，一次迭代划分为需求规划、通信规划、逻辑网络设计、物理网络设计、实施阶段，每个环节完毕才能进入下一阶段，类似于软件工程中的“瀑布模型”
优势：所有的计划在较早的阶段完成，系统的负责人对系统的具体情况以及工作进度都非常清楚，更容易协调工作。
缺点：比较呆板，不灵活，用户需求发生变更时，难以返回进行修改，从而影响工作的进度，这就使得用户需求确认工作非常重要。
适应范围：由于存在较为严格的需求和通信分析规范，并且在设计过程中考虑了网络的逻辑特性和物理特性，结构较为严谨，因此，适应于网络规模较大、需求明确、需求变更较小的网络工程。2.3 六阶段周期
六阶段周期是对五阶段周期的补充，是对其缺乏灵活性的改进，通过在实施阶段前增加相应的测试和优化过程来提高网络建设工程中对需求变更的适应性。
六阶段：
需求分析：网络分析人员与用户交流并确定新系统或升级系统的商业目标和技术目标，分析当前的网络通信量、网络性能、协议行为和服务质量要求。
逻辑设计：主要工作是完成网络的拓扑结构、网络地址分配、设备命名规则、交换和路由协议选择、安全规划、网络管理等工作，并选择设备和服务供应商。
物理设计：根据逻辑设计的结果选择具体的技术和产品，使逻辑设计成果符合工程设计规范的要求。
设计优化：通过召开专家研讨会、搭建试验平台、网络仿真等多种形式找出设计方案中的缺陷，并进一步优化。
实施及测试：根据优化后的方案购置设备，进行安装、调试及测试工作，通过测试和试用后发现网络环境与设计方案的偏差，纠正其中的错误，并修改网络设计方案。
监测及性能优化：网络的运营和维护阶段，通过网络管理、安全管理等技术手段，对网络是否正常进行实时监测，如果发现问题，则通过优化网络参数来达到优化网络性能的目的。如果发现网络性能无法满足用户的要求则进入下一迭代周期。
适应范围：六阶段周期偏重于网络的测试和优化，侧重于网络需求的不断变更，由于其严格的逻辑设计阶段与物理设计规范，使得这种模式适合于大型网络的建设工作。
3.网络开发过程
网络开发程是指一次迭代过程，由于中等规模的网络较多，并应用范围较广，因此主要采用五阶段迭代模型，同时此模型也适用于比较单纯的大型网络。
网络开发过程可以划分为如下五个阶段： 3.1 需求分析
需求分析是开发过程中最为关键的一步，所有工程人员都清楚，如果在需求分析阶段没有明确的需求，则会导致以后各个阶段的严重受阻，需要克服需求收集的困难，很多时候用户不清楚自己到底想要的是什么。收集需求信息要与不同的用户交流，如单位负责人、网络管理员、科室负责人等等，将交流得到的信息总结归纳，去伪存真，而在此阶段中也会出现矛盾与分歧，如网络用户和网络管理员之间，网络用户总希望能够更多更方便地享用网络资源，而网络管理员则更希望稳定和易于管理。因此网络设计人员要在工作中根据工程经验，均衡考虑各方利益，才能保证最终的网络是可用的。
不同的用户有不同的网络需求，收集的需求范围如下： 业务需求 用户需求 应用需求
计算机平台需求 网络通信需求
需求分析阶段输出的是一份需求说明书，也就是需求规范，需要将具体需求记录在需求说明书中，清楚而细致的总结单位和个人的需求意愿，编写完成后，管理者与网络设计者应达成共识，并在文件上签字。这也是规避网络建设风险的关键。
3.2 现有网络系统的分析 如果当前的网络开发过程是对现有网络进行升级和改造，就必须对现有网络系统进行分析，目的是描述资源分布，以便于在升级时尽量保护自己的投资。在本阶段需要给出一份正式的通信规范说明文档作为下一阶段的输入，其内容应包括以下内容：
现有网络的拓扑结构图
现有网络的容量，以及新网络所需的通信量和通信模式 详细的统计数据，直接反映现有网络性能的测量值 Internet接口和广域网提供的服务质量报告 限制因素列表，如使用线缆和设备清单等 3.3 确定网络逻辑结构
网络逻辑结构设计是体现网络设计核心思想的关键阶段，在这一阶段根据需求规范和通信规范选择一种比较适宜的网络逻辑结构，并实施后续的资源分配规划、安全规划等内容。
网络逻辑结构要根据用户需求中描述的网络功能、性能等要求设计，要根据网络用户的分类和分布，形成特定的网络结构。网络逻辑结构大致描述了设备的互连及分布范围，但是不确定具体的物理位置和运行环境。
这一阶段最后应得到一份逻辑设计文档，内容包括有以下几点： 网络逻辑设计图 IP地址分配方案 安全管理方案
具体的软硬件，广域网连接设备和基本的网络服务 对软硬件费用、服务提供费用等的初步估计 3.4 确定网络物理结构
物理网络设计是逻辑网络设计的具体实现，通过对设备的具体物理分布、运行环境等的确定来确保网络的物理连接符合逻辑设计的要求，在这一阶段，网络设计者需要确定具体的软硬件、连接设备、布线和服务的部署方案
网络物理结构设计文档必须尽可能详细、清晰，输出的内容包括以下： 网络物理结构图和布线方案 设备和部件的详细列表清单 软硬件的安装费用的估算
安装日程表，详细说明服务的时间以及期限 安装后的测试计划 用户的培训计划 3.5 安装和维护
安装：根据前面工作的成果实施环境准备、设备安装调试的过程。产出的内容包括：逻辑网络结构图和物理网络部署图、设备连接图和布线图及规范的标识、运营维护记录和文档
维护：网络安装完成后，接受用户的反馈意见、监控意见和监控网络的运行是网络管理员的任务，网络维护也是网络产品的售后服务工作。
4.网络设计的制约因素
网络设计的约束因素是网络设计工作必须的一些附加条件，一个网络设计如果不满足约束条件，将导致网络设计方案无法实施。一般来说结束因素主要来自于政策、预算、时间和应用目标等方面。4.1 政策约束
政策约束包括法律、法规、行业规定、业务规范和技术规范等，政策约束的具体体现是法律法规条文，以及园际、国家和行业标准等。4.2 预算约束
预算是决定网络设计的关键因素，很多满足用户需求的优良设计，因为成本超过了用户的基本预算而不能实施。
网络预算分为一次性投资预算和周期性投资预算，其中一次性预算主要用于网络的初始建设，包括采购设备、购买软件、维护和测试系统、培训工作人员以及设计和安装系统的费用。周期性投资预算主要用于后期的运营维护，包括人员方面的开销、设备维护消耗、信息费用以及线路租用费用等。4.3 时间约束
项目进度表限定了项目最后的期限和重要的阶段。通常项目进度由客户负责管理，但网络设计者必须就该日程表是否可行提出自己的意见。4.4 应用目标的检查和确认
在进行下一阶段的任务之前，需要确定是否了解客户的应用目标和所关心的事项，通过应用目标的检查，可以避免用户需求的缺失，检查形式包括设计小组内部的自我检查和用户主管部门的确认检查两种。网络标准的选择
多种网络标准中，当时存在的最其名的是FDDI(光纤分布式数据接口)和ATM(异步传输模式)，后都被以太网所替代，它成功的原因在于“与时俱进”，其标准在过去20年里不断改进，具有可扩充性、灵活的部署距离、支持从短距离局域网到长距离城域网的各种网络应用、易于使用和管理、出色的性价比、灵活性和互操作性。5.1 标准以太网
10M的吞吐量，使用的是还有冲突检测的载波侦听多路访问的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。5.2 快速以太网
随着网络发展，传统标准的以太网技术难以满足日益增长的网络数据流量速度需求，1993年10月第一台快速以太网集线器和网络接口卡出现，标志快速以太网正式应用。
快速以太网的优点主要体现在可以有效地保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，但它仍采用CSMA/CD技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低。
100Mbps分为：100Base-TX、100Base-FX、100Base-T4 5.3 千兆以太网
1000BASE-CX
屏蔽双绞线
25米 1000BASE-T
非屏蔽五类线 100米 1000BASE-SX
多模光纤
500米 1000BASE-LX
单模光纤
3000米 5.4 万兆以太网 5.5 40/100G以太网
小结：
进过此次课程，同学们应该了解网络设计的重要性以及网络设计的基本原则与流程。
作业：
请同学们说说校园网有哪些需求，以及如何量化这些需求。
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