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1.9习题与思考题22
第1章计算机网络工程设计概述
本章的目的是对用系统集成方法进行计算机网络工程设计所涉及的一些基本概念进行定义和讨论。
首先，我们在l.l节中将探讨一下计算机网络工程的概念，因为网络工程设计是网络工程中一个非常重要的部分，是用系统化的、规范的、可度量的方法设计计算机网络的过程；
在l.2节中，我们将简要地讨论网络工程过程模型。
由于本书强调的是用“系统集成”的方法设计计算机网络，因此我们在1.3节中将较为详细地讨论系统集成的概念。
为了保证网络设计质量，我们必须有质量管理的概念，为此我们将在1.4节中对ISO9000国际标准的基本概念进行介绍，并在1.5节和1.6节中将分别介绍网络设计中的文档管理和利用MicrosoftProject98管理网络工程设计项目的方法。
最后，在1.7节中，我们讨论了当前在我国进行网络工程设计时应注意的几个问题。
1.l网络工程概念
网络是一个非常大的概念，本书中的网络主要是指计算机网络。
以分组交换技术为核心的计算机网络自20世纪70年代以来得到了飞速发展。
采用TCP／IP体系结构的Internet得到广泛使用。
为了使得网络能够适应基于网络的多种多样服务在带宽、可扩缩性和可靠性等方面不断增长的需求，网络工程必须应付这些挑战，解决好网络的设计、实施和维护等一系列技术问题。
作为一门学科，网络工程必须总结并研究与网络设计、实施和维护有关的概念和客观规律。
从而使无论是刚刚涉足该领域的新手，还是久经沙场的老将，都能够根据这些概念和规律来设计和建造满足客户需求同时跟得上Internet发展步伐的计算机网络来。
本书对网络工程的定义：
（l）将系统化的、规范的、可度量的方法应用于网络系统的设计、建造和维护的过程，即将工程化应用于网络系统中。
（2）对（l）中所述方法的研究。
任何工程方法必须以有组织的质量保证为基础。
全面的质量管理和类似的理念刺激了过程的不断改进，正是这种改进导致了更加成熟的网络工程方法的不断出现。
网络工程的核心就是对于质量的关注。
网络工程是一种层次化的技术（参见图l.1）它的基础是过程层。
网络工程过程是将技术层结合在一起的凝聚力，它使得计算机网络能够被合理地和及时地设计完成。
过程定义了一组过程区域的框架，这对于网络工程技术的有效应用是必需的。
关键过程区域构成了网络项目的管理控制的基础，确立了上下各区域之间的关系，并且规定了技术方法的采用、工程产品的产生、质量的保证及变化的适当管理。
网络工程的方法层定义了建造网络在技术上需要“如何做”。
方法包括了一系列任务：
需求分析、设计、编程、测试和维护。
网络工程方法依赖于一组基本原则，这些原则控制了每一个技术领域，且包含建模活动和其他描述技术。
网络工程的工具层对过程和方法提供了自动或半自动的支持。
当这些工具被集成起来使得一个工具产生的信息能够被另外一个工具使用时，就建立了一个支持网络开发的系统。
1.2网络工程过程模型
工程是对技术实体的分析、设计、建造、验证和管理。
本书关注的技术实体是基于TCP/IP的计算机网络系统。
1.2.1基本概念
从一般性考虑，与网络工程有关的工作可分为三个阶段：
问题定义、技术开发和方案综述。
定义阶段集中于“做什么”。
即在定义过程中，网络系统的设计者试图弄清楚网络系统要支持的业务，它要完成什么样的功能和性能，希望有什么样的系统行为，有什么样的约束，以及确认一个系统成功的标志是什么。
虽然在定义阶段采用的方法取决于使用的网络工程过程模型（或组合），但在某种程度上均有三个主要任务：
分析网络应用目标（2.1节），分析网络应用约束（2.2节），分析网络通信特征（2.4节）。
设计阶段集中于“如何做”。
即在设计过程中，网络设计者首先建立一个逻辑模型。
系统的逻辑模型允许用户、设计者和实现者看到整个系统是如何工作的，为大家提供参照物。
设计的方法可以有所不同，但一般具有三个共同的任务：
确定网络拓扑形式（5.1节），规划网络地址（5.2节），选择适当的选路协议（5.3节）。
以及包括网络管理（第6章）和网络安全（第7章）的设计。
接下来，是为所设计的逻辑网络选择技术和设备。
其中包括结构化布线系统（8.1节）、机房和电源（8.2节）的考虑，为局域网或园区网选择技术和设备（8.3节），为企业网选择技术和设备（8.4节）。
注意到在我们所述的网络设计方法中，网络设计所用的基本构件（第3章）是基于通用的市售网络设备，而不是自行研发的，即采用系统集成的工程方法来实现系统。
测试阶段集中于“做得如何”。
此时要编写并实现测试计划，建立原型系统或实验系统，验证网络设计，并编写网络设计文档。
如果测试结果表明存在性能问题，那么则要进一步更新设计。
更新设计由上述过程构成了逐步求精的循环过程。
为了解决网络工程中的实际问题，一个或一组网络设计师必须综合出一个开发策略，该策略能够覆盖上述过程、方法和工具三个层次。
这个策略就被称为网络工程过程模型。
所有网络工程都可看成一个问题的循环解决过程，其中包含四个截然不同的阶段：
状态描述、问题定义、技术开发和方案综述。
状态描述表示了事务的当前状态；
问题定义标志了要解决的特定问题；
技术开发通过应用某些技术来解决问题；
方案综述提交结果（如文档、程序、数据、新的应用功能或新的系统）给那些从一开始就需要方案的人。
上述的问题循环解决过程可以应用于网络工程的多个不同开发级别上。
它可以用于考虑整个系统的宏观阶段，设计系统的中级阶段，甚至是某个设备的测试阶段。
因此，可以先定义一个模式，然后在连续的更小规模上递归地应用它，来提供关于过程的理想化视图。
在图1.2a中，问题循环解决的每个阶段包含有一个相同的问题循环解决过程，该循环还可以再包含另一个问题循环解决过程。
实际上，要想像图l.3那样清楚地划分活动是很困难的，因为阶段内部和阶段之间的活动常常是交叉的，但这个简化的视图产生了一个重要思想：
对于一个网络工程项目，不管使用了什么样的过程模型，所有的阶段——状态描述、问题定义、技术开发和方案综述，在某个细节的级别上都是同时存在的、给出了递归性质的图1.2b，上面讨论的四个阶段既可以用于一个完整网络系统的设计也可以用于一个网络部件的测试。
1.2.2网络设计的系统集成模型
图1.3给出了网络设计的系统集成模型。
该模型提出了网络系统的系统化的、顺序的方法。
虽然该模型支持带有反馈的循环，但将该模型视为严格线性关系可能更易于处理。
该模型从系统级开始，接着是用户需求分析、逻辑网络设计、物理网络设计和测试。
由于在其中的物理网络设计阶段，网络设计者通常是采用系统集成方法来设计实现物理网络的，因此将该模型称为网络设计的系统集成模型。
在这种方法的第一步——用户需求分析阶段中，设计者将重点考虑客户的需求、约束和目标。
因为一个好的网络设计必须清楚客户需求，并且将这些需求转换为商业和技术目标如可用性、可扩缩性、可购买性、安全性和可管理性等。
这一步是非常重要的，如果网络设计者认为已经明确客户应用要求，而当网络安装完毕才发现他们实际并未认识到客户最重要的要求，将可能随着用户数量的增加产生可扩缩性和性能的问题。
该过程包括搞清部门和用户组的结构，明确网络将向谁提供服务，并从何处获取有用信息。
当然，如果对客户的需求及要达到的目标十分明确，并且客户希望对网络设计有一个快速响应，则可以直接进入网络逻辑设计阶段。
该设计方法是可以循环反复的。
为避免从一开始就陷入细节陷阱中，应先对客户需求有一个全面的了解，以后再收集更多有关协议行为、可扩缩性需求、优先级等技术细节信息。
本设计方法认为，逻辑设计和物理设计的结果可以随着信息收集的不断深化而变化，螺旋式地深入到需求和规范的细节中来。
系统集成设计方式同时强调，逻辑设计必须充分考虑到可选用的厂商设备有档次型号的限制，以及客户需求会不断变化和发展，因此不必过分拘泥于客户需求的指标细节，应当在设计方案经济性、时效性的基础上具有一定前瞻性。
在网络设计中使用该模型是有效的，但可能会遇到如下一些问题：
（1）用户常常难以给出所有的网络应用需求，而该模型却要求如此，使得它难以处理项目开始阶段存在的不确定性。
（2）网络系统的性能一直到项目开发晚期的测试阶段才能得到，如果发现错误，后果可能是灾难性的。
（3）开发者常常被不必要地耽搁。
传统生命周期的线性特征会导致“阻塞”状态，其中某些项目组成员不得不等待组内其他成员先完成其依赖的任务。
事实上，花在等待上的时间可能会超过花在开发工作上的时间，而阻塞状态经常发生在线性过程的开始和结束。
这些问题在某些场合是真实存在的。
但无论如何，传统的生命周期过程在网络工程中仍占有非常重要的位置。
它提供了一个模板，使得分析、设计、安装、测试和维护方法可以在该模板的指导下展开。
尽管这种模型还有许多缺点，但显然它要比网络工程中的随意状态要好得多。
由于供网络设计的网络设备的类型和型号是有限的以及用户的要求可以归类，设计出来的网络具有的共性可能较多，同时可能有许多成功设计的网络系统范例可供参考，因此在实际网络设计的实践中运用网络工程的系统集成模型是十分有用的。
此外，网络工程的系统集成模型非常强调在物理网络设计中采用系统集成的方法。
这就要求我们首先要关注系统的总体功能和特性，再选用（而不是制造）各种合适的部件来构造或定制所需要的网络系统。
换言之，根据系统对网络设备或部件的要求，仅需要关注各种设备或部件的外部特性即接口，而忽略这些设备或部件的内部技术细节。
这种方法使得开发网络系统的周期大大缩短，成本大大降低，从而减少了系统实现的风险。
1.2.3企业网
从一般意义上讲，企业网是为企业提供信息传递和资源共享的计算机网络，它通常包括若干局域网（LAN），有人甚至将企业网看作互连的LAN。
用系统集成方法设计的网络基本对象或参照物通常为企业网。
国际电气电子工程师协会（IEEE）的通信学会下属的“企业网技术委员会（TCE）”对企业网的定义：
企业网是为互连公司、部门、本地和远地的计算和通信资源所构建的一个共享通信和资源的基础结构，以便在整个企业机构中协调人们之间的行动。
也可以更加明确地定义为，“企业网是一个连接企业通信、处理和存储资源的企业范围的网络，它使得这些资源对于分布于企业范围内的用户可用”。
对企业网的研究范围包括：
．围绕计算机和通信技术，重组企业内部的业务处理过程。
．端到端网络设计和系统集成。
．企业网所有部分的互连和互操作，包括LAN、广域网（WAN）和Internet、光纤接口、
异步传递模式（ATM）、SONET／SDH和客户/服务器。
．企业范围的计算，包括分布式应用和计算。
．专用、公用和混合型连网技术。
．类似于视频会议和多媒体数据库的应用。
．企业网的管理。
本书中与企业网相联系的“企业”一词，不仅包括从事生产、运输、贸易等经济活动的部门，如工厂、矿山、铁路、公司等，而且包括具有相当规模的任何部门，如学校、政府机关等。
因此，与其相联系的“商业”一词，除了经济利益的涵义以外，还可包括相应的社会效益或军事效益之意，希望读者注意其中涵义的变化。
企业网与企业本身组织结构和业务结构的发展相关，是Internet技术在企业发展到一定规模时与之密切结合的必然产物。
企业网有其自身的发生、发展的历程。
时至今日，企业网已经成为Internet的重要组成部分，或者说，Internet技术因企业网的发展而注入了旺盛的活力。
将Internet的标准和技术应用于企业网，就形成了（内联网）Intranet。
而与Intranet相对应的是外联网（Extranet），它是对内联网的扩展和外延。
我们知道，Intranet是用于企业内部的专用网络，但对一个企业的发展来说，不仅要求企业信息网络能对内部实现信息共享、信息交流，还要与外部的贸易合作伙伴或客户共享企业信息，充分地交流信息，保持密切的协作关系，这就必须引入Extranet的思想，即把Intranet扩展到贸易合作伙伴。
Extranet仍可看成企业网的一部分，只是使用了不同的安全技术来隔离企业的保密信息。
企业的一些重要客户和贸易合作伙伴通过Extranet获取企业的信息。
下面将讨论有关系统集成的概念和方法。
l.3系统集成
1.3.1定义
至今为止，系统集成还没有一个严格的定义。
抽象地讲，系统是指为实现某一目标而形成的一组元素的有机结合，而系统本身又可作为一个元素单位参与多次组合，这种组合过程可概括为系统集成。
系统集成是一种目前常用的实现一个较复杂工程的方法。
该方法并没有引入新概念，也不是在计算机或通信工业使用的专用方法。
例如，现代汽车工业的自动化生产方式为追求大批量、低成本和高效率，采用了标准化的生产流水线和加工工艺，使零部件厂商专业化、标准化，这就是系统集成的典型例子。
使用该方法，有些是出于系统性能价格比的考虑，有些是出于系统可实现性的考虑，有些是出于建设周期的考虑等。
例如，即使是最先进的美国航天飞机上也有很多部件和零件是其他国家的厂商生产制造的，这些部件有些就是因为美国厂商生产不了或研制周期较长或研发生产成本较高而考虑集成的。
时至世界经济日益趋于一体化的今日，应用系统集成方法的领域越来越广，涉及的产品越来越多。
根据网络信息系统的不同，系统机构的复杂程度、系统的技术含量、系统的建设规模，以及系统实施的难度和系统的涉及范围，都可能存在巨大差异。
现代网络信息系统需要多种计算机技术、计算机产品、相关信息技术和产品的综合支持，还可能需要实现多种应用服务，这些应用往往是建立在大型数据库、计算机系统和网络平台上的综合性复杂应用系统。
如果完全立足于自己力量，从头到尾设计开发一个这样的实用系统，无论从技术的角度、从经济性角度、从实用性角度或从时间效益的角度，实际上都是不可行的。
可见，系统集成方法具有以下几方面好处。
．较高的质量水准：
选择具有一流技术水平和质量鉴别体系资质的系统集成商能够保
证系统的质量水平，用户系统的风险较小。
．系统建设速度快：
由多年从事系统集成的专家和配套的项目组进行集成，有畅通的
设备进货渠道，富有处理用户关系的经验，能加快系统建设速度。
．交钥匙解决方案：
全权负责处理所有的工程事宜，使用户能够将注意力放在系统的
应用要求上。
．标准化配置：
系统集成商采用它认为成熟和稳妥的方案，由于系统集成商承担的系
统存在的共性，使得系统维护及时和成本较低。
可见，“系统集成”是目前我们建设网络信息系统的一种高效、经济、，可靠的方法，它既是一种重要的工程建设思想，也是一种解决问题的思想方法论。
当然，如果出于科学研究和掌握技术原理的目的或从保证网络信息安全的目的，进行更为基础一些的研发工作应另当别论。
人在系统集成中起着关键性的作用。
首先是对系统功能的分析，通过这种分析能够得到系统集成的总体指标；
其次是将该总体指标分解成各个子系统的指标；
再选择合适的厂商的设备和部件，组织安装、调试和培训等工作。
由此可见，对网络信息系统集成的过程，是为实现某一应用目标而进行的基于计算机、网络、服务器、操作系统、数据库等的大中型应用信息系统的建设过程，是针对某种应用目标而提出的全面解决方案的实施过程，是各种产品设备进行有机组合的过程。
该过程可以包括技术咨询、方案设计、设备选型、网络建设、软硬件系统配置、应用软件开发以及售后服务、维护支持和培训等一系列活动。
在网络信息系统的整个建设过程中都将使用系统集成的方法。
尽管上述系统集成的有些概念对网络信息系统而言的，其有关概念和原则对于网络系统的集成也是适用的，但需要读者注意区分两者的联系和细微差别。
1.3.2网络信息系统集成的层次
设计实现一个系统最重要的问题之一是合理地确定其体系结构。
所谓体系结构是指构成系统的层次和这些层次之间的关系。
系统的一个独立层次通常是为解决一个独立的问题而设立的。
为了设计实现一个网络信息系统提供概念模型，我们提出了一个四层系统集成模型来描述系统集成的工作。
该模型自下而上包括环境平台层、网络平台层、信息平台层和应用程序层（参见图1.4）。
从系统集成的观点看，确定系统结构的工作包括设计实现合适的环境平台、设计实现合适的网络平台，设计实现合适的信息平台，设计、确定开发或选用合适的应用系统并加以实施的过程。
．环境平台层
通常在设计和实施网络平台前，需要考虑计算机网络到达的楼宇的结构化布线系统和机房、电源等的环境问题。
这被称为环境平台的设计问题，主要包括结构化布线系统、网络机房系统的设计和供电系统的设计等内容。
．网络平台层
网络平台目前一般应采用Internet技术，即在信息高度集中的场所建立局域网；
这些局域网之间可通过广域网互连起来，形成Intranet，并可能要考虑该Intranet与Internet相连或通过广域网技术形成Extranet的问题。
采用Internet具有良好扩展性的子网互连结构，可使网络具有更可靠、更安全、扩展性及交互性更强的特点，它的成本也非常经济；
应选用成熟的网络操作系统；
选用适当的服务器、网络通信设备。
．信息平台层
信息平台层主要采用数据库技术、Web技术、电子邮件技术、群件技术、网管技术和分布式处理等技术。
一方面，该平台能够直接为用户提供多种Internet/Intranet通用服务；
另一方面，它为应用程序的开发提供了支撑平台，使用户专用系统的开发工作更为快捷、可靠。
数据库管理系统采用如oracle、SQLServer等数据库系统软件。
Web系统被认为是存储在所有Internet／Intranet计算机中彼此关联的文档集合。
用户通过测览器可以访问Web站点，从而浏览文本和图形，接收视频和音频信息（即所谓超媒体）。
无论使用Web，还是进行Web程序设计，Internet/Intranet软件都能屏蔽各种系统内部的差异而使系统接口符合标准。
电子邮件系统提供了用户非实时通信的能力。
群件系统能够增强分布式交互处理和协同工作的能力，通过该系统及其提供的快速开发能力能将各个相关的工作部门联系在一起，从而提高群体的整体工作效率。
．应用程序层
位于应用程序层的应用系统体现了具有用户专门应用要求的信息系统的存在价值。
对于这些应用系统应根据用户应用需求尽可能选用成熟的商品，如果不能找到满足需求的应用程序，则应考虑由自己或委托他人进行精心设计和实现。
应当重视系统集成模型的指导作用。
有人认为系统集成就是选用不同厂商的网络设备再将它们连接起来，这显然只考虑了构造网络平台的任务。
也有人认为系统集成就是将不同的产品和设备有机地结合起来，只要能达到应用要求即可，这可能导致在扩展业务需要时，系统体系结构不能满足要求。
网络信息系统的系统集成四层模型是总结大量的网络信息系统工程并经过分析提升后提出来的，较全面地覆盖了完成设计和管理实施网络信息系统的全过程。
此外，该模型与实际工作的主要过程较为一致，不太繁琐，便于理解和记忆。
自觉地按照此系统集成四层模型来规划和设计系统，才能便于划分子系统和确定接口参数，便于管理和控制网络信息系统的质量，使网络信息系统成为有机的整体，更有效地实现网络信息系统的近期和长期应用目标。
1.3.3系统集成的特点
1.3.3.1充分关注接口规范
要完成网络信息系统的系统集成，要十分注意一个重要技术问题，即接口问题。
尽管上述模型的分层接口选在信息交互最少的地方，这些层次之间仍有交互。
这些交互对应用系统的性能有时有较大的影响。
接口问题在系统集成中大量存在，因为系统集成的实质就是让不同产品、不同设备互联，让不同网络、不同系统互联。
例如，在进行网络平台层集成时，不仅要解决各种网络设备之间的接口问题，而且要解决不同网络技术之间，以及不同网络信息系统之间的接口问题。
例如，在集成信息平台层时，存在的异构服务器、异构数据库之间的接口，数据库管理系统与应用开发工具之间的接口和人机界面之间的接口问题更是不胜枚举。
接口之所以成为系统集成中的关键点，主要是因为现在的产品设备和技术往往是已经开发出来的“实体”，系统集成时无需对这些“实体”重新开发。
然而，为了使各实体能集成为一个整体，对接口的设计和规划就必不可少。
虽然被集成的系统的设计已经趋于标准化、通用化，但仍需对具体应用做相应的调整或剪裁，而这就往往需要在接口处进行再设计。
因此，系统集成的技术关键不是对具体产品设备的研究开发，而是解决产品、设备之间的接口问题。
接口反映了所集成的产品、技术或系统对于外界的关系。
这要求系统集成者既要对产品、技术或系统有全面深入的了解和分析，还应具备设计开发接口的能力。
大量事实表明，系统集成者的集成水平和能力直接体现在对系统接口的处理能力和水平上，接口处理水平越高，所实现的系统集成水平就越高，系统成功的把握就越大。
实现信息系统中一个重要问题是处理数据多级冗余。
在分布式应用环境中，系统的设置通常要与组织机构的设置一致。
为了增强系统的可靠性和实时性，同时考虑到通信信道的可靠性和开销，往往要用数据分级冗余技术。
数据冗余的策略包括逐级冗余下级所有数据；
冗余部分下级数据；
逐级冗余下级统计数据等。
对某种信息选用适当的信息处理技术，是一个重要的问题。
信息系统所涉及的信息具有种类多、来源广、数量大和结构复杂等特点，同时各部门间还需要共享和交换大量的信息。
如何对信息进行转换、处理、存储和利用，将决定整个系统性能水平。
总体说来，信息系统所涉及的信息可分为两类：
结构化信息和非结构化信息。
前者可采用数据库系统予以管理。
数据库对结构化数据的管理具有很强的实时处理能力，无论是数据的输入、计算、存储还是查询，一般都能很好地满足应用信息系统的应用要求。
非结构化信息可采用Web或群件技术处理，如群件LotusNotes可处理复杂文本和多媒体对象，具有全文搜索、版本控制及文档链接的功能，以及复制、通讯、应用开发、安全性和跨平台支持能力。
1.3.3.2协调与优化系统
在大型网络信息系统的建设中，系统集成者往往会遇到这样的问题：
当系统的信息平台建立起来后，应用系统加载其上之后，整个系统的运转不够理想，甚至极为糟糕，离设计目标相去甚远，系统指标令人无法接受。
即使系统运行在低负荷条件下，系统的响应速度也极低。
这种问题的实质可能是系统的整体协调和优化问题。
在系统集成过程中，人们开始时总是关注产品、设备、技术、功能的集成或局部的优化和调整，一旦系统规模较大、结构较复杂时，就很难找到优化系统的有效方法了。
而作为一个合格的系统集成者，不仅应具备建设系统的能力，而且要对所建成的系统进行优化和协调，这应成为系统集成项目的验收指标之一。
1.3.3重视工程规范和质量管理
系统集成应对工程管理规范化和系统化极为重视，这是关系到网络信息系统建设质量的大问题。
系统集成本身是一项系统工程，必须以科学化、系统化、规范化的管理手段来实现。
应做到所建的任何网络信息系统都有完备的文档和数据的规范。
这也是目前其他行业的
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