网络工程规划与设计第一章需求分析[1]

可扩展性
• 可扩展性指的是网络设计应该支持多大 程度的网络扩展
• 有些技术易于扩展
– 平面式网络设计,不能很好扩展
• 要知道
– 在以后的一年里能增加多少站点？在以后的两年里 情况如何？
– 每一个新站点的网络范围有多大？
– 在未来的一年中将有多少新的用户访问公司的互联 网？未来的两年情况如何？
– 在未来的一年里将会在互联网中增加多少台服务器
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开放系统互连（OSI）参考模型
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结构化的网络设计过程
• 系统是按自顶向下的顺序进行设计的。 • 在工程设计过程中，可以使用集中式技术和模型
描述现有系统、用户的新需求及其在未来系统中 的结构。 • 重点理解数据流、数据类型及数据存取或数据改 变过程。 • 重点理解存取、改变数据的用户群的位置和需求 。 • 逻辑模型的建立要先于物理模型。 逻辑模型代表了基本的体系结构模块，可以进一 步划分为功能结构和系统结构。 物理模型代表了设备和具体的技术及实现。
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吞吐量与有效吞吐率对比
• 需要明确吞吐率的含义 • 指定字节/秒，而不管用户数据字节或分
组头部字节
– 或考虑应用层用户字节的吞吐率，有时又称 “有效吞吐率”
• 此时，应该考虑被每个分组头部浪费掉的带宽
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网络性能 (续)
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自顶向下设计方法
• 不要一开始就使用专用网络设计软件(如 OPNET等)
• 首先分析网络工程项目商业和技术目标 • 了解园区和企业网络结构找出网络服务
对象及其所处位置 • 确定网络上将要运行的应用程序及其在
网络上的行为 • 重点先放在OSI参考模型第7层及其以上
99.999% 可用性可能需要三倍 冗余
ISP 1
ISP 2
ISP 3
企业网络
• 用户可以负担得起吗？
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可用性
• 可以用失败的平均时间（MTBF）和修复 的平均时间（MTTR）来定义可用性
• 可用性= MTBF/(MTBF + MTTR)
– 例如:
• 网络每4,000小时 (166天)失效不能多于一次，并 且要在一个小时内修复
• 4,000/4,001 = 99.98%可用性
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网络性能
• 通常性能包括
– 带宽 – 吞吐量 – 带宽利用率 – 提供负荷 – 准确性 – 效率 – 延迟和延迟变化 – 响应时间
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带宽、吞吐量对比
• 带宽与吞吐量不同 • 带宽表示运输数据的电路容量
– 商业目标分析 – 技术目标分析 – 现有网络描述 – 网络通信量分析
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网络设计步骤（续）
• 第2 阶段–逻辑设计
– 网络逻辑拓扑设计 – 网络结构、网络层地址、命名模型设计 – 交换和路由协议选择 – 网络安全规划设计 – 网络管理设计
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网络工程规划与设计第 一章需求分析[1]
2020/12/13
网络工程规划与设计第一章需求分析 [1]
1.1 商业目标及约束分析
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自顶向下的网络设计
• 自顶向下的网络设计是一种从OSI参考模 型上层开始，然后向下直到底层的网络设 计方法。它在选择较低层的路由器、交换 机和媒体之前，主要研究应用层、会话层 和传输层功能。
用户端延迟
• 响应时间
– 与应用程序及其所 运行的设备相关， 不仅与网络相关
– 大多数用户期望在 100~200毫秒内在 显示器上看到有关 内容
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网络工程师眼中的延迟
• 传播延迟
– 信号在电缆或光纤中传播速度仅为真空中传 播速度的2/3
• 发送延迟 (有称串行延迟)
网络工程的商业约束
• 技术偏好和政策 • 预算和人员约束 • 项目进度安排
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同客户讨论商业目标之前
• 同客户讨论商业目标之前，最好先调查 客户所从事的基本业务信息。
• 例如
– 了解客户所属的行业和客户的市场 – 供应商 – 产品、服务 – 竞争优势 – 财务状况
• 通常指定为比特/秒
• 吞吐量是指单位时间无错误传送的数据 量
• 以 bps, Bps,或分组/秒(pps)度量
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带宽,吞吐量 ,负载
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影响吞吐量的其他因素
• 分组的大小 • 分组之间的间隙 • 转发分组设备的速率分组/秒 • 客户端速度 (CPU, 内存, 和硬盘访问速度) • 服务器速度 (CPU, 内存, 和硬盘访问速度) • 网络设计 • 协议 • 距离 • 错误 • 具体时间,等等
– 开始分类安全需要保护的网络资产
• 硬件，软件，应用程序和数据 • 知识产权，商业机密，公司信誉
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网络设计的范围
• 小范围?
– 允许多少人通过VPN访问网络
• 大范围?
– 整个企业、园区网的重新设计
• 使用OSI模型划分范围
– 新的应用预算报告或新的路由协议或新的数据链路(例如无 线网络连接)
• 增加收入和利润 • 提高市场占有份额 • 拓展新的市场空间 • 提高在同一市场内同其他公司竞争的能力 • 降低费用 • 提高员工生产力 • 缩短产品开发周期 • 使用即时生产方法 • 制定解决配件短缺的计划 • 为新客户提供服务
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网络工程商业目标分析（续）
– 是否为关键的商业功能吗？如果新建网络因 故障中断，客户的商业活动将会受到什么影 响？
– 项目对于上层管理的可视性如何？业务主管 是否可以看见该项目的成功或失败？
– 有那些人支持该项目?
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同客户见面
• 发现技术上的偏见（好）
– 例如
• 是否只使用某一公司的产品? • 是否避免使用某种技术? • 是否数据人员与语音人员有偏见?
• 支持移动性 • 为客户提供更好的支持 • 为关键要素开放网络 • 建立达到新水平的良好的信息网和关系网以作为网络
组织化模型的基础 • 避免网络安全问题引发商业中断 • 避免自然或人为灾害引发商业中断 • 对过时技术进行更新改造 • 降低电信和网络费用并在操作上进行简化
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系统发展生命周期
• 系统发展生命周期一般是指系统的开发 及其继续存在的一段时期。
• 系统用户的反馈会引起系统的再一次修 改、重建、测试和完善。
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网络设计的循环实现
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网络设计步骤
• 第1阶段–需求分析
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延迟变化
• 平均延迟时间变化量
– 又称抖动
• 语音、视频和音频应用，不允许延迟 和延迟变化（抖动）
• 重点不在于最大分组大小
– 总需求的折中 – 大容量应用效率或低速率和不变延迟多
媒体
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安全性
• 首先重点在于需求 • 详细的安全规划参见（2.4节） • 确定网络资产
– 将数字数据放到传输线上的需要的时间
• 例如,在1.544MbpsT1线上输送 1,024 字节需要5毫 秒
• 分组交换延迟 • 排队延迟
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排队延迟和带宽利用率
• 随着利用率的增加队列中的分组数成指数增加
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例子
• 一个分组交换机有5个用户,每个用户以10个 分组/秒提供分组
• 网络设计范围满足预算、人员操作和顾问，及施工 进度吗?
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详细信息收集
• 应用程序
– 包括目前和完工以后 – 包括生产应用和管理应用
• 用户团体 • 数据存储 • 网络协议 • 现有网络的逻辑和物理体系结构 • 当前网络性能
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• 为什么了解客户的商业特点很重要? • 目前公司都有哪些商业目标?
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1.2 技术目标分析与折中
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• 可扩展性 • 可用性 • 网络性能 • 安全性 • 可管理性 • 易用性 • 适应性 • 可付性
技术目标
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– 同技术人员和管理人员交谈沟通
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同客户见面
– 获取有关公司的组织机构图
• 显示公司总的组织机构 • 涉及到那些用户？ • 具体的地理位置如何？
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同客户见面ຫໍສະໝຸດ Baidu
– 获取有关安全策略
• 安全策略如何影响新的网络设计的? • 新的网络设计是如何影响安全策略的? • 是否安全策略过严以至于使设计者不能工作?
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同客户见面
• 获取
– 有关网络工程项目目标的简要叙述 • 主要解决的问题? • 新网络怎样帮助客户在商业上取得更 大的成功？ ? • 网络工程项目成功的条件?
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同客户见面
• 如果网络设计项目失败或没有按照规范 施工，将会导致什么后果?
• 效率
– 发送一定数量开销需要多少开销? – 帧可以多大?
• 越大效率越高 (和有效吞吐量) • 但是帧太大，分组损坏时就会丢失更多的数据 • 在不需要确认的情况下一起可以发送多少数据?
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效率
小帧 (效率较低)
大帧 (效率较高)
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可用性 停用时间（分钟计）
每小时 每天
99.999% .0006
.01
99.98% .012
.29
99.95% .03
.72
99.90% .06 1.44
99.70% .18 4.32
每周
每年
.10
5
2 105
5 263
10 526
30 1577
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网络应用
应 用 名 应 用 类 型 新的应用（是或否） 关 键 性 称
评价
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1.1节小结
• 系统化方法 • 重点在于商业需求和约束及应用 • 理解客户公司组织结构 • 理解客户的商业风格
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1.1节复习题
• 自顶向下网络设计方法的主要网络设计阶 段有哪些？
黑客技术
• 黑客技术 1)黑客类型 白帽黑客 2)白盒和黑盒黑客技术
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弱点攻击
• 设计问题 系统加固
• 人为因素 • 执行问题
网络设计步骤（续）
• 第3阶段–物理设计
– 选择园区、企业网络逻辑设计的具体技术和 产品。
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网络设计步骤（续）
• 第4阶段 –测试、优化和文档编写
– 网络设计测试 – 网络设计优化 – 网络设计文档编写
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网络工程的商业目标分析
？未来的两年情况如何？
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可用性
• 可用性可以用每年、每月、每天或者每小时内 正常工作的时间占该时期总时间的百分率来表 示
– 例如:
• 24/7 运转 • 在168-小时一周内网络可用165小时 • 可用性为 98.21%
• 不同的应用程序可能需要不同的级别 • 有些企业可能需要99.999% “5个9”可用性
– 包括价值和期望费用以及因安全丢失后的问 题
• 分析安全风险
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安全概述
• 概述
• -病毒、蠕虫和特洛伊木马 • -典型攻击的举例:红色代码、爱虫病毒、梅利
莎病毒、Nimda、Slammer、Blaster、SoBig.F 等
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• 平均分组长度为 1,024比特 • 分组交换需要在一条56kbps广域网电路上传
输数据
– 负载 = 5 x 10 x 1,024 = 51,200 bps – 利用率 = 51,200/56,000 = 91.4% – 队列中的平均分组数 =
(0.914)/(1-0.914) = 10.63 分组