计算机网络设计课件第01章网络设计慨论.ppt

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1、第1章 网络设计慨论,主讲：刘文硕,第1章 网络设计慨论,第2页 共50页,1.1 计算机网络慨论,网络设计的核心标准:ITU-T、IEEE、RFC系列。在数据通信网络设计中，ITU-T系列标准更接近于物理层的定义。IEEE 802系列标准则关注物理层和数据链路层。RFC系列标准则更加注重数据链路层以上的规范。,第1章 网络设计慨论,第3页 共50页,1.1 计算机网络慨论,1.1.1 计算机网络定义计算机网络是利用通信设备、通信线路和通信协议，将分布在不同地点、功能独立的多台计算机互连起来，通过功能完善的网络软件，实现网络资源共享和信息传输的系统。计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物。

2、计算机网络是一种数据通信网络。但是，在信号传输过程中，既可以采用数字通信方式，也可以采用模拟通信方式。,第1章 网络设计慨论,第4页 共50页,1.1 计算机网络慨论,1.1.2 计算机网络分类根据IEEE 802系列标准规定，计算机网络按照地理范围可以分为：局域网（LAN）城域网（MAN）广域网（WAN）,第1章 网络设计慨论,第5页 共50页,1.1 计算机网络慨论,第1章 网络设计慨论,第6页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,1.2.1 系统集成的特点（1）系统集成的定义美国信息技术协会（ITAA）对系统集成（SI）的定义是：根据一个复杂的信息系统或子系统的要求，验明多种技术和产品

3、，并建立一个完整的解决方案的过程。,第1章 网络设计慨论,第7页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,可以将“信息系统”分解为网络系统、硬件系统和软件系统三大部分.,第1章 网络设计慨论,第8页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,（2）系统集成的复杂性大型系统集成项目的复杂性体现在技术、成员、环境、约束四个方面，更加麻烦地是它们之间往往互为依存关系。,第1章 网络设计慨论,第9页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,（3）多种技术和产品的集成系统集成不是选择最好产品和技术的简单行为，而是选择最适合用户需求和投资规模的产品和技术。硬件设备：不同产品的接口兼容性。软件产品：不同软件之间数据

4、格式的转换。网络系统：不同系统之间信号交换和路由。计算机网络工程的目的是建立一套满足用户需求、性能价格比较高、完整可行的计算机网络硬件和软件应用平台。,第1章 网络设计慨论,第10页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,1.2.2 网络工程的特点与要求（1）网络工程的特点有非常明确的目标。有详细的规划或设计。有权威的依据，如各种标准。有完备的技术文档。有固定的责任人和完善的实施机构。失败的网络系统都存在着一个共同的问题，那就是忽视或根本就没有做网络系统的设计工作。,第1章 网络设计慨论,第11页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,（3）网络工程对技术人员的要求所有网络专业技术人员都要全面

5、了解通信原理、网络技术、网络协议、操作系统、设备原理、布线规范等基本知识。掌握一些常用工程软件的功能和使用方法，掌握一些常用硬件设备的功能、性能、安装和调试方法。,案例：项目过程中技术人员的主要工作,第1章 网络设计慨论,第13页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,（5）网络工程常用工具软件,第1章 网络设计慨论,第14页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,（5）网络工程常用工具软件,第1章 网络设计慨论,第15页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,（5）网络工程常用工具软件,第1章 网络设计慨论,第16页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,（5）网络工程常用工具软件,第1章

6、网络设计慨论,第17页 共50页,1.2 计算机网络系统集成,1.2.3 网络系统集成的步骤系统规划：形成可行性论证报告。系统设计：形成网络系统总体设计方案。系统实施：实施计划、设备选型、综合布线等。系统验收：形成网络工程验收报告。,第1章 网络设计慨论,第18页 共50页,1.3.1 标准的制定标准是一组规定的规则、条件或要求。标准往往以公开的文档进行表述。（1）标准制定的目的网络工程使用的硬件、软件种类繁多，如果没有标准，会导致硬件设备之间的不兼容，或者一个应用程序不能与另一个软件进行数据交换。通过标准或规范，不同的生产厂商可以确保产品、生产过程以及产品服务达到公认的规定品质。为了保护标准

7、制定组织的利益。降低系统集成商和用户成本。,1.3 网络设计标准与规范,第1章 网络设计慨论,第19页 共50页,（2）标准制定中的利益群体标准的制定往往源于利益集团的需求，不同的利益集团往往会推出不同的标准。最典型的标准组织是ITU（国际电信联盟）和IEEE（电气与电子工程师协会）。ITU为联合国官方组织，它制定的标准更多的反映了各国电信运营商的利益。IEEE是世界上最大的民间工程师组织，它制定的标准反映了各个设备制造厂商和用户的利益。,1.3 网络设计标准与规范,第1章 网络设计慨论,第20页 共50页,1.3.2 ITU-T关于通信网络的标准ITU制定了许多通信和网络方面的标准，这些标准

8、称为“建议”，标准分为很多系列，这些标准系列往往以英文字母AZ开头作为分类（如表1-3）。,1.3 网络设计标准与规范,第1章 网络设计慨论,第21页 共50页,第1章 网络设计慨论,第22页 共50页,1.3 网络设计标准与规范,1.3.3 IEEE 802标准系列IEEE制定的关于LAN和MAN的标准内容如表1-4所示。,第1章 网络设计慨论,第23页 共50页,第1章 网络设计慨论,第24页 共50页,1.3.4 RFC文档从1969年4月7日至2006年6月，IETF组织一共发布了4560篇RFC文档。RFC文档包含了因特网的所有重要标准。但RFC所收录的文件并不都是正在使用或为大家所

9、公认的标准，也有很大一部分只在某个局部领域被使用，或并没有被工程实践所采用。常用的RFC文档如表1-5所示。,1.3 网络设计标准与规范,第1章 网络设计慨论,第25页 共50页,第1章 网络设计慨论,第26页 共50页,第1章 网络设计慨论,第27页 共50页,网络的功能分层与各层通信协议的集合称为网络体系结构。网络体系结构是抽象的，而实现体系结构的是一些具体的硬件和软件。主要的网络体系结构有：OSI/RM（开放式系统互联参考模型）TCP/IP（传输控制协议/互联网协议模型）OGSA（开放式网格体系结构）等,1.4 网络体系结构,第1章 网络设计慨论,第28页 共50页,1.4.1 OSI/

10、RM网络体系结构1983年，ISO创建了计算机通信模型OSI/RM（开放系统互连参考模型）。OSI/RM只给出了计算机网络的一些原则性说明，并不是一个具体的网络协议。OSI/RM参考模型有浓厚的通信背景和特色。如强调服务质量（QoS）、强调差错率的保证、只考虑了面向连接的服务等。由于OSI/RM比较复杂，而且许多设计过于理想，因而没有一个完全实现OSI/RM的实际网络系统。,1.4 网络体系结构,OSI/RM参考模型,第1章 网络设计慨论,第30页 共50页,1.4.2 TCP/IP网络体系结构TCP/IP协议是目前异种网络通信使用的唯一协议体系。TCP/IP协议已成为目前事实上的国际标准。T

11、CP/IP协议分为：应用层、传输层、网络层、网络接口层4个层次。TCP/IP目前面临的主要问题有地址空间不足问题、QoS问题、安全问题等。,1.4 网络体系结构,第1章 网络设计慨论,第31页 共50页,1.4 网络体系结构,TCP/IP参考模型,第1章 网络设计慨论,第32页 共50页,1.4.3 网格体系结构网格技术利用高速互联网，把分布在不同地理位置的计算机、数据库、存储器和软件等资源连成一个整体，实现全球范围的计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、设备资源等各种资源的全面共享。伊安福斯特提出的网格系统特点：协调非集中资源。使用标准、开放、通用的协议和界面。得到较高

12、的服务质量。,1.4 网络体系结构,第1章 网络设计慨论,第33页 共50页,网格技术研究如何在计算机网络平台上，实现协同工作与资源共享，而不是研究网络技术本身。网格不是因特网的替代技术，而是在因特网的基础上，提供附加的协议和服务。最集中的方式是集群，最分散的方式是网格。重要的网格体系结构有两个：伊安福斯特（Ian Foster）提出的五层沙漏结构 IBM等公司提出的开放式网格服务结构（OGSA）。,1.4 网络体系结构,第1章 网络设计慨论,第34页 共50页,（3）网格体系结构的五层沙漏模型五层沙漏结构的主要特点是简单。五层沙漏结构的基本思想是以“协议”为中心，但也十分强调与API（应用程

13、序接口）和SDK（软件开发工具）的重要性。五层沙漏模型从底层开始分别为:构造层、连接层、资源层、汇聚层、应用层。,1.4 网络体系结构,第1章 网络设计慨论,第35页 共50页,沙漏形五层网格模型,1.4 网络体系结构,第1章 网络设计慨论,第36页 共50页,补充：网格与电力网的比较,第1章 网络设计慨论,第37页 共50页,（5）网格技术存在的问题网格系统目前没有正式的标准，在核心技术上，GlobusToolkit已成为网格计算事实上的标准。网格资源动态分配问题。数据通过因特网时形成的延迟问题。目前因特网数据传输能力不足的问题。网上共享资源的产权问题等。,1.4 网络体系结构,第1章 网络

14、设计慨论,第38页 共50页,网络设计包括：逻辑设计、物理设计、软件配置和文档编制等工作。1.5.1 网络逻辑设计网络逻辑设计主要包括：用户需求分析结构设计性能设计（QoS）功能设计安全设计,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第39页 共50页,可靠性设计网络软件规划网络管理设计等。,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第40页 共50页,1.5.2 网络物理设计网络物理设计主要包括：网络设备选型综合布线设计系统测试设计等。物理设计是网络设计的第二步工作。,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第41页 共50页,1.5.3 网络工程文档没有文档的设计只能称为一种设想。

15、网络设计常用文档：可行性研究报告 项目招标说明书 用户需求说明书 项目总体设计说明书 项目子系统设计说明书 综合布线系统设计说明书 工程实施计划,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第42页 共50页,设备选型说明书 设备互联说明书 软件规划说明书 软件配置说明书 系统测试分析报告等,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第43页 共50页,1.5.4 网络设计中的矛盾分析一个满足所有指标的网络设计是一个充满了矛盾地设计。主流技术与新技术的矛盾。安全性与易用性的矛盾。网络安全性设计原则与网络易用性设计原则存在冲突。可靠性与经济性的矛盾。网络可靠性设计往往以增加系统成本为代价。,1

16、.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第44页 共50页,应当在满足少量几个主要指标后，在其他相互矛盾的指标中做出折中处理。,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第45页 共50页,1.5.5 网络方案设计基本原则 网络设计目前没有一套完整的设计规范。大部分设计原则来源于成功和失败的网络设计经验。责任工程师原则：网络设计需要一个具有权威的网络责任工程师。需求决定方案原则：网络工程师应当从用户的角度去思考问题，然后决定网络系统提供的功能与性能。基本结构不变原则：设计方案必须具有灵活性，但是基本的设计方案不能随意改变。,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第46页 共50页,奥

17、卡姆剃刀原则：不要把简单的事情复杂化。通用性原则：不要采用专用性太强的网络设计方案。核心简单边缘复杂原则：网络核心层设计尽量保持简单，而边缘层可能情况复杂，需要反复权衡利弊。弱路由原则：路由器容易成为网络瓶颈，应传输尽量少的信息。,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第47页 共50页,80/20原则：一个子网数据流量的80%是在该子网内的本地通信，只有20%的数据流量发往其它子网。影响最小原则：因为网络结构的改变，受到影响的区域应被限制到最小程度。,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第48页 共50页,2用2备2扩原则：主干光纤在布线时应当遵循2根光纤使用，2根光纤备份，2

18、根光纤保留为扩展。技术经济分析原则：成本与性能通常是最基本的设计权衡因素。成本不对称原则：局域网设计时，对线路成本考虑较少，对设备性能考虑较多。多样性原则：不要过分依赖于某一个设备厂商的产品。,1.5 网络设计方法,第1章 网络设计慨论,第49页 共50页,课程讨论,（1）网络系统集成要求网络工程师的专业知识是广度优先，还是深度优先？（2）网络标准的制定应当基于现有技术，还是应当超越现有技术？（3）讨论和比较ITU-T和IEEE两大系列标准对计算机网络设计影响。（4）在网络设计工作中如何处理主流技术与新技术的矛盾？（5）讨论“奥卡姆剃刀”原则在网络设计中的应用。,第1章 网络设计慨论,第50页 共50页,【本章结束】,