问答题 [说明]
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1、问题2和问题3。
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年至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四个二级分公司、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公里，线路总长度4000公里，每年营运的载客人数为1亿人次，年营运收入130亿元。
公交集团企业网络覆盖集团总部与四个二级分公司，要求在五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至下午6：00，公交线路的运营时间是早上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。
公交集团企业网络的应用主要包括四类，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如表1表示。
表1 公交集团应用需求调查

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秒钟发送一次车辆的位置信息，每次信息量约0.00007MByte，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	预计五年后车辆增长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0.5Mbyte	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有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	预计五年后业务的增长量为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0.2Mbyte的视频码流	每个场站的大门、调度战神、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	预计五年后业务的增长量为100%
互联网访问	办化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0.6MByte	信息中心希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	预计五年后业务增长量为300%

(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，结合五年后的增长率，计算并填写表2的内容。

表2 应用分析

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	五年后应用总流量(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

(注：应用总流量是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)

【正确答案】(a) 网络可用性为： ((12-5) +10) /24×100%≈70.83%
(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	五年后应用总流量(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】[解析] (a) 可用性是指网络或网络设备(如主机或服务器) 可用于执行预期任务时间所占总量的百分比，通常是无故障运行时间与网络总运行时间的比值。
在实际网络工程中，可用性也用于衡量一个网络的实际使用情况，常用的计算方法是网络实际使用时间与网络总运行时间的比值。
((12-5) +10) /24×100%≈70.83%
(b) 计算出应用需要传递信息的速率，可以根据公式：应用总信息传输速率=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：在实际网络工程设计中，为保证峰值情况下网络能够正常运行，可以用峰值用户数代替平均用户数进行计算；同时在考虑了增长量后，该公式修改为：应用总信息传输速率=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+增长量) /平均会话长度。
根据各类应用的需求调查情况，可以形成如下内容：

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
车辆监控调度	0.00007	5000	10	1	20
办公和集团营运业务	0.5	2000	600	2	200
场站视频监控	0.2	250	1	1	100
互联网访问	0.6	200	600	2	300

根据以上值，计算各类应用的总流量为：
车辆监控调度：0.00007×8×5000×(1+20%) /10=0.336Mbps
办公和集团营运业务：0.5×8×2×2000×(1+200%) /600=80Mbps
场站视频监控：0.2×8×250×(1+100%) =800Mbps
因特网访问：0.6×8×2×200×(1+300%) /600=12.8Mbps

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连而成，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，分发至四个分公司，再进一步分发至各场站的监控计算机，四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，四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) 。

表3 通信流量表

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】

流量分布	上行流量(Mbps)	下行流量(Mbps)
集团至一公司	36.64	18.6272
集团至二公司	68.64	18.6944
集团至三公司	36.64	18.6272
集团至四公司	36.64	18.6272

【答案解析】[解析] 在通信规范分析中，最终的目标是产生通信量，其中必要的工作是分析网络中信息流量的分布问题。在整个过程中，需要依据需求分析的结果来产生单个信息流量的大小，依据通信模式、通信边界的分析，明确不同信息流在网络不同区域、边界的分布，从而获得区域、边界上总信息流量。
对于部分较为简单的网络，可以不需要进行复杂的通信流量分布分析，仅采用一些简单的方法，例如80/20规则、20/80规则等。
根据题设约定的应用上下行流量分布，各应用的分析情况如下：

应用类型	上行总流量(Mbps)	下行总流量(Mbps)	公司比例
车辆监控调度	0	0.336	1:2:1:1
办公和集团营运业务	80×0.2=16	80×0.8=64	1:1:1:1
场站视频监控	800×0.2=160	0	1:1:1:1
因特网访问	12.8×0.2=2.56	12.8×0.8=10.24	1:1:1:1

再根据各分公司的流量比例，计算出集团局域网和各分公司局域网之间的流量分布情况如下。
(1) 车辆监控调度：
总部至一、三、四公司下行：0.336/5=0.0672Mbps
总部至二公司下行：0.336×2/5=0.1344Mbps
(2) 办公和集团营运业务：
总部至各分公司下行：80×0.8/4=16Mbps
各分公司至总部上行：80×0.2/4=4Mbps
(3) 场站视频监控：
总部至一、三、四公司上行：800×0.2/5=32Mbps
总部至二公司上行：800×0.2×2/5=64Mbps
(4) 因特网访问：
总部至各分公司下行：12.8×0.8/4=2.56Mbps
各分公司至总部上行：12.8×0.2/4=0.64Mbps
(5) 流量计算：
一公司上行：4+32+0.64=36.64Mbps
一公司下行：0.0672+16+2.56=18.6272Mbvs
二公司上行：4+64+0.64=68.64Mbps
二公司下行：0.1344+16+2.56=18.6944Mbvs
三、四公司与一公司流量相同。

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所示的逻辑网络结构。
[*]
(a) 请分析该逻辑网络结构的冗余性，并指出存在的故障单点。
(b) 假设网络中的所有主用线路、备用线路都是相同的线路，为了能够借助于路由协议实现等开销路径上的负载均衡，该网络可以采用何种路由协议?

【正确答案】(a) 该逻辑网络结构的冗余性分析：
在核心路由器和汇聚路由器之间，实现了线路的冗余；
网络的核心设备实现了设备冗余。
逻辑网络结构存在的故障单点：
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；
各分公司的路由器是故障单点，一旦出现故障，整个分公司无法访问企业网络；
分公司和场站之间的线路、场站的路由器是故障单点，一旦出现故障，场站网络将无法访问企业网络。
(b) RIPv2
1GRP

【答案解析】[解析] (a) 冗余度是另一个在网络设备和系统设计与实施中需要考虑的因素，主要通过在网络设计中通过增加冗余设备、冗余线路等方式来避免设备或线路失效对网络产生影响。随着计算机网络技术的发展，冗余度也不再仅局限于设备和线路层次，更多的冗余度开始体现到网络设备的模块、部件层次，目前在网络设计中，为关键网络设备添加冗余处理引擎、冗余电源等方式已经成为常见的技术手段。
在公交企业网络中，集团内部的核心局域网络和分公司局域网络之间通过路由器互连，每个分公司局域网络的汇聚路由器都存在两条链路和核心局域网络的核心路由器互连；两条链路都处于使用状态，无论是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和核心局域网络的通信。
另外，网络中存在两台核心交换机，当运行HSRP或者VRRP协议时，两台交换机工作在热备方式，甚至是互为热备方式，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；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。因此，网络中的所有网络设备出现故障，都不会导致网络出现故障而影响应用。
该企业的逻辑网络中还存在一些缺陷，一旦发生故障，会导致网络出现一些异常：
(1) 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的任何资源。
(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因特网资源。
(3) 每个分公司场站的局域网通过一个接入路由器和一条链路连接至分公司的汇聚路由器，无论是接入路由器还是链路出现故障，都会导致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因特网资源。
(b) RIP和RIPv2使用跳跃数来选择最优路径，IGRP通过把跳跃数与带宽、延迟、可靠性和负载合成考虑，从而提高了选择最优路径的能力。
IP不支持等开销路径上的负载均衡，但是RIPv2则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。
IGRP对去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。