问答题
阅读以下关于某城市公交集团企业网络设计的叙述，回答问题。
[说明]
某城市公交集团营运公司根据城市发展的需要，制定了公交集团2006—2010年的信息规划。在规划中明确提出在集团范围内建设一个用于公交车辆监控、调度的企业网络，利用先进的信息化技术改造传统的管理和运作模式，大力提升公共交通的服务水平和提高运行效率、降低运行成本。
公交集团营运公司是一家拥有4个二级分公司、1万多名职工、2000名办公人员的国有独资公司，目前拥有公交场站50个、公交营运线路250条，日营运车辆5000辆，平均运距为6千米，线路总长度4000千米，每年营运的载客人数为1亿人次，年营运收入130亿元人民币。
公交集团企业网络覆盖集团总部与4个二级分公司，要求在5年内能够对所有公交车辆完成实时轨迹监控和调度，同时能够为公交集团内部信息系统的运行提供网络支撑环境。
[说明]
某城市公交集团营运公司根据城市发展的需要，制定了公交集团2006—2010年的信息规划。在规划中明确提出在集团范围内建设一个用于公交车辆监控、调度的企业网络，利用先进的信息化技术改造传统的管理和运作模式，大力提升公共交通的服务水平和提高运行效率、降低运行成本。
公交集团营运公司是一家拥有4个二级分公司、1万多名职工、2000名办公人员的国有独资公司，目前拥有公交场站50个、公交营运线路250条，日营运车辆5000辆，平均运距为6千米，线路总长度4000千米，每年营运的载客人数为1亿人次，年营运收入130亿元人民币。
公交集团企业网络覆盖集团总部与4个二级分公司，要求在5年内能够对所有公交车辆完成实时轨迹监控和调度，同时能够为公交集团内部信息系统的运行提供网络支撑环境。
问答题
在需求分析阶段，设计单位了解到公交集团办公人员的工作时间是早上8:00～下午6:00，公交线路的运营时间是早上5:00～晚上10:00，在非工作时间，监控和调度网络基本处于闲置状态。
公交集团企业网络的应用主要包括4类，分别是车辆监控调度、办公和集团营运业务、场站视频监控和互联网访问。各类应用的当前需求调查情况见表1。
(a)如不考虑场站视频监控系统的工作时间，请计算出公交集团监控和调度网络的可用性指标。
(b)请根据应用需求调查情况，结合5年后的增长率，计算并填写表2的内容。
(注：应用总流量指由该应用在整个网络上产生的流量，本题不考虑网络数据包封装所增加的网络流量。)
公交集团企业网络的应用主要包括4类，分别是车辆监控调度、办公和集团营运业务、场站视频监控和互联网访问。各类应用的当前需求调查情况见表1。
| {{B}}表1
公交集团应用需求调查{{/B}} | ||||
| 应用名称 | 产生数据情况 | 用户情况 | 应用方式 | 备注 |
| 车辆监控调度 | 所有车辆每10秒种发送一 次车辆的位置信息，每次信 息量约0.00007MB，调度指 令根据需要发送，可以忽略 不计 |
高峰期除少量车辆检 修外，基本上所有车辆 都要纳入监控 |
监控数据从移动公司传 递至公交集团 |
预计5年 后车辆增长 20% |
| 办公和集团营 运业务 |
平均每个办公人员每10分 钟左右将完成两次办公或者 业务操作，每次产生的数据 量大致在0.5MB |
上班高峰时间，所有 办公人员都处于在线状 态 |
信息中心倾向于对办公 和营运业务采用B/S模 式，即位于本部和分公司 的办公人员在线访问位于 集团本部的服务器 |
预计5年 后业务的增 长 率 为 200% |
| 场站视频监控 | 各场站的摄像机采用D1 格式实时采集视频流，平均 每秒钟产生0.2MB的视频码 流 |
每个场站的大门、调 度点、停车位都设置摄 像头，平均每个场站5 个摄像头 |
视频流在场站本地实时 调阅，部分视频上传至集 团，符合80/20规则 |
预计5年 后业务的增 长 率 为 100% |
| 互联网访问 | 办公人员可以访问互联网 络，平均每个工作人员10分 钟内进行2次互联网操作， 每次产生的数据量约0.6MB |
信息中心希望对互联 网访问进行限制，同时 在线人数不超过200人 |
各办公人员通过集团至 运营商的线路访问互联 网，多为B/S类应用 |
预计5年后 业务增长率 为300% |
| {{B}}表2 应用需求分析表{{/B}} | ||||||
| 应用名称 | 平均事务量大小(MB) | 峰值用户数(个) | 平均会话长度(秒) | 每会话事务数(个) | 增长率 | 5年后应用总流量(Mbps) |
| 车辆监控调度 | ||||||
| 办公和集团营运业务 | ||||||
| 场站视频监控 | ||||||
| 互联网访问 | ||||||
【正确答案】(a)监控和调度网络的可用性=17/24×100%≈70.83%
(b)见表3或表5
(b)见表3或表5
| {{B}}表3 公交集团企业网通信流量表{{/B}} | ||
| 流量分布 | 上行流量(Mbps) | 下行流量(Mbps) |
| 集团至一公司 | ||
| 集团至二公司 | ||
| 集团至三公司 | ||
| 集团至四公司 | ||
| {{B}}表5 该集团网络的应用需求分析表(估算){{/B}} | ||||||
| 应用名称 | 平均事务量大小(MB) | 峰值用户数(个) | 平均会话长度(秒) | 每会话事务数(个) | 增长率 | 5年后应用总流量(Mbps) |
| 车辆监控调度 | 0.00007 | 5000 | 10 | 1 | 20% | 0.336 |
| 办公和集团 营运业务 |
0.5 | 2000 | 600 | 2 | 200% | 80 |
| 场站视频监控 | 0.2 | 250 | 1 | 1 | 100% | 800 |
| 互联网访问 | 0.6 | 200 | 600 | 2 | 300% | 12.8 |
【答案解析】1．这是一道要求掌握可用性基本概念的计算题。本题的解答思路如下。
可用性(Availability)是指网络或网络设备(如服务器等)可用于执行预期任务时间所占总量的百分比。可用性也可以用于衡量一个网络的实际使用情况，即网络实际使用时间与网络总运行时间的比值。若不考虑场站视频监控系统的工作时间，根据题干中关键信息“公交线路运营时间是早上5:00至晚上10:00，在非工作时间，监控和调度网络基本处于闲置状态”进行求解，该公交线路运营时间共计17小时，而一天共有24小时，则监控和调度网络的可用性=17/24×100%≈70.83%。
2．这是一道要求根据应用需求调查的数据，求出各个应用的数据流量的计算题。其基本计算公式为：应用的数据传输速率=平均事务量大小×每字节位数×每个会话事务数×平均用户数/平均会话长度。在实际网络工程项目规划设计过程中，为了保证峰值情况下所设计的网络能够正常运行，可以考虑使用“峰值用户数”代替“平均用户数”进行计算。同时，在考虑应用增长率因素之后，上述计算公式变更为：应用的总数据传输速率=平均事务量大小×每字节位数×每个会话事务数×峰值用户数×(1+增长率)/平均会话长度。
①由表1中“车辆监控调度”行、“产生数据情况”列的关键信息“每次信息量约0.00007MB，调度指令根据需要发送，可以忽略不计”知，该应用的平均事务量大小为0.00007MB；由题干关键信息“日营运车辆5000辆”和表1中“用户情况”列的关键信息“高峰期除少量车辆检修外，基本上所有车辆都要纳入监控”知，该应用的峰值用户数为5000个；由表1中“产生数据情况”列的关键信息“所有车辆每10秒钟发送一次车辆的位置信息”知，该应用的平均会话长度为10秒，每个会话的事务数为1个。由于该应用的平均事务量大小为0.00007MB，将其转换为比特数为0.00007×1024×1024×8=587.20256bit。当前该应用的流量为(0.00007×1024×1024×8)×1×5000/10bps=293601.28bps≈0.294Mbps。
由表1中“备注”列的关键信息“预计5年后车辆增长20%”知，5年后车辆总量为5000×(1+20%)=6000辆，则5年后该应用业务量的增长率为[(6000-5000)/5000]×100%=20%。在不考虑网络数据包封装所增加的网络流量情况下，5年后该应用总流量为0.294×(1+20%)Mbps≈0.353Mbps。
实际考试在不允许带计算器的情况下，当前该应用的流量估算值也可按下式近似计算：(0.00007×8)×1×5000/10Mbps=0.28Mbps。5年后该应用总流量为0.28×(1+20%)Mbps≈0.336Mbps。
②由表1中“办公和集团营运业务”行、“产生数据情况”列的关键信息“每次产生的数据量大致在0.5MB”知，该应用的平均事务量大小为0.5MB；由题干关键信息“公交集团营运公司是一家拥有……2000名办公人员的国有独资公司”和表1中“用户情况”列的关键信息“上班高峰时间，所有办公人员都处于在线状态”知，该应用的峰值用户数为2000个；由表1中“产生数据情况”列的关键信息“平均每个办公人员每10分钟左右将完成两次办公或者业务操作”知，该应用的平均会话长度为10分钟(即600秒)，每会话的事务数为2个。当前该应用的流量为(0.5×1024×1024×8)×2×2000/600bps=27962026.67bps≈27.962Mbps。
若当前该应用的业务量为x，结合表1中“备注”列的关键信息“预计5年后业务的增长率为200%”知，5年后该应用的业务总量为(1+200%)x=3x。5年后该应用业务量的增长率为[(3x-x)/x]×100%=200%，5年后该应用总流量为27.962×(1+200%)Mbps≈83.886Mbps。
实际考试在不允许带计算器的情况下，当前该应用的流量估算值也可按下式近似计算：(0.5×8)×2×2000/600Mbps=26.667Mbps，5年后该应用总流量为26.667×(1+200%)Mbps≈80Mbps。
③由表1中“场站视频监控”行、“产生数据情况”列的关键信息“各场站的摄像机……平均每秒钟产生0.2MB的视频码流”知，该应用的平均事务量大小为0.2MB，平均会话长度为1秒；由题干关键信息“目前拥有公交场站50个”和“平均每个场站5个摄像头”知，该应用的峰值用户数为50×5=250个，每个会话的事务数为1个。当前该应用的流量为(0.2×1024×1024×8)×5×50/1bps=419430400bps≈419.430Mbps。
由表1中“备注”列的关键信息“预计5年后业务的增长率为100%”知，5年后该应用业务量的增长率为100%，5年后该应用总流量为419.43×(1+100%)Mbps≈838.86Mbps。
实际考试在不允许带计算器的情况下，当前该应用的流量估算值也可按下式近似计算：(0.2×8)×5×50/1Mbps=400Mbps，5年后该应用总流量为400×(1+100%)Mbps=800Mbps。
④由表1中“互联网访问”行、“产牛数据情况”列的关键信息“每次产牛的数据量约0.6MB”知，该应用的平均事务量大小为0.6MB；由表1中“用户情况”列的关键信息“信息中心希望对互联网访问进行限制，同时在线人数不超过200人”知，该应用的峰值用户数为200个；由表1中“产生数据情况”列的关键信息“平均每个工作人员10分钟内进行2次互联网操作”知，该应用的平均会话长度为10分钟(即600秒)，每会话的事务数为2个。当前该应用的流量为(0.6×1024×1024×8)×2×200/60019ps=3355443.2bps≈3.355Mbps。
由表1中“备注”列的关键信息“预计5年后业务的增长率为300%”知，5年后该应用业务量的增长率为300%，5年后该应用总流量为3.355×(1+300%)Mbps≈13.42Mbps。
实际考试在不允许带计算器的情况下，当前该应用的流量估算值也可按下式近似计算：(0.6×8)×2×200/600 Mbps=3.2Mbps，5年后该应用总流量为3.2×(1+300%)Mbps=12.8Mbps。
⑤综上分析，可整理出如表4(或表5)所示的该集团网络的应用需求分析情况。
可用性(Availability)是指网络或网络设备(如服务器等)可用于执行预期任务时间所占总量的百分比。可用性也可以用于衡量一个网络的实际使用情况，即网络实际使用时间与网络总运行时间的比值。若不考虑场站视频监控系统的工作时间，根据题干中关键信息“公交线路运营时间是早上5:00至晚上10:00，在非工作时间，监控和调度网络基本处于闲置状态”进行求解，该公交线路运营时间共计17小时，而一天共有24小时，则监控和调度网络的可用性=17/24×100%≈70.83%。
2．这是一道要求根据应用需求调查的数据，求出各个应用的数据流量的计算题。其基本计算公式为：应用的数据传输速率=平均事务量大小×每字节位数×每个会话事务数×平均用户数/平均会话长度。在实际网络工程项目规划设计过程中，为了保证峰值情况下所设计的网络能够正常运行，可以考虑使用“峰值用户数”代替“平均用户数”进行计算。同时，在考虑应用增长率因素之后，上述计算公式变更为：应用的总数据传输速率=平均事务量大小×每字节位数×每个会话事务数×峰值用户数×(1+增长率)/平均会话长度。
①由表1中“车辆监控调度”行、“产生数据情况”列的关键信息“每次信息量约0.00007MB，调度指令根据需要发送，可以忽略不计”知，该应用的平均事务量大小为0.00007MB；由题干关键信息“日营运车辆5000辆”和表1中“用户情况”列的关键信息“高峰期除少量车辆检修外，基本上所有车辆都要纳入监控”知，该应用的峰值用户数为5000个；由表1中“产生数据情况”列的关键信息“所有车辆每10秒钟发送一次车辆的位置信息”知，该应用的平均会话长度为10秒，每个会话的事务数为1个。由于该应用的平均事务量大小为0.00007MB，将其转换为比特数为0.00007×1024×1024×8=587.20256bit。当前该应用的流量为(0.00007×1024×1024×8)×1×5000/10bps=293601.28bps≈0.294Mbps。
由表1中“备注”列的关键信息“预计5年后车辆增长20%”知，5年后车辆总量为5000×(1+20%)=6000辆，则5年后该应用业务量的增长率为[(6000-5000)/5000]×100%=20%。在不考虑网络数据包封装所增加的网络流量情况下，5年后该应用总流量为0.294×(1+20%)Mbps≈0.353Mbps。
实际考试在不允许带计算器的情况下，当前该应用的流量估算值也可按下式近似计算：(0.00007×8)×1×5000/10Mbps=0.28Mbps。5年后该应用总流量为0.28×(1+20%)Mbps≈0.336Mbps。
②由表1中“办公和集团营运业务”行、“产生数据情况”列的关键信息“每次产生的数据量大致在0.5MB”知，该应用的平均事务量大小为0.5MB；由题干关键信息“公交集团营运公司是一家拥有……2000名办公人员的国有独资公司”和表1中“用户情况”列的关键信息“上班高峰时间，所有办公人员都处于在线状态”知，该应用的峰值用户数为2000个；由表1中“产生数据情况”列的关键信息“平均每个办公人员每10分钟左右将完成两次办公或者业务操作”知，该应用的平均会话长度为10分钟(即600秒)，每会话的事务数为2个。当前该应用的流量为(0.5×1024×1024×8)×2×2000/600bps=27962026.67bps≈27.962Mbps。
若当前该应用的业务量为x，结合表1中“备注”列的关键信息“预计5年后业务的增长率为200%”知，5年后该应用的业务总量为(1+200%)x=3x。5年后该应用业务量的增长率为[(3x-x)/x]×100%=200%，5年后该应用总流量为27.962×(1+200%)Mbps≈83.886Mbps。
实际考试在不允许带计算器的情况下，当前该应用的流量估算值也可按下式近似计算：(0.5×8)×2×2000/600Mbps=26.667Mbps，5年后该应用总流量为26.667×(1+200%)Mbps≈80Mbps。
③由表1中“场站视频监控”行、“产生数据情况”列的关键信息“各场站的摄像机……平均每秒钟产生0.2MB的视频码流”知，该应用的平均事务量大小为0.2MB，平均会话长度为1秒；由题干关键信息“目前拥有公交场站50个”和“平均每个场站5个摄像头”知，该应用的峰值用户数为50×5=250个，每个会话的事务数为1个。当前该应用的流量为(0.2×1024×1024×8)×5×50/1bps=419430400bps≈419.430Mbps。
由表1中“备注”列的关键信息“预计5年后业务的增长率为100%”知，5年后该应用业务量的增长率为100%，5年后该应用总流量为419.43×(1+100%)Mbps≈838.86Mbps。
实际考试在不允许带计算器的情况下，当前该应用的流量估算值也可按下式近似计算：(0.2×8)×5×50/1Mbps=400Mbps，5年后该应用总流量为400×(1+100%)Mbps=800Mbps。
④由表1中“互联网访问”行、“产牛数据情况”列的关键信息“每次产牛的数据量约0.6MB”知，该应用的平均事务量大小为0.6MB；由表1中“用户情况”列的关键信息“信息中心希望对互联网访问进行限制，同时在线人数不超过200人”知，该应用的峰值用户数为200个；由表1中“产生数据情况”列的关键信息“平均每个工作人员10分钟内进行2次互联网操作”知，该应用的平均会话长度为10分钟(即600秒)，每会话的事务数为2个。当前该应用的流量为(0.6×1024×1024×8)×2×200/60019ps=3355443.2bps≈3.355Mbps。
由表1中“备注”列的关键信息“预计5年后业务的增长率为300%”知，5年后该应用业务量的增长率为300%，5年后该应用总流量为3.355×(1+300%)Mbps≈13.42Mbps。
实际考试在不允许带计算器的情况下，当前该应用的流量估算值也可按下式近似计算：(0.6×8)×2×200/600 Mbps=3.2Mbps，5年后该应用总流量为3.2×(1+300%)Mbps=12.8Mbps。
⑤综上分析，可整理出如表4(或表5)所示的该集团网络的应用需求分析情况。
| {{B}}表4 该集团网络的应用需求分析表{{/B}} | ||||||
| 应用名称 | 平均事务量大小(MB) | 峰值用户数(个) | 平均会话长度(秒) | 每会话事务数(个) | 增长率 | 5年后应用总流量(Mbps) |
| 车辆监控调度 | 0.00007 | 5000 | 10 | 1 | 20% | 0.353 |
| 办公和集团 营运业务 |
0.5 | 2000 | 600 | 2 | 200% | 83.886 |
| 场站视频监控 | 0.2 | 250 | 1 | 1 | 100% | 838.86 |
| 互联网访问 | 0.6 | 200 | 600 | 2 | 300% | 13.42 |
| {{B}}表5 该集团网络的应用需求分析表(估算){{/B}} | ||||||
| 应用名称 | 平均事务量大小(MB) | 峰值用户数(个) | 平均会话长度(秒) | 每会话事务数(个) | 增长率 | 5年后应用总流量(Mbps) |
| 车辆监控调度 | 0.00007 | 5000 | 10 | 1 | 20% | 0.336 |
| 办公和集团 营运业务 |
0.5 | 2000 | 600 | 2 | 200% | 80 |
| 场站视频监控 | 0.2 | 250 | 1 | 1 | 100% | 800 |
| 互联网访问 | 0.6 | 200 | 600 | 2 | 300% | 12.8 |
问答题
设计人员通过需求分析，认为公交集团企业网络主要由三级局域网络互联而成，这三级局域网络分别为集团总部的核心局域网、分公司局域网、场站局域网。公交集团企业网络将通过路由设备连接这些局域网，以便于承载整个集团的各类应用。
在需求分析阶段应用分析的基础上，设计人员获取了如下的信息。
●车辆监控调度应用从移动公司网络获取车辆数据流，在集团局域网存储，分发至4个分公司，再进一步分发至各场站的监控计算机，4个分公司拥有车辆的比例为1:2:1:1。
●办公和集团营运业务应用为B/S模式，主要由分公司、场站的办公人员发起，将形成分公司、场站之间的双向数据流，客户端至服务器占应用总流量的20%，服务器至客户端占应用总流量的80%，各分公司之间办公人员数量较为接近。
●场站视频监控应用主要由场站摄像机产生视频流，符合80/20规则，即80%的应用流量在本地进行实时调阅与存储，20%的流量将上传至集团局域网进行调阅和存储，4个公司之间的场站数量比例同于车辆比例。
●互联网访问应用主要是用于分公司、场站的办公用户访问互联网，多为B/S类型应用访问，用户至集团局域网访问互联网的上行流量为20%，下行流量为80%。基于以上资料，假设场站局域网的流量都将经过分公司局域网汇总，再传递至集团局域网，计算集团局域网至各分公司局域网的通信流量要求，填入表3中(通信流量要求应至少满足5年的应用需求)。
在需求分析阶段应用分析的基础上，设计人员获取了如下的信息。
●车辆监控调度应用从移动公司网络获取车辆数据流，在集团局域网存储，分发至4个分公司，再进一步分发至各场站的监控计算机，4个分公司拥有车辆的比例为1:2:1:1。
●办公和集团营运业务应用为B/S模式，主要由分公司、场站的办公人员发起，将形成分公司、场站之间的双向数据流，客户端至服务器占应用总流量的20%，服务器至客户端占应用总流量的80%，各分公司之间办公人员数量较为接近。
●场站视频监控应用主要由场站摄像机产生视频流，符合80/20规则，即80%的应用流量在本地进行实时调阅与存储，20%的流量将上传至集团局域网进行调阅和存储，4个公司之间的场站数量比例同于车辆比例。
●互联网访问应用主要是用于分公司、场站的办公用户访问互联网，多为B/S类型应用访问，用户至集团局域网访问互联网的上行流量为20%，下行流量为80%。基于以上资料，假设场站局域网的流量都将经过分公司局域网汇总，再传递至集团局域网，计算集团局域网至各分公司局域网的通信流量要求，填入表3中(通信流量要求应至少满足5年的应用需求)。
| {{B}}表3
公交集团企业网通信流量表{{/B}} | ||
| 流量分布 | 上行流量(Mbps) | 下行流量(Mbps) |
| 集团至一公司 | ||
| 集团至二公司 | ||
| 集团至三公司 | ||
| 集团至四公司 | ||
【正确答案】
| {{B}}表8 集团至各个公司通信流量汇总表{{/B}} | ||
| 流量分布 | 上行流量(Mbps) | 下行流量(Mbps) |
| 集团至一公司 | 4.1943+33.5544+0.671=38.4197 | 0.0706+16.7772+2.684=19.5318 |
| 集团至二公司 | 4.1943+67.1088+0.671=71.9741 | 0.1412+16.7772+2.684=19.6024 |
| 集团至三公司 | 4.1943+33.5544+0.671=38.4197 | 0.0706+16.7772+2.684=19.5318 |
| 集团至四公司 | 4.1943+33.5544+0.671=38.4197 | 0.0706+16.7772+2.684=19.5318 |
| {{B}}表9 集团至各个公司通信流量汇总表(估算){{/B}} | ||
| 流量分布 | 上行流量(Mbps) | 下行流量(Mbps) |
| 集团至一公司 | 4+32+0.64=36.64 | 0.0672+16+2.56=18.6272 |
| 集团至二公司 | 4+64+0.64=68.64 | 0.1344+16+2.56=18.6944 |
| 集团至三公司 | 4+32+0.64=36.64 | 0.0672+16+2.56=18.6272 |
| 集团至四公司 | 4+32+0.64=36.64 | 0.0672+16+2.56=18.6272 |
【答案解析】这是一道要求考生掌握具体应用环境下通信流分布分析和通信量计算的综合分析题。本题的解答思路如下。
1．对于车辆监控调度应用，由试题关键信息“从移动公司网络获取车辆数据流，在集团局域网存储，分发至4个分公司”知，该应用数据流量将对集团总部至各个分公司的下行流量产生影响。再由试题关键信息“4个分公司拥有车辆的比例为1:2:1:1”和“通信流量要求应至少满足5年的应用需求”，并结合常识可得，集团总部至一分公司、三分公司、四分公司的该应用数据的下行流量均为0.353Mbps×1/(1+2+1+1)=0.0706Mbps(或0.336Mbps×1/(1+2+1+1)=0.067Mbps)；集团总部至二分公司的该应用数据的下行流量均为0.353Mbps×2/(1+2+1+1)=0.1412Mbps(或0.336Mbps×2/(1+2+1+1)=0.1344Mbps)。
2．对于办公和集团营运业务应用，由表1中“办公和集团营运业务”行、“应用方式”列的关键信息“位于本部和分公司的办公人员在线访问位于集团本部的服务器”，以及试题关键信息“主要由分公司、场站的办公人员发起，将形成分公司、场站之间的双向数据流，客户机至服务器占应用总流量的20%，服务器至客户机占应用总流量的80%”知，该应用数据流量的20%将对各个分公司至集团总部的上行流量产生影响，而剩余的80%流量将对集团总部至各个分公司的下行流量产生影响。再由试题关键信息“各分公司之间办公人员数量较为接近”可得，各个分公司至集团总部的该应用数据的上行流量均为83.886Mbps×20%×1/4=4.1943Mbps(或80Mbps×20%×1/4=4Mbps)；集团总部至各个分公司的该应用数据的下行流量均为83.886Mbps×80%×1/4=16.7772Mbps(或80Mbps×80%×1/4=16Mbps)。
3．对于场站视频监控应用，由试题关键信息“80%的应用流量在本地进行实时调阅与存储，20%的流量将上传至集团局域网进行调阅和存储”知，该应用数据流量的80%是在各个分公司网络内部产生的，而该应用数据流量的20%将对各个分公司至集团总部的上行流量产生影响。试题中并没有说明这些上传至集团总部的视频数据是否提供给其他分公司调阅，因此解答时，暂不考虑该应用数据流量对集团总部至各个分公司的下行流量产生影响。
由试题关键信息“主要由场站摄像机产生视频流……4个公司之间的场站数量比例同于车辆比例”可得，一分公司、三分公司、四分公司至集团总部的该应用数据的上行流量均为838.86Mbps×20%×1/(1+2+1+1)=33.5544Mbps(或800Mbps×20%×1/(1+2+1+1)=32Mbps)；二分公司至集团总部的该应用数据的上行流量均为838.86Mbps×20%×2/(1+2+1+1)=67.108Mbps(或800Mbps×20%×2/(1+2+1+1)=64Mbps)；
4．对于互联网访问应用，由表1中“互联网访问应用”行、“应用方式”列的关键信息“各办公人员通过集团至运营商的线路访问互联网”，以及试题关键信息“互联网访问应用主要是用于分公司、场站的办公用户访问互联网……用户至集团局域网访问互联网的上行流量为20%，下行流量为80%”知，该应用数据流量的20%将对各个分公司至集团总部的上行流量产生影响，该应用数据流量的80%将对集团总部至各个分公司的下行流量产生影响。结合试题中“办公和集团营运业务应用”的关键信息“各分公司之间办公人员数量较为接近”知，各个分公司至集团总部的该应用数据的上行流量均为13.42Mbps×20%×1/4=0.671Mbps(或12.8Mbps×20%×1/4=0.64Mbps)；集团总部至各个分公司的该应用数据的下行流量均为13.42Mbps×80%×1/4=2.684Mbps(或12.8Mbps×80%×1/4=2.56Mbps)。
5．综上分析，集团总部至各个分公司的通信流量分布情况见表6(或表7)。
6．本试题的理解要点在于，应注意区分哪些业务没有在各个分公司与集团总部之间产生上行流量，哪些业务没有产生下行流量。集团总部与各个公司之间的上行流量、下行流量汇总情况见表8(或表9)。
1．对于车辆监控调度应用，由试题关键信息“从移动公司网络获取车辆数据流，在集团局域网存储，分发至4个分公司”知，该应用数据流量将对集团总部至各个分公司的下行流量产生影响。再由试题关键信息“4个分公司拥有车辆的比例为1:2:1:1”和“通信流量要求应至少满足5年的应用需求”，并结合常识可得，集团总部至一分公司、三分公司、四分公司的该应用数据的下行流量均为0.353Mbps×1/(1+2+1+1)=0.0706Mbps(或0.336Mbps×1/(1+2+1+1)=0.067Mbps)；集团总部至二分公司的该应用数据的下行流量均为0.353Mbps×2/(1+2+1+1)=0.1412Mbps(或0.336Mbps×2/(1+2+1+1)=0.1344Mbps)。
2．对于办公和集团营运业务应用，由表1中“办公和集团营运业务”行、“应用方式”列的关键信息“位于本部和分公司的办公人员在线访问位于集团本部的服务器”，以及试题关键信息“主要由分公司、场站的办公人员发起，将形成分公司、场站之间的双向数据流，客户机至服务器占应用总流量的20%，服务器至客户机占应用总流量的80%”知，该应用数据流量的20%将对各个分公司至集团总部的上行流量产生影响，而剩余的80%流量将对集团总部至各个分公司的下行流量产生影响。再由试题关键信息“各分公司之间办公人员数量较为接近”可得，各个分公司至集团总部的该应用数据的上行流量均为83.886Mbps×20%×1/4=4.1943Mbps(或80Mbps×20%×1/4=4Mbps)；集团总部至各个分公司的该应用数据的下行流量均为83.886Mbps×80%×1/4=16.7772Mbps(或80Mbps×80%×1/4=16Mbps)。
3．对于场站视频监控应用，由试题关键信息“80%的应用流量在本地进行实时调阅与存储，20%的流量将上传至集团局域网进行调阅和存储”知，该应用数据流量的80%是在各个分公司网络内部产生的，而该应用数据流量的20%将对各个分公司至集团总部的上行流量产生影响。试题中并没有说明这些上传至集团总部的视频数据是否提供给其他分公司调阅，因此解答时，暂不考虑该应用数据流量对集团总部至各个分公司的下行流量产生影响。
由试题关键信息“主要由场站摄像机产生视频流……4个公司之间的场站数量比例同于车辆比例”可得，一分公司、三分公司、四分公司至集团总部的该应用数据的上行流量均为838.86Mbps×20%×1/(1+2+1+1)=33.5544Mbps(或800Mbps×20%×1/(1+2+1+1)=32Mbps)；二分公司至集团总部的该应用数据的上行流量均为838.86Mbps×20%×2/(1+2+1+1)=67.108Mbps(或800Mbps×20%×2/(1+2+1+1)=64Mbps)；
4．对于互联网访问应用，由表1中“互联网访问应用”行、“应用方式”列的关键信息“各办公人员通过集团至运营商的线路访问互联网”，以及试题关键信息“互联网访问应用主要是用于分公司、场站的办公用户访问互联网……用户至集团局域网访问互联网的上行流量为20%，下行流量为80%”知，该应用数据流量的20%将对各个分公司至集团总部的上行流量产生影响，该应用数据流量的80%将对集团总部至各个分公司的下行流量产生影响。结合试题中“办公和集团营运业务应用”的关键信息“各分公司之间办公人员数量较为接近”知，各个分公司至集团总部的该应用数据的上行流量均为13.42Mbps×20%×1/4=0.671Mbps(或12.8Mbps×20%×1/4=0.64Mbps)；集团总部至各个分公司的该应用数据的下行流量均为13.42Mbps×80%×1/4=2.684Mbps(或12.8Mbps×80%×1/4=2.56Mbps)。
5．综上分析，集团总部至各个分公司的通信流量分布情况见表6(或表7)。
| {{B}}表6 集团至各个公司通信流量分布表{{/B}} | |||||
| 流量分布 | 车辆监控高度 | 办公和集团营运业务 | 场站视频监控 | 互联网访问 | |
| 集团 公司 |
上行流量 (Mbps) |
______ | 83.886×20%×1/4=4.1943 | 838.86×20%×1/(1+2+1+1) =33.5544 |
13.42×20%×1/4 =0.671 |
| 下行流量 (Mbps) |
0.353×1/(1+2+1+1) =0.0706 |
83.886×80%×1/4 =16.7772 |
______ | 13.42×80%×1/4 =2.684 | |
| 集团 公司 |
上行流量 (Mbps) |
______ | 83.886×20%×1/4=4.1943 | 838.86×20%×2/(1+2+1+1) =67.1088 |
13.42×20%×1/4 =0.671 |
| 下行流量 (Mbps) |
0.353×2/(1+2+1+1) =0.1412 |
83.886×80%× 1/4 =16.7772 |
______ | 13.42×80%×1/4 =2.684 | |
| 集团 公司 |
上行流量 (Mbps) |
______ | 83.886×20%×1/4=4.194 3 | 838.86×20%×1/(1+2+1+1) =33.5544 |
13.42×20%×1/4 =0.671 |
| 下行流量 (Mbps) |
0.353×1/(1+2+1+1) =0.0706 |
83.886×80%×1/4 =16.7772 |
______ | 13.42×80%×1/4 =2.684 | |
| 集团 至四 公司 |
上行流量 (Mbps) |
______ | 83.886×20%×1/4=4.1943 | 838.86×20%×1/(1+2+1+1) =33.5544 |
13.42×20%×1/4 =0.671 |
| 下行流量 (Mops) |
0.353×1/(1+2+1+1) =0.0706 |
83.886×80%×1/4 =16.7772 |
______ | 13.42×80%×1/4 =2.684 | |
| {{B}}表7 集团至各个公司通信流量分布表(估算){{/B}} | |||||
| 流量分布 | 车辆监控高度 | 办公和集团营运业务 | 场站视频监控 | 互联网访问 | |
| 集团 至一 公司 |
上行流量 (Mbps) |
______ | 80×20%×1/4=4 | 800×20%×1/(1+2+1+1)=32 | 12.8×20%×1/4= 0.64 |
| 下行流量 (Mbps) |
0.336×1/(1+2+1+1) =0.0672 |
80×80%×1/4=16 | ______ | 12.8×80%×1/4= 2.56 | |
| 集团 公司 |
上行流量 (Mbps) |
______ | 80×20%×1/4=4 | 800×20%×2/(1+2+1+1)=64 | 12.8×20%×1/4= 0.64 |
| 下行流量 (Mbps) |
0.336×2/(1+2+1+1) =0.1344 |
80×80%×1/4=16 | ______ | 12.8×80%×1/4= 2.56 | |
| 集团 公司 |
上行流量 (Mbps) |
______ | 80×20%×1/4=4 | 800×20%×1/(1+2+1+1)=32 | 12.8×20%×1/4= 0.64 |
| 下行流量 fMbps) |
0.336×1/(1+2+1+1) =0.0672 |
80×80%×1/4=16 | ______ | 12.8×80%×1/4= 2.56 | |
| 集团 至四 公司 |
上行流量 (Mbps) |
______ | 80×20%×1/4=4 | 800×20%×1/(1+2+1+1)=32 | 12.8×20%×1/4= 0.64 |
| 下行流量 (Mbps) |
0.336×1/(1+2+1+1) =0.0672 |
80×80%×1/4=16 | ______ | 12.8×80%×1/4= 2.56 | |
问答题
根据公交集团的组织机构情况，设计人员形成了如图1所示的网络逻辑结构。
【正确答案】(a)该逻辑网络结构的冗余性分析：
①两台核心路由器与各个分公司汇聚路由器之间实现了线路的冗余；
②核心路由器和和核心交换机实现了设备冗余，它们与外接的设备之间实现了双线路冗余
该逻辑网络结构存在的故障单点：
①集团总部连接Internet的防火墙是故障单点，一旦出现故障，则整个企业网络不能访问外部网络；
②各分公司汇聚路由器是故障单点，一旦出现故障，整个分公司无法访问企业网络和Internet；
③各分公司和其相关场站、本分公司局域网之间的线路都是故障单点，场站的接入路由器也是故障单点，一旦出现故障，场站网络将无法访问企业网络
(b)RIPv2(或IGRP，或RIP，或EIGRP等)
【答案解析】这是一道要求考生掌握具体应用环境下网络拓扑结构冗余性分析、故障单点分析、路由协议选择的综合分析题。本题的解答思路如下。
(1)网络冗余设计允许通过设置双重网络元素来满足网络的可用性需求，冗余避免了网络的单点故障，其目标是重复设置网络组件，以避免单个组件的失效而导致应用失效。在图1所示的逻辑网络结构图中，通过在集团总部设置两台核心路由器、两台核心交换机及相应的链路实现冗余性。具体表现如下：
①两台核心路由器与各个分公司汇聚路由器之间实现双链路冗余。两条链路都处于使用状态，无论采用热备方式还是负载均衡方式，在任何一条链路出现故障后，分公司局域网络都能够继续完成与核心局域网络的通信。
②集团内部的核心局域网络中存在两台核心路由器，都参与路由运算，任何一台路由器出现故障，都会触发路由算法进行路由重新计算，从而在分公司局域网和核心局域网之间形成新的路径。
③集团核心局域网络中存在两台核心交换机，当运行：HSRP或者VRRP协议时，两台交换机以热备份方式工作，甚至是互为热备份，这种情况下，任何一台交换机出现故障，网络中的服务器仍然可以对网络用户提供服务。
④两台核心交换机之间可以采用多链路捆绑技术，从而提高主干道的吞吐量及实现冗余设计。
⑤两台核心路由器与两台核心交换机之间实现双链路冗余。
⑥两台核心交换机与其所连接的各台服务器之间实现双链路冗余。
⑦两台核心路由器与连接Internet的防火墙之间实现双链路冗余。
⑧两台核心路由器与移动公司GPRS接入网络之间实现双链路冗余。
因此，集团内部的核心局域网络中的部分网络设备出现故障，都不会导致该核心局域网络出现故障而影响应用。
(2)在图1所示的逻辑网络拓扑图中，没有双份的网络设备或者网络线路都可以认为是可能存在的故障单点。在图1中，主要存在的故障单点及解决办法有：
①集团总部连接Internet的防火墙是整个公交企业网络访问因特网的关键设备，一旦该设备出现故障，就会导致整个公交企业网络与因特网断开，企业网络内的用户无法访问因特网，无法使用任何网络资源。因此，该防火墙是一个故障单点，建议采用另外增加一台防火墙，且两台防火墙之间采用心跳机制实现相互间的状态监控。
②各分公司的局域网络通过一台汇聚路由器连接至核心路由器，一旦分公司的汇聚路由器出现故障，就使得分公司局域网与整个企业网络断开，导致分公司用户无法访问企业网络和使用因特网资源。因此，各分公司汇聚路由器是一个故障单点，建议各分公司新增一台备用的汇聚路由器。
③各分公司汇聚路由器与各场站接入路由器、各分公司局域网之间的链路是一个故障单点，一旦某条链路出现故障，将会导致相关场站局域网和企业网络断开，场站的用户将无法访问企业网和使用因特网资源。因此，建议在这两种路由器(或汇聚路由器与各分公司局域网)之间新增一条备用链路。
④各分公司的各台场站接入路由器也是一个故障单点，若在建设经费许可或对某些场站监控有较高可靠性要求的情况下，建议新增一些相应的场站接入路由器，并与各分公司汇聚路由器之间实现双链路冗余。
(3)通读本案例，结合图1所示的逻辑网络拓扑图可知，本问题所讨论的该网络路由协议选择并不涉及两个自治系统之间的路由选择问题，即这是一个涉及自治系统内部路由协议选择的问题，因此可先排除对BGP等域问路由选择协议的选用。
在一个自治系统(AS)内，从路由选择算法对网络拓扑和通信量变化的自适应能力的角度划分，可以分为静态路由选择算法与动态路由选择算法两大类。静态路由选择算法也称为非自适应路由选择算法，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。而图1拓扑图中采用了主用线路和备用线路，且试题也要求“能够借助于路由协议实现等开销路径上的负载均衡”，据此可先排除对静态路由的选用。
动态路由选择协议主要有路由信息协议(RIP)、开放最短路径优先(OSPF)协议、内部网关路由协议(IGRP)、增强型内部网关路由协议(EIGRP)等。其中，RIPv1和RIPv2均支持等价负载均衡(默认为4条)，允许在等开销路径上对同一个目的网或子网的报文进行负载平衡。在路由配置子模式Router(config-router)下，使用命令maximum-pathsnumber-paths修改RIPv1(或RIPv2)支持等价路径的条数(最大为6条)。
IGRP对同一目的网络或子网的报文也可以实施等代价路径的负载平衡，这种负载平衡是以时间片轮转的方式工作的。IGRP对给定目的站点可同时使用不对称路径(即支持非等价路径的负载平衡)，通过命令variance multiplier定义与特定路径联系的可变系数。开销不等负载均衡允许在多重(多达4条)开销不等路径间分布传输，以保证更大的总吞吐率和更高的可靠性。备选路径可变系数path variance(即在首选和备选路径之间满意度的差异)用于衡量潜在路由的可行性。如果路径上后续路由器比本地路由器更近于目标站点时(尺度值较低)，并且整条备选路径的尺度不大于可变系数，则备选路径是合格的。只有合格的路径才能用于负载均衡，并被加入到路由表中。
EIGRP不仅支持等价路径的负载均衡，还支持非等价路径的负载均衡。其非等价负载均衡是通过命令variance来修改可以接受的非等价路径的度量值的倍数。variance值的范围是1～128(默认值为1，表示等价路径的负载均衡)，在这个范围内的链路都将被接受，并且被放入路由表中。
OSPF协议具有快速收敛、没有自环路由等特性，同时还支持区层次化路由、等开销的多路径、CIDR、认证等特性。OSPF协议支持等开销的多路径特性，允许在其OSPF开销相同时为同一个目的地使用多个路径。
在本案例图1所示的逻辑网络拓扑图中，网络规模中等，网络直径值小于16，网络层次结构简单且连通性级别中等，综合考虑所选用路由协议的易用性、协议互操作性、复杂性、配置和维护等因素，建议该公交集团氽业网络优先采用RIPv2(或IGRP)等路由协议。