网络工程需求分析.docx

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网络工程需求分析

网络工程需求分析

网络工程需求分析

用户需求调查是基础，分析是目的，全面的调查是为了进行正确的分析，得出恰当的结论。

而恰当的用户需求分析是进行正确网络系统设计的基础与前提，网络系统设计的绝大多数技术、产品选型和功能配置等都是依据需求分析结果。

1.网络定量分析

所谓定量分析，就是对事物的量的方面的分析和研究。

事物的量就是事物存在和发展的规模、速度、程度、以及构成事物的共同成分在空间上的排列等等可以用数量表示的规定性。

网络定量分析是分别对单个用户计算机和应用服务器的吞吐率进行分析，计算网络的总吞吐率、服务器的接入速率，为后续的网络设计做准备。

1.1信息点

网络信息种类主要是话音和计算机数据，根据用户提供的各个楼层所需的话音和计算机数据的信息点数量和分布，对各个楼层通信引出端的数据和位置进行考虑，具体配置方法为：

（1）电话话音通信引出端（信息点）按用户预测要求进行配置。

（2）数据通信引出端一般按房间面积10m2为1个点，超过5m2时增加1个点；特殊用户或房间按实际需要配置（如秘书室、财务管理室等），用户电话交换机机房内设置不应少于2个点。

然后根据各楼层用户信息点的数量和分布位置，选用相应规格的通信引出端（信息插座），插入数据通用的选用RJ-45插头连接，插入电话机专用的选用RJ-11、RJ-12插头连接。

对于话音或数据需要单独使用的信息点，可选用单孔信息插座。

信息插座可安装于地面上或安装于墙上，对于安装于地面上，要求金属底盒是密封的、防水、防尘并可带有升降的功能，此方法造价较高，同时由于事先无法预知工作人员的办公位置，因此灵活性也不是很好，建议根据房间的功能用途确定位置后，作好预埋，但不适宜大量使用，以免影响美观；而对于安装在墙上，此方法在分隔板位置未确定情况下，可沿大开间四周的墙面每隔一定距离均匀地安装RJ-45埋入式插座。

RJ-45埋入式信息插座与其旁边电源插座应保持20cm的距离，信息插座和电源插座的低边沿线距地板水平面30cm。

信息模块与双绞线压接时，注意颜色标号配对，进行正确压接。

连接方式分为568A和568B两种方式，两种方式均可采用，但注意在一套系统方案中只能统一采取一种方式。

1.2接入速率

（1）局域网接口速率配置

目前网卡和交换机接口速率基本上有10/100Mbps、100Mbps、10/100/1000Mbps和1000Mbps这4种。

采用双绞线RJ-45接口的通常是自适应类型的，如10/100Mbps和10/100/1000Mbps，而采用光纤传输介质的通常是固定速率的，如100Mbps和1000Mbps。

不过，目前采用100Mbps速率的光纤接口比较少见，因为现在已完全可以通过普通的双绞线接口来实现了。

工作站用户机上通常只需配置10/100Mbps接口网卡即可，而服务器上通常是采用支持1000Mbps速率的接口，而且有多种选择。

如有双绞线的1000BASE-T和1000BASE-CX双绞线RJ-45接口，也可采用1000BASE-SX和1000BASE-LX单／多模光纤接口。

在局域网中，目前基本上都是用IEEE标准的以太网技术，其中传统的10Mbps以太网和FDDI光纤数据网技术目前基本上已淘汰，ATM网络技术也由于其性价比与双绞线以太网相比不具任何优势，在局域网中也已基本不用。

所以在为企业设计局域网系统之时就不要再把这些技术作为主要的列选范畴。

当然根据用户现有网络资源也可适当考虑在局部使用以上局域网技术。

如用户原来网络中有这部分的设备，也可以安排使用。

如网络中需要进行较长距离的互联，则也可考虑使用同轴电缆的10BASE-2和10BASE-5技术，因为它们单段网线的最长长度均比双绞线的长（粗同轴电缆单段可达500米，细同轴电缆单段可达185米，而单段双绞线长度只有100米）。

目前终端用户的接入速率通常是支持快速以太网（IEEE）标准的10/100Mbps自适应类型，对于一些应用较为复杂的终端用户，如视频教学用户需要从网络上进行大型多媒体动画演示的用户，可以采用千兆位以太网（IEEE）标准的1000Mbps接入速率。

万兆位以太网和7类双绞线目前在局域网的应用仍比较少，主要应用于广域网连接中，如SDH网络。

它具有5种不同的光纤网络接口规范，对应于不同波段的光纤介质。

为了确保用户链路接入性能没有性能瓶颈，通常是按图2-2所示接口速率按网络结构层进行标准配置。

同样，可以利用各种接口汇聚技术，如Cisco的FEC和GEC聚合多条链路以得到一个非常高带宽（最高8Gbps）的链路。

（2）传输介质选择

在确定了接口速率后，接下来就要选择适当的传输介质。

其实，一般情况下传输速率决定了传输介质的类型，如100Mbps以下通常选择5类或超5类双绞线，虽然也可以选择光纤，但是采用5类（超5类）双绞线技术已经足够了。

而6类或超6类双绞线则主要用于千兆位以太网中，当然此时如果采用光纤作为传输介质，传输性能会好许多，不仅是传输距离。

而光纤作为传输性能最好的传输介质，目前主要用于千兆位或以上网络（如万兆位以太网和其他诸如GPON、GEPON等光纤接入网络）中。

至于同轴电缆，目前比较少用，除了一些传输性能要求较低的广域网，或者因特网接入系统（如HFC网络）中。

在局域网中主要用于相互访问不是很频繁，访问带宽要求比较低的局域网互联。

因为它的传输速率比较低（最高仅为16Mbps），传输距离虽然比双绞线的100米长，但较光纤的10km（目前最长可达70km以上）来说，还是要短许多的。

从以上的分析可以得出，在一般的局域网系统中，通常都是采用5类/超5类（百兆位速率）、6类/超6类（千兆位速率）进行连接的。

对于一些关键应用系统，如网络存储系统、文件服务器等可以采用性能更佳的光纤进行连接。

对于互连访问不是很频、应用比较简单的局域网互联，可以采用总线进行互连；对于互连访问比较频繁、应用比较复杂的局域网互联通常采用光纤进行。

（3）广域网接入速率配置

在广域网方面，接入速率是由相应的接入方式和相应的网络接入环境决定的，在这方面用户一般没有太多选择权，只能根据自己的实际接入速率需求选择符合自己的接入网类型。

目前主要是各种宽带和专线接入方式，如ADSL、CableMODEM、光纤接入（OAN）、DDN、LMDS、MMDS等，具体情况如表1所示。

表2-5广域网接入方式与接入速率对应表

接入

方式

传输

介质

最高上行

速率

最高下行

速率

最长传输距离

主要特点

主要应用

MODEM

电话铜线

48Kbps（标准下）

56Kbps

10km以上

速率低，但安装方便，实现容易，应用灵活

一般的网络接入、远程网络登录

ISDN

电话铜线

64Kbps

5.5km

速率一般，安装复杂，实现也不容易，但可支持多种综合业务

中小型企业用户因特网、或者总部与分支机构之间的互连

ADSL

电话铜线

640Kbps

8Mbps

5.5km

速率较高，实现也比较容易，应用较广，但传输距离受限

因特网接入

HDSL

电话铜线

5km

速率一般，且上、下行对称，但传输距离受限

经常需要上传数据的中小型企业用户的因特网接入、或局域网互连

VDSL

电话铜线

300m（为时），一般为可达1.5km

上、下行速率均比较高，但传输距离非常短，标准未最终确立

适用于短距离的因特网高速接入和短距离之间的局域网互连

CableMODEM

电视同轴电缆

10Mbps

对称时：

10Mbps非对称时：

40Mbps

10km以上

速率一般，因为10Mbps速率为同一节点所有用户共享的，但传输距离较长，且实现方式容易，但服务费用较高

因特网接入和数字影音传输

SDH

光纤

目前为

目前为

100km

速率非常高，传输距离也很远

TDM数据

APON

光纤

对称时：

1非对称时：

20km

传输速率比较高，传输距离远，但对非ATM业务支持不是很好

ATM业务

EPON

光纤

10km

传输速率高，兼容性好，且支持现有以太网技术，但标准未正式确立

主要支持以太网数据业务，对TDM业务的支持不是很好

GPON

光纤

20km

传输速率和效率均高，传输距离远，兼容性好，同时支持TDM业务，但成本较高

适用于大客户的ATM和GFP业务

GEPON

光纤

1Gbps

1Gbps

20km

传输速率高，传输距离远，兼容性好，特别是与现有主流IP业务兼容良好，最有发展前景

商业或个人用户的以太网数据接入，对TDM业务的支持不是很好

DDN

主要为光纤

7km

传输速率和传输距离均一般，专线接入，安全性能好，但接入费用贵，目前很少用户采用

一般的数据传输

LMDS

大气

155Mbps

155Mbps

5km

传输速率高，但传输距离短，运营成本高，但发展前景良好

所有业务

MMDS

大气

50km

传输速率一般，且主要用于电视信号的传输，带宽较窄，但传输距离很远，适合长距离无线电视传输

无线CATV

1.3响应时间

客户向服务器发出一个请求，服务器用一个或几个包作为对请求的响应。

一般地，一个交易过程（例如一个请求，完成一个查询）可能由几个客户请求和服务器响应组成，从客户发出请求（信息包层或交易层）至他收到最后一个响应的时间就是整体的响应时间。

（1）影响网络整体响应时间因素

网络、服务器和应用都对整体响应时间有影响。

网络对整体响应时间的影响是是通过不同机制完成的。

所选择的协议（如OSPF）会很大程度地影响数据在网络中传输的延迟时间。

这些时间包括处理的时延（主机接收到数据包并获得各种信息），排队时延（当出现了其它的信息包时），传送或连续传输时延（传输帧中的第一位和最后一位的时间），传输时延（一个数据位通过链路的时间，他取决于物理的介质和距离）。

包的损坏和丢失也会降低信息的质量或增加额外的时延，因为需要重新传输。

地面传输的企业网络，等待和传输时延是网络时延的主要问题。

对于卫星网络，传输时延（加上访问协议）是主要问题。

服务器时延的影响有服务器本身和应用设计两个方面。

服务器本身的性能包括处理器的速度，存储器和I/O性能，硬盘驱动速度以及其它设置。

应用设计包括结构和算法。

应用时延受几个独立的因素影响，例如应用设计（例如通话的稳定性），交易的大小，选择的协议（例如UDP或TCP），以及网络的结构。

完成一个确定的交易时，一个应用所需要的往返次数越少，它受到网络结构的影响也越小。

然而，由于需要重新传输，所以往返的次数本身可能取决于网络结构。

通常局域网的响应时间较短（一般为1ms~2ms），因为传输距离较短、协议单一，基本无须路由，网络接口带宽；广域网通常的响应时间较长（通常是60ms~1000ms），因为传输距离远、经过的路由节点多、协议复杂。

（2）响应时间分析方法

基于监测的类型（被动和主动）以及监测位置（服务器端或客户端）的不同，分析响应时间有几种不同的方法。

不同方法的选择会影响维护费用、响应时间测量精确度和效率以及部署实施的复杂性。

不同方法都有其优缺点，市场上有不同的厂商支持不同的方法。

①服务器端和客户端监测方法

服务器端的监测方法是部署在服务器上（一个代理），或靠近它的地方（一个设备）。

因为这种方法不需要安装在客户端，从而大大减少了部署和管理的费用。

因为安装在服务器或服务器附近，他们可以提供不受限制的，对所有和服务器阵列进行交易的监测。

由于在最近的位置，他们也可以提供最精确的服务器时延统计。

服务器端的代理是安装在被监测的服务器上，所以应该小心确保他不会影响服务器的工作。

服务器端的设备可以是在线型或旁路型（接口盒设备）。

在线设备是类似于路由器一样让数据通过的设备，他们对应用的服务可能是额外的故障源；而接口盒不会因为它们本身的故障而造成额外的影响。

客户端的监测方法是部署在感兴趣的客户端上。

它们可以提供非常精确的端至端的时延测量，但是却很难隔离是网络还是服务器时延问题。

常见的两个客户端的方法是定期地“ping”服务器或者设置TCP连接在网络中的往返时间，并假设在整个对话过程中是恒定不变的。

第一种方法可能不是很准确，因为网络设备在处理ICMPpings的时候随应用包不同（路由、等待、丢弃、服务）而不同。

这两种方法都取决于采样标准，而这些采样不一定能反映网络的实际情况。

②被动和主动监测法

被动监测法是接入一个非侵入（不会给网络增加负载）设备来观测实际的应用流量。

在被监测对象上无须安装任何代理软件，对系统资源占用极少，因此不会影响现有操作系统的工作状况。

他一般是对包解码（最低是传输层，并可能直至应用层），或者是使用ARMAPI来识别应用交易的开始和结尾。

由于分析的数据是最终用户的实际活动状态，所以这种方法很明确地测量了最终用户的活动状态。

被动式监测的工具可以是在客户端或是服务器端。

服务器端的被动式监测具有对所有时间，所有用户，所有交易的监测能力。

被动式监测方法的一个限制是它不能用来检测服务，因为从来就没有通信是按照固定计划进行的，所以它不能百分之百精确地确定是否有连接失败，也许用户只是暂停请求。

然而它能够使用相关的历史记录信息来得到合理的结论——假设用户没有正常连接上网时，失败就不会发生。

主动的监测执行可从专门的作业点（POP）预先录制的业务交易获取最终用户的实际体验，是在客户端“模仿”用户正常安装时的一种方法，从而更准确地衡量最终用户的体验。

主动监测可以提供基于计划的重新模拟交易的能力。

这种计划模式可以使它进行7×24的网络连通性测试，而不是用户日常工作的模式。

主动式监测按照预选设定的模式执行，这些模式包括每一种要监测应用的处理过程，而且这些模式力求接近用户的真实情况。

另外，不断地重复进行会对网络设备的缓存提出要求。

总的来说，主动监测非常适用于从最终用户的角度来管理应用服务水平。

主动监测并不依赖真实的用户传输量，因而它能够提前检测问题，并为企业留下足够的时间解决问题。

1.4吞吐量

在新系统交付使用时，我们经常会问这样一个问题，那就是新建系统是否达到了预期的性能（如10Mbps、100Mbps、1000Mbps）而对于一个正在使用的网络，如果它的性能比正常情况慢了许多，如何来查找网络中的瓶颈在企业要增加某种应用时，如何知道现有带宽是否满足要求

对于这些问题，有一些网络管理者使用ping和类似软件的方式进行验证，但经常会发现ping报告结果很好，而性能依旧很差。

因为仅靠发送ICMP包进行测试有很多局限性：

ping是ICMP（InternetControlMessageProtocol.，因特网控制消息协议）报文，这种单一形式的数据与网络中真实的流量有很大差异；

ICMP工作方式虽然可以定制尺寸，但是报文的逐一发送和确认（每隔一秒发送一个ICMP报文），不能形成易于评估的高速流量；③会报告可达性和网络环回时间，不易计算反映链路上下行传输能力的吞吐量。

要解决上述问题，服务商或企业网管理者需要测试网络吞吐量。

而且吞吐量测试常常需跨越局域网、广域网或VPN网络。

负责网络安装、维护和故障诊断的网络工程师、网络管理员、提供高速光链路以太网至用户的电信部门的工程师都会在工作中使用吞吐量和加压测试来检查链路的性能。

网络中的数据是由一个个数据包组成的，交换机、路由器、防火墙等设备对每个数据包的处理要耗费资源。

吞吐量理论上是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受的最大速率。

其测试方法是：

在测试中以一定速率发送一定数量的帧，并计算待测设备传输的帧，如果发送的帧与接收的帧数量相等，那么就将发送速率提高并重新测试；如果接收帧少于发送帧则降低发送速率重新测试，直至得出最终结果。

吞吐量测试结果以比特/秒或字节/秒表示。

通过吞吐量测试可以解决下列问题：

（1）测试端对端广域网或局域网间的吞吐量；

（2）测试跨越广域网连接的IP性能，并用于对照服务等级协议（SLA），将目前使用的广域网链路的能力和承诺的信息速率（CIR）进行比较；

（3）在安装VPN时进行基准测试和拥塞测试；

（4）测试网络设备不同配置下的性能，从而优化和评估相关设置；

（5）在网络故障诊断过程中，帮助判断网络的问题是局域网的问题还是广域网的问题，从而快速定位故障；

（6）在增加网络的设备、站点、应用时检测其对广域网链路的影响。

吞吐量测试需要在链路两端进行，网络工程师通过选择两点来确定被测链路，仪表的主端在一边，远端在另一边，确定测试参数后进行测试。

通过网络吞吐量测试，可以在一定程度上评估网络设备之间的实际传输速率以及交换机、路由器等设备的转发能力。

当然应当知道网络的实际传输速率同网络设备的性能、链路的质量、终端设备的数量、网络应用系统等因素都有很大关系。

这种测试同样适用于广域网点到点之间的传输性能测试。

吞吐量和报文转发率是关系路由器、防火墙等设备应用的主要指标，一般采用FDT（FullDuplexThroughput，全双工传输）包来衡量，指64字节数据包的全双工吞吐量，该指标既包括吞吐量指标也涵盖了报文转发率指标。

随着Internet的日益普及，内部网用户访问Internet的需求在不断增加，一些企业也需要对外提供诸如WWW页面浏览、FTP文件传输、DNS域名解析等服务，这些因素会导致网络流量的急剧增加，而路由器、防火墙作为内、外网之间的唯一数据通道，如果吞吐量太小，就会成为网络瓶颈，给整个网络的传输效率带来负面影响。

因此，考察路由器、防火墙的吞吐能力有助于我们更好地评价其性能表现。

这也是测量路由器、防火墙性能的重要指标。

吞吐量的大小主要由路由器、防火墙内网卡，及程序算法的效率决定，尤其是程序算法，会使路由器、防火墙系统进行大量运算，通信性能大打折扣。

因此，大多数号称100Mbps的路由器、防火墙，由于其算法依靠软件实现，通信量远远没有达到100Mbps，实际可能只有10Mbps~20Mbps。

纯硬件路由器、防火墙，由于采用硬件进行运算，因此吞吐量可以达到线性90Mbps~95Mbps，可以算是真正的100Mbps的路由器和防火墙了。

对于中小型企业来讲，选择吞吐量为百兆级的路由器、防火墙即可满足需要，而对于电信、金融、保险等行业公司和大企业就需要采用吞吐量千兆级的路由器、防火墙产品。

1.5并发用户数

并发用户数需求是整个用户性能需求的重要方面，通常是针对具体的服务器和应用系统，如域控制器、Web服务器、FTP服务器、E-mail服务器、数据库系统、MIS管理系统、ERP系统等，并发用户数支持的多少决定了相应系统的可用性和可扩展性。

所支持的并发用户数多少是通过一些专门的工具软件进行测试的，测试过程就是模拟大量用户同时向某系统发出访问请求，并进行一些具体操作，以此来为相应系统加压。

但是不同的应用系统所用的测试工具不一样。

并发性能测试的过程是一个负载测试和压力测试的过程，即逐渐增加负载，直到系统的瓶颈或者不能接收的性能点，通过综合分析交易执行指标和资源监控指标来确定系统并发性能的过程。

负载测试（LoadTesting）是确定在各种工作负载下系统的性能，目标是测试当负载逐渐增加时，系统组成部分的相应输出项，例如通过量、响应时间、CPU负载、内存使用等来决定系统的性能。

负载测试是一个分析软件应用程序和支撑架构，模拟真实环境的使用，从而来确定能够接收的性能过程。

压力测试（StressTesting）是通过确定一个系统的瓶颈或者不能接收的性能点，来获得系统能提供的最大服务级别的测试。

并发性能测试的目的主要体现在3个方面：

以真实的业务为依据，选择有代表性的、关键的业务操作设计测试案例，以评价系统的当前性能；当扩展应用程序的功能或者新的应用程序将要被部署时，负载测试会帮助确定系统是否还能够处理期望的用户负载，以预测系统的未来性能；通过模拟成百上千个用户，重复执行和运行测试，可以确认性能瓶颈并优化和调整应用，目的在于寻找到瓶颈问题。

2.可扩展性需求分析

网络系统的可扩展性需求决定了新设计的网络系统适应用户企业未来发展的能力，也决定了网络系统对用户投资的保护能力。

试想一个花了几十万构建的网络系统，可就在使用不到一年，因为公司用户量的小幅增加，或者增加改变了一些应用功能模块就无法适应了，需要重新淘汰一部分原有设备，或者应用系统，甚至需要全面改变原有网络系统的拓扑结构，其损失之大是一般企业都无法承受的，也是不允许的。

网络系统的可扩展性能到底需要多高并不是凭空设想的，而是要根据具体用户网络规模的发展速度（根据最近一年的发展情况和对未来发展的预计估算）、关键应用的特点。

网络系统的可扩展性需求保证主要是为了适应网络用户的增加、网络性能需求的提高、网络应用功能的增加或改变等方面。

网络系统的可扩展性最终体现在网络拓扑结构、网络设备，特别是硬件服务器的选型，以及网络应用系统的配置等方面。

下面分别予以简单分析。

2.1网络拓扑结构的扩展性需求分析

在网络拓扑结构方面，所选择的拓扑结构是方便扩展，要能满足用户网络规模发展需求。

在网络拓扑结构中，网络扩展需求全面体现在网络拓扑结构的三层（通常为三层，那就是核心层（或称“骨干层”）、会聚层和边缘层）。

一般的网络规模扩展主要是关键节点和终端节点的增加，如服务器、各层交换机和终端用户的增加。

这就要求在拓扑结构中的核心层（或“骨干层”）交换机上要留有一定量（具体量的确定要根据相应用户的发展速度而定）的冗余高速端口，以备新增加的服务器、会聚层交换机等关键节点的连接。

通常是少数关键节点的增加可直接在原结构中的核心交换机上冗余的端口上连接，如果需要增加的关键节点比较多，则可以通过增加核心层交换机，或者会聚层交换机集中连接。

而在会聚层，也应留有一定量的高速端口，以备新增加的边缘层交换机，或终端用户的连接。

少数的终端用户增加也应可以直接使用边缘层交换机上冗余端口连接，如果增加的终端用户比较多，则可使用会聚层的高速冗余端口，新增一个边缘交换机集中连接这些新增的终端用户。

2.2交换机的扩展性需求分析

交换机端口的冗余可通过实际冗余和模块化扩展两种方式来实现。

实际冗余是对于固定端口配置的交换机而言，而模块化结构交换机的端口可扩展能力要远好于固定端口配置的交换机，当然价格也贵许多。

具体原结构中各层所应冗余的端口数是多少，则要视乎具体的网络规模和发展情况而定。

可扩展性需求在网络设备选型方面的要求主要体现在端口类型和速率配置上，特别是核心层（或“骨干层”）和会聚层交换机。

如原来网络比较小，但企业网络规模发展比较快，此时在选择核心、会聚层交换机时就要注意评估一下是否要选择支持光纤的千兆交换机，尽管目前可能用不上，但可能在很短的几年后就要用到高性能的光纤连接，如与服务器、数据存储系统等的连接。

当然双绞线千兆位的支持是必不可少的，而且还要评估一下需要多少个这样的端口，要冗余多少个双绞线和光纤端口。

如果在网络系统设计时没有充分的考虑，则当用户规模，或者应用需求提高，需要使用光纤设备时，则原来所选择的核心层和会聚层交换机都不适用，需要重新购买了，只能作为边缘层交换机使用了，浪费了用户的投资。

2.3WLAN网络的扩展性需求分析

与交换机类似的设备就是WLAN网络中的无线接入点（AP），它同样有连接性能问题。

因为目前来说WLAN设备的连接性能还较低，所以通常来说，设备所支持的WLAN标准决定了设备的用户支持数。

如