网络工程设计CHppt课件

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1、网络工程设计概述(2学时)网络工程设计根底(4+2学时)根本概念、根本设备简单组网技艺中型网络设计知识与技艺设计中型网络大型网络设计知识与技艺设计大型网络网络设计综合知识与运用配置二层以太网交换机(0+4学时)网络需求分析(4学时)构造化布线系统和机房设计(2学时)网络平安战略设计(2+0学时)网络维护与测试(2+0学时)设计性实验(0+10学时)路由器配置(0+4学时)企业网设计(4学时)l联网物理介质l问题：为什么需求各种不同的联网介质？l以太网技术l问题：速率不同，运用的场所能否一样？l案例教学l教学目的l网络需求分析是获取和确定用户有效完成任务所需的网络效力和性能程度的过程，对大中型网

2、络系统是必需的l搞清网络运用目的，了解网络运用约束，掌握网络分析的技术目的，采用适当的分析网络流量的方法，对于网络需求分析是非常重要l以设计网络实验室局域网和办公环境局域网为例，讲解了需求分析和设计过程l重点l网络分析的技术目的l分析网络流量的方法l定义：l网络需求分析是在网络设计过程中用来获取和确定系统需求的过程l网络需求l描画了网络系统的行为、特性或属性，是在设计实现网络系统过程中对系统的约束l在需求分析阶段l应确定用户有效完成任务所需的网络效力和性能程度l需求分析是网络设计过程的根底 l任务步骤l从企业高层管理者开场搜集商业需求l搜集用户群体需求l搜集支持用户和用户运用的网络需求l明确网

3、络设计目的。典型网络设计目的包括l加强协作交流，共享的重要数据资源l加强对分支机构或部属的调控才干l降低电信及网络本钱，包括与语音、数据、视频等独立网络有关的开销l明确网络设计工程范围l是设计新网络还是修正网络l网络规模：一个网段、一个(组)局域网、一个广域网，还是远程网络或一个完好的企业网l明确用户的网络运用 l网络运用统计表运用称号运用类型能否为新运用重要性备注办公邮件电子邮件 否非常重要政策法规库文件共享/访问 否重要会议系统视频会议 是不重要中层以上指点分析网络运用目的分析网络运用约束网络分析的技术目的因特网流量的特点分析网络流量网络工程案例教学l政策约束 l与用户讨论他们的办公政策和

4、技术开展道路l要与用户就协议、规范、供应商等方面的政策进展讨论l不要等待一切人都会拥护新工程 l预算约束 l网络设计的一个共同目的就是控制网络预算l预算应包括设备采购、购买软件、维护和测试系统、培训任务人员以及设计和安装系统的费用等l还应思索信息费用及能够的外包费用 l时间约束 l工程进度表规定了工程最终期限和重要阶段l用户担任管理工程进度，但设计者必需确认就该日程表能否可行l运用目的检查表 l经过填入检查表确定能否了解用户的运用目的及所关怀的事项检查工程结果对用户所处的产业及竞争情况做了研讨。了解用户的公司构造。分析网络运用目的分析网络运用约束网络分析的技术目的因特网流量的特点分析网络流量网

5、络工程案例教学l定量地分析网络性能，首先要确定网络性能的技术目的l有很多国际组织定义了网络性能技术目的l这些技术目的为我们设计网络提供了一条性能基线(baseline)l网络性能目的有两类：l网元级：网络设备的性能目的l网络级：将网络看作一个整体，其端到端的性能目的l我们这里关注的是网络级的性能目的l时延：从网络的一端发送一个比特到网络的另一端接纳到这个比特所阅历的时间l总时延=传播时延+发送时延+重传时延l+分组交换时延+排队时延 l 传播时延+发送时延+排队时延 l网络时延可分为l往返时延(Round-trip Time，RTT)l单向时延(One-way Latency，OWL)l留意：

6、RTT2OWL l吞吐量：在单位时间内传输无过失数据的才干l吞吐量可针对某个特定衔接或会话定义，也可以定义网络总的吞吐量l容量(Capability)：数据通讯设备发扬预定功能的才干，它经常用来描画通讯信道或衔接的才干 l网络负载G：在单位时间内总共发送的平均帧数l吞吐量=G P发送胜利l有效吞吐量：表示了运用层的吞吐量l网络丢包率(丢分组率)：在某时段内在两点间传输中丧失分组与总的分组发送量的比率l该目的是反映网络情况极为重要的目的l无拥塞时途径丢包率为0%，轻度拥塞时丢包率为14%，严重拥塞时丢包率为515%l丢包的主要缘由是路由器的缓存队列溢出l与丢包率相关的一个目的称为“过失率，如误码

7、率(BER)、误帧率，通常极小 l时延抖动：分组的单向时延的变化l变化量应小于时延的1%2%，即对于平均时延为200 ms的分组，时延抖动24 msl有一些网络运用与时延动摇有关l假设因网络突发引起时延抖动，就能够使得视频和音频的通讯中断时间分组产生分组实践到达假想的时延规范值网络实践时延T0t1时延抖动Tk Tk tkl路由即为一个特定的“节点-链路集合，该集合是由路由器中的选路算法决议的l选路算法决议分组所采用的途径路由19h0h1hn-1hnl0l1lnl路由的变动将使时延、丢包率等目的有较大变化lIP网络路由是动态的，但是相对稳定l一种错误的观念是，IP网络的路由是动态的，研讨路由没有

8、意义l为了坚持网络稳定任务，选路算法通常不会随便改动路由，除非当资源用完(即发生拥塞)或底层网络出现缺点 l瓶颈带宽和可用带宽l瓶颈带宽：两台主机之间途径上的最小带宽链路(瓶颈链路)的值l可用带宽：沿着该途径当时可以传输的最大带宽l一些典型运用的带宽如下lPC通讯：14.4kb/s50kb/sl数字音频：12Mb/sl紧缩视频：210Mb/sl文档备份：10100Mb/sl非紧缩视频：12Gb/s l呼应时间：从效力恳求发出到接纳到相应呼应所破费的时间，它经常用来特指客户机向主机交互地发出恳求并得到呼应信息所需求的时间l用户往往比较关怀这个网络性能目的介质时延打印时延效力器时延网卡时延网络时延

9、广域网效力器远地用户网络访问设备激光打印机当呼应时间超越100 ms或1/10 s的时候，就会引起不良反映超越100 ms，就能认识到等待网络的传输l利用率：指定设备在运用时所能发扬的最大才干l例如，网络检测工具阐明某网段的利用率是30%，这意味着有30%的容量在运用中l在网络分析与设计中，通常思索两种类型的利用率：lCPU利用率l链路利用率l网络效率：为产生所需的输出要求的系统开销l网络效率明确了发送通讯需求多大的系统开销，不论这些系统开销能否由冲突、过失、重定向或确认等缘由所致l提高网络性能的方法l尽能够提高MAC层允许的最大长度的帧l运用长帧要求链路具有较低的过失率l可用性(Availa

10、bility)l可用性是指网络或网络设备可用于执行预期义务的时间的总量(百分比)lIP可用率的目的用于衡量IP网络的性能。这是由于许多IP运用程序运转的好坏，直接依赖于IP层丢包率目的，当丢包率目的超越设定的阈值时，许多运用变得不可用。故该目的反映了IP层丢包率对运用性能的影响l可扩展性(Scalablity)l网络技术或设备随着用户需求的增长而扩展的才干l平安性(Security)l总体目的是平安性问题不应干扰公司开展业务的才干l可管理性(Manageability)l每个用户都能够有其不同的网络可管理性目的，否那么从FACPS这5个方面思索l顺应性(Adaptability)l在用户改动运

11、用要求时网络的应变才干l可购买性(Purchasability)l根本目的是在给定财务本钱的情况下，使通讯量最大项 目记录了用户今年、明年两年内关于扩展地点、用户、效力器/主机数量的方案。得知了部门效力器迁移到效力器场点或内部网络的方案。得知了有关实现与协作同伴和其他公司通讯的外部网络的方案。记录下网络可用性的运转时间百分比和/或MTBF以及MTTR目的。记录下共享网段上的最大平均网络利用率目的。记录下网络吞吐量目的。应用名称应用类型是否为新应用重要性停机成本可接受的MTBF可接受的MTTR吞吐量目标时延必须小于时延变化量必须小于备注分析网络运用目的分析网络运用约束网络分析的技术目的因特网流量

12、的特点分析网络流量网络工程案例教学l在过去15年内，许多研讨人员经过对因特网流量进展了较为细致的分析和研讨，提示了因特网根本行为和特性的十大规律l了解这些规律对于我们把握设计计算机网络的普通规律是有协助的l因特网 的通讯量延续地在变化着l因特网 通讯量增长速率很快l不仅是通讯量，而且通讯量的组成、协议、运用以及用户等，都在改动l对现有网络搜集的数据仅仅是在 因特网 的演化过程中的一个快照l不能把通讯量的构造视为不变的l表征聚合的网络流量的特点很困难l因特网 的异构特性l存在大量的、不同类的运用l多种协议、多种接入技术和接入速率、用户行为随时间的变化，以及 因特网 本身随时间变化l网络流量的“临

13、近相关性(locality)效应l流量的方式远非随机的l流量的构造与用户在运用层发起的义务有关，各分组并非是独立的l时间上的临近相关性l空间上的临近相关性l在主机级、路由器级和运用级都有该效应l分组流量并非均匀分布的l在 因特网 主机的分组流量很不均匀l例如：10%的主机占据了总流量的 90%(或 20-80)l缘由：客户机效力器方式、地理缘由等l分组长度分布：双模态(双尖峰分布)l许多短分组包括交互式的流量和确认。这类分组约占 40%l许多长分组是批量数据文件传输类型运用。这些分组尽能够长些(基于 MTU)。这类分组约占 50%l中等长度的分组很少，仅 10%左右l会话的到达过程是泊松(Po

14、isson)过程l因特网 的最终用户是人。是这些人独立地随机发起对 因特网 的接入l例如，用户向万维网效力器恳求单个的页面，就服从于泊松过程l最近的研讨指出，分组到达不是泊松分布l经典的排队论和网络设计是基于：假定分组的到达过程是泊松分布(无记忆的指数分布)l分组是突发式到达的(分组有成群的特性)l分组到达的前后有关联l到达时间并非指数分布l到达时间并非独立的l分组流量是突发的l平均值能够很低，但峰值能够很高l与运用的时间段有关l流量能够是自类似的：在较长的时间范围内存在突发性l突发性难以准确定义l多数 TCP 会话是简短的l90%的会话所交换的数据少于10 KBl90%的交互衔接仅继续几秒钟

15、l80%的万维网文档传送小于 10 KBl流量是双向的，通常是不对称的l数据通常在两个方向流动l两个方向的数据量往往相差很大l尤其是下载万维网的大文件l多数运用都运用 TCP/IP 流量l在 因特网 的分组流量中，TCP 的份额占绝大部分l至今为止 TCP 协议不断是最重要的协议l即使由于 IP 和多播技术的运用(这些运用是在 UDP 上运转)，TCP 仍占主导位置l在可预见的未来仍是如此l正由于这样，许多研讨仅关注 TCP(和 IP)l网络需求分析是获取和确定用户有效完成任务所需的网络效力和性能程度的过程，对大中型网络系统是必需的l需求从分析网络运用目的和分析网络运用约束入手l需求掌握网络分

16、析的技术目的，特别是关键的技术目的l网络需求分析的目的是什么？简述网络需求分析的重要性。l试给出主要的网络性能参数，它们的定义和度量的方法。其中哪些网络性能目的更为根本，更易于获取。l简述因特网流量特点所反映出的根本规律。l需求分析l问题：设计网络为什么要首先确定用户有效完成任务所需的网络效力和性能程度？l网络分析的技术目的l问题：列举几个他以为最重要的网络性能技术目的分析网络运用目的分析网络运用约束网络分析的技术目的因特网流量的特点分析网络流量网络工程案例教学l分析和确定当前网络通讯量和未来网络容量需求的方法l参考因特网流量当前的特征l需求经过基线(baseline)网络来确定通讯数量和容量

17、l需求估算网络流量及预测通讯增长量的实践操作方法l参数的估算无疑为网络设计提供了根据l首先要分析产生流量的运用特点和分布情况，因此需求搞清现有运用和新运用的用户组和数据存储方式l要将企业网分成易于管理的假设干区域。这种划分往往与企业网的管理等级构造是一致的l在网络构造图上标注出任务组和数据存储方式的情况，定性地分析出网络流量的分布情况l区分出逻辑网络边境和物理网络边境来，进而找出易于进展管理的域来l可以根据运用一个或一组特定的运用程序的用户群来区分，或者根据虚拟局域网确定的任务组来区分效力器客户机路由器局域网效力器广域网大型存储器虚拟任务组1成员虚拟任务组2成员l可经过逐个衔接来确定一个物理任

18、务组。经过网络边境可以很容易地分割网络客户机局域网效力器广域网大型存储器场点1边境场点2边境场点3边境场点4边境场点1场点2场点3场点4l描写流量特征包括l区分网络通讯的源点和目的地l分析源点和目的地之间数据传输的方向和对称性l在某些运用中，流量是双向的且对称的l在另一些运用中，流量是双向非对称的：客户机发送少量的查询数据，而效力器那么发送大量的数据l在广播式运用中，流量是单向非对称的l丈量方式大体可分为两类l一是自动式，它经过自动发送的测试分组序列来丈量网络行为l二是被动式，它经过被动俘获流经测试点的分组来丈量网络行为l中心概念是通讯流(Flow)：对一个呼叫或衔接的人为的逻辑对应，流属性(

19、源/目的地址，源/目的端口号，分组计数，字节计数等)具有聚合性质，反映了在起始和停顿范围内发生的事件l填写有网络的通讯流量表(有时难以丈量)流源1流源2流源n信源1 Mpbs途径 Mpbs途径 Mpbs途径信源2信源nl客户机/效力器方式l对等方式l效力器/效力器方式l分布式计算方式l终端/主机方式l估算l运用的性质l每次通讯的通讯量l传输对象大小l并发数量l每天各种运用的频度对象类型长度(kpbs)终端屏幕4电子邮件信息10Web网页(包括GIF和JPEG图像)50电子表格100文字处置文档200图形计算机屏幕500演示文档2,000高分辩率图像(打印质量)50,000多媒体对象100,00

20、0数据库备份1,000,000客户机电子邮件效力器主干网CAD效力器子网1子网2子网3文件效力器主干流量Web效力器运用运用每子网分布率每子网分布率模拟会话模拟会话平均事务大小平均事务大小总访问容量总访问容量电子邮件33/33/33150/秒3KB4.6 Mpbs文件传输25/25/50100文件/小时4.5MB560 kpbsWeb阅读50/25/25200网页/秒50KB10 MpbsCAD效力器0/50/5065/小时40MB5.78 Mpbs分析网络运用目的分析网络运用约束网络分析的技术目的因特网流量的特点分析网络流量网络工程案例教学l案例教学要求：l掌握设计规模达几十台PC的公用LA

21、N的技艺与方法l掌握用Visio绘制该LAN网络拓扑图的方法l案例教学环境：PC 1台，Microsoft Visio软件1套l设计要点：l为新建的网络实验室设计局域网，需求进展网络需求分析。该实验室具有80台PC，且它们需求共享实验效力器信息l用百兆交换机假设干l配置交换机的链路聚合功能l一个具有80台PC的网络实验室依然属于一个小型LAN，但由于该网络有几十名学生要在较短时间内如10秒时间内翻开共享实验效力器上的信息需求，需求对网络运用需求进展分析，并进展相应的设计：l取4台PC为一组，组内突发流量峰值可达几十Mpbs，组间的通讯量通常较小。组内运用一个8端口的百兆交换机l80台PC需求同

22、时共享实验效力器的信息，翻开实验支持系统网站页面(约30KB)、下载软件实验工具(约3MB)和文档(约80KB)。为了使时延觉得不致太大，要求访问文件的时延不大于10秒l要求在10秒内从一台效力器向外输出量将约达250MB，即约199Mpbsl思索到一台效力器输入数据需求处置动态网页和处置数据库的才干，将难以保证在10秒内完成这样的义务。因此，可以思索采用双效力器设计方案每40台PC共享一台效力器，这样共需两台效力器由于目前的公用PC效力器通常都规范配置两块千兆网卡，效力器与交换机衔接可采用两个百兆链路聚合的措施，加强访问效力器的才干每4台PC组成一组，共需20组；每组用一个8端口百兆交换机将

23、它们相连，共需20个这样的交换机每10组用一个16端口的百兆交换机互联，构成多星构造为了添加容错才干，我们还将这两台16端口的百兆交换机用百兆双绞线衔接起来l选用交换机时运用留意交换机的规格系列，l交换机的接口数量规格通常只需8口、16口、24口、48口等l接口速率通常有10/100 Mpbs、1000 Mpbs和10 Gpbsl接口类型通常有双绞线和光纤，而且1000 Mpbs及以上速率的接口通常为光纤介质l案例教学要求：l掌握设计规模达200台PC的办公LAN的技艺与方法l掌握用Visio绘制该网络拓扑图的方法l案例教学环境：PC1台，Microsoft Visio软件1套l设计要点：l办

24、公环境设计局域网，需求进展网络需求分析。该办公环境大约有200台PC，它们需求共享各种办公效力器信息l由于该网覆盖区域较大，机器数量较多，但可容忍；可以采用千兆交换机作为该网的主干，即采用“千兆到交换机，百兆到桌面的网络拓扑l办公网络环境包括了较多的网络信息效力器，如DNS效力器、Web效力器、电子邮件效力器，支持多种信息查询，网络流量高度不均匀l办公环境覆盖范围可达400500米，并能够覆盖几个楼层l网络短时间的中断影响不大，因此不用思索冗余备份措施，降低系统的造价l设置中心交换机和各楼层主交换机，它们之间采用千兆速率光缆；各楼层主交换机到各办公室交换机以及各办公室交换机到桌面PC之间采用百

25、兆双绞线l各网络信息效力器与中心交换机相连l当LAN中的用户机器较多时，需求用多级交换机构成星型网络构造。l其中的设计要点是：l传输速率思索：从桌面到层交换机的百兆，到层交换机到中心交换机的千兆；l传输介质思索：间隔不超越100米采用双绞线，间隔超越100米采用光缆；l效力器效率思索：采用交换机链路聚合技术加强共享效力器才干。l为了确定网络的根底构造特征，首先需求勾画出网络构造图，并标示出主要网络互连设备和网段位置l这包括记录主要设备和网段的名字与地址，以及识别寻址和命名的规范方法l同时要记录物理电缆的类型和长度及环境方面的约束条件l网络构造图是现有网络构造的反映，或反映了上面对网络分析的结果

26、，从而构成了网络设计的根本出发点l包括逻辑网络图、物理网络图和目录效力图这三部分功能 l逻辑网络图l表示网络中的设备以及如何进展相互衔接l物理网络图l表示网络设备的物理衔接方式，或其在特定地点(如效力器机房)的布置方式l目录效力图l利用 Microsoft Visio 的三种目录效力模板，可以设计新目录、创建现有目录的备用设计或创建对当前网络目录效力的更新或迁移的规划l采用适当的分析网络流量的方法，对于网络需求分析是非常重要l设计网络实验室局域网和办公环境局域网的技术最为适用l参照“案例1：网络实验室局域网的设计中所给的设计条件，只是这时实验室的PC为60台，并且每6台为一组。试进展相关设计并用Visio画出设计方案表示图。l参照“案例2：办公环境局域网的设计中所给的设计条件，只是这时办公环境覆盖4层楼，联网PC约为300台。试进展相关设计并用Visio画出设计方案表示图。