【系统分析师】四、数据通信与计算机网络
计算机网络源于计算机技术与数据通信技术的结合，它通过通信链路将分布在各个地理位置上的多台独立的计算机相互连接起来，从而形成的一种网络并在网络操作系统、网络管理软件和网络通信协议的管理协调下，实现资源（软件、硬件和数据）的共享。
4.1 数据通信基础知识
数据通信是计算机网络的基础。广义上说，数据通信是计算机之间或计算机与其他数据终端之间存储、处理、传输信息的一种通信技术，数据通信的目的就是传递信息。
4.1.1 信道特性
各种数据终端设备交换数据，就必须要传输数据（模拟信息或数字信号），数据传输的路径称为信道。
1、信道传输方式
- 单工通信：只有一个方向的通信，通信双方固定一方为发送者，一方为接收者。
- 半双工通信：通信双方都可以发送消息，但在同一时刻，仅允许一方发送消息。
- 全双工通信：两个方向的传输能够同时进行，通信双方能够同时收发数据。
2、信道传输速率
对于模拟信道，信号带宽指该信号所包含的各种不同的频率成分所占据的频率范围，即“信号带宽=最大频率-最低频率”。
对于数字信道，传输速率可以用码元传输速率和信息传输速率两种方式来描述。
- 码元传输速率：在数字通信中，对数字信号的计量单位常用码元表示。一个码元就是一个数字脉冲，用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即单位时间内传输码元的数目。码元速率又称为波特率，单位为波特/秒(Baud/s)。
- 数据传输速率：数据传输速率即比特率，单位为比特/秒(b/s或bps)，它表示每秒传输的信息量（比特数）。
3、时延
时延是指数据从信道的一端传送到另外一端所需要的时间，可分为发送时延、传播时延和处理时延。数据帧经历的总时延为：
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
4、传输质量
传输质量是指数字通信系统的可靠性，通常用误码率来表示。误码率是指在一定统计时间内，数字信号在传输过程中发生错误的位数与传输的总位数之比。在计算机网络中，一般要求误码率小于10^-6，即传送1兆位才允许出错1位。当误码率高于某一数值时，可采用差错控制方法进行纠错。
4.1.2 数据传输技术
几个概念：
并行传输： 一次使用n(n>1)条导线同时传输n个比特。显然并行传输的优势在于速度。
串行传输： 比特逐个依次发送，两个通信设备之间传输数据只需要一条通信信道。
异步传输： 不需要传输时钟信息，接收端通过数据线信号的跳变（极性改变，比如1到0）来开启对应的接收动作，实现同步。同时发送双方的通信速率需要提前进行约定。一般每个字符传输都会引入起始位和停止位，所以开销较大、效率低 ，一般用于低速传输。
同步传输： 利用时钟的同步是发送端和接收端之间定时同步而不发生时钟误差。一般有两种方法：独立的时钟信号线和将时钟信息编码到数据信号中发送。
基带传输： 模拟信号经过信源编码得到的信号为数字基带信号，将这种信号经过码型变换，不经过调制，直接送到信道传输，称为数字信号的基带传输。
频带传输： 将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。
宽带传输： 将信道分为多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号。与基带传输相比，一条宽带信道能划分多条逻辑基带信号，实现多路复用，信道的容量大大增加。
4.1.3 数据编码和调制技术
数据传输是实现数据通信的基础，无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都要转换为适合于信道传输的某种信号。模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数字信号来表示，从而产生了数据调制和编码技术。
1、模拟信道传输模拟信号
模拟数据可以在模拟信道上直接传输，使用调制技术的主要原因有两个：一是通常模拟数据的频率不高，有效的传输需要较高的频率；二是通过调制可以做到信道的复用。常见的调制方式有：
- 调幅（Amplitude Modulation，AM）：载波随着原始数据的幅度变化而变化，而载波频率不变；
- 调频（Frequency Modulation，FM）：载波的频率随数据的幅度变化而变化，而载波的幅度不变；
- 调相（Phase Modulation，PM）：载波的相位随原始数据的幅度变换而变化，载波的幅度不变。
2、数字信道传送模拟信号
模拟信号必须转换为数字信号才能在数字信道上传送，这个过程称为数字化。
脉冲调制（Pluse Code Modulation，PCM）是最常用的一种数字化技术，通常需要经过取样、量化、编码三个步骤。
- 取样：根据奈奎斯特取样定律，取样频率应大于模拟信号的最高频率的2倍；
- 量化：将样本连续的模拟值转换为离散值（离散值的个数决定了量化的精度）；
- 编码：将量化后的样本值变成相应的二进制代码；
3、模拟信道传输数字数据
数字信号使用模拟通道传送时，同样需要经过调制才能在模拟线路上传输。常使用的调制技术有：
- 幅移键控（Amplitude-Shift Keying，ASK）：用恒定的载波振幅值表示一个数（通常是“1”），无载波表示另外一个数（通常是“0”）。实现简单、抗干扰性差、效率低，典型数据率为1200bps；
- 频移键控（Frequency-Shift Keying，FSK）：使用两种不同的频率表示数字数据“1”和“0”，抗干扰性比ASK强，但占用带宽较大，典型数据率也是1200bps；
- 相移键控（Phase-Shift Keying，PSK）：用载波的相位偏移来表示数据“1”和“0”，其抗干扰性最好，而且相位的变化可以作为定时信息来同步时钟。
4、数字信道传输数字数据
在数字信道中传输数据时，利用特定电平信号来表示二进制“0”和“1”，然后再进行传输，常用的编码方法有：
- 归零性编码：归零是指编码信号量是否回归到0电平。归零性编码可分为归零码（Return Zero，RZ）和非归零码（Non-Return Zero，NRZ）。
- 归零码：码元中间的信号回归0电平；
- 非归零码：不回归0电平，发生电平变化时表示1，不发生电平变化表示0；
- 极性编码：极性编码又分为单极性编码、极性编码和双极性编码。
- 单极性编码：正极表示“0”，零电平表示"1"；
- 极性编码：使用两极表示数据，一般正极表示“0”，负极表示1；
- 双极性编码：使用正负两极和零电平表示数据。一种典型应用使用零电平表示0，使电平在正、负极间交替翻转比表示1。
- 双相码：通过不同方向的电平翻转（低到高表示0，高到低表示1）表示电平，不仅提供了抗干扰性，也实现了自同步。这也是曼彻斯特编码的基础。
- 曼彻斯特编码：将一个码元的时间一分为二，其中低电平到高电平的变化表示0，高电平到低电平的变化表示1。主要应用于以太网。
- 差分曼彻斯特编码：也是将一个码元时间一分为二，如果当前位的前半部分电平不同于前一位的最终电平状态（位间电平发生变化）表示0；如果当前位的前半部分电平相同于前一位的最终电平状态（位间电平不发生变化）表示1。
4.2 网络体系结构与协议
网络体系结构是指计算机网络的各层及其协议的集合。计算机之间要交换数据，就必须最守一些事先约定好的规则，用于规定信息的格式基于如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议。
为了减少网络协议设计的复杂性，网络设计者并不是设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而是将庞大而复杂的通信文件转换为若干个小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议。
计算机网络采用分层设计方法，按照信息的传输过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，不同机器上的同等功能层之间采用想用的协议，同一个机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递。
4.2.1 网络互联模型
1、OSI/RM模型
- 物理层：透明地完成相邻节点间原始比特流的传输。物理层在传输介质基础上作为系统和通信介质接口，为数据链路层提供服务。
- 链路层：负责在两个相邻节点之间的线路上无差错地传输以帧为单位的数据，通过流量控制和差错空间，将原不可靠的物理层连接变成无差错的数据通道，为网络层提供一条可靠的链路。
- 网络层：通信子网的最高层，在数据链路层之上实现整个通信子网内的互联。解决数据传输单元分组在通信子网中路由选择、拥塞控制和多个网络互联的问题。
- 传输层：负责数据通信的最高层，面向网络通信的低三层和信息处理的高三层，是资源子网和通信子网的桥梁，主要为两台设备的通信提供端到端的数据传输服务。
- 会话层：组织通信双方会话活动，并管理他们的数据交换过程。会话层提供的服务通常需要经过建立连接、数据传输和释放连接三个阶段。
- 表示层：主要用于处理应用实体面向交换的信息的表示方法，包括用户数据结构和传输时的比特流（或字节流）的表示。
- 应用层：直接面向用户的一层，对应用特定的数据进行最后的处理使用。
2、TCP/IP模型
- 链路层（对应OSI/RM的物理层、链路层）：管理为物理网络准备数据所需的全部服务程序和功能。
- 网络层（对应OSI/RM的网络层）：负责将数据报独立地从信源传送到信宿，主要解决路由选择、阻塞控制和网络互联等问题。
- 传输层（对应OSI/RM的传输层）：负责信源和信宿之间提供端到端的数据传输服务。
- 应用层（对应OSI/RM的会话层、表示层、应用层）：面向用户应用，为用户提供对各种网络资源的方便访问服务。
4.2.2 常用网络协议
1、应用层协议
- FTP：文件传输协议（File Transport Protocol）是网络上两台计算机传送文件的协议，运行在TCP之上，支持BIN（二进制）和ASCII（文本文件）两种传输方式。
- TFTP：简单文件传输协议（Trivial File Transfer Protocol）基于UDP之上，提供不复杂、开销不大的文件传输服务。
- HTTP：超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol）是用于从WWW服务器传输超文本搭配到本地浏览器的传送协议，建立在TCP之上。
- SMTP：简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Procolol）建立TCP之上，是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议，建模在FTP文件传输服务上的一种邮件服务，主要用于传输系统之间的邮件信息，并提供与电子邮件有关的通知。
- DHCP：动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol）建立于UDP之上，基于客户机/服务器模型设计的。所有的IP网络设定数据都由DHCP服务器集中管理，并负责处理客户端的DHCP请求；而客户端则会使用从服务器分配下来的IP环境数据。DHCP分配的IP地址可以分为三种方式：固定分配、动态分配和自动分配。
- Telnet：远程登录协议，是登录和仿真程序，建立在TCP之上，它的基本功能是允许用户登录进入远程计算机系统。
- DNS：域名系统（Domain Name System），在域名与IP地址之间是一一对应的，DNS就是进行域名解析的服务器，通过对用户友好的域名解析，查找到对应的计算机和服务。
- SNMP：简单网络管理协议（Simple Network Manager Protocol），是指一系列网络管理规范的集合，包括协议本身、数据结构的定义和一些相关概念。SNMP已成为网络管理领域中事实的工业标准，并被广泛支持和应用。
2、传输层协议
- TCP：在IP协议提供的不可靠数据服务的基础上，采用重发技术，为应用程序提供了一个可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务。TCP协议一般用于传输数据量比较少，且对可靠性要求高的场合。
- UDP：一种不可靠、无连接的协议，相对于TCP，UDP是一种无连接的协议。一般用于传输数据量大，对可靠性要求不是很高，但速度快的场合。
3、网络层协议
- IP：通常认为提供无连接和不可靠的服务，它将差错检测和流量控制之类的服务授权给了其他的各层协议（这也是TCP/IP能够高效工作的一个重要保证）。
- ICMP：专门用于发送差错报文的协议，用于尽量避免IP传输时产生差错并能在发生差错时报告的机制。
- IGMP：允许Internet中的计算机参加多播，是计算机用作向相邻多目路由器（支持组播的路由器）报告多目组成员的协议。
- ARP：用于动态地完成IP地址向物理地址（MAC）的转换。
- RARP：用于动态的完成物理地址（MAC）向IP地址的转换。
4.2.3 网络地址与分配
Internet依靠TCP/IP协议在全球范围内实现不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统的互联。在Internet上，每个节点都依靠唯一的IP地址互相区分和相互联系。
1、IP地址及表示方法
IP地址是将一个32位的二进制数逻辑地址（IPv4），习惯上将这32位数字划分为4个字节，并在每个字节之间以“.”来区分，比如：192.168.8.1。
每个IP地址由两部分组成，分别是网络号和主机号。网络号用于唯一标识一个网络，主机号则确定了某个网络上的某一台主机。根据网络号和主机号的不同IP可以分为5类：
为了满足内网的使用需求，保留了一部分不在公网使用IP地址：
| 类别 | IP地址范围 | 网络号 | 网络数 |
|---|---|---|---|
| A | 10.0.0.0~10.255.255.255 | 10 | 1 |
| B | 172.16.0.0~172.31.255.255 | 172.16~172.31 | 16 |
| C | 192.168.0.0~192.168.255.255 | 192.168.0~192.168.255 | 255 |
2、子网划分
IPv4采用的是32位IP地址设计，限制了地址空间的总容量，随着网络应用的深入，出现了IP地址紧缺的现象。
因此计算机网络中引入了子网的概念：将IP地址划分为三个部分，分别是：网络号、子网号和主机号，利用IP地址的主机号继续划分子网。
| 0-7 | 8-15 | 16-23 | 24 | 25-31 |
|---|---|---|---|---|
| 网络号 | 网络号 | 网络号 | 子网号 | 主机号 |
子网由子网掩码进行标识。与IP地址一样，子网掩码也是一个32位的二进制数，但其网络标识和子网标识部分全为1，主机标识部分全为0。
例如：子网掩码为255.255.240.0（11111111 11111111 11110000 00000000），判断两台计算机是否在一个子网内，需要用到子网掩码，其方法是将两个IP地址与给定的子网掩码分别进行逻辑与运算，如果结果相同则属于同一个子网，否则就不属于同一个子网。
3、构造超网
划分子网在一定程度上缓解了Internet在发展中遇到的问题，然而各类子网会使得Internet路由表中得项目数急速增长。为了解决这个问题，可以采用无分类编制技术（无分类域间路由，Classless InterDomain Routing， CIDR）。
（1）CIDR消除了传统IP地址划分和划分子网得概念，可以更有效地分配IPv4的地址空间。CIDR把32位的IP地址划分为两部分：网络前缀指明网络和后面的部分表示主机。例如：192.168.1.1/24表示网络前缀为高24位，主机号为后8位。
（2）CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个CIDR地址块。只要知道地址块中的任意地址，就可以知道这个地址块的起始地址（最小地址）和结束地址（最大地址），以及地址中的地址数。
由于一个CIDR地址块中有很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址聚合成为路由汇聚。路由汇聚的最终结果和最明显的好处是缩小网络上的路由表的尺寸，减少每一个路由跳有关的延迟，增加查询路由表的平均时间。
4、IPv6
IP地址协议IPv4的下一个版本就是IPv6，IPv6正处在不断发展和完善的过程，它在不久将取代目前被广泛使用的IPv4。与IPv4相比，IPv6具有以下优势：
- IPv6具有更大的地址空间：IPv4中规定IP地址长度为32位，而IPv6中IP地址的长度为128位。
- IPv6使用更小的路由表：设计上遵循路由汇聚的原则，是路由器能在路由表中用一条记录表示一个子网，提高路由器转发数据包的速度。
- IPv6增加了增强的组播支持和对流支持：为服务质量（Quality of Service, QoS）控制提供了良好的网络平台。
- IPv6加入了对自动配置的支持：对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。
- IPv6具有更高的安全性：用户可以对网络层的数据进行加密，并对IP报文进行校验极大的增强了网络的安全性。
4.3 局域网与广域网
局域网（Local Area Network, LAN）是将分散在有限地理范围内的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络，通过功能完善的网络软件，实现计算机之间的相互通信和资源共享。
广域网（Wide Area Network, WAN）是在传输距离较长的前提下所发展的相关技术集合，用于将更大区域范围的各类计算机设备和通信设备互联在一起，组成一个资源共享的通信网络。
4.3.1 局域网基础知识
特点：
- 地理分布范围较小，一般数百米至数公里的区域范围内。
- 数据传输效率高，早期一般为10~100Mbps，目前普遍为1000Mbps。
- 数据误码率低。采用了短距离的基带传输，使用了高质量的传输媒体。
- 一般以PC为主体，还包括终端和各种外设。
- 协议相对简单、结构灵活，建网成本低、周期短，便于管理和扩充。
构成局域网的网络拓扑结构主要有：星型结构、总线结构、环状结构和网状结构。
- 星型结构：中间一个枢纽（网络交换设备），所有节点都连接到这个枢纽上，最终组成一个星型的拓扑结构的网络。
- 总线结构：采用总线结构方式的网络，由一条共享的通信线路将所有节点连接到一起，这条共享的通信线路可以是一根同轴电缆或其他介质。
- 环状结构：与总线结构类似，由一条共享的通信线路将所有节点连接到一起，但共享线路闭合，每个节点只与其他两个邻居直接相连。
- 网状结构：任意节点彼此之间都会由一根通信线路相连，任何节点出现故障不会影响到其他节点。布线麻烦、成本高，应用很少。
4.3.2 以太网技术
1、以太网基础
以太网采用的存取方法是带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）技术，它属于竞争式介质访问控制协议。CSMA/CD的基本原理是每个节点都共享网络传输信道，在每个节点要发送数据之前，都会检测信道是否空闲，如果空闲则发送，否则等待；在发送出信息后，则对冲突进行检测，当发现冲突时则取消发送。
2、帧结构
- 美国电气和电子工程师协议（IEEE）定义的802.3 MAC帧格式：
| 前导码 | SFD | 目的地址 | 源地址 | 长度 | 帧头 | 数据 | 帧校验序列 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | 1 | 6 | 6 | 2 | 8 | 38-1492 | 4 |
- 以太网定义的帧格式
| 前导码 | 目的地址 | 源地址 | 数据类型 | 数据 | 帧校验序列 |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 6 | 6 | 2 | 46-1500 | 4 |
3、以太网物理层规范
以太网比较常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤三种，常以类似于10Base-T形式来命名传输介质。
4.3.3 无线局域网技术
无线局域网（Wireless Local Area Networks, WLAN）主要运用射频（RF）技术取代原来局域网系统中必不可少的传输介质来完成数据的传送任务。
1、拓扑结构
- 有接入点模式（基础设备网络）
- 无接入点模式（Ad hoc网络）
2、IEEE 8.2.11标准
IEEE 802委员会为无线局域网开发了一组标准，即IEEE 802.11标准。其中定义了媒体访问控制层（MAC层）和物理层。
3、无线技术与3G/4G/5G通信
4.3.4 广域网技术
广域网一般由典型部门负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务、流量统计和计费问题。常用的广域网技术包括：
- 同步光网络
- 数字数据网
- 帧中继
- 异步传输模式
4.3.5 网络接入技术
- PSTN接入：公共交换电路网络（Public Switching Telephone Network, PSTN）是指利用电话线拨号接入Internet。速度较低，一般低于64Kbps。
- ISDN接入：综合业务数字网（Integrated Services Digital Network, ISDN）俗称“一线通”，在电话网络的基础上构造的纯数字方式的综合业务数字网，能为用户提供包括语音、数据、图像和传真在内的各类综合业务。
- ADSL接入：非对称数字用户线路（Asymmetrical Diagital Subscriber Loop, ADSL）的服务端设备和用户设备内之间通过普通的电话线连接，无需对入户线缆改造，就可以为现有的大量电话用户提供ADSL宽带接入。
- FTTx+LAN接入：光纤通信是指利用光导纤维（简称光纤）传播光波信号的一种通信方法，相对于以电为媒介的通信方式，光纤通信有传输频带宽，通信容量大；传输损耗小；抗电磁干扰能力强；线径细、重量轻；资源丰富等优点。
- 同轴+光纤接入：同轴光纤技术（Hybrid Fiber-Coaxial, HFC）是将光缆敷设到小区，然后通过光转换节点，利用有线电视（CATV）的总线式同轴电缆连接到用户，提供综合电信业务的数据。
4.4 网络互联与常用设备
网络互联是为了将两个以上具有独立自治能力、同构或异构的计算机网络连接起来，实现数据流通，扩大资源共享的范围，或者容纳更多的用户。网络互连包括局域网与局域网的互连、局域网与广域网的互连、广域网与广域网的互连，可以扩大资源共享的范围，更多的资源可以被更多的用户共享。
1、网络互联设备
网络互联时，各个节点一般不能简单地直接连接，而是需要通过一个中间设备来实现，这个中间设备用来实现不同网络之间的协议转换功能。
| 互联设备 | 工作层次 | 主要功能 |
|---|---|---|
| 中继器 | 物理层 | 对接收信号进行再生和发送，只起到扩展距离的作用，对高层协议是透明的，但使用个数有限（例如以太网中只能使用4个） |
| 网桥 | 数据链路层 | 根据帧物理地址进行网络之间的信息转发，可缓解网络通信繁忙度，提高效率，但只能连接相同MAC层的网络 |
| 路由器 | 网络层 | 通过逻辑地址进行网络之间的信息转发，可完成异构网络之间的互联互通，只能连接使用想用网络层协议的子网 |
| 网关 | 高层（4-7层） | 最复杂的网络互联设备，用于连接网络层以上执行不同协议的子网 |
| 集线器 | 物理层 | 多端口集线器 |
| 二层交换机 | 数据链路层 | 指传统意义上的交换机，多端口网桥 |
| 三层交换机 | 网络层 | 带路由功能的二层交换机 |
| 多层交换机 | 高层（4-7层） | 带协议转换的交换机 |
2、交换技术
在计算机网络中，当用户较多而传输距离较远时，通常不采用两点固定连接的专用线路，而采用交换技术，使通信传输线路为各个用户公用，以提高传输设备的利用率，减低系统费用。
- 电路交换：在数据传送前必须先设置一条通路，在线路释放前该通路由一对用户独占。
- 报文交换：在传输报文时，同时占用一段通道，在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队。
- 分组交换：与报文交换类似，但报文被分层分组传送，并规定最大的分组长度，在传输到目的地后需要重新组装报文。
分组交换技术是在数据网络中使用最广泛的一种交换技术。
3、路由技术
路由器是工作在网络层的重要网络互连设备，构成了基于TCP/IP协议的Internet的主体脉络，工作在Internet上的路由器也称为IP网关。
路由器的主要功能就是路由选择，根据路由选择协议的应用范围，可以将其分为三大类：
- 内部网关协议（Interior Gateway Protocol, IGP）
- 外部网关协议（Exterior Gateway Protocol, EGP）
- 核心网关协议（Gateway Gateway Protocol, GGP）
根据路由协议使用的算法，所有路由协议可以分为以下三类： - 距离向量协议：计算网络中所有链路的矢量和距离，并以此为依据来确认最佳路径。
- 链路状态协议：使用为每一个路由器创建的拓扑数据库来创建路由表，通过计算最短路径来形成路由表。
- 平衡性协议：结合了距离向量协议和链路状态协议的优点。
4.5 网络工程
网络工程的建设是一个极其复杂的系统工程，是对计算机网络、信息系统建设和项目管理等领域知识的综合利用的过程。
根据实施过程的先后，网络工程可分为网络规划、网络设计和网络实施三个阶段。
4.5.1 网络规划
1、网络需求分析
* 功能需求：客户希望使用网络完成什么功能。
* 通信需求：了解用户需要的通信类型、通信频度、通信时间和通信量。
* 性能需求：网络容量（带宽）、利用率、最优利用率、吞吐量、可提供负载、精确度、效率、延迟（等待时间）、延时变化量、响应时间、最优网络利用率、端到端的差错率、精确度和网络效率等。
* 可靠性需求：精确度、错误率、稳定性、无故障时间、数据备份等几个方面。
* 安全需求：可用性、完整性（信息的完整、精确和有效）和保密性。
* 运行和维护需求：网络运行和维护费用方面的需求。
* 管理需求：用户管理、资源管理、配置管理、性能管理和网络维护。
此外，还应该了解网路的地理位置，以及对运行环境的要求（包括网络操作系统、数据库和应用软件等相关的需求）。
2、可行性研究
3、对现有网络的分析和描述
* 服务器的数量和位置。
* 客户机的数量和位置。
* 同时访问的数量。
* 每天的用户数。
* 每次使用的时间。
* 每次数据传输的数据量。
* 网络拥塞的时间段。
* 采用的协议。
* 通信模式。
4.5.2 网络设计
网络设计工作是在网络规划的基础上，设计一个能够解决用户问题的方案。在整个设计过程中，首先要确定网络总体设计目标和设计原则，确定网络的逻辑结构，再设计网络的物理结构。
1、网络设计的任务
- 确定网络的总体目标。
- 确认总体设计原则。
- 通信子网设计。
- 资源子网设计。
- 设备选型。
- 网络操作系统与服务器资源设备。
- 网络安全设计。
2、分层设计
为了更好的分析与设计复杂的大型互联设备，在计算机网络设计中，主要采用分层（分级）设计模型，通过一些通用规则来设计网络，从而简化设计、优化带宽的分配和规划。在分层设计中引入了三个关键层的概念：核心层、汇聚层和接入层。
- 接入层：通常将网络中直接面向用户连接或访问网络的部分称为接入层，接入层的目的是允许终端用户连接到网络，因此接入层交换机具有底成本和高端口密度特性。
- 汇聚层：汇聚层是核心层和接入层的分界面，完成网络访问策略控制、数据包处理、过滤、寻址，以及其他数据处理的任务。汇聚层交换机与接入层交换机比较，需要更高的性能、更少的接口和更高的交换速率。
- 核心层：网络的主干部分称为核心层，核心层的主要目的在于通过告诉转发通信，提供优化、可靠的骨干传输结构，因此核心层交换机应拥有更高的可靠性、性能和吞吐量。
4.5.3 网络设施
网络实施是在网络设计的基础上进行设备的购买、安装、调试和系统切换的工作。主要步骤有：
- 工程实施计划。
- 网络设备到货验收。
- 设备安装。
- 系统测试。
- 系统试运行。
- 用户培训。
- 系统转换。