1.1網絡規劃與設計過程

1.1.1網絡生命周期

網絡規劃與設計是根據網絡建設的目標進行需求分析，設計網絡的邏輯結構和物理結構，為網絡工程的安裝和配置準備各種技術文檔。網絡規劃與設計的過程是一個迭代和優化的過程，在網絡的生命周期中，這個過程重復多次，使得建成的網絡能夠適應技術的發展和應用的變化，為用戶提供一個高效適用的網絡計算平臺。

一個網絡系統從構思開始，到最后被淘汰的過程稱為網絡生命周期。一般來說，網絡生命周期至少應包括網絡系統的構思和計劃、分析和設計、運行和維護的過程。

網絡系統的生命周期與軟件工程中的軟件生命周期非常類似，首先它是一個循環迭代的過程，每次循環迭代的動力都來自于網絡應用需求的變更。其次，每次循環過程中都存在需求分析、規劃設計、實施調試和運營維護等多個階段。

有些網絡僅僅經過一個周期就被淘汰，而有些網絡在存活過程中經過多次循環周期。一般來說，網絡規模越大、投資越多，則其可能經歷的循環周期也越長。每一個迭代周期都是網絡重構的過程，不同的網絡設計方法，對迭代周期的劃分方式是不同的，擁有不同的網絡設計文檔模板；但是實施后的效果都能夠滿足用戶的網絡需求。常見的迭代周期構成方式主要有如下三種。

1．四階段周期

四階段周期能夠快速適應新的需求變化，強調網絡建設周期中的宏觀管理，4個階段的劃分如圖1-1所示。

4個階段分別為構思與規劃階段、分析與設計階段、實施與構建階段、運行與維護階段，這4個階段之間有一定的重疊，保證了兩個階段之間的交接工作，同時也賦予了網絡工程設計的靈活性。構思與規劃階段的主要工作是明確網絡設計的需求，同時確定新網絡的建設目標。分析與設計階段的工作在于根據網絡的需求進行設計，并形成特定的設計方案。實施與構建階段的工作在于根據設計方案進行設備購置、安裝、調試，建成可試用的網絡環境。運行維護階段提供網絡服務，并實施網絡管理。

四階段周期的長處在于工作成本較低、靈活性高，適用于網絡規模較小、需求較為明確、網絡結構簡單的網絡工程。

2．五階段周期

五階段周期是較為常見的迭代周期劃分方式，將一次迭代劃分為5個階段：需求規范、通信規范、邏輯網絡設計、物理網絡設計、實施階段。在5個階段中，由于每個階段都是一個工作環節，每個環節完畢后才能進入到下一個環節，類似于軟件工程中的“瀑布模型”，形成了特定的工作流程，如圖1-2所示。

按照這種流程構建網絡，在下一個階段開始之前，前一階段的工作已經完成。一般情況下，不允許返回到前面的階段，如果出現前一階段的工作沒有完成就開始進入下一個階段，則會對后續的工作造成較大的影響，甚至引起工期拖后和成本超支。

這種方法的主要優勢在于所有的計劃在較早的階段完成，系統的所有負責人對系統的具體情況以及工作進度都非常清楚，更容易協調工作。五階段周期的缺點是比較死板，不靈活。因為在項目完成之前，用戶的需求經常會發生變化，這使得已經開發的部分需要經常修改，從而影響工作的進程。所以基于這種流程完成網絡設計時，用戶的需求確認工作非常重要。

五階段周期由于存在較為嚴格的需求和通信分析規范，并且在設計過程中充分考慮了網絡的邏輯特性和物理特性，因此較為嚴謹，適用于網絡規模較大、需求較為明確、需求變更較小的網絡工程。

3．六階段周期

六階段周期是對五階段周期的補充，是對其缺乏靈活性的改進，通過在實施階段前后增加相應的測試和優化過程，來提高網絡建設工程中對需求變更的適應性。6個階段分別由需求分析、邏輯結構設計、物理結構設計、設計優化、實施及測試、監測及性能優化組成，如圖1-3所示。

在需求分析階段，網絡分析人員通過與用戶進行交流來確定新系統（或升級系統）的商業目標和技術目標，然后歸納出當前網絡的特征，分析當前和將來的網絡通信量、網絡性能、協議行為和服務質量要求。

邏輯設計階段主要完成網絡的拓撲結構、網絡地址分配、設備命名規則、交換及路由協議選擇、安全規劃、網絡管理等設計工作，并且根據這些設計選擇設備和服務供應商。

物理設計階段是根據邏輯設計的結果選擇具體的技術和產品，使得邏輯設計成果符合工程設計規范的要求、設計優化階段完成工程實施前的方案優化，通過召開專家研討會、搭建試驗平臺、網絡仿真等多種形式找出設計方案中的缺陷，并進一步優化。

實施及測試階段根據優化后的方案購置設備、進行安裝、調試與測試工作，通過測試和試用后發現網絡環境與設計方案的偏差，糾正其中的錯誤，并修改網絡設計方案。

監測及性能優化階段是網絡的運營和維護階段。通過網絡管理、安全管理等技術手段，對網絡是否正常運行進行實時監控，如果發現問題，則通過優化網絡設備配置參數來達到優化網絡性能的目的。如果發現網絡性能無法滿足用戶的需求，則進入下一迭代周期。

六階段周期偏重于網絡的測試和優化，側重于網絡需求的不斷變更，由于其嚴格的邏輯設計和物理設計規范，使得這種模式適合于大型網絡的建設工作。

1.1.2網絡開發過程

網絡開發過程描述了開發網絡時必須完成的基本任務，而網絡生命周期為描繪網絡項目的開發提供了特定的理論模型。因此，網絡開發過程是指一次迭代過程。

由于一個網絡工程項目從構思到最終退出應用，一般會遵循迭代模型，經歷多個迭代周期。每個周期的各種工作可根據新網絡的規模采用不同的迭代周期模型。例如在網絡建設初期，由于網絡規模比較小，因此第一次迭代周期的開發工作應采用四階段模式。隨著應用的發展，需要基于初期建成的網絡進行全面的網絡升級，則可以在第二次迭代周期中采用五階段或六階段的模式。

由于中等規模的網絡較多，并且應用范圍較廣，因此這里主要介紹五階段迭代周期模型。這種模型也部分適用于要求比較單純的大型網絡，而且采用六階段周期時也必須完成五階段周期中要求的各項工作。

將大型問題分解為多個小型可解的簡單問題，這是解決復雜問題的常用方法。根據五階段迭代周期的模型，網絡開發過程可以被劃分為如下5個階段：需求分析、現有的網絡體系分析（即通信規范分析）、確定網絡邏輯結構（即邏輯網絡設計）、確定網絡物理結構（即物理網絡設計）、安裝和維護。

因此，網絡工程被分解成為多個容易理解、容易處理的部分，每個部分的工作構成一個階段，各個階段的工作成果都將直接影響到下一階段的工作開展，這就是五階段周期被稱為流水線的真正含義。

在這5個階段中，每個階段都必須依據上一階段的成果完成本階段的工作，并形成本階段的工作成果，作為下一階段的工作依據。這些階段成果分別為需求規范、通信規范、邏輯網絡設計文檔和物理網絡設計文檔。在大多數網絡工程中，網絡開發過程可以用圖1-4來描述。

下面詳細介紹網絡開發過程的各個階段，只有理解了網絡開發項目的各個階段，才可以在實際開發過程中靈活自如地應用。

1．需求分析

需求分析是開發過程中最關鍵的階段，所有工程設計人員都清楚，如果在需求分析階段沒有明確需求，則會導致以后各階段的工作嚴重受阻。需求階段需要克服需求收集的困難，很多時候用戶不清楚具體需求是什么，或者需求漸漸增加而且經常發生變化，需求調研人員必須采用多種方式與用戶交流，才能挖掘出網絡工程的全面需求。

收集需求信息要和不同的用戶，包括經理人員和網絡管理員，進行交流，要把交流所得信息進行歸納解釋，去偽存真。在這個過程中，很容易出現不同用戶群體之間的需求相矛盾的情況，特別是網絡用戶和網絡管理員之間會出現分歧。網絡用戶總是希望能夠更多、更方便地享用網絡資源，而網絡管理員則更希望網絡穩定和易于管理。網絡設計人員要在設計工作中根據工程經驗，均衡考慮各方利益，才能保證最終的網絡是可用的。

收集需求信息是一項費時的工作，也不可能很快產生非常明確的需求，但是可以明確需求變化的范圍，通過網絡設計的伸縮性保證網絡工程滿足用戶的需求變化。需求分析有助于設計者更好地理解網絡應該具有什么樣的功能和性能，最終設計出符合用戶需求的網絡。不同的用戶有不同的網絡需求，收集的需求范圍包括：業務需求、應用需求、計算機平臺需求和網絡通信需求等。

詳細的需求描述使得最終的網絡更有可能滿足用戶的要求。需求收集過程必須同時考慮現在和將來的需要，如不適當考慮將來的發展，以后將會很難實現對網絡的擴展。

需求分析的輸出是產生一份需求說明書，也就是需求規范。網絡設計者必須把需求記錄在需求說明書中，清楚而細致地總結單位和個人的需要意愿。在寫完需求說明書后，管理者與網絡設計者應該達成共識，并在文件上簽字，這是規避網絡建設風險的關鍵。這時需求說明書就成為開發小組和業主之間的協議，也就是說，業主認可文件中對他們所要的系統的描述，并且網絡開發者同意提供這樣的系統。

在形成需求說明書的同時，網絡工程設計人員還必須與網絡管理部門就需求的變化建立起需求變更機制，明確允許的變更范圍。這些內容正式通過后，開發過程就可以進入下一個階段了。

2．現有網絡系統的分析

如果當前的網絡開發過程是對現有網絡的升級和改造，就必須進行現有網絡系統的分析工作?，F有網絡系統分析的目的是描述資源分布，以便于在升級時盡量保護已有的投資。

升級后的網絡效率和當前網絡中的各類資源是否滿足新的需求是相關的。如果現有的網絡設備不能滿足新的需求，就必須淘汰舊的設備，購置新設備。在寫完需求說明書之后，設計過程開始之前，必須徹底分析現有網絡的各類資源。

在這一階段，應給出一份正式的通信規范說明文檔，作為下一個階段的輸入。網絡分析階段應該提供的通信規范說明文檔包含下列內容：

（l）現有網絡的拓撲結構圖。

（2）現有網絡的容量，以及新網絡所需的通信量和通信模式。

（3）詳細的統計數據，直接反映現有網絡性能的測量值。

（4）Internet接口和廣域網提供的服務質量報告。

（5）限制因素列表，例如使用線纜和設備清單等。

3．確定網絡邏輯結構

網絡邏輯結構設計是體現網絡設計核心思想的關鍵階段，在這一階段根據需求規范和通信規范選擇一種比較適宜的網絡邏輯結構，并實施后續的資源分配規劃、安全規劃等內容。

網絡邏輯結構要根據用戶需求中描述的網絡功能、性能等要求來設計，邏輯設計要根據網絡用戶的分類和分布，形成特定的網絡結構。網絡邏輯結構大致描述了設備的互連及分布范圍，但是不確定具體的物理位置和運行環境。

一個具體的網絡設備，在不同的協議層次上其連接關系是不同的，在網絡層和數據鏈路層尤其如此。在邏輯網絡設計階段，一般更關注于網絡層的連接圖，因為這涉及到網絡互連、地址分配和網絡層流量等關鍵因素。

網絡設計者利用需求分析和現有網絡體系分析的結果來設計邏輯網絡結構。如果現有的軟、硬件不能滿足新網絡的需求，現有系統就必須升級。如果現有系統能夠繼續使用，可以將它們集成到新設計中來。如果不集成舊系統，網絡設計小組可以找一個新系統，對它進行測試，確定是否符合用戶的需求。

這個階段最后應該得到一份邏輯設計文檔，輸出的內容包括以下幾點：

（l）網絡邏輯設計圖。

（2）IP地址分配方案。

（3）安全管理方案。

（4）具體的軟硬件、廣域網連接設備和基本的網絡服務。

（5）招聘和培訓網絡員工的具體說明。

（6）對軟硬件費用、服務提供費用以及員工培訓費用的初步估計。

4．確定網絡物理結構

物理網絡設計是邏輯網絡設計的具體實現，通過對設備的具體物理分布、運行環境等的確定來確保網絡的物理連接符合邏輯設計的要求。

在這一階段，網絡設計者需要確定具體的軟硬件、連接設備、布線和服務的部署方案。網絡物理結構設計文檔必須盡可能詳細、清晰，輸出的內容如下：

（l）網絡物理結構圖和布線方案。

（2）設備和部件的詳細列表清單。

（3）軟硬件和安裝費用的估算。

（4）安裝日程表，詳細說明服務的時間以及期限。

（5）安裝后的測試計劃。

（6）用戶的培訓計劃。

5．安裝和維護

第5個階段可以分為兩個小階段。分別是安裝和維護。

（l）安裝。這是根據前面的工程成果實施環境準備、設備安裝調試的過程。安裝階段的主要輸出就是網絡本身。安裝階段應該產生的輸出如下：①邏輯網絡結構圖和物理網絡部署圖，以便于管理人員快速了解和掌握網絡的結構；②符合規范的設備連接圖和布線圖，同時包括線纜、連接器和設備的規范標識；③運營維護記錄和文檔，包括測試結果和數據流量記錄。在安裝開始之前，所有的軟硬件資源必須準備完畢，并通過測試。在網絡投入運營之前，必須準備好人員、培訓、服務和協議等資源。

（2）維護。網絡安裝完成后，接受用戶的反饋意見和監控網絡的運行是網絡管理員的任務。網絡投入運行后，需要做大量的故障監測和故障恢復，以及網絡升級和性能優化等維護工作。網絡維護也是網絡產品的售后服務工作。

1.1.3網絡設計制約因素

制約因素是指網絡規劃與設計工作中必須遵循的一些附加條件，一個網絡設計如果不滿足制約條件，可能導致該網絡設計的最終方案無法實施。所以在需求分析階段，確定用戶需求的同時也應該明確可能出現的制約條件。一般來說，網絡設計的制約因素主要來自于政策、預算、時間和應用目標等方面。

1．政策制約

了解政策制約的目的是為了發現可能導致項目失敗的事務安排，以及利益關系或歷史因素導致的對網絡建設目標的爭論意見。政策制約的來源包括法律、法規、行業規定、業務規范和技術規范等。政策制約的具體表現是法律法規條文，以及國際、國家和行業標準等。

在網絡開發過程中，設計人員需要與客戶就協議、標準、供應商等方面的政策進行討論，弄清楚客戶在信息傳輸、路由選擇、工作平臺或其他方面是否已經制定了標準，是否有關于開發和專有解決方案的規定，是否有認可供應商或平臺方面的規定，是否允許不同廠商之間的競爭等。在明確了這些政策制約后，才能開展后期的設計工作，以免出現設計失敗或重復設計的現象。

2．預算制約

預算是決定網絡設計的關鍵因素，很多滿足用戶需求的優良設計，因為突破了用戶的基本預算而不能實施。如果用戶的預算是彈性的，那就意味著賦予了設計人員更多的空間，設計人員可以從用戶滿意度、可擴展性和易維護性等多個角度對設計進行優化。但是大多數情況下，設計人員面對的是剛性的預算，預算可調整的幅度非常小。在剛性預算下實現滿意度、可擴展性、易維護性是需要大量工程設計經驗的。

對于預算不能滿足用戶需求的情況，放棄網絡設計工作并不是積極的態度，正確的做法是在統籌規劃的基礎上，將網絡建設工作劃分為多個迭代周期，同時將網絡建設目標分解為多個階段性目標，通過階段性目標的實現，達到最終滿足用戶全部需求的目的，當前預算僅用于完成當前迭代周期的建設目標。

網絡預算一般分為一次性投資預算和周期性投資預算。一般來說，年度發生的周期性投資預算和一次性投資預算之間的比例為10%～15%比較合理。一次性投資預算主要用于網絡的初始建設，包括采購設備，購買軟件、維護和測試系統，培訓工作人員以及設計和安裝系統的費用。應根據一次性投資預算的多少，進行設備選型，確保網絡初始建設的可行性。周期性投資預算主要用于后期的運營維護，包括人員方面的開銷、設備維護消耗、軟件升級消耗、信息費用以及線路租用費用等。

3．時間制約

網絡設計的進度安排是需要考慮的另一個問題。項目進度表限定了項目最后的期限和重要的階段。通常，項目進度由客戶負責管理，但網絡設計者必須就該日程表是否可行提出自己的意見。有許多種開發進度表的工具，在全面了解了項目之后，網絡設計者要對安排的計劃與進度表的時間進行分析，對于存在疑問的地方，及時與客戶進行溝通。

4．應用目標檢查和確認

在進行下一階段的任務之前，需要確定是否了解了客戶的應用目標和所關心的事項。通過應用目標檢查，可以避免用戶需求的缺失，檢查形式包括設計小組內部的自我檢查和用戶主管部門的確認檢查兩種。常用的應用檢查項目如下：

（l）對客戶所處的產業和競爭情況做的調查。

（2）對客戶公司結構的了解情況。

（3）是否編制了客戶商業目標清單，明確了網絡設計的主要目的。

（4）客戶對所有關鍵任務操作的明確程度。

（5）客戶對成功和失敗的衡量標準。

（6）網絡設計項目的范圍。

（7）客戶的網絡應用范圍。

（8）客戶對已認可的供應商、協議和平臺等政策進行的解釋。

（9）客戶對網絡設計和實現的相關政策進行的解釋。

（l0）對項目預算的了解。

（11）項目進度的安排，包括最后期限和重要階段的進度安排是否符合實際。

（12）員工培訓計劃的探討。

在明確了設計人員對以上內容都已經清楚，并且與用戶不存在分歧之后，可以進行下一階段的設計工作。