計算機網絡紅河學院工學院第六章網絡工程

本章要點網絡工程的分析與設計網絡的測試、運行和維護本章學習目標

掌握網絡開發的設計、實施過程

熟悉網絡的結構化布線技術

了解網絡的測試、維護技術內容介紹任何級別的政府、公司、企事業單位建設一個計算機網絡是進入現代社會必不可少的工程。網絡工程含：（1）網絡規劃：網絡設計者通過分析、了解用戶的需求，提出一份需求分析說明書和正式的通信規范說明文檔。（2）網絡設計：邏輯網絡設計和物理網絡設計。（3）網絡實施工程。（4）對建設好的網絡進行網絡測試。（5）對網絡作出網絡性能評價等。內容介紹對于建設并維護一個網絡，應該建設或具備以下文擋：（1）用戶需求說明書。（2）正式的通信規范說明文檔。（3）邏輯網絡拓撲圖。（4）物理網絡結構化布線及設備布置圖。（5）網絡測試方案及測試結果。（6）驗收報告（含：網絡、設備及其軟件）。（7）網絡性能評價等。目錄

6.1網絡規劃

6.2網絡設計

6.3網絡實施

6.4網絡測試

6.5網絡性能評價6.1網絡規劃6.1.1需求分析

需求分析：搞清楚客戶網絡需求,使網絡設計者清楚將要做的工作是什么。網絡開發的第一步，是后續開發的基礎，也是開發過程中最關鍵的階段.

需求分析做得不好，帶來的是重復工作、延誤工期或是超支等后果。而網絡需求分析也是整個網絡開發過程中的難點。為了搞清楚用戶網絡需求，需要與用戶進行交流溝通，了解用戶的所需和所想，并學習必要的用戶方業務知識。但很多時候，甚至用戶自己都不清楚具體需求是什么，或者是需求漸漸增加且經常發生變化，這就給從多方面搜集和整理信息的工作帶來了很大的困難。6.1.1需求分析良好的需求有助于為后續步驟建立一個穩固的工作基礎。需求的分析過程中需要考慮很多方面，大致可分為以下幾個方面的需求：

商業需求用戶需求應用需求計算機平臺需求網絡需求

收集需求的過程有一系列的步驟：1。從企業高層管理者或雇主開始收集商業業務信息，2。收集用戶群體的需求和已安裝設備的網絡需求。3。考慮的對象是網絡，在開始收集需求時并不需要考慮網絡和網絡技術。4。最后生成一份詳細的網絡需求說明書。6.1.2現有網絡體系的分析

當需要將某一現有網絡升級或改善時,必須分析該網絡的體系結構和性能。使網絡設計者清楚網絡現在所處的狀態。在此階段，一份正式的通信規范說明文檔應該給出，作為下一個階段邏輯網絡設計的輸入使用。網絡分析階段應該提供的通信規范說明文檔輸出如下：（1）現有網絡的邏輯拓撲圖。（2）反應網絡容量的每個應用、網段及網絡整體所需的通信容量和模式。（3）詳細的統計數據、基本的測量值和所有其他直接反映現有網絡性能的測量值。

（4）Internet接口和廣域網提供的服務質量（QoS）報告。（5）限制因素列表清單，例如：必須使用現有線纜和設備等。6.2網絡設計

6.2.1邏輯網絡設計在了解新網絡的需求和當前網絡的性能后，就進入了網絡分析與設計的邏輯網絡設計階段。在邏輯網絡設計階段，網絡設計者利用需求分析說明書和通信規范說明書來指導具體技術結構的選擇。可用圖6.1來說明邏輯網絡設計在網絡開發過程中所處的位置。網絡需求說明書通信規范說明邏輯網絡設計圖物理網絡設計圖圖6.1邏輯網絡設計邏輯設計過程主要由以下幾個步驟組成：6.2.1.1確定邏輯設計目標（邏輯設計的目標包括）實現最低的運作成本。盡可能的提高網絡的整體性能。要易于用戶級操作和使用。有較好的安全性。增強適應性和網絡擴展的靈活性。6.2.1.2網絡服務評價網絡服務評價主要是對上一步驟中所設計的網絡從如下幾個方面進行評價。用戶操作和使用是否方便。網絡的管理是否容易。網絡的安全是否有保障。網絡服務評價是對邏輯設計中網絡服務方面的目標進行考查，如果未達到預期的目標則需重新進行網絡邏輯設計。6.2.1.3網絡技術評價實現網絡的各個層次中所用的技術并不是唯一的，因此需要根據需求及已有的網絡狀況，對可能采用的各種類型的網絡技術進行全面的評價，為后續步驟提供決策依據。主要考慮以下幾個方面(考慮當前流行的技術)

對不同網絡廣播通信方式的評價。對不同網絡連接類型的評價。對不同類型網絡可伸縮性的評價。6.2.1.4進行技術決策根據技術評價中得出網絡的各個層次中不同類型實現技術的優缺點，結合現有網絡進行最終的技術決策，并生成邏輯網絡說明書。6.2.2物理網絡設計

物理網絡設計是網絡設計的重要組成部分，它提供了網絡實施所必須的信息。物理設計的輸入是前述步驟中生成的需求說明書、通信規范說明文檔和邏輯網絡設計說明書。物理網絡設計的任務是為已設計的邏輯網絡選擇環境平臺：主要包括結構化布線系統設計；為企業網或城域網選擇局域網和廣域網的技術及設備；生成建筑布局和物理網絡結構圖。6.2.2.1結構化布線系統結構化布線系統是一種跨學科、跨行業的系統工程，能夠支持綜合型的應用。由于結構化布線在網絡開發中的重要性，許多國際知名網絡應用設備生產產商都提出了各自的專用布線系統方案，以保證他們生產的設備在網絡應用中發揮良好的性能。如表6-1列出了6.2.2.1結構化布線系統廠商結構化布線方案AT&T公司建筑物布線分布式系統DEC公司DEC網絡連接系統IBM公司IBM公司布線系統NorthernTelecom公司綜合建筑物分布網絡（IBDN）表6-1一些主要的專用結構化布線系統布線系統所采用的結構，通常根據技術要求、地理環境和用戶分布等情況而定，設計的目標是在滿足技術指標的情況下，使系統布線合理、造價經濟，施工及維護方便。許多國際知名網絡應用設備生產產商都提出了各自的專用布線系統方案，以保證他們生產的設備在網絡應用中發揮良好的性能。結構化布線系統主要由下述子系統組成：通用布線子系統還包括了配線間和設備室的交叉互聯板。可以在整個網絡設計以前進行布線，它并不依賴廠商預先安裝的設備部分。但要注意的是并非所有的建筑物布線都可以作為通用布線系統。根據不同的設備系統和線纜類型，EIA/TIA-568標準推薦了常用布線距離的最大值，如表6-2所示。大廈的網絡入口。設備室子系統。配線間。垂直骨干子系統。水平布線子系統。工作區子系統。通用布線子系統表6-2布線距離子系統光纖(m)屏蔽雙絞線(m)非屏蔽雙絞線(m)骨干20002070室內互聯20002070水平布線室到墻上設備2090墻上設備到網卡1010結構化布線舉例6.2.2.2選擇局域網和廣域網的技術及設備局域網和廣域網技術除了傳統的有線網絡外，無線局域網和廣域網技術也是一種被廣泛采用的技術，而且因其具有儲多優勢而大有取代傳統網絡技術的趨勢。局域網和廣域網技術的選擇可依照前述步驟的資料綜合進行決策。在選定局域網和廣域網技術以后便開始決定選擇相關的設備產品。主要有：

線纜的選擇（無線網絡則不需要，而需要設計WAP[無線接入點]點數）交換機路由器服務器的選擇等，其涉及到產品類型、品牌、性能、價格等因素。6.2.2.3生成一份詳細的建筑布局和物理網絡結構圖

在最后，物理網絡設計還必須生成一份詳細的物理網絡結構圖，而且其與建筑布局結構圖應該是配套。物理網絡結構圖就是網絡施工圖，在網絡建成后，驗收時必須要提交給客戶，以方便其網絡管理員進行管理維護。在物理網絡設計中，物理網絡結構圖可能常常發生變化，但一定要及時將變化的情況反映在物理網絡結構圖中，不然，對以后網絡的維護和管理將會造成極大的麻煩。總之，最終提交絡客戶的應該是一份與實際安裝實施相符合的建筑布局和物理網絡結構圖。6.3網絡實施安裝階段的主要輸出是網絡本身。一個好的安裝階段應該產生的輸出如下：1、最后更新的邏輯網絡和物理網絡結構圖（對線纜、連接設備做出清晰的標識。按圖施工！）。2、在安裝開始之前，所有的軟、硬件必須到位，并對其進行過嚴格的測試。必要的培訓！3、工程實施記錄和文檔，包括測試結果和新的數據流量記錄。

6.4網絡測試網絡測試的實施一般包括以下環節：網絡測試包括網絡設備測試、網絡系統性能測試和網絡應用測試三個層次。根據測試目的，確定測試目標，在對關鍵網絡技術和實施細節透徹掌握的基礎上，設計測試方案；建立網絡負載模型；配置測試環境，包括測試工具的選擇及必要的測試工具的研發；采集和整理數據；分析和解釋數據；

準確、直觀、形象地表示測試結果。

6.4.1結構化布線系統的測試在布線工程完成后，必須對整個布線系統進行全面的測試。通常，由布線公司與客戶的技術人員組成測試工作組，對所有信息點進行導通測試，例如：5類測試按照所有信息點的20％進行抽查。驗收合格之后，由技術人員負責網絡的日常維護與管理。6.4.1.1測試儀器及測試標準在對5類線進行測試時，采用微軟公司Pentascanner5類測試儀進行5類線測試。在做光纖損耗方面的測試時，采用微軟公司的光纜測試儀進行測試。同時，以EIA/TIA568國際綜合布線標準作為測試的依據。6.4.1.2具體測試辦法目前，網絡建設使用的電纜主要有3種類型，即光纖、非屏蔽雙絞線和同軸電纜。（1）非屏蔽雙絞線測試從工程的角度來講，結構化布線非屏蔽雙絞線測試可劃分為2類，一類是導通測試，一類是認證測試。（1）非屏蔽雙絞線測試導通測試：在施工的過程中由施工人員邊施工邊測試，它可以保證所完成的每一個連接都正確。導通測試注重結構化布線的連接性能，不關心結構化布線的電氣特性。

認證測試（也稱5類測試認證：包括連接性能的測試和電氣性能測試）：通過測試，可以確認所安裝的線纜、相關連接硬件及其工藝能否達到設計要求，這種測試。①鏈路的驗證測試

電纜安裝是一個以安裝工藝為主的工作，由于沒有人能夠完全無誤地工作，為確保線纜安裝滿足性能和質量的要求，必須進行鏈路測試。在沒有測試工具的情況下，連接工作可能出現一些錯誤。常見的連接錯誤有電纜標簽錯、連接開路和短路等。

開路和短路：在施工中，由于工具、接線技巧或墻內穿線技術欠缺等問題，會產生開路或短路故障。

反接：同一對線在兩端針位接反，比如一端為1-2，另一端為2-1。

錯對：將一對線接到另一端的另一對線上，比如一端是1-2，另一端接在4-5上。

串繞：所謂串繞是指將原來的兩對線分別拆開后又重新組成新的線對。由于出現這種故障時端對端的連通性并未受到影響，所以用普通的萬用表不能檢查出故障的原因，只有通過專用的電纜測試儀才能檢查出來。②電纜傳輸通道的認證測試1確認所安裝的線纜、相關連接硬件及其工藝能否達到設計要求。比如，采用微軟公司Pentascanner5類測試儀進行5類測試。方法是先用測試儀連接跳線兩端，再用AutoTEST進行測試，接著按F1顯示測試結果，最后打印測試結果。

認證測試的內容包括Length（長度）、Next（Nearendcrosstalk，近端串擾）、Attenuation（衰減）、Acr（AttenuationtoCrosstalk，衰減串擾）、WireMap（接線圖）、Impedance（阻抗）、Capacitance（電容）、LoopResistance（循環電阻）和Noise（噪聲）共9項5類技術指標。當所有測試結果均為“PASS”時表示該布線系統符合Category5Cable的傳輸技術要求。

（2）光纖傳輸通道測試

基本的測試內容：連續性和衰減/損耗、光纖輸入功率和輸出功率、分析光纖的衰減/損耗及確定光纖連續性和發生光損耗的部位等。光纖測試指標主要是衰減，如果衰減在標準范圍內為“PASS”，反之為“FALL”。

6.4.2網絡設備測試主要包括以下幾個方面：

功能測試、可靠性和穩定性測試、一致性測試、互操作性測試和性能測試。

網絡產品不同于其它產品的最大特點是必須符合標準，不同的網絡產品之間要能互操作。一致性測試驗證產品的各項功能是否符合標準。如交換機對IEEE802.3、IEEE802.3z、IEEE802.1P、IEEE802.1q、IEEE802.3x等的支持。典型的網絡設備測試方法有兩種：第一種將設備放在一個仿真的網絡環境下進行測試；第二種方法是使用專門的網絡測試設備對產品進行測試。需要注意的是：網絡設備（尤其是服務器！）測試應注意該產品是否是所購廠家的正版產品！（可以檢查維修證書，產品序列號等）。6.4.3網絡系統和應用測試

1、網絡系統測試：（1）物理連通性、基本功能和一致性測試。（2）網絡系統的規劃驗證測試、性能測試、可靠性與可用性測試與評價、網絡流量的測試和模型化等。

網絡系統的規劃驗證測試主要采用的兩個基本手段是模擬與仿真。主要指標：系統中站點的可達性、網絡系統的吞吐量、傳輸速率、帶寬利用率、丟包率、服務器和網絡設備的響應時間、哪些應用和用戶產生最大的網絡流量，以及QoS等

（網絡系統的性能測試是指通過對網絡系統的被動監測和主動測量確定主要指標。此項工作同時可以發現系統物理連接和系統配置中的問題，確定網絡瓶頸、發現網絡問題。測試設備記錄一段時間內的網絡流量，實時和非實時的分析數據。被動測量不干涉網絡的正常工作，不影響網絡的性能。主動測量向網上發送特定功能的數據包或網絡應用，以分析系統的行為。）

2、網絡應用層次上的測試：如網絡應用的性能和服務質量的測試等。例如：IP的語音傳輸VoIP。網絡能支持多大的語音流量、多少個語音通道；網絡是否支持服務質量QoS。

網絡系統測試的核心工具是協議分析儀。一種專用的網絡測試設備，一般具有網絡監視、故障查找、協議解碼和流量產生等功能。

6.5網絡性能評價

隨著計算機網絡規模的擴大，網絡性能成為十分重要的問題。一般來說，了解網絡性能有如下用處：選擇和配置網絡產品。設計整個網絡。管理網絡。評價網絡。網絡故障檢測和排除。規劃今后網絡的發展。6.5.1網絡性能度量網絡性能度量參數：響應時間、吞吐量、資源利用率性能準則的選擇又取決于網絡用戶的應用和需求。用戶：有效地獲得服務，快速地完成和網絡有關的任務。不同的用戶有不同的期望，這主要取決于他們的應用。例如，交互式應用：最重要的網絡性能是響應時間；批量傳輸數據的應用，最重要的網絡性能是吞吐量，即在給定時間內能傳輸的數據總量。6.5.2響應時間響應時間：從請求發出開始到接收到數據所消耗的時間。如：本地的響應時間。遠地進行同樣的查詢的響應時間。上述兩次測量的結果之差即為網絡延遲。影響響應時間的因素來自三個部分：本地系統、網絡和遠程網絡。

1、在網絡的源結點和目的結點影響響應時間的因素有：

CPU的容量以及可給網絡使用的時間。系統的類型，如分時系統或專用系統。在源結點的終端線速度。

I/O處理能力。緩沖區的大小。報文大小。內存訪問優先調度和存取速度。2、在網絡層，影響響應時間主要有以下三個因素：協議處理的開銷。通信密度即網絡負載。傳輸時間。此外，網絡的規模、網絡拓撲結構的復雜性、路由的容量，傳輸誤差和重傳機制、交換系統特性等都對響應時間有影響。為了改變網絡的響應時間特性，通常采用網絡硬件和網絡資源升級、調整負載、調整應用以及實現分布處理等方法。6.5.3吞吐率

吞吐率：單位時間內網上總的通信量。是度量網絡傳輸數據的能力，單位：兆比特每秒即Mb/s

最簡單的方法是：計算端到端的用戶吞吐量除以整個傳輸數據的時間。影響吞吐率的主要因素有：處理通信數據的硬件頻寬或容量。處理通信數據的通信軟件效率。源系統和目的系統的負載。網上的通信量。6.5.4資源利用率資源的利用率包括：CPU利用率、傳輸線路利用率、內存利用率、磁盤利用率以及網絡利用率。資源利用率用于度量資源忙的時間所占的百分比，是評價網絡性能性價比的關鍵參數。通常有總利用率和凈利用率兩類，總利用率是用戶數據處理和開銷一起占總容