1、小区网络规划与设计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
2、年的发展，已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
3、效率、舒适、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
4、窄带话音、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，网络就是
5、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） 规模局限在一座
6、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 各站点通过通信介质连成一个封闭的
7、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，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于
8、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、大型机，还有各种掌上电脑和智能家
9、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 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
10、法物理层电及机械的有关定义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
11、，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
12、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
13、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。但是实际使
14、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
15、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”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
16、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），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
17、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、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
18、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，
19、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
20、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
21、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。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
22、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210Mbps20Mbps，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
23、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。3. 路由器（router）路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。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，而且具有选择最短路径的能力。当某一链路不通时，路由器会选择一条好的链路完成通信。 由于路由器
24、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
25、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
26、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。例如LAN A是Token Ring，LAN B是Ethernet，这时你就可用路由器将这两个网络连接在一起，如图所示：图2.3.4 路由器4. 网桥（bridge）网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器，然而它能提供智能化连接服务， 即根据帧的终点地址处于哪一网段来进行转发和滤除。网桥对站点所处网段的了 解是靠“自学习”实现的。当两种相同类型但又使用不同
27、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。例如，LAN A与LAN B是两个以太网络，LAN A使用的是IPX协议，LAN B使用TCP/IP，当连接A与B时，就必须用网桥。如图所示：图2.3.5 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
28、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）。 5. 网关（gateway）网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。大多数网关运行在OSI 7层协议的顶层-应用层。例如Ethernet网与一大型电脑主机网络（例如IBM SNA）相连，你必须用网关来完成这项
29、工作。如图2.3.6所示：图2.3.6 网关6. 中继器（repeater）中继器工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。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。如图所示：图2.3.7中继器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。 2.4 宽带接入技术简介网络化小区最常用的接入技术有以下三种：ADSL、有线电视网、LAN接入。1.固定电话网ADSL接入方式固定电话网用于宽带接入的主要方式是非对称
30、数字用户环路ADSL.由于ADSL信号的工作频带与电话业务的工作频带不重合，在一条电话线上可以传送一般语音电话，也可以进行ADSL宽带数据业务，ADSL系统发生故障而无法使用时，用户电话不受影响。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。但是ADSL技术上缺点十分明显，由于电缆不同线路信号之间的相互串扰以及线路质量都对其有影响，ADSL楼外也使用非屏蔽双绞线，对天气干扰（如雷击，下雨等）抗扰能力较差，带宽可扩展潜力不大。所以对于社区要求智能化不高、室内只要一个数据点的用户是一个选择。2.有线电视广播 HFC
31、接入方式HFC网不仅可以提供原来的有线电视业务，而且可以提供话音，数据以及其它交互型业务。在城市有线电视光缆和同轴电缆混合网上，使用Cable Modem进行数据传输构成宽带接入网。其优点是可利用目前数以百万计的有线电视用户，只要简单改造就可满足用户上网要求。是占领区域的好方法。但布线方面的缺点也很多：(1)HFC网在光纤部分多采用星型网，电缆部分采用树型结构，对有线电视传输非常好。但对宽带高速综合业务网就不很合理。信息网对可靠性要求非常高，综合信息网一旦出现问题，却不能及时修复，可能给用户带来无可弥补的损失。为了提高网络的可靠性，一般采用环型网，若用星型网则需要热备份。(2)在电缆分配网的传
32、输通道中，有源器件和无源器件过多，电缆接头过多严重降低了系统传输的可靠性。(3)宽带高速信息网在进行数据传输时，对误码率要求很高。要求电缆有很高的屏蔽性，需要使用无磁泄漏的电缆连接器，目前有线电视使用的器材还达不到要求。(4)由于采用树型结构，带宽虽然宽，但其技术上是共享网络，这就意味着用户要同邻居共享带宽，当用户大量增加时，其速度必然放慢。3.LAN接入LAN方式接入是利用以太网技术，采用光缆+双绞线的方式对社区进行综合布线。以太网是目前最为广泛的局域网络传输方式，它采用基带传输，通过双绞线和传输设备实现10M100M1000M的网络传输。基于以太网技术的宽带接入网完全可以应用在公网环境中，为用户提供标准以太网接口，能够兼容所有带标准以太网接口终端，用户不需要另配任何接
