【正文】 樓外的管線現(xiàn)已完成管塊埋設(shè)，未穿線。 第二章 需求分析 8 第二章 需求分析 概述 需求分析是所有工程生命周期的第一個階段并貫穿于工程的整個生命周期。任何一個工程，實際都要經(jīng)歷需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、建造實施、質(zhì)量完善四個階段。需求分析的目的是確定工程系統(tǒng)的目標(biāo)。促使目標(biāo)系統(tǒng)最大地滿足用戶需求。完整、準(zhǔn)確、有效的需求分析結(jié)果是工程設(shè)計成功的基本依據(jù)之一。正確、有效的分析工作是一個工程能夠順利完成并取得預(yù)期結(jié)果的基本保證之一 。需求分析的重要性在軟件工程中體現(xiàn)最為顯著。需求分析作為軟件第一個階段，其重要性越來越突出，到 80 年代中期，逐步形成了軟件工程的子領(lǐng)域 —— 需求工程。進入 90 年代后，需求工程成為軟件界研究的重點之一。 紫荊學(xué)生公寓位于清華大學(xué)清華園校區(qū)現(xiàn)有北圍墻外的北側(cè)。 作為一個功能完整、設(shè)施齊備的學(xué)生生活專用小區(qū)，建成后將與清華大學(xué)的清華園校區(qū)連成一片，成為清華大學(xué)的清華園校區(qū)的一個相對獨立的組成部分。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析和校園網(wǎng)現(xiàn)有學(xué)生宿舍局域網(wǎng)的實際經(jīng)驗，紫荊公寓作為專用學(xué)生生活區(qū)，其網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和需求有著自己明顯的特點。 網(wǎng)絡(luò)規(guī) 模 物理范圍 清華大學(xué)紫荊學(xué)生公寓區(qū)占地 公頃，東西最大距離約 850 米，南北最大距離約 450 米。區(qū)內(nèi)建有學(xué)生公寓樓 23 棟，配套服務(wù)設(shè)施 6 棟，建筑總面積約 39 萬平方米。小區(qū)建成后可容納 22400 名學(xué)生入住。為保證區(qū)內(nèi)每個學(xué)生和管理人員的上網(wǎng)需要，區(qū)內(nèi)的計算機網(wǎng)絡(luò)必須覆蓋接通上述 29 棟建筑。 信息點數(shù) 為保證區(qū)內(nèi)每個學(xué)生的上網(wǎng)需要，除公寓內(nèi)每個住宿床位有一個網(wǎng)絡(luò)接入信息點外，在配套服務(wù)設(shè)施內(nèi)也布設(shè)一定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)接入信息點。另外，為滿足小區(qū)內(nèi)部管理工作的需要，在管理用房內(nèi)也設(shè)置部分網(wǎng)絡(luò)接入信息點。具體如下 ： 本科生公寓樓： 13950 點 研究生公寓樓： 4370 點 第二章 需求分析 9 繼續(xù)教育和留學(xué)生公寓樓： 4080 點 管理用房約： 200 點 配套服務(wù)設(shè)施約： 2400 點 共計： 25000 點 入網(wǎng)計算機數(shù) 從實際情況看，本科剛?cè)胄５男律蚴軐W(xué)校政策的限制計算機擁有量最低，約為 30%。隨著在校時間的增加，到本科 4 年級，計算機擁有量約為 70%。研究生的計算機擁有量則在 90%以上。而繼續(xù)教育學(xué)員和留學(xué)生的計算機擁有量都較高。目前的這個情況還受校內(nèi)現(xiàn)有住宿擁擠和網(wǎng)絡(luò)接入口少（本科生每 3人一個）的影響。如果計算機擁有率按大一 30%、大二 50%、大三 70%、大四80%、研究生 90%、其他學(xué)生 80%估算，本科生的平均計算機擁有率為： (30%+50%+70%+80%)4=56% 若按此模型推算 ,紫荊學(xué)生公寓內(nèi)的計算機擁有量約為； 13950 58%+4370 90%+4080 80% =8091+3933+2364 =15288（臺） 總平均擁有量為： 15288247。 22400≈ 在學(xué)生入住紫荊學(xué)生公寓后居住擁擠和網(wǎng)絡(luò)接入點不夠的問題將會得到根本改善，屆時每個學(xué)生都有一個網(wǎng)絡(luò)接入插座和一個計算機機位。另外，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng) 用范圍的不斷擴大、必需的使用項目不斷增加和計算機絕對價位的不斷下降，可以預(yù)見學(xué)生的計算機將成為必備工具之一，其擁有量將有較大提高。如果沒有計算機的學(xué)生人數(shù)下降為現(xiàn)行的三分之一，則總計算機擁有率約為90%。相應(yīng)的計算機總臺數(shù)為： 22400 90%=20210（臺） 考慮到管理、服務(wù)和公共場合的應(yīng)用并考慮大約 4%的冗余，紫荊學(xué)生公寓內(nèi)的計算機設(shè)計擁有量為 21000 臺。 同時在線計算機數(shù) 學(xué)生宿舍顯著特點之一就是生活模式的時間一致性極強。尤其是網(wǎng)絡(luò)使用時間上存在著明顯的集中上網(wǎng)高峰時間段，也就是說，學(xué)生宿舍局域 網(wǎng)的高峰計第二章 需求分析 10 算機在線率明顯高于城域網(wǎng)、 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和寬帶小區(qū)。預(yù)計可 以達到 80%。照此計算， 紫荊公寓在網(wǎng)絡(luò)使用高峰期時，同時在線計算機數(shù)約為 16800 臺。 應(yīng)用需求 紫荊學(xué)生公寓作為學(xué)生的居住區(qū)，其網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式簡單，絕大多數(shù)為客戶終端機，同時有少量主要針對校內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)，例如 FTP、 BBS、視頻廣播等。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要類型有： WWW 瀏覽、 FTP 文件傳輸、收發(fā)電子郵件、在線視頻轉(zhuǎn)播和收看、多媒體課件、 DHCP、實時身份認(rèn)與識別、電子商務(wù)客戶端、文件共享、在線實時網(wǎng)絡(luò)游戲等。 流量分析 網(wǎng)絡(luò)流量大是學(xué)生宿舍計算機網(wǎng) 絡(luò)的特點，它主要 由三個方面原因造成。首先是每天流量的高峰使用期長，一般在早上 9:00－次日 1:00。這相當(dāng)于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（高峰期在工作時間）和寬帶小區(qū)（高峰期在下班后）的時間總和。其次是在線用戶數(shù)量多，遠大于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)用戶的 20%和寬帶小區(qū)用戶的 6%。最后和其他網(wǎng)絡(luò)用戶相比，學(xué)生的人均網(wǎng)絡(luò)流量相對更大。 帶寬需求 紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的用戶帶寬需求，可以根據(jù)用戶類型分為普通終端用戶和服務(wù)用戶兩類。普通終端用戶的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用又分為時實和非實時兩種。實時網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中對傳輸帶寬需求最大的是實時視頻傳輸。目前高質(zhì)量視頻流傳輸?shù)膸?寬需求為 2 Mb/s。而對于低質(zhì)量的實時視頻傳輸， 325Kb/s的就可以達到實用的要求。對于非實時網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，尤其是文件傳輸類的應(yīng)用，帶寬越大越好。而在 1 Mb/s帶寬下所有非實時網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用均可順利進行。然而在網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用中，用戶實際使用的帶寬取決于起點對傳輸路徑中所有連路中所能分得的最小帶寬和服務(wù)器的吞吐量，絕大多數(shù)在 100～ 500Kb/s 之間。所以， 普通終端用戶的基本帶寬需求為每人 1～ 2 Mb/s。 對于服務(wù)用戶其所需帶寬越大越好，根據(jù)實際硬件情況通常為每臺服務(wù)器100Mb/s。特殊情況可以視實際資源和需 求情況調(diào)整。 第二章 需求分析 11 地址需求 紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的 IP 地址規(guī)劃遵循清華校園網(wǎng)地址規(guī)劃方案，全部使用合法的 IP 地址。 安全性需求 紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)安全需求分為以下幾個方面或環(huán)節(jié)。這些需求又分別涉及物理環(huán)境安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸、訪問控制、系統(tǒng)安全、應(yīng)用安全和安全管理等各種技術(shù)。 1. 網(wǎng)絡(luò)平臺的安全性和可靠性； 2. 傳輸數(shù)據(jù)的安全； 3. 實現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一的身份鑒別，能依據(jù)規(guī)則實施訪問控制； 4. 保證紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)具有一整套完備的防病毒體系，能對病毒進行實時響應(yīng)； 5. 保證紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)具有一整套完備的入侵檢測體系，并提供漏洞掃描系統(tǒng)，能 對各種攻擊行為進行實時響應(yīng)； 6. 在紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的出口邊界設(shè)置 DDOS 過濾器，以阻斷內(nèi)外之間的 DDOS 攻擊，減少惡意帶寬占用。 7. 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生安全性問題時能夠準(zhǔn)確地定位、找到相關(guān)責(zé)任人。 穩(wěn)定性需求 穩(wěn)定性是網(wǎng)絡(luò)十分重要和基本的性能需求，穩(wěn)定性作為一個綜合目標(biāo)，要求設(shè)備自身的冗余特性和高性能；各層次鏈路的冗余性；以及二層和三層設(shè)計的冗余備份考慮。同時完整的網(wǎng)絡(luò)安全方案也是在受到各種攻擊時保證穩(wěn)定性的重要方面。穩(wěn)定性要求校園網(wǎng)在設(shè)計的負載容量內(nèi)為主要用戶和主要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供接近運營級別的不間斷服務(wù)。 可靠性需求 紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的可靠性通過采用可靠的組網(wǎng)技術(shù)、機房環(huán)境及對網(wǎng)絡(luò)運營進行嚴(yán)格管理來保證。組網(wǎng)技術(shù)方面主要要考慮以下三個問題： 鏈路可靠性：每個節(jié)點與其它節(jié)點之間通過不同路徑的多條線路連接，避第二章 需求分析 12 免單路故障，提高網(wǎng)絡(luò)路徑冗余，線路應(yīng)盡可能使用不同的物理光纖鏈路； 設(shè)備可靠性：選用性能穩(wěn)定、可靠的設(shè)備。消除單點故障，使用設(shè)備的異地?zé)醾浞菁夹g(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的不間斷性； 路由可靠性：自動選路和迂回，做到當(dāng)某部分網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)意外而發(fā)生通路切換時，這些操作對上層業(yè)務(wù)主機是透明的。 機房環(huán)境則主要包括穩(wěn)定的不間斷電源、抗 災(zāi)能力等 網(wǎng)絡(luò)運營管理包括合理的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)及配套的管理制度。 可擴展性需求 學(xué)生宿舍局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成后，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和用戶數(shù)量的變化比較小。但是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展和變化是肯定的，對網(wǎng)絡(luò)的性能要求必定是逐漸提高的。因此要求網(wǎng)絡(luò)建成后，能夠通過添加若干處理模塊或關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而解決運行中出現(xiàn)的局部性能不足的問題。 可管理性需求 在統(tǒng)一規(guī)劃的前提下，建設(shè)基于統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理平臺的多級網(wǎng)管系統(tǒng)，清晰地描述各級網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的管理邊界、管理權(quán)限和管理接口； 1）提供健全的設(shè)備管理，鏈路管理的網(wǎng)管平臺。 2）采用專用的性 能管理工具，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)性能，采集、分析網(wǎng)絡(luò)性能問題。 3）采用完整的用戶認(rèn)證計費系統(tǒng)，實現(xiàn)全網(wǎng)的用戶管理。 4）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的自動化、制度化和規(guī)范化； 5）建立具備良好可擴充性的網(wǎng)管體系結(jié)構(gòu)，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的調(diào)整，支持對網(wǎng)管系統(tǒng)的二次開發(fā)或定制。 兼容性需求 首先，紫荊學(xué)生公寓區(qū)局域網(wǎng)建成后將交由校網(wǎng)絡(luò)中心統(tǒng)一負責(zé)運行、維護和管理。因此它必須和校園網(wǎng)現(xiàn)行的運行模式和管理體系相兼容。 其次，紫荊學(xué)生公寓區(qū)局域網(wǎng)將同時有鏈路直接與校園網(wǎng)和教育網(wǎng)互連。這一方面要求紫荊學(xué)生公寓區(qū)局域網(wǎng)所采用的網(wǎng)絡(luò)邊界設(shè)備必須與校園網(wǎng)和 教育網(wǎng)有良好的相容性和互操作性。另一方面要求紫荊學(xué)生公寓區(qū)局域網(wǎng)所采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和有關(guān)系統(tǒng)配置必須與校園網(wǎng)和教育網(wǎng)相兼容。 第二章 需求分析 13 另外，紫荊學(xué)生公寓區(qū)局域網(wǎng)中所采用的各類、各型設(shè)備之間必須具有良好的相容性和互操作性。 第三章 網(wǎng)絡(luò)總體方案 14 第三章 網(wǎng)絡(luò)總體方案 概述 校園主干網(wǎng)技術(shù) 目前，寬帶 校園主干 網(wǎng) 絡(luò) 建設(shè) 主要采用 IP over Fiber 的技術(shù)路線，即交換機、路由器直接提供光接口，提供傳輸分 幀 和自愈恢復(fù)功能，無須使用 SDH 等光傳輸設(shè)備。目前 IP over Fiber 主要有三 種 形式： POS 、 RPR 和以太網(wǎng)。 IP over Fiber的主 要缺點是獨占光纖資源。然而對于園區(qū)網(wǎng)而言，光纖的鋪設(shè)成本并不高，完全可以接受。在必須提高光纖利用率的場合，可以在追加投資的基礎(chǔ)上采用 IP over WDM技術(shù)來進行光纖資源的放大。以下分別對 POS 、 RPR、以太網(wǎng)和 IP over WDM 技術(shù)做簡要介紹。 POS POS即 IP／ PPP／ HDLC over SDH／ SONET。 PPP按 RFC1661的要求實現(xiàn)多協(xié)議封裝、錯誤控制和鏈路初始化控制，把 IP分組封裝以后，再按 RFC1662的要求形成高層數(shù)據(jù)鏈路控制（ HDLC）的幀以便定界，然后把該幀交給 SDH／ SONET處理后進行傳輸。 POS技術(shù)的優(yōu)點是傳輸速率和效率都很高。它支持 OC3（ STM1） 155Mbps、 OC12（ STM4） 622 Mbps、 OC48（ STM16） ，結(jié)合傳輸設(shè)備可達到 OC192（ STM64） 10Gbps。 POS的傳輸開銷約為 2％。 盡管 POS技術(shù)也 采用 SDH幀格式，需要將 IP數(shù)據(jù)包裝入 SDH幀， 和 IP over SDH是一樣的，但 POS省去了 SDH傳輸層，從而可將部分 OAM字節(jié)用來承載信息，節(jié)省了成本。相對于 ATM， POS由于省去了 ATM層而簡化了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) ，基本保證了 QoS，使得系統(tǒng)有能力直接支持基于 IP的數(shù)據(jù)、話音、視頻傳輸并易于兼容不同技術(shù)體系和實現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)。 由于采用 了 SONET/SDH幀結(jié)構(gòu) ， POS可在所有主要的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中運轉(zhuǎn)，包括：暗光纖、波分復(fù)用（ WDM）、 SONET／ SDH點對點和環(huán)。這種結(jié)構(gòu)的透明性允許 POS在一種混合的環(huán)境中應(yīng)用，例如，一個 POS網(wǎng)絡(luò) 可以有幾個節(jié)點用暗光纖連接，同時又有幾個節(jié)點通過 SONET／SDH傳輸網(wǎng) 和／或 WDM設(shè)備相連接。 POS技術(shù)的缺點是 需要增加拆裝設(shè)備 SAR，第三章 網(wǎng)絡(luò)總體方案 15 成本 比較高 。 RPR （ Resilient Packet Ring）又名彈性分組環(huán)，標(biāo)準(zhǔn)由 IEEE 的 制定。 RPR環(huán)網(wǎng)具有雙環(huán)的拓撲結(jié)構(gòu)，兩環(huán)在結(jié)構(gòu)上對稱，方向上相反。一個節(jié)點可在某一方向環(huán)上發(fā)送數(shù)據(jù)包，在另一方向環(huán)上朝反方向發(fā)送控制包。雙環(huán)結(jié)構(gòu)保證兩條路徑可以到達同一目的節(jié)點，且雙環(huán)可以同時工作。 RPR采用了SONET／ SDH幀結(jié)構(gòu)，因此可在所有主要的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中運轉(zhuǎn)，包括：暗光纖、波分復(fù)用（ WDM）、 SONET／ SDH點對點和環(huán)。這種結(jié)構(gòu)的透明性允許 RPR在一種混合的環(huán)境中應(yīng)用，例如，一個 RPR環(huán)可以有幾個節(jié)點用暗光纖連接，同時又有 幾個節(jié)點通過 SONET／ SDH和／或 WDM設(shè)備相連接。 目前， RPR產(chǎn)品的通信速率可達 。 以太網(wǎng) 以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)從 80 年代初期的百米級網(wǎng)絡(luò)半徑向千米級和萬米級方向發(fā)展，技術(shù)的適用范圍從局域網(wǎng)擴大到園區(qū)網(wǎng)乃至城域網(wǎng)。以太網(wǎng)組網(wǎng)靈活，價格便宜，最適合小型園區(qū)網(wǎng)的建設(shè)。按速率劃分，目前以太網(wǎng)可分為：十兆以太網(wǎng)，主要用于桌面接入；百兆以太網(wǎng)（ FE），主要用于桌面接入和低速匯聚；千兆以太網(wǎng)（ GE），主要用于高速匯聚和主干連接；萬兆以太網(wǎng)（ 10GE），這是目前最先進的以太網(wǎng)技術(shù)，用于新型主干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。目前， 基于以太網(wǎng)的 IP over Fiber技術(shù)主要指 GE over Fiber，這也是目前許多校園主干網(wǎng)建設(shè)采用的技術(shù)路線。GE over fiber 的主