小区网络设计规划.docx

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小区网络设计规划

第一章绪论

近年来中国大步跨入了信息化社会，人们的工作生活与通信、信息的关系日益紧密，信息化社会在改变我们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战。

人们对居住环境要求不断提高，希望有一个安全、舒适、便捷的家，智能小区于是在中国各地蓬勃发展起来，并已成为21世纪建筑业的发展主流。

1.1课题背景

智能小区是在智能大厦的基本含义中扩展和延伸出来的，它通过对小区建筑群四个基本要素（结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联）的优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的居住环境。

计算机网络，也渐渐成为人们生活中不可分割的一部分。

1.2智能化小区的系统组成和基本功能

智能化建筑的系统组成和基本功能主要由三大部分构成，即大楼自动化（又称建筑自动化，BA）、通信自动化（CA）和办公自动化（OA），这三个自动化通常称为“3A”，他们是智能化建筑中最重要的，而且必须具备的基本功能。

目前有些地方的房地产开发公司为了突出某种功能，以提高建筑等级和工程造价，又提出防火自动化（FA）和信息管理自动化（MA），形成“5A”智能化建筑。

甚至有的文件又提出保安自动化（SA），出现“6A”智能化建筑，但从国际惯例来看，FA和SA均放在BA中，MA已包含在OA内了，通常只采用“3A”的提法，为此，建议今后以“3A”智能化建筑提法为宜。

智能化建筑是现代信息、自动控制和建筑工程等科学技术融会集成为整体的高新科技产物。

它具有多种科学互相结合的特征。

此外，智能化建筑环境规划支持系统和整个建筑工程本身是智能化建筑赖以存在的基础，它们必须满足智能化建筑的特殊功能要求，智能化建筑的智能化程度和功能将随着科学技术的不断发展而继续改进和完善，同时作为智能化建筑基础的建筑环境和建筑工程也必然要适应这种发展趋势。

随着计算机、通信、控制技术和图形显示技术日益紧密结合和不断发展，今后通信功能、信息处理和自动控制等业务种类必然会不断增多，智能化建筑的自动化程度和智能化水平也必然继续提高。

小区网络系统在整个智能小区系统中，无疑是处在核心地位。

小区物业管理中心对智能小区的各个子系统的监视、控制、查询，小区的各项收费、通知，小区住户的电子商务、Internet漫游等等都得通过网络系统来实现。

小区网络系统就好比是智能小区的大脑。

通过分析现状和需求,结合当前网络技术发展水平,初步决定以光纤千兆网技术实现网络主干线。

这是当前应用最广泛、性价比最高、最成熟之干线网,是一个符合OSI的标准化网络。

网络10/100M入户，住户独享10/100M带宽。

10/100M的带宽能够满足住户所有的需求了，包括视频点播、IP电话等。

第二章宽带网络

2.1网络分类

要对网络的规划，首先应该知道网络的分类。

这样才能选择最适合智能化小区的网络构造。

现在介绍一下LAN（局域网）的网络分类。

首先，什么是网络?

简单的来讲，网络就是在一定的区域内两个或两个以上的计算机以一定的方式连接,以供用户共享文件、程序、数据等资源。

下面就几种常见的网络类型及分类方法作简单的介绍。

2.1.1按网络的地理位置分类

*局域网（LocalAreaNetwork,简称LAN）

一般限定在较小的区域内，小于10km的范围，通常采用有线的方式连接起来。

*城域网（MetropolisAreaNetwork,简称MAN）

规模局限在一座城市的范围内，10～100km的区域。

*广域网（WideAreaNetwork,简称WAN）

网络跨越国界、洲界，甚至全球范围。

目前局域网和广域网是网络的热点。

局域网是组成其他两种类型网络的基础，城域网一般都加入了广域网。

广域网的典型代表是Internet网。

2.1.2按网络的拓扑结构分类

网络的拓扑结构是指网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式。

*星型网络

各站点通过点到点的链路与中心站相连。

特点是很容易在网络中增加新的站点，数据的安全性和优先级容易控制，易实现网络监控，但中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。

图2.1星行拓扑结构

*环形网络

各站点通过通信介质连成一个封闭的环形。

环形网容易安装和监控，但容量有限，网络建成后，难以增加新的站点。

图2.2环型拓扑结构

*总线型网络

网络中所有的站点共享一条数据通道。

总线型网络安装简单方便，需要铺设的电缆最短，成本低，某个站点的故障一般不会影响整个网络。

但介质的故障会导致网络瘫痪，总线网安全性低，监控比较困难，增加新站点也不如星型网容易。

图2.3总线型拓扑结构

树型网、簇星型网、网状网等其他类型拓扑结构的网络都是以上述三种拓扑结构为基础的。

现在网络建设，最长用的是树型网结构，我们的小区网络采用的也是这种结构。

树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，易诊断、易维护，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。

2.2计算机网络的分层服务标准体系（OSI）

OSI是OpenSystemsInterconnection的英文缩写,即“开放系统互联”。

这是一种数据通信模型。

OSI模型把联网和网络唤醒应用程序的活动领域划分为七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、话路层、表示层和应用层。

为什么会有这么复杂的一个分层体系那？

因为实际的计算机世界是复杂多彩的；有各种各样的通信终端，比如PC机、苹果机、工作站、小型机、大型机，还有各种掌上电脑和智能家电等等；通信介质除了最常用的双绞线，还有电话线、电缆、光纤、无线电波等等。

我们需要一个好的标准体系来描述形形色色的网络通信世界，定义好操作的规范，解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题，只有这样，才能组成协调互通的网络。

加入分层的概念，是为了将整个体系的不同组成部分更好地按不同功能级别来划分；同时在层次中引入了服务、接口和协议这三个概念，服务说明某层为上一层提供什么功能，接口说明上层如何使用下一层的服务，而协议定义如何实现本层的服务。

应用层

面向用户服务

表示层

数据表示

会话层

会话控制

传输层

网络间数据包递交信任监测

网络层

逻辑地址、路由等

数据链路层

数物理地址、拓扑结构、线路存取方法

物理层

电及机械的有关定义

那么，七层的定义和职责各是什么呢？

1.物理层：

物理层的任务就是保证点到点链路在光、电和机械上是可以传送数据流的。

它定义了物理链路的电气和机械特性，以及激活、维护和关闭这条链路的各项操作。

处理单位是Bits。

特征参数包括：

电压、数据传输率、最大传输距离、物理连接媒体等。

2.数据链路层：

为区分和标识不同的网络设备，引入了物理地址的概念；物理链路有时会出现错误，数据链路层的任务就是在物理层的基础上，将数据流进行包装组织，使有差错的物理链路转化成对没有错误的数据链路。

它将位收集起来，按包处理数据。

特征参数包括：

物理地址、网络拓朴结构、错误警告机制、所传数据帧的排序和流控等。

3.网络层：

考虑一下：

（1）基于不同底层技术的网络设备有不同类型的物理地址，比如用以太网卡、令牌环网卡或无线接入设备的物理地址就完全不同，这时该如何标识不同设备呢？

（2）一条数据链路建立后，怎样让多对用户共用这一条链路？

（3）当数据终端增多时，它们间用中继设备相连，一台终端通常会要求与多台终端通信,怎样把任意两台数据终端设备的数据链接起来？

网络层也叫网间网层，对于各种不同底层技术网络，为了隐藏物理网络细节，引入了逻辑地址（IP地址）这个概念，对各网络中每个网络接口，无论基于何种底层技术，都用逻辑地址来编号；类似的，也引入了包（PACKET）这个概念，来隐藏不同物理网络数据链路的不同数据传送模式。

通过逻辑信道技术,

网络层解决了链路复用的问题，路由和寻径概念的引入和实现，使任意两台数据终端设备的数据链接起来。

4.传输层：

网络层关心的是"点到点"的逐点转递，传输层关注的是"端到端"的最终效果；各种通信子网在性能上有很大的差异，电话交换网，分组交换网，公用数据交换网，局域网等通信子网都可互连，但它们的吞吐量，传输速率，数据延迟各不相同，传输层要负责隐藏各通信子网的差异，通过差错恢复，流量控制等功能，最终为会话层提供可靠的，无误的数据传输。

传输层面对的数据对象主要是与会话层之间的界面端口。

5.会话层：

维持"面向连接"传输，为会话实体间建立连接；在两个会话用户之间实现有组织的，同步的数据传输；连接释放。

6.表示层：

不同计算机体系结构所使用的数据表示法不同，表示层为异种机通信提供一种公共语言，完成应用层数据所需的任何转换，以便能进行互操作。

定义一系列代码和代码转换功能，保证源端数据在目的端同样能被识别，比如文本数据的ASCII码，表示图象的GIF或表示动画的MPEG等。

7.应用层：

最高层,是直接为应用进程提供服务的。

其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务，这些服务按其向应用程序提供的特性分成组，并称为服务元素；有些可为多种应用程序共同使用，有些则为较少的一类应用程序使用。

在数据的实际传输中，发送方将数据送到自己的应用层，加上该层的控制信息后传给表示层；表示层也将数据加上自己的标识传给会话层；以此类推，每一层都在收到的数据上加上本层的控制信息并传给下一层；最后到达物理层时，数据通过实际的物理媒体传到接收方。

接收端则执行与发送端相反的操作，由下往上，将逐层标识去掉，重新还原成最初的数据。

由此可见，数据通讯双方在对等层必须采用相同的协议，定义同一种数据标识格式，这样才可能保证数据的正确传输。

实际使用的协议是否严格按照这七层来定义呢？

并非如此，OSI七层模型是一个理论模型，实际应用则千变万化，因此更多把它作为分析、评判各种网络技术的依据；对大多数应用来说，只将它的协议族（即协议堆栈）与七层模型作大致的对应，看看实际用到的特定协议是属于七层中某个子层，还是包括了上下多层的功能。

　　TCP/IP协议与七层模型的对应关系：

应用层

应用层

表示层

会话层

传输层

传输层

网络层

网络层

数据链路层

网络接口层

物理层

OSI七层模型

TCP/IP

TCP/IP的多数应用协议将OSI应用层、表示层、会话层的功能合在一起，组成应用层，典型协议有：

HTTP、FTP、TELNET等；TCP/UDP协议对应OSI的传输层，提供上层数据传输保障；IP协议对应OSI的网络层；TCP/IP的最底层功能由网络接口层实现，相当于OSI的物理层和数据链路层，TCP/IP应用已有的底层网络实现传输，对该层并未作严格定义。

2.3网络间连接设备

数据在网络中是以“包”的形式传递的，但不同网络的“包”,其格式也是不一样的。

如果在不同的网络间传送数据，由于包格式不同,导致数据无法传送，于是网络间连接设备就充当“翻译”的角色，将一种网络中的“信息包”转换成另一种网络的“信息包”。

信息包在网络间的转换，与OSI的七层模型关系密切。

如果两个网络间的差别程度小，则需转换的层数也少。

例如以太网与以太网互连，因为它们属于一种网络，数据包仅需转换到OSI的第二层（数据链路层），所需网间连接设备的功能也简单（如网桥）；若以太网与令牌环网相连，数据信息需转换至OSI第三层（网络层），所需中介设备也复杂（如路由器）；如果连接两个完全不同结构的网络（如PCLAN与IBM主机），其数据包需做全部七层的转换，需要的连接设备也最复杂（如网关）。

2.3.1中继器（Repeater）

在一种网络中，每一网段的传输媒介均有其最大的传输距离（如细缆最大网段长度为185米，粗缆的是500米等），超过这个长度，传输介质中的数据信号就会衰减。

如果需要比较长的传输距离，就需要安装一个叫做“中继器”的设备。

如图2.4。

图2.4中继器

中继器可以“延长”网络的距离，在网络数据传输中起到放大信号的作用。

数据经过中继器，不需进行数据包的转换。

中继器连接的两个网络在逻辑上是同一个网络。

中继器的主要优点是安装简单、使用方便、价格相对低廉。

它不仅起到扩展网络距离的作用，还可将不同传输介质的网络连接在一起。

中继器工作在物理层，对于高层协议完全透明。

2.3.2网桥（Bridge）

当两种相同类型但又使用不同通信协议的网络进行互连时，就需要使用桥接器，也就是通常所说的网桥，如图4.2。

例如，LANA与LANB是两个以太网络，LANA使用的是IPX协议，LANB使用TCP/IP，当连接A与B时，就必须用网桥，如图2.5所示。

图2.5网桥

网桥的工作原理是这样的：

当网桥刚安装时，它对网络中的各工作站一无所知。

在工作站开始传送数据时，网桥会自动记下其地址，直到建立起一张完整的网络地址表为止，这是一个“学习”的过程。

一旦地址表建完，信息数据在通过网桥时，网桥就根据信息包比较其目地地址的网络号与源地址的网络号是否相同。

若不同，则进行格式转换，将信息包传过“桥”去；否则，不转换，也不过“桥”。

网桥对应OSI参考模型的第二层（包括物理层与链路层）。

因此网桥只能连接同一类型的网络（如以太网与以太网）。

2.3.3路由器（Router）

当两个不同类型的网络彼此相连时，必须使用路由器。

例如LANA是TokenRing，LANB是Ethernet，这时你就可用路由器将这两个网络连接在一起，如图2.6所示。

图2.6路由器

路由器工作在OSI模型的第三层（网络层），因此它与高层协议有关；又由于它比网桥更高一层，因此智能性更强。

它不仅具有传输能力，而且有路径选择能力。

当某一链路不通时，路由器会选择一条好的链路完成通信。

另外，路由器有选择最短路径的能力。

由于路由器的复杂化，其传输信息的速度比网桥要慢，比较适合于大型、复杂的网络连接。

路由器可以深入到数据包中，阅读每个数据包或令牌环帧中包含的信息，使用复杂的网络寻址过程来判断适当的网络目标。

在从一个网络向另一个网络发送数据包时，丢弃了数据外层，重新打包并重新传输数据，这样做减少了通过局域网间通讯链路的比特数，接收端的路由器重新将数据组成适合该局域网段的数据包或帧，这样使得路由器能通过LAN内部电路，比网桥更有效地传递信息，尽量少使用昂贵的长途电路。

路由器根据分类方法的不同可分为：

近程路由器和远程路由器；内部路由器和外部路由器；“静态”路由器和“动态”路由器；单协议路由器和多协议路由器等。

路由器在工作时需要存在初始的路径表，它使用这些表来识别其他网络，以及通往其他网络的路径和最有效的选择方法。

路由器与网桥不同，它并不是使用路径表来找到其他网络中指定设备的地址，而是依靠其它的路由器来完成此任务。

也就是说，网桥是根据路径表来转发或过滤信息包，而路由器是使用它的信息来为每一个信息包选择最佳路径。

静态路由器需要管理员来修改所有网络的路径表，它一般只用于小型的网间互连；而动态路由器能根据指定的路由协议来完成修改路由器信息。

使用这些协议，路由器能自动地发送这些信息，所以一般大型的网间连接均使用动态路由器。

路由器能够在多个网络和介质之间提供网络互连能力，但路由器并不要求在两个网络之间维持永久的连接。

与网桥不同，路由器仅在需要时建立新的或附加的连接，用以提供动态的带宽或拆除空闲的连接。

此外，当某条路径被拆除或因拥挤阻塞时，路由器提供一条新路径。

路由器还能够提供传输的优先权服务，给每一种路由配置提供最便宜或最快速的服务，这些功能都是网桥所没有的。

2.3.4网关（Gateway）

当连接两个完全不同结构的网络时，必须使用网关。

例如Ethernet网与一大型电脑主机网络（例如IBMSNA）相连，你必须用网关来完成这项工作。

如图2.7所示。

图2.7网关

网关工作在OSI模型的最高层（应用层），在转换信息包格式时，必须将各层协议一一转换。

由于网关提供了一个协议到另一个协议的转换功能，因此它的效率比较低，透明性不强，而且更具有针对性。

网关的管理一般比网桥、路由器更复杂，因此它通常用于提供某种特殊用途的连接而不是不同网络之间一般目的的通信连接。

需要说明的是，现在的一些网络操作系统提供了内置网桥、内置路由器甚至内置网关的能力。

具体实现方法是：

在文件服务器内插入两块网卡，一块网卡连接Ethernet网段，一块网卡连接ARCnet网络，这样该机器可以实现路由器的功能。

如图2.8所示。

图2.8双网卡实现路由和网关功能

2.3.5集线器（HUB）

如果你接触过网络，那么你对“HUB”一定不陌生，这就是组建10BASE-T网络时所使用的集成器。

从HUB的作用来看，它不属于网间连接设备，而应叫做网络连接设备。

因此它与前面介绍的网桥、路由器、网关等不同，不具备协议翻译功能，而只是分配频宽。

HUB分配频宽，使得每台工作站的传输速率达不到10Mbps。

例如使用一台N个接口的HUB组建10BASE-TEthernet网，每个接口所分配的频带宽度是10Mbps/N。

从功能上分，HUB可分为下面四种类型：

1、基本型集线器（DumbHUB）

一般“基本型”HUB的面板上均有LED状态指示灯，具有自动诊断故障点的能力，但不具备网络管理的功能，故价格比较便宜。

在一般中、小企业的环境中，若所连接的电脑不多（10-20台），且使用者集中于某一区域，则选用价廉但实用的基本型HUB即可，如图2.9所示。

图2.9基本集线器

2、智能型HUB（IntelligentHUB）

智能型HUB除了具有基本型HUB的功能外，另外它也具有SNMP（SmallNetworkManagementProtocol）网管功能：

统计每一接口的数据流量、数据保密、用户接口的Enable/Disable管制功能、故障排除等。

在一大型企业网络中，若部门分布较广，所连接的电脑较多且将来有扩充的趋势，则应选购含网管功能的智能型集线器为宜。

3、机架式HUB（Chaissconcentrator）

机架型HUB是指HUB中包含了数种可供网络扩充的模块（如10Base-T、Token-Ring、Bridge等），通常具备SNMP网管功能。

机架式HUB的最大优点为易于扩充。

目前，由于智能型HUB的功能日趋完善，价格不断降低，因此机架式HUB逐渐被淘汰。

4、堆栈式HUB

10Base-THUB虽然可借层层级联的方式来扩充其网络，但其缺点是每级联一层，其频宽即相对降低。

例如，假设第一层HUB的频宽为10Mbps，则第二层HUB的频宽降为10Mbps/2（使用了两个接口），而第三层HUB的频宽又是第二层频宽再除以使用的接口数。

由此可知，HUB级联的层数愈多，其频宽也愈慢。

为了解决此问题，网络厂商设计了“堆栈式”（Stackable）的HUB，如图2.10，即用电缆将HUB与HUB两两相接，这样的连法使各台HUB均被视为同一层级（即它们的频宽均一致）。

在不减低频宽的前提下，这种HUB的设计也算是提高网络速度的一种方法。

图2.10堆栈式HUB

堆栈式HUB的好处除了更适合网络的扩充外，也相对降低了Port的成本。

另外它放置的位置集中，故管理也更为容易。

2.3.6交换机（Switch）

在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。

前面介绍过的HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。

也就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。

这种方式就是共享网络带宽。

图2.11交换机

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。

交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表中。

使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。

通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。

每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。

当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。

假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps＝20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。

总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。

交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

2.4宽带接入网的比较

目前，我国智能化小区，最常用的接入网有以下三种：

基于双绞线的ADSL技术、基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的CableModem技术、LAN接入技术。

下面我来作一下比较。

2.4.1ADSL接入技术

ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine，非对称数字用户环路）是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术，也是目前极具发展前景的一种接入技术。

ADSL素有“网络快车”之美誉，因其下行速率高、频带宽、性能优、安装方便、不需交纳电话费等特点而深受广大用户喜爱，成为继Modem、ISDN之后的又一种全新的高效接入方式。

ADSL方案的最大特点是不需要改造信号传输线路，完全可以利用普通铜质电话线作为传输介质，配上专用的Modem即可实现数据高速传输。

ADSL支持上行速率640kbps～1Mbps，下行速率1Mbps～8Mbps，其有效的传输距离在3～5公里范围以内。

在ADSL接入方案中，每个用户都有单独的一条线路与ADSL局端相连，它的结构可以看作是星形结构，数据传输带宽是由每一个用户独享的。

2.4.2CableModem接入技术

Cable-Modem（线缆调制解调器）是近两年开始试用的一种超高速Modem，它利用现成的有线电视（CATV）网进行数据传输，已是比较成熟的一种技术。

随着有线电视网的发展壮大和人们生活质量的不断提高，通过CableModem利用有线电视网访问Internet已成为越来越受业界关注的一种高速接入方式。

由于有线电视网采用的是模拟传输协议，因此网络需要用一个Modem来协助完成数字数据的转化。

Cable-Modem与以往的Modem在原理上都是将数据进行调制后在Cable（电缆）的一个频率范围内传输，接收时进行解调，传输机理与普通Modem相同，不同之处在于它是通过有线电视CATV的某个传输频带进行调制解调的。

CableModem连接方式可分为两种：

即对称速率型和非对称速率型。

前者的DataUpload（数据上传）速率和DataDownload（数据下载）速率相同，都在500kbps～2Mbps之间；后者的数据上传速率在500kbps～10Mbps之间，数据下载速率为2Mbps～40Mbps。

采用Cable-Modem