1.1网络规划与设计过程

1.1.1网络生命周期

网络规划与设计是根据网络建设的目标进行需求分析，设计网络的逻辑结构和物理结构，为网络工程的安装和配置准备各种技术文档。网络规划与设计的过程是一个迭代和优化的过程，在网络的生命周期中，这个过程重复多次，使得建成的网络能够适应技术的发展和应用的变化，为用户提供一个高效适用的网络计算平台。

一个网络系统从构思开始，到最后被淘汰的过程称为网络生命周期。一般来说，网络生命周期至少应包括网络系统的构思和计划、分析和设计、运行和维护的过程。

网络系统的生命周期与软件工程中的软件生命周期非常类似，首先它是一个循环迭代的过程，每次循环迭代的动力都来自于网络应用需求的变更。其次，每次循环过程中都存在需求分析、规划设计、实施调试和运营维护等多个阶段。

有些网络仅仅经过一个周期就被淘汰，而有些网络在存活过程中经过多次循环周期。一般来说，网络规模越大、投资越多，则其可能经历的循环周期也越长。每一个迭代周期都是网络重构的过程，不同的网络设计方法，对迭代周期的划分方式是不同的，拥有不同的网络设计文档模板；但是实施后的效果都能够满足用户的网络需求。常见的迭代周期构成方式主要有如下三种。

1．四阶段周期

四阶段周期能够快速适应新的需求变化，强调网络建设周期中的宏观管理，4个阶段的划分如图1-1所示。

4个阶段分别为构思与规划阶段、分析与设计阶段、实施与构建阶段、运行与维护阶段，这4个阶段之间有一定的重叠，保证了两个阶段之间的交接工作，同时也赋予了网络工程设计的灵活性。构思与规划阶段的主要工作是明确网络设计的需求，同时确定新网络的建设目标。分析与设计阶段的工作在于根据网络的需求进行设计，并形成特定的设计方案。实施与构建阶段的工作在于根据设计方案进行设备购置、安装、调试，建成可试用的网络环境。运行维护阶段提供网络服务，并实施网络管理。

四阶段周期的长处在于工作成本较低、灵活性高，适用于网络规模较小、需求较为明确、网络结构简单的网络工程。

2．五阶段周期

五阶段周期是较为常见的迭代周期划分方式，将一次迭代划分为5个阶段：需求规范、通信规范、逻辑网络设计、物理网络设计、实施阶段。在5个阶段中，由于每个阶段都是一个工作环节，每个环节完毕后才能进入到下一个环节，类似于软件工程中的“瀑布模型”，形成了特定的工作流程，如图1-2所示。

按照这种流程构建网络，在下一个阶段开始之前，前一阶段的工作已经完成。一般情况下，不允许返回到前面的阶段，如果出现前一阶段的工作没有完成就开始进入下一个阶段，则会对后续的工作造成较大的影响，甚至引起工期拖后和成本超支。

这种方法的主要优势在于所有的计划在较早的阶段完成，系统的所有负责人对系统的具体情况以及工作进度都非常清楚，更容易协调工作。五阶段周期的缺点是比较死板，不灵活。因为在项目完成之前，用户的需求经常会发生变化，这使得已经开发的部分需要经常修改，从而影响工作的进程。所以基于这种流程完成网络设计时，用户的需求确认工作非常重要。

五阶段周期由于存在较为严格的需求和通信分析规范，并且在设计过程中充分考虑了网络的逻辑特性和物理特性，因此较为严谨，适用于网络规模较大、需求较为明确、需求变更较小的网络工程。

3．六阶段周期

六阶段周期是对五阶段周期的补充，是对其缺乏灵活性的改进，通过在实施阶段前后增加相应的测试和优化过程，来提高网络建设工程中对需求变更的适应性。6个阶段分别由需求分析、逻辑结构设计、物理结构设计、设计优化、实施及测试、监测及性能优化组成，如图1-3所示。

在需求分析阶段，网络分析人员通过与用户进行交流来确定新系统（或升级系统）的商业目标和技术目标，然后归纳出当前网络的特征，分析当前和将来的网络通信量、网络性能、协议行为和服务质量要求。

逻辑设计阶段主要完成网络的拓扑结构、网络地址分配、设备命名规则、交换及路由协议选择、安全规划、网络管理等设计工作，并且根据这些设计选择设备和服务供应商。

物理设计阶段是根据逻辑设计的结果选择具体的技术和产品，使得逻辑设计成果符合工程设计规范的要求、设计优化阶段完成工程实施前的方案优化，通过召开专家研讨会、搭建试验平台、网络仿真等多种形式找出设计方案中的缺陷，并进一步优化。

实施及测试阶段根据优化后的方案购置设备、进行安装、调试与测试工作，通过测试和试用后发现网络环境与设计方案的偏差，纠正其中的错误，并修改网络设计方案。

监测及性能优化阶段是网络的运营和维护阶段。通过网络管理、安全管理等技术手段，对网络是否正常运行进行实时监控，如果发现问题，则通过优化网络设备配置参数来达到优化网络性能的目的。如果发现网络性能无法满足用户的需求，则进入下一迭代周期。

六阶段周期偏重于网络的测试和优化，侧重于网络需求的不断变更，由于其严格的逻辑设计和物理设计规范，使得这种模式适合于大型网络的建设工作。

1.1.2网络开发过程

网络开发过程描述了开发网络时必须完成的基本任务，而网络生命周期为描绘网络项目的开发提供了特定的理论模型。因此，网络开发过程是指一次迭代过程。

由于一个网络工程项目从构思到最终退出应用，一般会遵循迭代模型，经历多个迭代周期。每个周期的各种工作可根据新网络的规模采用不同的迭代周期模型。例如在网络建设初期，由于网络规模比较小，因此第一次迭代周期的开发工作应采用四阶段模式。随着应用的发展，需要基于初期建成的网络进行全面的网络升级，则可以在第二次迭代周期中采用五阶段或六阶段的模式。

由于中等规模的网络较多，并且应用范围较广，因此这里主要介绍五阶段迭代周期模型。这种模型也部分适用于要求比较单纯的大型网络，而且采用六阶段周期时也必须完成五阶段周期中要求的各项工作。

将大型问题分解为多个小型可解的简单问题，这是解决复杂问题的常用方法。根据五阶段迭代周期的模型，网络开发过程可以被划分为如下5个阶段：需求分析、现有的网络体系分析（即通信规范分析）、确定网络逻辑结构（即逻辑网络设计）、确定网络物理结构（即物理网络设计）、安装和维护。

因此，网络工程被分解成为多个容易理解、容易处理的部分，每个部分的工作构成一个阶段，各个阶段的工作成果都将直接影响到下一阶段的工作开展，这就是五阶段周期被称为流水线的真正含义。

在这5个阶段中，每个阶段都必须依据上一阶段的成果完成本阶段的工作，并形成本阶段的工作成果，作为下一阶段的工作依据。这些阶段成果分别为需求规范、通信规范、逻辑网络设计文档和物理网络设计文档。在大多数网络工程中，网络开发过程可以用图1-4来描述。

下面详细介绍网络开发过程的各个阶段，只有理解了网络开发项目的各个阶段，才可以在实际开发过程中灵活自如地应用。

1．需求分析

需求分析是开发过程中最关键的阶段，所有工程设计人员都清楚，如果在需求分析阶段没有明确需求，则会导致以后各阶段的工作严重受阻。需求阶段需要克服需求收集的困难，很多时候用户不清楚具体需求是什么，或者需求渐渐增加而且经常发生变化，需求调研人员必须采用多种方式与用户交流，才能挖掘出网络工程的全面需求。

收集需求信息要和不同的用户，包括经理人员和网络管理员，进行交流，要把交流所得信息进行归纳解释，去伪存真。在这个过程中，很容易出现不同用户群体之间的需求相矛盾的情况，特别是网络用户和网络管理员之间会出现分歧。网络用户总是希望能够更多、更方便地享用网络资源，而网络管理员则更希望网络稳定和易于管理。网络设计人员要在设计工作中根据工程经验，均衡考虑各方利益，才能保证最终的网络是可用的。

收集需求信息是一项费时的工作，也不可能很快产生非常明确的需求，但是可以明确需求变化的范围，通过网络设计的伸缩性保证网络工程满足用户的需求变化。需求分析有助于设计者更好地理解网络应该具有什么样的功能和性能，最终设计出符合用户需求的网络。不同的用户有不同的网络需求，收集的需求范围包括：业务需求、应用需求、计算机平台需求和网络通信需求等。

详细的需求描述使得最终的网络更有可能满足用户的要求。需求收集过程必须同时考虑现在和将来的需要，如不适当考虑将来的发展，以后将会很难实现对网络的扩展。

需求分析的输出是产生一份需求说明书，也就是需求规范。网络设计者必须把需求记录在需求说明书中，清楚而细致地总结单位和个人的需要意愿。在写完需求说明书后，管理者与网络设计者应该达成共识，并在文件上签字，这是规避网络建设风险的关键。这时需求说明书就成为开发小组和业主之间的协议，也就是说，业主认可文件中对他们所要的系统的描述，并且网络开发者同意提供这样的系统。

在形成需求说明书的同时，网络工程设计人员还必须与网络管理部门就需求的变化建立起需求变更机制，明确允许的变更范围。这些内容正式通过后，开发过程就可以进入下一个阶段了。

2．现有网络系统的分析

如果当前的网络开发过程是对现有网络的升级和改造，就必须进行现有网络系统的分析工作。现有网络系统分析的目的是描述资源分布，以便于在升级时尽量保护已有的投资。

升级后的网络效率和当前网络中的各类资源是否满足新的需求是相关的。如果现有的网络设备不能满足新的需求，就必须淘汰旧的设备，购置新设备。在写完需求说明书之后，设计过程开始之前，必须彻底分析现有网络的各类资源。

在这一阶段，应给出一份正式的通信规范说明文档，作为下一个阶段的输入。网络分析阶段应该提供的通信规范说明文档包含下列内容：

（l）现有网络的拓扑结构图。

（2）现有网络的容量，以及新网络所需的通信量和通信模式。

（3）详细的统计数据，直接反映现有网络性能的测量值。

（4）Internet接口和广域网提供的服务质量报告。

（5）限制因素列表，例如使用线缆和设备清单等。

3．确定网络逻辑结构

网络逻辑结构设计是体现网络设计核心思想的关键阶段，在这一阶段根据需求规范和通信规范选择一种比较适宜的网络逻辑结构，并实施后续的资源分配规划、安全规划等内容。

网络逻辑结构要根据用户需求中描述的网络功能、性能等要求来设计，逻辑设计要根据网络用户的分类和分布，形成特定的网络结构。网络逻辑结构大致描述了设备的互连及分布范围，但是不确定具体的物理位置和运行环境。

一个具体的网络设备，在不同的协议层次上其连接关系是不同的，在网络层和数据链路层尤其如此。在逻辑网络设计阶段，一般更关注于网络层的连接图，因为这涉及到网络互连、地址分配和网络层流量等关键因素。

网络设计者利用需求分析和现有网络体系分析的结果来设计逻辑网络结构。如果现有的软、硬件不能满足新网络的需求，现有系统就必须升级。如果现有系统能够继续使用，可以将它们集成到新设计中来。如果不集成旧系统，网络设计小组可以找一个新系统，对它进行测试，确定是否符合用户的需求。

这个阶段最后应该得到一份逻辑设计文档，输出的内容包括以下几点：

（l）网络逻辑设计图。

（2）IP地址分配方案。

（3）安全管理方案。

（4）具体的软硬件、广域网连接设备和基本的网络服务。

（5）招聘和培训网络员工的具体说明。

（6）对软硬件费用、服务提供费用以及员工培训费用的初步估计。

4．确定网络物理结构

物理网络设计是逻辑网络设计的具体实现，通过对设备的具体物理分布、运行环境等的确定来确保网络的物理连接符合逻辑设计的要求。

在这一阶段，网络设计者需要确定具体的软硬件、连接设备、布线和服务的部署方案。网络物理结构设计文档必须尽可能详细、清晰，输出的内容如下：

（l）网络物理结构图和布线方案。

（2）设备和部件的详细列表清单。

（3）软硬件和安装费用的估算。

（4）安装日程表，详细说明服务的时间以及期限。

（5）安装后的测试计划。

（6）用户的培训计划。

5．安装和维护

第5个阶段可以分为两个小阶段。分别是安装和维护。

（l）安装。这是根据前面的工程成果实施环境准备、设备安装调试的过程。安装阶段的主要输出就是网络本身。安装阶段应该产生的输出如下：①逻辑网络结构图和物理网络部署图，以便于管理人员快速了解和掌握网络的结构；②符合规范的设备连接图和布线图，同时包括线缆、连接器和设备的规范标识；③运营维护记录和文档，包括测试结果和数据流量记录。在安装开始之前，所有的软硬件资源必须准备完毕，并通过测试。在网络投入运营之前，必须准备好人员、培训、服务和协议等资源。

（2）维护。网络安装完成后，接受用户的反馈意见和监控网络的运行是网络管理员的任务。网络投入运行后，需要做大量的故障监测和故障恢复，以及网络升级和性能优化等维护工作。网络维护也是网络产品的售后服务工作。

1.1.3网络设计制约因素

制约因素是指网络规划与设计工作中必须遵循的一些附加条件，一个网络设计如果不满足制约条件，可能导致该网络设计的最终方案无法实施。所以在需求分析阶段，确定用户需求的同时也应该明确可能出现的制约条件。一般来说，网络设计的制约因素主要来自于政策、预算、时间和应用目标等方面。

1．政策制约

了解政策制约的目的是为了发现可能导致项目失败的事务安排，以及利益关系或历史因素导致的对网络建设目标的争论意见。政策制约的来源包括法律、法规、行业规定、业务规范和技术规范等。政策制约的具体表现是法律法规条文，以及国际、国家和行业标准等。

在网络开发过程中，设计人员需要与客户就协议、标准、供应商等方面的政策进行讨论，弄清楚客户在信息传输、路由选择、工作平台或其他方面是否已经制定了标准，是否有关于开发和专有解决方案的规定，是否有认可供应商或平台方面的规定，是否允许不同厂商之间的竞争等。在明确了这些政策制约后，才能开展后期的设计工作，以免出现设计失败或重复设计的现象。

2．预算制约

预算是决定网络设计的关键因素，很多满足用户需求的优良设计，因为突破了用户的基本预算而不能实施。如果用户的预算是弹性的，那就意味着赋予了设计人员更多的空间，设计人员可以从用户满意度、可扩展性和易维护性等多个角度对设计进行优化。但是大多数情况下，设计人员面对的是刚性的预算，预算可调整的幅度非常小。在刚性预算下实现满意度、可扩展性、易维护性是需要大量工程设计经验的。

对于预算不能满足用户需求的情况，放弃网络设计工作并不是积极的态度，正确的做法是在统筹规划的基础上，将网络建设工作划分为多个迭代周期，同时将网络建设目标分解为多个阶段性目标，通过阶段性目标的实现，达到最终满足用户全部需求的目的，当前预算仅用于完成当前迭代周期的建设目标。

网络预算一般分为一次性投资预算和周期性投资预算。一般来说，年度发生的周期性投资预算和一次性投资预算之间的比例为10%～15%比较合理。一次性投资预算主要用于网络的初始建设，包括采购设备，购买软件、维护和测试系统，培训工作人员以及设计和安装系统的费用。应根据一次性投资预算的多少，进行设备选型，确保网络初始建设的可行性。周期性投资预算主要用于后期的运营维护，包括人员方面的开销、设备维护消耗、软件升级消耗、信息费用以及线路租用费用等。

3．时间制约

网络设计的进度安排是需要考虑的另一个问题。项目进度表限定了项目最后的期限和重要的阶段。通常，项目进度由客户负责管理，但网络设计者必须就该日程表是否可行提出自己的意见。有许多种开发进度表的工具，在全面了解了项目之后，网络设计者要对安排的计划与进度表的时间进行分析，对于存在疑问的地方，及时与客户进行沟通。

4．应用目标检查和确认

在进行下一阶段的任务之前，需要确定是否了解了客户的应用目标和所关心的事项。通过应用目标检查，可以避免用户需求的缺失，检查形式包括设计小组内部的自我检查和用户主管部门的确认检查两种。常用的应用检查项目如下：

（l）对客户所处的产业和竞争情况做的调查。

（2）对客户公司结构的了解情况。

（3）是否编制了客户商业目标清单，明确了网络设计的主要目的。

（4）客户对所有关键任务操作的明确程度。

（5）客户对成功和失败的衡量标准。

（6）网络设计项目的范围。

（7）客户的网络应用范围。

（8）客户对已认可的供应商、协议和平台等政策进行的解释。

（9）客户对网络设计和实现的相关政策进行的解释。

（l0）对项目预算的了解。

（11）项目进度的安排，包括最后期限和重要阶段的进度安排是否符合实际。

（12）员工培训计划的探讨。

在明确了设计人员对以上内容都已经清楚，并且与用户不存在分歧之后，可以进行下一阶段的设计工作。