计算机网络 · 网络工程：需求、分层与实施

框架先行：网络工程的建设是一个极其复杂的系统工程，系统分析师必须根据用户单位的需求和具体情况，结合当前网络技术的发展和产品化程度，经过充分的需求分析和市场调研，确定网络建设方案，依据方案有计划、分步骤地实施。按照实施过程的先后，网络工程可分为网络规划、网络设计和网络实施三个阶段。「三阶段」是第一道框架题，规划、设计、实施的顺序别乱。

网络规划是网络建设过程中非常重要的环节，应该以需求为基础，同时考虑技术和工程的可行性，包括网络需求分析、可行性分析和对现有网络的分析与描述三块。其中可行性研究通常从技术可行性、经济可行性、法律可行性和用户使用可行性等方面进行论证——这四个「可行性」是多选题的常客。需求分析通常采用自顶向下的结构化方法，从七个方面着手，这是必背大清单。

第一，功能需求：用户希望利用网络来完成什么功能，依据使用需求、实现成本、未来发展和总预算投资等因素设计组建方案。第二，通信需求：了解用户需要的通信类型、通信频度、通信时间和通信量等。第三，性能需求：包括容量也就是带宽、利用率、最优利用率、吞吐量、可提供负载、精确度、效率、延迟、延时变化量、响应时间、端到端的差错率等。第四，可靠性需求：主要包括精确度、错误率、稳定性、无故障时间、数据备份等几个方面。

第五，安全需求：衡量网络安全的指标是可用性、完整性——信息的完整、精确和有效，不因人为或非人为的原因而改变信息内容——和保密性——信息只能通过一定方式向有权知道其内容的人员透露。第六，运行与维护需求：网络运行和维护费用方面的需求。第七，管理需求：主要包括用户管理，创建和维护用户账户及其访问权限、资源管理、配置管理、性能管理——监视和跟踪网络活动，维护和增强系统性能——和网络维护——防止、检查和解决网络故障问题。功能、通信、性能、可靠性、安全、运维、管理，七条齐。

对现有网络的分析与描述，主要从九个方面调研：服务器的数量和位置——通常服务器所在的中心机房就是网络瓶颈所在；客户机的数量和位置；同时访问的数量——并发访问的最大值也就是网络的峰值，是考验网络负载能力的重要参数；每天的用户数；每次使用的时间；每次数据传输的数据量；网络拥塞的时间段；采用的协议；通信模式——包括双工模式或单工模式、速度和通信地域范围等。九条不用逐字背，但要能认出「服务器所在中心机房就是网络瓶颈」这种特征句。改造原则也有两条：不要推倒重来，要基于现有设备的基础上进行升级和改造；将现有设备降级使用，例如将原有核心层设备降级为分层级使用，并新增更先进的设备。

对，整个设计过程先确定网络总体目标和设计原则，然后设计网络的逻辑结构，再设计网络的物理结构。逻辑结构设计是体现网络设计核心思想的关键阶段，根据需求规范和通信规范选择适宜的网络逻辑结构；此阶段需要描述满足用户需求的网络行为及性能，详细说明数据是如何在网络上传输的，不涉及网络元素的具体物理位置。逻辑网络设计文档输出六项：逻辑网络设计图、IP 地址方案、安全方案、具体的软硬件广域网连接设备和基本的服务、雇佣和培训新网络员工的具体说明、初步的费用估计。

对，物理网络设计是对逻辑网络设计的物理实现，通过对设备的具体物理分布、运行环境等的确定，确保网络的物理连接符合逻辑连接的要求，需要确定具体的软硬件、连接设备、布线和服务。物理网络设计文档输出六项：物理网络图和布线方案、设备和部件的详细列表清单、软硬件和安装费用的估计、安装日程表——详细说明实际和服务中断的时间及期限、安装后的测试计划、用户培训计划。逻辑管「行为和性能」，物理管「设备和位置」，两个六项清单考「哪项属于哪个阶段」的归类。

计算机网络设计主要采用分层设计模型，类似于软件工程中的结构化设计，引入三个关键层：核心层、汇聚层和接入层。逐层给定义。接入层：通常将网络中直接面向用户连接或访问网络的部分称为接入层，目的是允许终端用户连接到网络，因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。汇聚层：是核心层和接入层的分界面，完成网络访问策略控制、数据包处理、过滤、寻址，以及其他数据处理的任务。

对，那句话就是汇聚层的原文定义。排干扰项：接入层面向用户连接，关键词是终端用户、低成本、高端口密度；核心层是网络主干部分，主要目的在于通过高速转发通信，提供优化、可靠的骨干传输结构，核心层交换机应拥有更高的可靠性、性能和吞吐量，在纯粹的分层设计中核心层只完成数据交换的特殊任务——「只完成数据交换」这半句是判断题素材。汇聚层还有个硬件考点：汇聚层交换机是多台接入层交换机的汇聚点，必须能够处理来自接入层设备的所有通信量，因此与接入层交换机比较，需要更高的性能、更少的接口和更高的交换速率。「更少的接口」容易让人懵，记原理：它上行到核心层，不直接面对海量终端。

需要根据网络需求的地理距离、信息流量和数据负载的轻重来选择核心层技术，常用的技术包括 ATM、100Base-Fx 和千兆以太网等。在主干网中，考虑到高可用性的需求，通常会使用双星（树）结构，即采用两台同样的交换机，与汇聚层交换机分别连接，并使用链路聚合技术实现双机互联。「双星结构加链路聚合」是方案题的关键词。

网络实施是在网络设计的基础上进行设备的购买、安装、调试和系统切换工作，共七步。第一步工程实施计划，列出需实施的项目、费用和负责人，控制投资、按进度完成。第二步网络设备到货验收，安装调试前必须先进行严格的功能和性能测试，检查合格证、出厂证、供应商保证书，发现短缺或破损要求补发或免费更换。第三步设备安装，安装项目一般分为综合布线系统、机房工程、网络设备、服务器、系统软件和应用软件等几个部分。

第三步里有个专门提示：尤其要注意综合布线系统的质量，因为它一般涉及隐蔽工程，一旦覆盖后发生故障，查找错误源和恢复故障的代价比较高。第四步系统测试：网络测试包括网络设备测试、网络系统测试和网络应用测试三个层次——设备测试针对交换机、路由器、防火墙和线缆等传输介质和设备；系统测试针对连通性、链路传输率、吞吐率、传输时延和丢包率、链路利用率、错误率等方面；应用测试主要针对 DHCP、DNS、Web、Email 和 FTP 等服务性能。

第五步系统试运行，验证系统在功能和性能上是否达到预期目标，也是对系统不断调整直至达到用户要求的重要时刻。第六步用户培训，是网络建设的重要一环，也是保证系统正常运行的重要因素。第七步系统转换，可以采用三种方法，分别是直接转换、并行转换和分段转换，三种方法的可靠性和成本各不相同，应视具体情况而定。「系统转换三方法」经常单独拎出来考。