小区网络规划与设计.docx

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1、小区网络规划与设计 绪论 网络改变了人们的生活。地球变成了地球村，全世界的人可以随时进行交流。全世界的资源全部共享，人们的生产力空前提高，网络时代的到来，互联网与人们生活越来越密切，有些人的生活已经离不开网络，网上证券期货交易、远程电子视频会议、网上购物等，信息高速公路的建设变得十分重要。 建立小区网络可以为社区居民提供计算机网络、智能家居、物业服务和管理、电子商务平台、社区服务信息网等全方位信息服务的多媒体综合信息系统。通过这些服务，用户可以实现高速INTERNET接入、网上教育、网上游戏、家中视频点播等多种功能，还可实现办公家居自动化管理。 第一章小区网络概述 网络经过短短几十年的发展，已

2、在世界各地逐步普及。近几年来，随着计算机的普及和建筑电子产业的发展，人们对居住环境要求的不断提高，网络化的住宅不仅成为房地产开发商投资的重点，而且也是人们购房的新热点。现如今，越来越多的人已经离不开网络，无论是工作、学习、休闲娱乐，都已经和网络息息相关，出行前不熟悉交通的上网查路线、外出吃饭会前去查哪家餐馆受好评、买书去卓越网、想看新闻去新浪、买IT产品必上导购网站查报价、网上购物去淘宝等等，我们发现生活的每个角落似乎都是在这个网络当中。 1.1网络化小区的构成 网络化小区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

3、适、温馨、便利以及安全的居住环境。 网络化小区的系统组成主要包括三大部分，即大楼自动化、通信自动化和办公自动化，他们是网络化小区中最重要的，而且必须具备的基本功能。有些网络小区在此基础上又增加了防火自动化、信息管理自动化、保安自动化等。按智能小区的总体目标进行分解，小区网络系统可具体分解成以下几个子系统，其每个子系统均具有一项具体功能。家庭网络系统；小区综合布线系统；小区网络、通讯系统；小区CATV系统；小区设备自控（BA）系统；小区安全防范系统；小区对讲系统；小区三表抄表系统；小区物业管理及一卡通消费系统；小区停车库管理系统；小区增值服务管理系统。 1.2小区网络提供的服务包括 1. 提供窄

4、带话音、宽窄带数据业务 2.支持高速上网、电子商务等 3.提供家居住宅智能信息服务 4.提供网络电视，支持VOD视频点播 5.提供远程教育、远程医疗等 6.支持闭路电视监控和保安巡更等业务 7.支持停车场管理业务 1.3小区网络建设在我国的发展趋势 由于建设带网络的小区造价比普通小区不多，多数用户对网络需求开始增多，再加上ADSL搭配无线路由器组网方式的流行，建设带网络的小区是大势所趋，它能提供更快的网速和更多的服务，所以有必要对小区网络系统细致的分析，组建适合现状的网络化小区。 本文重点是对小区网络接入部分的分析和设计，其他功能只做简单介绍。 第二章宽带网络简介 2.1 网络分类 简单来讲，

5、网络就是把多个计算机以一定方式连接，从而实现计算机之间数据通信、资源共享等功能。而现在的网络，不仅可以连接计算机还包括其他设备，目前网络向3G发展，手机也能告诉访问Internet。 网络按不同的分类方法可以分成不同的网络类型，小区网络规划主要是局域网的设计，所以在此主要介绍局域网（LAN）。先就目前常见的局域网类型进行对比，从中选择最适合网络化小区的网络构造。 按网络的地理位置分类： 1.局域网（Local Area Network,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。 2.城域网（Metropolis Area Network,简称MAN）

6、 规模局限在一座城市的范围内，10100km的区域。 3.广域网（Wide Area Network,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。 常见的局域网拓扑结构： 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。 1.星型网络 各节点通过点到点的链路与中心节点相连。特点是很容易在网络中增加新的节点，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2.1.1 星型网络 2.环形网络 各站点通过

7、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2.1.2 环形网络 3.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2.1.3 总线型网络 以上三种为最基础的网络拓扑结构，在此基础上，还可以拓展出树型网、簇星型网、网状网等其他类型拓扑结构。在网络建设中，最常用的是树型网结构，我采用的是星型树型相结合的网络结构。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

8、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，另外，如果在树形结构中，适当的加入无线网络，成本将进一步降低，而且，用户使用网络也更方便。 2.2 网络体系结构 OSI是Open Systems Interconnection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。 为什么要把网络分层？ 因为计算机世界是复杂多样的，有各种各样的通信终端，比如PC机、苹果机、工作站、小型机

9、、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。我们需要一个标准来定义复杂的网络通信，定义操作的规范，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。 OSI参考模型各层的功能： 表 2.2.1 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

10、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、网络拓扑结构、错误警告机制、所传数据帧的排序和流控等。 3. 网络层：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

11、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，路由和寻址概念的引入和实现，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

12、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，表示图像的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

13、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。 但是实际使用的协议并非严格的按照这七层来定义，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

14、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： 表 2.2.2 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。 数据在网络中是以“包”

15、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PC LAN与IBM 主机）

16、，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网络间连接设备 下面简单介绍几种主要的网络连接设备 1. 集线器(HUB) 集线器出现很早、最基础的网络设备。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-T Ethernet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、

17、基本型集线器（Dumb HUB） 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2.3.1所示。 图2.3.1基本集线器 2、智能型HUB(Intelligent HUB) 智能型HUB除了具有基本型HUB的功能外，另外它也具有SNMP（Small Network Management Protocol）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

18、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(Chaiss concentrator) 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-T HUB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

19、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2.3.2，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2.3.2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.交换机（switch） 交换机的主要功能

20、包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。 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2.3.3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。