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| 編輯推薦： |
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本书系统地介绍了建筑智能化领域的主要技术,包括通信网络技术、计算机技术、自动控制技术、消防与安全防范技术、声频与视频应用技术、综合布线和系统集成技术等。本书内容具有系统性、先进性和代表性，在产品与技术、方案与原理、局部与系统、纵向与横向、广度与深度、应用与研究等方面平衡准确、选材适当，将高等学校专业教材的理论性、系统性与科技文献的实践性、先进性很好地融合在一起。本书文笔流畅，逻辑性强，图表丰富，简明易懂，便于教和学。
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| 內容簡介： |
本书全面而又系统地论述建筑智能化系统技术。全书共14章，内容包括信息传输网络基础原理、计算机网络、智能化建筑内电话网、控制信号网络、综合布线技术、建筑基本设备及其控制特性、建筑设备自动化技术、安全防范技术和消防与联动控制技术、智能建筑声频应用技术、智能建筑有线电视及视频应用技术、系统集成的平台和开发技术、智能建筑系统集成技术和建筑智能化项目管理方法等。
本书可作为高等学校自动化专业建筑智能化系统及其相似课程的本科教材,也可作为相关专业研究生教材使用。
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| 目錄：
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目录
第1章导论
本章导读
1.1建筑智能化的基本概念
1.1.1智能建筑的基本含义
1.1.2智能建筑的体系结构
1.1.3建筑智能化系统工程架构
1.1.4建筑信息模型（BIM）技术
1.2建筑智能化的实现技术
1.2.1综合布线技术
1.2.2信息传输技术
1.2.3接口与控制技术
1.2.4数据库与集成技术
1.2.5综合自动化与智能化技术
1.3建筑智能化的分类
1.3.1智能住宅小区
1.3.2智能校园
1.3.3智能医院
1.3.4智能体育馆
1.3.5智能博物馆
1.3.6智能宾馆酒店
1.3.7智能办公写字楼
1.4建筑智能化技术的发展
习题与思考题
第2章智能建筑信息传输网络基础原理
本章导读
2.1智能建筑网络功能及传输对象
2.1.1智能建筑网络的功能和分类
2.1.2智能建筑网络的传输对象与特征
2.2智能建筑网络传输介质
2.2.1信道与传输损耗
2.2.2双绞线
2.2.3同轴电缆
2.2.4光纤
2.2.5无线传输介质
2.2.6传输介质的选择
2.3通信网络技术
2.3.1公用电信网简介
2.3.2公用交换电话网
2.3.3数据通信网
习题与思考题
建筑智能化系统第2版
目录
第3章智能建筑内的计算机网络
本章导读
3.1智能建筑内的计算机局域网技术
3.1.1局域网标准
3.1.2以太网和快速以太网
3.1.3千兆以太网
3.1.4万兆以太网
3.1.5交换式局域网及三层交换技术
3.1.6无线局域网
3.2局域网扩展与网络互联
3.2.1局域网扩展
3.2.2局域网互联
3.2.3校园网、园区网设计
3.3宽带接入技术
3.3.1接入网和接入技术
3.3.2宽带接入技术
3.3.3铜线接入技术
3.3.4光纤接入网技术
3.3.5以太网接入
3.3.6无线接入
3.4建筑内的Intranet
3.4.1Internet网络技术
3.4.2Intranet网络技术
3.4.3Web服务器
3.4.4建立楼宇内的Intranet网
3.5网络的管理与安全运行
3.5.1网络管理
3.5.2网络管理新技术
3.5.3VLAN管理
3.5.4防火墙技术
习题与思考题
第4章智能建筑内的电话网
本章导读
4.1PABX通信网络
4.1.1PABX基本原理
4.1.2PABX的主要功能
4.1.3PABX的入网方式
4.1.4PABX的主要技术性能参数
4.1.5PABX网络设计要点和实例
4.2建筑内的VoIP系统
4.2.1VoIP原理和构架
4.2.2IP电话网关中继网关
4.2.3IP语音网关
4.2.4VoIP网络设计
4.3CTI系统
4.3.1CTI基本技术原理
4.3.2多通道电话数字录音系统
4.3.3IVR系统
4.3.4呼叫中心系统
习题与思考题
第5章智能建筑内控制信号网络
本章导读
5.1控制信号网络传输特征
5.1.1噪声和抗干扰
5.1.2模拟控制信号传输方式
5.1.3数字控制信号传输方式
5.2BACnet协议
5.2.1BACnet协议简介
5.2.2BACnet体系结构
5.2.3BACnet的物理层和数据链路层协议
5.2.4BACnet的网络层协议
5.2.5BACnet的应用层协议
5.2.6BIBB和标准BACnet设备
5.3现场总线
5.3.1现场总线基本概念
5.3.2LonWorks总线
5.3.3CAN总线
5.3.4Modbus总线
5.3.5EIBKNX总线
5.3.6DALI协议
习题与思考题
第6章智能建筑的综合布线技术
本章导读
6.1概述
6.1.1综合布线系统的目的
6.1.2综合布线系统的特点与优势
6.1.3智能建筑对综合布线系统的设计需求
6.1.4综合布线系统的设计规范标准
6.2综合布线系统的组成
6.2.1综合布线系统产品的组成
6.2.2综合布线系统的结构
6.2.3屏蔽布线系统
6.2.4工业级布线系统
6.2.5管理
6.2.6综合布线中的光纤
6.3综合布线系统与相关设备的连接
6.3.1与电话系统之间的连接
6.3.2与计算机网络系统之间的连接
6.3.3与其他系统之间的连接
6.4综合布线系统设计
6.4.1综合布线系统设计等级的确定
6.4.2综合布线系统设计的一般步骤
6.4.3典型综合布线设计
6.4.4综合布线系统的施工与验收
6.4.5数据中心综合布线设计案例
习题与思考题
第7章建筑基本设备及其控制特性
本章导读
7.1供配电系统
7.1.1典型建筑供配电系统
7.1.2应急发电系统
7.1.3供配电设备监控
7.1.4供配电系统设计方案实例
7.2照明系统
7.2.1建筑照明设计
7.2.2建筑照明设备
7.2.3照明控制
7.2.4智能照明控制系统
7.3空调与冷热源系统
7.3.1空气的物理性质
7.3.2空气调节原理
7.3.3空气处理的方法和设备
7.3.4冷热源系统
7.3.5空气调节系统
7.3.6空调运行控制方式
7.3.7冷热源系统的监控
7.4给排水系统
7.4.1供水系统
7.4.2排水系统
习题与思考题
第8章建筑设备自动化技术
本章导读
8.1建筑设备自动化系统BAS的功能需求
8.1.1BAS的对象环境
8.1.2BAS的功能要求
8.1.3BAS的技术基础
8.1.4BAS常用检测设备和执行器
8.2集散控制
8.2.1集散控制系统的基本组成与系统结构
8.2.2集散控制系统的典型结构
8.2.3集散控制系统的特点
8.3BAS的系统结构
8.3.1BAS体系结构的发展
8.3.2集散型BAS的结构
8.3.3集散型BAS系统的组态
8.3.4集散型BAS的几种方案
8.3.5BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器
8.4智能建筑的BAS系统设计
8.4.1BAS设计原则
8.4.2BAS设计、施工及验收依据
8.4.3BAS设计步骤
8.4.4BAS设计中的几个关键问题
8.4.5某市博览中心的BAS方案设计案例
习题与思考题
第9章智能建筑的安全防范技术
本章导读
9.1概述
9.1.1智能建筑对安全防范系统的要求
9.1.2智能建筑安防系统的组成
9.2出入口控制系统
9.2.1出入口控制系统的结构
9.2.2出入口控制系统的辨识装置
9.2.3出入口控制系统的执行设备
9.2.4出入口控制系统的管理功能
9.2.5出入口控制系统的管理控制工作方式
9.2.6可视对讲系统
9.2.7停车库场管理系统
9.3入侵报警系统
9.3.1入侵报警系统的结构
9.3.2入侵探测器的分类和应用特点
9.3.3入侵报警控制主机功能及其与探测器的连接方式
9.3.4常用入侵探测器
9.3.5大学校园入侵报警系统案例
9.3.6电子巡查系统
9.3.7大学校园巡查系统案例
9.4视频安防监控系统
9.4.1视频安防监控系统的组成与结构
9.4.2前端设备
9.4.3传输设备
9.4.4显示与记录设备
9.4.5处理与控制设备
9.4.6IP视频监控的标准ONVIF
9.4.7视频安防监控系统方案
9.4.8大学校园视频安防监控系统案例
9.4.9城市视频监控系统案例
习题与思考题
第10章消防及联动控制技术
本章导读
10．1概述
10．1．1智能建筑对消防系统的要求
10．1．2智能建筑消防系统的构成
10．1．3智能建筑消防系统的基本工作原理
10．2火灾探测器
10．2．1室内火灾的发展特征
10．2．2火灾探测器的分类
10．2．3火灾探测器的系统组成方式
10．2．4常用火灾探测器
10．2．5火灾探测器的选用及设置
10．3火灾报警控制器及火灾报警系统
10．3．1作用与类型
10．3．2火灾报警控制器功能
10．3．3火灾报警控制系统结构
10．4自动灭火系统
10．4．1灭火的基本原理
10．4．2自动喷水灭火系统
10．4．3气体灭火系统
10．5智能建筑的消防联动控制
10．5．1消防联动控制
10．5．2消防应急广播系统
10．5．3智能消防应急照明系统
10．5．4消防系统的智能化
10．5．5智能消防系统与BA系统的集成
习题与思考题
第11章智能建筑声频应用技术
本章导读
11．1扩声系统
11．1．1扩声系统的基本组成
11．1．2扩声系统的主要技术指标
11．1．3扩声系统技术指标要求
11．1．4音质主观评价简介
11．1．5扩声系统的主要设备
11．1．6智能建筑扩声系统设计
11．1．7会议室扩声系统
11．1．8多功能厅扩声系统
11．2智能建筑的公共及紧急广播系统
11．2．1公共广播系统的特点及其组成
11．2．2紧急广播系统的特点及其组成
11．2．3多功能公共广播系统
11．2．4公共及紧急广播系统的数字化技术
11．3智能建筑的会议系统
11．3．1基本会议系统
11．3．2同声传译系统
11．3．3智能会议系统
11．4智能建筑的网络声频技术
11．4．1网络声频系统的特点
11．4．2网络声频系统解决方案
习题与思考题
第12章智能建筑有线电视及视频应用技术
本章导读
12．1概述
12．1．1智能建筑对有线电视系统的要求
12．1．2有线电视系统的一般构成
12．1．3有线电视系统的技术指标
12．2有线电视系统的设备和部件
12．2．1放大器
12．2．2信号处理器
12．2．3自办节目制作设备
12．2．4调制器
12．2．5混合器
12．2．6分配器
12．2．7分支器
12．2．8机顶盒
12．2．9电缆调制解调器
12．2．10光端设备
12．3有线电视接收系统
12．3．1卫星电视信号接入
12．3．2有线电视接收系统
12．3．3智能建筑有线电视系统的设计
12．4有线电视网络的双向传输技术
12．4．1双向传输
12．4．2双向传输电缆电视系统
12．4．3视频点播系统
12．4．4视讯宽带网技术
12．4．5基于有线电视网络双向传输技术的实际应用
12．5视频会议技术
12．5．1视频会议系统的设备
12．5．2视频会议系统的通信网络技术
12．5．3视频会议系统组成
12．6视频显示技术
12．6．1视频显示器件
12．6．2视频显示系统
习题与思考题
第13章智能建筑系统集成技术
本章导读
13．1智能建筑系统集成基本概念
13．1．1系统集成的功能要求
13．1．2智能建筑系统集成的必要性
13．1．3智能化集成系统架构规划
13．1．4系统集成是一个系统工程
13．1．5智能建筑系统集成的技术
13．1．6智能建筑系统集成与绿色城市管理联成一体
13．2智能建筑集成管理系统
13．2．1IBMS的结构和功能
13．2．2IBMS的系统设计
13．2．3面向设备的集成管理
13．2．4面向客户的集成管理
13．3基于物联网的应用系统集成技术
13．3．1物联网原理
13．3．2IC卡基础原理
13．3．3一卡通系统
13．4智能化居住区系统集成方案
13．4．1居住区智能化系统
13．4．2智能居住区系统集成设计
13．4．3居住小区安防和智能化系统方案实例
13．4．4三表自动抄表系统
习题与思考题
第14章建筑智能化项目管理方法
本章导读
14．1建筑智能化项目实施流程
14．1．1项目实施流程
14．1．2招标
14．1．3项目法人责任制
14．1．4工程建设监理
14．2建筑智能化项目的招标、投标
14．2．1制定标书
14．2．2投标
14．2．3开标和评标
14．3项目实施
14．3．1制定项目实施方案
14．3．2项目实施流程
14．4行业标准与资质认证
14．4．1行业标准
14．4．2建筑智能化系统工程设计单位资质及认证
14．4．3建筑智能化系统集成商资质及认证
14．4．4消防设施专项工程设计证书资质及认证
14．4．5工程监理企业的资质及认证
14．4．6个人的资质认证
习题与思考题
参考文献
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| 內容試閱：
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第2版前言
《建筑智能化系统》自出版以来已被众多高校选作教材。从第1版问世至今已有近十个年头, 建筑智能化技术日新月异,智能楼宇智能建筑是当前的热门产业，因为楼宇智能化建筑智能化技术已经成为绿色可持续发展的主要支撑技术。一大批新技术、新产品、新工艺应用在建筑智能化工程实践中,使人们对建筑智能化学科有了新的认识。随着物联网技术和云计算技术的成熟, 物联网、云计算等新一代信息技术在智能建筑领域的应用越来越广泛。智能建筑向绿色建筑智慧建筑发展,是构建智慧城市的核心单元。为了尽可能将这些新的进展与成果纳入教材内容中，使得读者能够更好地学以致用，我们根据本学科发展的规律更新内容，同时吸收众多高校用户意见对第1版进行了修订，最终使得第2版与读者见面。第2版修订工作的指导原则是： 把握学科发展方向，努力造就精品教材。力求做到把新的认识融入教材中，体现学科发展的方向和行业发展的方向;站在全局的高度，从综合集成应用的视角来组织教材的内容;紧跟行业和市场发展动态，将新技术和新标准及时纳入教材;揭示建筑智能化工程的复杂性和技术内在的系统性关系;将编者丰富的教学经验结合到教材中，体现教材特色。编者根据上述原则进行修订编写工作。本书的内容涉及多个学科领域，覆盖面非常广，要在一个学期的教学中全面地讲深学透是不太容易的，同时还要配合大量的综合性实验教学环节。因此，我们对选用本教材的教师提出一个建议，可以根据实际的教学条件和教学要求对教学内容进行取舍。本书提供配套的电子教案供大家参考。本书第1章由章云编写，第3章由曾珞亚编写，第8章由宋亚男编写,第12章由谷刚编写, 第2、4、5、6、7、9、10、11、13、14章由许锦标编写，全书由章云组织、修改和定稿。限于时间和水平，书中必有不妥之处，敬请读者指正。广东工业大学校部和自动化学院在本书修订工作中给予了大力支持和帮助，鲍鸿、万频、谢胜利、罗小燕、王银河、陈玮、余荣、蔡述庭、杜玉晓、史育群、李学聪、唐雄民、王春茹为本书的出版提供了许多的帮助，在此一并致谢！编者2017年3月
第3章智能建筑内的计算机网络
本章导读智能建筑内的计算机网络是高速的数据通信网，可以实现数字设备之间的高速数据通信，也可以实现语音和视频信号的数字化传输，或者说，可以实现多媒体通信。它是智能建筑系统集成的平台,是信息传输网的核心。智能建筑内的计算机网络技术是局域网，传输速率已达10Gbps,目前的技术可保证到端点的传输速率为1000Mbps，因此，智能建筑内的计算机网络是一个高速的IP网络。通过局域网上的网关路由器就可以实现与互联网和各种广域计算机网的联接。在一个智能建筑内实际上构建了多个局域网，每一个局域网完成一类通信服务，如控制专网、安防专网、涉密办公网、公用信息网等。这样做的原因是： 隔离带来了安全，降低了网络通信流量。局域网和局域网之间可以有目的地互联起来，使网络的安全性受到控制。计算机网络系统为管理与维护提供相应的网络管理系统，并提供高密度的网络端口，可满足用户容量分批增加的需求。随着网络技术的飞速发展，从数据和信号的角度来看，目前的各种模拟传输业务均可能经过数字化后在计算机网络上传输。例如，VoIP可以支持传统的电话通信业务，IPTV可以支持有线电视业务。也就是说，将来只需要建一个高速IP网络，就能实现多种业务的传输。本章主要介绍当前主流局域网技术以及局域网互联、宽带接入技术，然后介绍计算机网络平台及构建方案，最后对网络管理和安全进行简介。本章的重点和难点是在所学的网络技术基础上进行智能建筑内的计算机网络方案设计和集成。3.1智能建筑内的计算机局域网技术在智能建筑内构建计算机网络主要是应用局域网以及局域网互联技术。局域网是一组由计算机和其他网络设备互联在一起而形成的系统，其覆盖区域限于建筑物内或建筑群内，允许网络内部的用户之间相互高速通信，并共享计算机的软硬件资源。局域网通常由网络接口卡、电缆光缆系统、交换机、服务器以及网络操作系统等部分组成。决定局域网特性的技术要素包括网络拓扑结构、传输介质类型、介质的访问控制以及安全管理等。当前的技术主流是以太网。3.1.1局域网标准1. 局域网体系结构
IEEE 802是局域网的技术标准。局域网在通信方面有自己的特点： 第一，其数据是以帧为单位传输的。第二，局域网内部一般不需中间转接，所以也不要求路由选择。因此，局域网的参考模型对应于OSI参考模型中的最低两层，如图31所示，实现了OSI模型最低两层的功能。其中，物理层用来建立物理连接，数据链路层把数据构成帧进行传输，并实现帧顺序控制、错误控制及流控制功能，使不可靠的链路变为可靠的链路。
图31IEEE 802局域网参考模型与OSI参考模型
1 物理层。负责在物理层实体间发送和接收位流，提供发送和接收信号的能力、对宽带的频道分配和对基带信号的调制等。2 数据链路层。该层又细分为两个功能子层： 逻辑链控制Logical Link Control，LLC子层和介质访问控制Media Access Control，MAC子层。这种功能分解主要是为了使数据链功能中与硬件有关的部分和与硬件无关的部分分开。MAC子层与物理层相邻，为物理层访问提供接口。MAC子层负责对介质的访问控制，为用户分配信道使用权，具有管理多个源和目的链路的功能。IEEE 802制定了几种介质访问控制方法，同一个LLC子层能与其中任一种访问方法接口，目前这些介质访问控制方法包括载波监听冲突检测多重访问CSMACD、令牌总线tokenbus及令牌环tokenring等访问方法。LLC子层在MAC子层的支持下向网络层提供服务。LLC子层与具体的传输介质无关，这种独立于介质的访问控制方法屏蔽了各种IEEE 802网络连接之间的差别，向网络层提供一个统一的格式和接口。LLC子层的功能包括数据帧的组装与拆卸、帧的收发、差错控制、数据流控制和发送顺序控制等，并为网络层提供两种类型的服务面向连接服务和无连接服务。2. IEEE 802标准IEEE 802是一个标准系列，包含多个协议，其组成如图32所示。
图32IEEE 802协议栈
3.1.2以太网和快速以太网1. 以太网
以太网Ethernet是当今最流行的局域网，采用CSMACD介质访问方式进行通信访问，网络的速率是10Mbps。虽然现在构建的局域网几乎已不再应用10Mbps以太网技术，但是考虑到与以前所建系统的兼容性，我们仍有必要了解10Mbps以太网技术10BASET。10BASET以太网所采用的传输介质为3类、4类和5类UTP，其相关标准见表31。网络结构为以集线器hub，现在采用交换机为节点的星形拓扑结构。
表31以太网IEEE 802.3UTP介质标准
标准要求10BASET100BASETX100BASET4100BASET21000BASET数据速率10Mbps100Mbps100Mbps100Mbps1000Mbps介质要求3类100m4类140m5类150m5类100m3类100m4类100m5类100m3类100m4类100m
5类100m5类100m使用电缆对数22424插座接线模式1.2和3.61.2和3.6全部线对1.2和3.6全部线对
10BASET要求每台计算机都有一块网络接口卡与一条从网卡到集线器的直接连接。图33表明了10BASET布线方案。尽管所有集线器都能容纳多台计算机，但集线器还是有许多种尺寸。一个典型的小型集线器有24个端口，每个提供一条连接。这样，一个集线器能在一个小组中连接所有计算机如在一个部门中。较大的集线器能容纳几百条连接。
图3310BASET以太网
2. 100BASET快速型以太网可以说，100BASET是双绞线以太网的100Mbps速率版,它的标准为IEEE 802.3u，它是现行IEEE 802.3标准的补充。有3个不同的100BASET物理层规范，其相关标准见表32,其中两个物理层规范支持长度为100m的无屏蔽双绞线，第三个规范支持单模或多模光缆。与10BASET和10BASEF一样，100BASET要求有中央集线器的星形布线结构。
表32不同100Mbps快速以太网介质标准
标准要求100BASETX100BASET4100BASEFX距离m1001002000拓扑结构星形星形星形介质5类 UTP或STP345类 UTP多模或单模光缆要求线对数242编码方法4B5B8B6T4B5B信号频率MHz12525125
100BASET的MAC介质访问方式与10Mbps经典以太网MAC几乎完全一样，正如前面所述，IEEE 802.3 CSMACD MAC具有固有的可缩放性，即它可以以不同速度运行，并能与不同物理层连接。100BASETX物理层支持快速以太网运行在5类2对UTP或1类STP上。100BASET4物理层支持快速以太网运行在3类、4类或5类的4对UTP上。100BASEFX支持多模或单模光缆布线，这样快速以太网就能在2km的距离内传输信息。
100BASET4是为完全迎合庞大的3类音频级布线安装需要而设计的。100BASET4使用4对音频级或数据级无屏蔽3类、4类或5类电缆。由于信号频率只有25MHz，也可使用音频级3类线缆。100BASET4使用所有的4对无屏蔽双绞线，3对线用来同时传送数据，而第4对线用来作为冲突检测时的接收信道。与10BASET和100BASETX不同，它没有单独专用的发送和接收线，所以不可能进行全双工操作。100BASET4为目前大量的10Mbps以太网向100Mbps快速以太网过渡提供了极大方便，大多数情况下只需要更换网卡和集线器，而不需要重铺电缆线。3.1.3千兆以太网1. 千兆以太网标准
千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术，它与快速以太网和标准以太网完全兼容，并利用原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括CSMACD协议、帧格式、流量控制以及IEEE 802.3标准中所定义的管理对象等。为了实现高速传输，千兆以太网定义了千兆介质专用接口GMII,从而将介质子层和物理层分开，使得当物理层的传输介质和编码方式变化时不会影响到介质子层。千兆以太网技术有两个标准IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab。IEEE 802.3z为光纤和同轴电缆的全双工链路方案的标准，IEEE 802.3ab为非屏蔽双绞线的半双工链路标准。2. 千兆以太网介质千兆以太网可采用4类介质： 1000BASESX短波长光纤、1000BASELX长波长光纤、1000BASECX短距离铜缆、1000BASET100m 4对6类UTP，其介质标准如表33所示。
表33千兆以太网介质标准
标准要求1000BASESX1000BASELX1000BASECX1000BASET介质多模光纤62.5m或50m多模光纤62.5m或50m单模光纤9m或10m150 STP5类UTP,4对工作波长nm770~8601270~13551270~13550距离m220~550550500025100
其中,1000BASESX使用短波长（850nm）激光的多模光纤，1000BASELX使用长波长（1300nm）激光的单模和多模光纤。使用长波长和短波长的主要区别是传输距离和费用。不同波长传输时信号衰减程度不同。短波长传输衰减大，距离短，但节省费用； 长波长可传输更长的距离，但费用高。1000BASECX为150平衡屏蔽的特殊电缆集合，线速为1.25Gbps，使用8B10B编码方式。3. 1000BASET1000BASET是100BASET的自然扩展，与10BASET、100BASET完全兼容。1000BASET规定可以在5类4对平衡双绞线上传送数据,传输距离最远可达100m。1000BASET的重要性在于：可以直接在100BASETX快速以太网中通过升级交换机和网卡实现千兆到桌面，而不需要重铺电缆线。1000BASET是专门为在5类双绞线上传送数据而设计的。1000BASET与100BASET采用相同的传送时钟频率125MHz，但是利用了一种更加复杂的信号传输和编解码机制PAM5码，每个符号5级脉冲幅度调制，取 2， 1，0，-1，-2之一对应两位二进制信息其中4级表示两位，一级用于前向纠错码。1Gbps的传送速率可以等效地看作分布在4对双绞线上4125Mbps2=1Gbps。4. 千兆以太网应用千兆以太网的光纤连接方式解决了楼层干线的高速连接，1000BASET千兆以太网技术用来解决桌面之间的高速连接。千兆以太网可用于高速服务器之间的连接、建筑物的高速主干网、内部交换机的高速链路以及高速工作组网络。由于千兆以太网采用大家熟悉的技术，是一种从目前普遍采用的以太网技术平滑过渡到千兆以太网的技术，是10Mbps和100Mbps以太网技术的自然扩展，因此有很好的应用前景。图34所示是某高校图书馆计算机网络系统集成方案。
图34千兆以太网应用案例
3.1.4万兆以太网1. 万兆以太网的标准
2002年，IEEE 802委员会通过了万兆以太网10Gigabit Ethernet标准IEEE 802.3ae，定义了3种物理层标准： 10GBASEX、10GBASER、10GBASEW。1 万兆物理层标准10GBASEX为并行的局域网物理层标准，采用8B10B编码技术，只包含一个规范： 10GBASELX4。为了达到10Gbps的传输速率，使用稀疏波分复用（CWDM）技术，在1310nm波长附近以25nm为间隔，并列配置了4对激光发送器接收器组成的4条通道，每条通道的10B码的码元速率为3.125Gbaud。10GBASELX4使用多模光纤和单模光纤的传输距离分别为300m和10km。
10GBASER为串行的LAN类型的物理层标准，使用64B66B编码格式，包含3个规范： 10GBASESR、10GBASELR、10GBASEER，分别使用850nm短波长、1310nm长波长和1550nm超长波长。10GBASESR使用多模光纤，传输距离一般为几十米； 10GBASELR和10GBASEER使用单模光纤，传输距离分别为10km和40km。10GBASEW为串行的WAN类型的物理层，采用64B66B编码格式，包含3个规范： 10GBASESW、10GBASELW和10GBASEEW，分别使用850nm短波长、1310nm长波长和1550nm超长波长。10GBASESW使用多模光纤，传输距离一般为几十米； 10GBASELW和10GBASEEW使用单模光纤，传输距离分别为10km和40km。除上述3种物理层标准外，IEEE还制定了一项使用铜缆的称为10GBASECX4的万兆以太网标准IEEE 802.3ak，可以在双芯同轴电缆上实现10Gbps的信息传输速率，提供数据中心的以太网交换机和服务器群的短距离15m之内10Gbps连接的经济方式。10GBASET是另一种万兆以太网物理层，通过67类双绞线提供100m内的10Gbps的以太网传输链路。万兆以太网的介质接口标准如表34所示。
表34万兆以太网介质标准
接口类型应用范围传送距离波长介 质 类 型10GBASELX4局域网300m1310nm多模光纤10GBASELX4局域网10kmWDM单模光纤10GBASESR局域网300m850nm多模光纤10GBASELR局域网10km1310nm单模光纤10GBASEER局域网40km1550nm单模光纤10GBASESW广域网300m850nm多模光纤10GBASELW广域网10km1310nm单模光纤10GBASEEW广域网40km1550nm单模光纤10GBASECX4局域网15m－4根Twinax线缆10GBASET局域网25~100m－双绞铜线
2 MAC子层标准万兆以太网仍采用IEEE 802.3数据帧格式，维持其最大、最小帧长度。由于万兆以太网只定义了全双工方式，所以不再支持半双工的CSMACD的介质访问控制方式，也意味着万兆位以太网的传输不受CSMACD冲突域的限制，从而突破了局域网的概念，进入广域网范畴。2. 万兆以太网优势与千兆以太网相比，万兆以太网有哪些优势？过去有时候需采用数个千兆以太网捆绑以满足交换机互连所需的高带宽，因而浪费了更多的光纤资源，现在可以采用万兆以太网互连，甚至4个万兆以太网捆绑互连，达到40Gbps的宽带水平。在愈来愈多的服务器改采用千兆以太网作为上连技术后，数据中心或群组网络的骨干带宽相应增加，以千兆以太网或千兆以太网捆绑作为平台已不能满足需求，升级到万兆以太网在服务质量及成本上都将占有相对的优势。万兆以太网也可以在其他多媒体应用，如VOD视频点播或多媒体制作领域寻找更多的应用空间。万兆以太网在技术上基本承续过去的以太网、快速以太网及千兆以太网的技术，因此在用户的普及率、使用的方便性、网络的互操作性及简易性上皆占有极大的优势，在升级到万兆以太网解决方案时，用户不需担心既有的程序或服务受到影响，因此升级的风险是非常低的，这可以从过去以太网一路升级到千兆以太网中得到证明，同时在未来升级到万兆以太网，甚至四万兆以太网40G、十万兆以太网100G，这都将是一个很明显的优势。以太网采用CSMACD机制，即带碰撞检测的载波监听多重访问。千兆以太网接口基本应用在点到点线路，不再共享带宽。碰撞检测、载波监听和多重访问已不再重要。千兆以太网与传统低速以太网最大的相似之处在于采用相同的以太网帧结构。万兆以太网与千兆以太网类似，仍然保留了以太网帧结构。通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbps传输速度。所以就其本质而言，万兆以太网仍是以太网的一种类型。万兆以太网与千兆以太网的比较如表35所示。
表35万兆以太网与千兆以太网的比较
对比项目千兆以太网万兆以太网应用方面汇聚、接入层核心层，具有SDH接口工作模式CSMACD 全双工只支持全双工编码方式8B10B新的64B66B传输媒介光纤铜线只支持光纤将来支持铜线传输距离km540
3. 40G100G以太网标准40G100G以太网标准是IEEE 802.3ba，将包含这两个速度的规范。每种速度将提供一组物理接口： 40Gbps将有1m交换机背板链路、10m铜缆链路和100m多模光纤链路标准； 100Gbps将有10m铜缆链路、100m多模光纤链路和10km、40km单模光纤链路标准。4. 400Gbps带宽的下一代以太网传输标准2013年4月2日，IEEE宣布组建新的IEEE 802.3 Standard for Ethernet工作组，探讨制定400Gbps带宽的下一代以太网传输标准, 400Gbps以太网标准是IEEE P802.3bs,尚未获批发布。工作组近期主要工作是制定100m多模光纤、500m单模光纤、2km单模光纤、10km单模光纤的相关标准。5. 万兆以太网应用图35是某大学城校园计算机网络系统集成方案，采用万兆以太网作为建筑群网络主干，实现接入层楼层与网络中心的高速数据交换。还可通过链路汇聚技术实现主干交换机之间、主干交换机和接入层交换机之间更高的网络带宽，以满足不同的应用系统要求。楼层内可通过快速以太网技术实现100Mbps交换到桌面，完全满足当前及将来的计算机应用需求。
图35万兆校园计算机网络系统方案
3.1.5交换式局域网及三层交换技术1. 交换式局域网的特点和工作原理
交换式局域网以不同于传统共享式局域网所采用的竞争方式来使用信道，而是采用了交换机制，以网络交换机为中心，每一个站点都与交换机相连，站点间可以并行地实现一对一通信的局域网。交换机为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通路。由于交换式局域网中的节点在进行通信时，数据信息是点对点传递的，这些数据并不向其他站点进行广播，所以网络的安全性较高，同时各节点可以独享带宽，如图36所示。
图36共享式局域网与交换式局域网参考模型
传统共享式局域网上的所有节点如主机、工作站共享同一带宽，当网上两个任意节点交换数据时，其他节点只能等待。而交换式局域网利用网络交换机在不同网段之间建立多个独享连接就像电话交换机可同时为众多的用户建立对话通道一样，采用按目的地址的定向传输，为每个单独的网段提供专用的频带即带宽独享，增大了网络的传输吞吐量，提高了传输速率，其主干网上无碰撞问题。交换式局域网克服了共享式局域网的缺点，并借助于IP技术的新发展，如IP Multicast、IP QoS等技术的推出，使得交换式局域网可以支持多媒体技术等多种业务服务。交换式局域网的核心是局域网交换机，目前普遍使用的局域网交换设备是以太网交换机switch，也称为交换式集线器。以太网交换机可以看作是一种改进了的多端口网桥，除了提供存储转发storeandforward功能外，还提供了如直通cut through方式等其他桥接技术。以太网交换机的工作原理如下： 首先检测节点计算机送至端口的数据帧中的源和目的MAC地址，然后与交换机内部动态维护的MAC地址对照表进行比较，将数据发送至与目的地址对应的目的端口，将新发现的MAC地址及其端口的对应关系记录到地址对照表中。使用局域网交换机，可以实现高速与低速网络间的转换和不同网络的协同。许多以太网交换机提供10Mbps和100Mbps的自适应端口，使得配备不同网络通信速率网卡的计算机可以在同一个网络中协同工作。交换式局域网允许不同入网计算机间同时进行传送，如一个24端口的以太网交换机最多允许24个节点计算机在12条链路间同时通信，且每个节点的计算机可以独享所连接交换机端口提供的全部带宽。2. 三层交换技术三层交换技术也称多层交换技术，或IP交换技术是相对于传统交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI参考模型中的第二层数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是二层交换技术加三层转发技术。三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的问题，突破了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈。一个具有三层交换功能的设备并不是路由器和第二层交换机的简单堆叠，而是把三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上，突破了传统路由器的接口速率限制，能够实现数据的高速转发。下面简单描述三层交换机的技术原理和工作过程。假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向默认网关发出ARP地址解析封包，而默认网关的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对默认网关的IP地址广播一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换机处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层交换机处理，绝大部分数据都通过二层交换机转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。三层交换机并不等于路由器，同时也不可能取代路由器。三层交换机与路由器之间还是存在着非常大的本质区别的。第三层交换机无法适应网络拓扑各异、传输协议不同的广域网络系统。第三层交换机主要用于局域网环境，而路由器主要用于广域网环境。3. 第三层交换在虚拟局域网规划中的应用在第三层交换机面世之前，交换机所提供的虚拟局域网（VLAN）划分方式只有两种： 基于端口划分方式和基于MAC地址划分方式。基于端口的VLAN提供了把某个或某几个端口上的机器划分为一个VLAN的方法，缺点在于无法实现位置无关的虚拟网配置； 基于MAC地址的VLAN将子网以MAC地址来划分，可实现位置无关的虚拟网，缺点在于子网中节点的增删不方便。第三层交换技术提供了一种全新的VLAN划分法： 基于IP及策略的VLAN，即不管节点处于哪一个物理网段，都可以以它们的IP地址为基础或根据报文协议不同来划分子网，这使得网络管理和应用变得更加方便。例如，在某校园网VLAN的划分中，利用第三层交换技术，使得校园网的VLAN划分很容易和校内各部门一致起来，尽管校内某一部门站点分布在不同物理位置，但基于IP地址划分子网，能使得同一部门在不同物理网段的节点可被设为同一逻辑子网，实现与物理位置无关的特性； 对于网络中心、财务部门等要害部门可采用基于传统的MAC地址的VLAN划分技术，以防止非授权节点在该子网中出现； 对于学生宿舍等比较分散，物理子网比较多，难以有效管理的地方可采用混合策略，如在同一端口细分不同的逻辑虚拟子网或基于MAC地址划分子网，以尽量减少IP地址盗用和其他安全问题。3.1.6无线局域网无线局域网Wireless LAN，WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。WLAN作为有线局域网络的延伸,提供了局部范围内高速移动计算的条件。随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为公共无线局域网，成为国际互联网宽带接入手段。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。1. 无线局域网标准无线局域网标准是IEEE 802.11X系列IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n、HIPERLAN、HomeRF、IrDA和蓝牙等标准。表36是IEEE 802.11无线局域网标准,也是当前常用的WLAN标准。
表36IEEE 802.11无线局域网标准
标 准 要 求IEEE 802.11bIEEE 802.11aIEEE 802.11gIEEE 802.11n每子频道最大的数据速率11Mbps 54Mbps 54Mbps 300Mbps调制方式CCK OFDM OFDM和CCK MIMOOFDM每子频道的数据速率1,2,5.5,11Mbps 6,9,12,18,24,36,48,54Mbps CCK： 1,2,5.5,11MbpsOFDM：6,9,12,18,24,36,48,54Mbps工作频段2.4~2.4835GHz 5.15~5.35GHz
5.725~5.875GHz 2.4~2.4835GHz 2.45GHz可用频宽83.5MHz 300MHz 83.5MHz不重叠的子频道3 12 313
1 IEEE 802.11bIEEE 802.11b工作在2.4~2.4835GHz，采用CCKComplementary Code Keying,补码键控技术提供高达11Mbps的数据通信带宽，最多可提供3个互不重叠的子频道。WiFi认证保证不同厂家产品之间的兼容。由于IEEE 802.11b工作的2.4GHz频带是免费的，因此一经推出便得到了用户的认可。2 IEEE 802.11aIEEE 802.11a工作在5GHz，采用OFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术提供54Mbps的数据通信带宽，最多可提供12个互不重叠的子频道。由于IEEE 802.11a标准工作在更高的频段，具有更多不重叠的子频道和更高的数据通信带宽，因此也得到了较为广泛的应用。IEEE 802.11a和IEEE 802.11b工作在两个完全不同的频带，采用完全不同的调制技术，因此两者是完全不兼容的。但两者可以共存于同一区域当中而互不干扰。3 IEEE 802.11gIEEE 802.11g有两个最为主要的特征： 高传输速率和兼容IEEE 802.11b。高速率是由于其采用OFDM调制技术可得到54Mbps的数据通信带宽。兼容IEEE 802.11b是由于其仍然工作在2.4GHz并且保留了IEEE 802.11b所采用的CCK技术，因此可与IEEE 802.11b的产品保持兼容。也就是说，基于IEEE 802.11g的无线接入点AP可与基于IEEE 802.11b的无线网卡相连接，而基于IEEE 802.11g的无线网卡也可与基于IEEE 802.11b的无线接入点AP相连接。IEEE 802.11g标准是主流的无线局域网标准。它提供了高速的数据通信带宽，并以较为经济的成本提供了对原有主流无线局域网标准的兼容。4 IEEE 802.11n使用2.4GHz频段和5GHz频段，传输速度为300Mbps，最高可达600Mbps。IEEE 802.11n采用智能天线技术，其传播范围更广，且能够以不低于108Mbps的传输速率保持通信。它可以作为蜂窝移动通信的宽带接入部分，与无线广域网更紧密地结合。一方面，IEEE 802.11n可以为用户提供高数据率的通信服务比如视频点播VOD,在线观看HDTV。另一方面，无线广域网为用户提供了更好的移动性。和以往的IEEE 802.11标准不同，IEEE 802.11n协议为双频工作模式包含2.4GHz和 5.8GHz两个工作频段。这样IEEE 802.11n保证了与以往的IEEE 802.11abg标准兼容。5 IEEE 802.11acIEEE 802.11ac是IEEE 802.11n的继承者。它采用并扩展了源自IEEE 802.11n的空中接口air interface概念，其特性包括更宽的RF带宽提升至160MHz、更多的MIMO空间流增加到8，多用户的MIMO以及更高阶的调制达到256QAM。理论上，IEEE 802.11ac可以为多个站点服务提供1Gbps的带宽，或是为单一连接提供500Mbps的传输带宽。2. 无线局域网拓扑结构根据无线接入点Access Point，AP的功用不同， WLAN可以实现不同的组网方式。目前有基础架构模式、点对点模式、多AP模式、无线网桥模式和无线中继器模式5种组网方式。1 点对点模式（Adhoc）点对点模式由无线工作站组成，用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通信，该网络无法接入到有线网络中，只能独立使用。无需AP，安全由各个客户端自行维护。因此对等网络只能用于少数用户的组网环境。点对点模式的组网如图37所示。
图37点对点模式
2 基础架构模式这种方式以星形拓扑为基础，以访问点AP为中心，所有的无线工作站通信要通过AP接转。AP主要完成MAC控制及信道的分配等功能。AP通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达百米。覆盖的区域称基本服务区Basic Service Set，BSS。由于AP有以太网接口，这样，既能以AP为中心独立组建一个无线局域网，当然也能将AP作为一个有线网的扩展部分，用于在无线工作站和有线网络之间接收、缓存和转发数据。由于对信道资源分配、MAC控制采用集中控制的方式，这样使信道利用率大大提高，网络的吞吐性能优于分布式对等方式。基础架构模式的组网如图38所示。
图38基础架构模式
3 多AP模式多AP模式是指由多个AP以及连接它们的分布式系统有线的骨干LAN组成的基础架构模式网络，也称为扩展服务区Extend Service Set，ESS。扩展服务区内的每个AP都是一个独立的无线网络基本服务区BSS，所有AP共享同一个扩展服务区标示符ESSID。分布式系统在IEEE 802.11标准中并没有定义，但是目前大多是指以太网。可以在相同ESSID的无线网络间进行漫游，不同ESSID的无线网络形成逻辑子网。多AP模式的组网如图39所示。
图39扩展服务区ESS
4 无线网桥模式无线网桥模式利用一对AP连接两个有线或者无线局域网网段。无线网桥模式的组网如图310所示。
图310无线网桥模式
5 无线中继器模式无线中继器用来在通信路径的中间转发数据，从而延伸系统的覆盖范围。无线中继器模式的组网如图311所示。
图311无线中继器模式
应用上述5种不同的工作模式，可以灵活方便地组建各种无线网络结构以满足各种需求。3. 无线局域网安全技术由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体，电磁波能够穿过天花板、玻璃、楼层、砖、墙等物体，因此，在一个无线访问点所服务的区域中任何一个无线客户端都可以接收到网络中传输的数据，包括并不希望其接收数据的客户端。因此在无线局域网中，只要有和无线局域网设备工作在同一个频段的设备，任何人都有条件窃听或干扰信息，为了阻止非授权用户访问无线网络，以及防止对无线局域网数据流的非法侦听，在无线局域网的应用当中引入了相应的安全技术。通常网络的安全性主要体现在访问控制和数据加密两个方面。访问控制保证敏感数据只能由授权用户进行访问，而数据加密则保证发送的数据只能被所期望的用户接收和理解。无线局域网采用如下安全技术。1 物理地址MAC过滤每个无线工作站网卡都由唯一的物理地址标示，该物理地址编码方式类似于48位以太网物理地址。可在无线访问点（AP）中手工维护一组允许访问的MAC地址列表，实现物理地址过滤。2 服务区标识符SSID匹配无线工作站必须出示正确的SSID，与无线访问点AP的SSID相同，才能访问AP。如果出示的SSID与AP的SSID不同，那么AP将拒绝该站通过本服务区上网。因此可以认为SSID是一个简单的口令，从而通过口令认证机制实现一定的安全。3 有线等效保密WEP有线等效保密WEP协议是由IEEE 802.11标准定义的，用于在无线局域网中保护链路层数据。 WEP使用40位密钥、采用RSA开发的RC4对称加密算法在链路层加密数据。WEP加密采用静态的保密密钥，各WLAN终端使用相同的密钥访问无线网络。WEP也提供认证功能，当加密机制功能启用，客户端要尝试连接上AP时， AP会发出一个Challenge Packet给客户端，客户端再利用共享密钥将此值加密后送回AP以进行认证比对，如果正确无误，才能获准存取网络的资源。 40位WEP具有很好的互操作性，所有通过WiFi组织认证的产品都可以实现WEP互操作。现在的WEP也一般支持128位的密钥，提供更高等级的安全加密。 4 端口访问控制技术IEEE 802.1x和可扩展认证协议EAP该技术也是用于无线局域网的一种增强性网络安全解决方案。当无线工作站与无线访问点AP关联后，是否可以使用AP的服务要取决于IEEE 802.1x的认证结果。如果认证通过，则AP为无线工作站打开这个逻辑端口，否则不允许用户上网。IEEE 802.1x要求无线工作站安装IEEE 802.1x客户端软件，无线访问点要内嵌IEEE 802.1x认证代理，同时它还作为RADIUS客户端，将用户的认证信息转发给RADIUS服务器。5 VPN Over Wireless技术目前已广泛应用于局域网及远程接入等领域的VPNVirtual Private Networking，虚拟专网安全技术也可用于无线局域网，与IEEE 802.11b标准所采用的安全技术不同， VPN主要采用DES、3DES等技术来保障数据传输的安全。对于安全性要求更高的用户，将现有的VPN安全技术与IEEE 802.11b安全技术结合起来，这是目前较为理想的无线局域网的安全解决方案。6 IEEE 802.11i为了进一步加强无线网络的安全性和保证不同厂家之间无线安全技术的兼容，IEEE 802.11工作组开发作为新的安全标准的IEEE 802.11i，致力于从长远角度考虑解决IEEE 802.11无线局域网的安全问题。IEEE 802.11i标准主要包含加密技术TKIP Temporal Key Integrity Protocol和AESAdvanced Encryption Standard以及认证协议 IEEE 802.1x。WLAN应用中，对于家庭用户、公共场景安全性要求不高的用户，使用VLAN隔离、MAC地址过滤、服务区域认证IDESSID、密码访问控制和WiFi保护访问（WiFi Protected Access，WPA）可以满足其安全性需求。但对于公共场景中安全性要求较高的用户，WLAN仍然存在着安全隐患，需要将有线网络中的一些安全机制引进到WLAN中，在无线接入点AP实现复杂的IEEE 802.11i标准加密解密算法，通过无线接入控制器AC，利用PPPoE或者DHCP WEP认证方式对用户进行第二次合法认证，对用户的业务流实行实时监控。4. HomeRFHomeRF是专门为家庭用户设计的一种无线局域网技术标准，利用跳频扩频方式，既可以通过时分复用支持语音通信，又能通过CSMACA协议提供数据通信服务。HomeRF还提供了与TCPIP协议良好的集成，支持广播、多播和IP地址。目前，HomeRF标准工作在2.4GHz的频段上，跳频带宽为1MHz，最大传输速率为2Mbps，传输范围超过100m。美国联邦通信委员会FCC已经允许下一代HomeRF无线通信网络传送的最高速度提升到10Mbps。这个速度是目前该网络速度的5倍，将使HomeRF的带宽与IEEE 802.11b标准所能达到的11Mbps的带宽相差无几，并使HomeRF更加适合在无线网络上传输音乐和视频信息。美国联邦通信委员会还接受了HomeRF工作组的要求，将HomeRFSWAPShared Wireless Access Protocol，共享无线访问协议使用的2.4GHz频段中的跳频带宽增加到5MHz。5. IrDA技术IrDA是红外数据标准协会Infrared Data Association的简称，成立于1993年，是非营利性组织，致力于建立无线传播连接的国际标准，目前其来自全世界的160个会员中包括计算机与通信设备厂商、软件公司及电信公司机构。IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，软件和硬件技术比较成熟，主要优点是体积小、功率低，适合设备移动的需要； 传输速率高，可达16Mbps； 成本低，应用普遍。目前全世界95%的笔记本电脑安装了IrDA接口，最近市场上还出现了可以通过USB接口与PC相连接的USBIrDA设备。使用IrDA技术组建无线局域网被认为是一种很有发展潜力的领域。但是IrDA技术也有局限性。首先它是一种视线传输技术，两个具有IrDA端口的设备在传输数据时，中间不能有阻挡物。这对于两个设备不难实现，但对于多个设备组网通信，就必须彼此调整位置和角度传统的IrDA接收角度只有30，现在扩展到120。这是IrDA技术组网的致命弱点。其次，IrDA设备使用红外线LED器件作为核心部件，不十分耐用。如果经常用IrDA端口联网，可能不堪重负。6. 蓝牙技术蓝牙Bluetooth技术是一种近距离无线通信连接技术，用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间通信，具有连接稳定、无缝和低成本的优点。蓝牙技术将通信驱动软件固化在微型芯片上，可以方便地嵌入设备之中，使得它能够被广泛应用于日常生活中。蓝牙技术同样采用了跳频技术，但与其他工作在2.4GHz频段上的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其他系统都更稳定。蓝牙技术理想的连接范围为0.1~10m，但是通过增大发射功率可以将距离延长至100m。蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用5个时隙。蓝牙可以支持异步数据通道、多达3个同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。异步信道可以支持一端最大速率为721kbps而另一端速率为57.6kbps的不对称连接，也可以支持43.2kbps的对称连接。蓝牙技术面向的是移动设备间的小范围连接，本质上说，它是一种代替线缆的技术,可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合，适合用在手机、掌上型电脑等简易数据传递中。7. 某酒店会议中心无线局域网设计方案某酒店会议中心为四层楼，一楼为大厅，二至四层各有两个会议室和若干客房。构建一个能覆盖整个酒店的无线局域网络，系统结构如图312所示。
图312某酒店会议中心无线局域网结构图
3.2局域网扩展与网络互联3.2.1局域网扩展
扩展局域网常用的方法包括光纤扩展、中继器扩展和网桥扩展等。最简单的局域网扩展是光纤扩展，如图313所示，在外围计算机和局域网之间使用光纤和一对光纤收发器例如10100Mbps以太网光纤收发器。因为光纤的延迟短、带宽大，使得计算机能和远处的网络连接。当然，必须提供双向通信功能以使计算机能收发帧。实际使用中用一对光纤，使之能双向同时传送数据。光纤收发器的主要优点是能连接远处的局域网，而不改变原来的局域网和计算机。一般用它来把一幢大楼内的计算机连接到另一幢大楼内的局域网中。
图313使用光纤扩展
中继器是扩展共享介质本身的硬件设备。每个中继器连接两个网段。中继器能侦听一个网段的所有信号并转发到另外一个网段，反之亦然。中继器的缺点是既传播有效信号也传播电子干扰。网桥能连接几个局域网从而扩大局域网的规模。每个网桥连接两个网段，并能转发一个网段的帧到另外一个网段，反之亦然。网桥像计算机一样连到局域网上。网桥以混合模式侦听每个网段，这样可以保证网桥能收到每个穿越网段的帧。然后网桥发送帧副本到另外一个网段上。网桥系统可用铜缆、光纤、租用串行线路或租用卫星频道来连接近距离或远距离的局域网网段。网桥检查所收到每个帧的帧头中的物理地址。网桥用源地址来判断计算机连到哪个网段上，并用目标地址来判断是否要转发该帧。由于网桥在不需要时就不转发帧，所有桥接网允许各自网段中的计算机间的通信可以同时进行。因此，桥接局域网的性能要优于简单的共享型局域网。3.2.2局域网互联如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间并不能进行通信，这种互联并没有什么实际意义。因此通常在谈到互联时，是指这些相互连接的计算机是可以进行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或称为互联网络。将网络互联起来要使用一些中间设备或中间系统，称为中继relay系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下5种中继系统： 1 物理层第一层中继系统，即转发器repeater。2 数据链路层第二层中继系统，即网桥或桥接器bridge。3 网络层第三层中继系统，即路由器router。4 网桥和路由器的混合物桥路器brouter，兼有网桥和路由器的功能。5 在网络层以上的中继系统，即网关gateway。当中继系统是转发器时，一般不称之为网络互联，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而其仍然是一个网络。高层网关由于比较复杂，目前使用得较少。因此一般讨论网络互联时都是指用交换机和路由器进行互联的网络。1. 网桥网桥bridge工作在数据链路层的MAC子层，其基本功能是在不同局域网段之间转发帧。网桥从端口接收该接口所连接网段上的所有数据帧，每收到一个帧，就存在缓存区并进行差错效验。如果该帧没有出现传输错误而且目的站属于其他网段，则根据目的地址通过查找存有端口MAC地址映射的桥接表，找到对应的转发端口，将该帧从该端口上转发出去，如果该帧有错误则丢弃该帧。如果数据帧的源站和目的站在同一个网段内，网桥不进行转发。其工作原理如图314所示，网络初始化时，网桥接收来自网段1的数据帧对应接收端口为1，检查其源物理地址，并将此物理地址和对应的端口号写入工作表中，将目的站的物理地址广播到连接网段上，然后将响应者的物理地址和接收端口号写入桥接表中，工作一段时间后，网段上的所有站都和端口号形成了映射关系。桥接表建立好以后，网桥就根据表中对应关系判断数据帧是否需要转发。
图314网桥工作原理图
2. 二层交换机二层交换机是具备桥接功能的网络设备。可以这样理解： 它等同于网络交换机上堆叠了网桥，但是，转发速度要比网桥快很多。二层交换机是数据链路层的设备，它能够读取数据包中的MAC地址信息并根据MAC地址来进行交换。交换机内部有一个地址表，这个地址表标明了MAC地址和交换机端口的对应关系。当交换机从某个端口收到一个数据包，它首先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的，它再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口，如果表中有与该目的MAC地址对应的端口，则把数据包直接复制到这端口上，如果在表中找不到相应的端口，则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习到目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。由于二层交换机一般具有很宽的交换总线带宽，所以可以同时为很多端口进行数据交换。如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，而它的交换机总线带宽超过NM，那么这个交换机就可以实现线速交换。二层交换机对广播包是不做限制的，把广播包复制到所有端口上。二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASICApplication Specific Integrated Circuit芯片，因此转发速度可以做到非常快。3. 路由器路由器是在第三层的分组交换设备或网络层中继设备，路由器的基本功能是把数据IP报文传送到正确的网络，包括以下功能： IP数据报的寻径和传送； 子网隔离，抑制广播风暴； 维护路由表，并与其他路由器交换路由信息； IP数据报的差错处理及简单的拥塞控制； 实现对IP数据报的过滤和日志。对于不同规模的网络，路由器的侧重点有所不同。在主干网上，路由器的主要作用是路由选择。在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选择，同时负责下层网络之间的数据转发。在园区网内部，路由器的主要作用是子网间的报文转发和广播隔离。路由器每一接口连接一个子网，广播报文不能经过路由器广播出去，连接在路由器不同接口的子网属于不同子网，子网范围由路由器物理划分。4. 三层交换机与路由器的区别三层交换机也具有路由功能，能够执行传统路由器的大多数功能。虽然如此，三层交换机与路由器还是存在着相当大的本质区别。1 适用的环境不一样。三层交换机的路由功能通常比较简单，路由路径远没有路由器那么复杂。它主要用在局域网中子网间的连接，提供快速数据交换功能，满足局域网不同子网数据交换频繁的应用特点。而路由器则不同，它主要是为了满足不同类型的网络互联。虽然也适用于局域网子网之间的互联，但它的路由功能更多地体现在不同类型网络之间的互联上，如局域网与广域网之间的互联、不同协议的网络之间的互联如以太网和令牌环网的互联等。解决好各种复杂路由路径网络的互联就是路由器的最终目的，所以路由器的路由功能通常非常强大。为了与各种类型的网络互联，路由器的接口类型非常丰富，而三层交换机则一般仅有同类型的局域网接口，非常简单。2 性能体现不一样。路由器和三层交换机在数据包交换操作上存在着明显区别。路由器一般由基于微处理器的软件路由引擎执行数据包交换，而三层交换机通过硬件执行数据包交换。三层交换机在对第一个数据流进行路由后，它将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再次路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率。同时，三层交换机的路由查找是针对数据流的，它利用缓存技术，很容易利用ASIC技术来实现，因此，可以大大节约成本，并实现快速转发。而路由器的转发采用最长匹配的方式，实现复杂，通常使用软件来实现，转发效率较低。从整体性能上比较，三层交换机的数据包转发性能要远优于路由器，非常适用于数据交换频繁的局域网中。而路由器虽然路由功能非常强大，但它的数据包转发效率远低于三层交换机，更适合于数据交换不是很频繁的不同类型网络的互联。所以，如果把路由器，特别是高档路由器用于局域网中，则在相当大程度上是一种浪费就其强大的路由功能而言，而且还不能很好地满足局域网通信性能需求，影响子网间的正常通信。三层交换机具有以下优势：1 子网间传输带宽可任意分配。传统路由器每个接口连接一个子网，子网通过路由器进行传输的速率被接口的带宽所限制。而三层交换机则不同，它可以把多个端口定义成一个虚拟网VLAN，把多个端口组成的虚拟网作为虚拟网接口，该虚拟网内信息可通过组成虚拟网的端口送给三层交换机，由于端口数可任意指定，子网间传输带宽没有限制。2 合理配置信息资源。由于访问子网内资源速率和访问全局网子网外的跨网段网络中资源速率没有区别，子网设置单独服务器的意义不大，通过在全局网中设置服务器群不仅节省费用，更可以合理配置信息资源。 3 降低成本。通常的网络设计用交换机构成子网，用路由器进行子网间互联。目前采用三层交换机进行网络设计，既可以进行任意虚拟子网划分，又可以通过交换机三层路由功能完成子网间通信，为此节省了价格昂贵的路由器。4 交换机之间连接灵活。在计算机网络通信设备中，作为交换机，它们之间是不允许存在任何回路的，而作为路由器，又可以采用多条通路如主、备路由来提高网络的可靠性和平衡负载。为了解决这类矛盾，在三层交换机中，一方面采用生成树算法来阻塞造成回路的端口，在进行路由选择时，又能依然把阻塞的通路作为可以选择的路径来参与路由选择，从而极大地提高了交换机连接的灵活性。综上所述，三层交换机与路由器之间存在着非常大的本质区别。无论从哪方面来说，在局域网中进行多子网连接，最佳方案是选用三层交换机。在智能建筑的计算机网络设计中，通常用三层交换机来组建建筑内计算机网络，再用路由器与各种广域网相连。5. 网关网关工作在OSI参考模型的最高层应用层。从一个网络向另一个网络发送信息，必须经过网关。网关
图315网关工作原理
实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。如图315所示，有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为192.168.1.1~192.168.1.254，子网掩码为255.255.255.0； 网络B的IP地址范围为192.168.2.1~192.168.2.254，子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCPIP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机或集线器上，TCPIP协议也会根据子网掩码255.255.255.0判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。网络B向网络A转发数据包的过程也是如此。
6. 远程网络互联通过电信网可实现远程局域网互联，如图316所示。
图316远程局域网互联
3.2.3校园网、园区网设计1. 校园网的特点
校园网实际上是特大型建筑群的计算机网络系统，是大规模的局域网，其特点如下： 校园都是占地面积很大的建筑楼群，少则几座，多则几十座建筑分布在很大的区域内。从地域范围来论，校园网已经远远超出传统的局域网的范畴。所以说，校园网是一个大局域网。其次，校园网的站点数量非常大，可达上万个计算机终端，涉及的部门和人员众多，因此存在大量的子网。校园网负担着整个校园的所有数据通信业务，几乎涵盖了Internet所有的应用类型。因此，校园网应具有极高性能和带宽、面向应用的网络服务、极大的灵活性、极高的可靠性、高度可管理性和极强的安全性。综上所述，校园网一个高速的、大范围的、大规模的局域网。2. 校园网设计原则校园网是一个以IP应用为基础的多业务综合平台，在这一网络平台上集成的应用包括数据传输、数据库查询、Web应用、视频会议、视频点播和VoIP等多媒体应用。其应用的复杂性要求网络的规划设计和建设在总体上应该满足以下原则：1 先进性。采用国际先进并代表发展方向的技术和设备，满足目前及可预见的将来的业务需求。2 高可靠性可用性。作为承载学校内部多种业务的网络系统，要求具有极高的可靠性，同时也要求具有很高的可用性。需要充分考虑冗余、备份和负载均衡等技术的应用。3 开放性。系统必须具有良好的开放性，必须支持国际标准，能够实施网络内部及与其他外部网络系统的互联互通，资源共享。4 高安全性。应充分考虑到网络安全性，不仅要考虑来自网络外部的安全威胁，也要考虑网络内部的安全威胁。在采用安全策略的情况下，不应给网络带来瓶颈。5 可管理性和可维护性。网络系统具有可管理的工具和界面，网络管理工具应具有很全面的管理功能，能够方便地进行各种性能监测、数据分析、故障排除和日常维护。6 高性能及QoS。网络应具备足够的容量和处理性能，支持大容量的数据传输与交换。同时因应用的不同，如有时延敏感型应用VOD、VoIP、视频会议和非时延敏感型应用FTP等，网络必须能够对不同的应用提供不同的服务优先级，这种保证措施不仅要在带宽充裕的局域网上可以实施，而且要在带宽资源较少的广域网上也可以实施。7 可扩展性和可升级性。由于网络应用总是不断在增长的，必须保证网络具有很强的可扩展能力，包括带宽、容量和规模的扩展，网络的升级和扩展不应对现有业务造成影响，即必须保证升级扩展是平滑的。同时，网络的升级和扩展要能够保护现有投资。3. 万兆校园网解决方案万兆校园网结构如图317所示。
图317万兆校园网解决方案
该方案采用当今主流的层次化结构星形的网络拓扑。系统分为三层： 核心层、汇聚层和接入层。核心层是网络中心，主要是进行高速的数据交换和服务器组的高速接入。汇聚层的主要目的是进行高速的数据交换，同时还进行安全策略的实施。接入层用于用户终端的接入。网络结构采用完全的星形结构，即以主机房核心交换机为中心，各座建筑设备间的汇聚层交换机直接以光纤通路与核心交换机进行连接，各楼层的接入层交换机可通过光纤或UTP与汇聚层交换机相接，形成三级的星形网络结构。这种系统结构具有相当高的灵活性，当网络规模扩展时，不会影响原有网络的正常运行。核心层由两台万兆交换机组成，交换机之间由两条万兆线路连接，通过IEEE 802.3ad进行链路捆绑，从而把整个网络提升到万兆骨干，同时具有充分的扩展能力。汇聚层通过万兆线路分别连接到两台核心交换机上，然后采用千兆线路进行冗余备份,以防万兆线路万一失效，千兆线路立刻可以启用，达到100％的线路安全和可靠性。通过双核心技术，不但可以让设备进行冗余备份，而且可以进行中心数据通信负载均衡，从而让中心设备减轻负荷，保证核心层的稳定性和可靠性。同时，运用两台核心交换机通过IEEE 802.3ad进行链路聚合，达到了40Gbps带宽。核心层、汇聚层和接入层都需要采用三层交换机。对于稳定性和安全性要求特别高的场合，可以采用如图318所示的三层冗余结构,汇聚层和核心层交换机冗余配置，接入层、汇聚层和核心层交换机之间采用冗余链路连接。
图318以太网的三层冗余网络结构图
4. 以太网的全连接拓扑网络结构数据中心IDC或云数据中心容纳了数千至数十万台服务器主机，支持多种云计算应用，是当今息信社会的基础设施。主机一般采用所谓刀片式结构包括CPU、内存和磁盘存储的主机堆叠在机架上，每个机架一般堆放20~40台刀片。在机架顶部有一台交换机,又称机架顶部交换机Top of Rack，TOR，它们与机架上的主机互联，并与数据中心的其他交换机互联。数据中心网络需要支持外部客户与内部主机之间的高速数据流量，也要支持内部主机之间互联的高速数据流量，因此，对数据中心网络结构需要进行全新的思考。传统的分层结构体系存在不同机架内主机到主机流量受限的问题，一种解决方案是采用全连接拓扑网络结构，如图319所示。在这种方案中，每台第一层交换机都与所有第二层交换机相连，因此主机到主机的流量不会超过第一层交换机层次。图319所示的网络结构可以支持内部任意主机之间互联的1Gbps数据流量,网络主干为10Gbps以太网，机架交换机到主机终端速率为1Gbps。
图319以太网的全连接拓扑网络结构
5. 某大学校园网设计案例某大学的校园网始建于1999年，随着学校的扩展，网络业务种类和用户接入数量呈几何级数增长，原有校园网在带宽、稳定性、覆盖率、管理手段和业务提供上存在不足。新校区包括教学行政区和学生公寓的网络建设，新校区和两处老校区之间距离为8km，各校区需要通过校园网高速互联，实现统一的教学和办公系统。根据新校园网的整体需求，结合学校的发展，建立一个以先进的多层交换机与多条万兆以太网构成核心体系的高性能、高可靠的三校区互联网络成为校园网的整体目标。校园网系统方案如图320所示。
图320某大学校园网系统方案
核心设备采用两台万兆核心路由交换机ProCurve 9408sl和一台万兆核心路由交换机ProCurve 9308m。汇聚层设备采用3台万兆汇聚三层交换机ProCurve 3400cl； 9308m和3400cl通过万兆线路分别接到两台9408sl，然后采用千兆线路进行冗余备份。而中心的两台9408sl通过一条万兆线路和一条千兆线路互相连接，使用VRRP和生成树协议。其余汇聚交换机5308xl和2824采用冗余千兆线路接入到核心设备。接入交换机使用2626和2650，采用冗余千兆线路接入到汇聚交换机，实现百兆到桌面。采用ProCurve的IDM解决方案，实现中心控制，边缘交换机支持IEEE 802.1x或基于MAC地址、基于Web的用户认证。通过这种组网方案，保持全面的网络控制，并将控制和智能推至连接用户的网络边缘，使得网络基础设施架构将以网络为中心转变到以用户为中心成为可能。交换机提供智能化的边缘控制，如IEEE 802.1x接入认证，解决了全网用户的安全认证要求，能根据用户的特征由网络管理人员给予个性化的服务，实施针对用户的安全策略，而且不用考虑用户处在校园网中的哪个位置，接入到哪个交换机的端口上。对于教学机房的网络接入，可将非智能化的交换机接入到5308xl，5308xl每个端口支持并发的多个IEEE 802.1x用户认证。5308xl系列交换机中集成IPS入侵保护系统技术组件，具有病毒抑制功能，这种技术并不是依靠病毒特征码进行病毒的识别，它无须外置IPS模块，而是根据类似蠕虫病毒的特性来进行病毒的划分，识别可路由VLAN上的数据特性，可智能地进行病毒的抑制、阻断、防御。核心交换机具备高密度的万兆端口，汇聚交换机有万兆上联端口，交换机满配置也能实现线速转发，硬件实现ACL、QoS以及组播等功能； 核心、汇聚、接入都采用冗余连接，确保物理层、链路层、网络层运营稳定、可靠。
3.3宽带接入技术3.3.1接入网和接入技术
接入网是用来将本地的用户端数据设备通常就是计算机连接到公用电信网PSTN、DDN、PSPDN、帧中继网等的传输线路。类似于传统电话网的用户线路，如图321所示。从应用的角度理解，接入网是将用户主机连接到ISPInternet Service Provider，互联网服务提供商 ICPInternet Content Provider，互联网内容提供商的通信链路。
图321典型的电话用户接入网结构图
用户端数据设备只有接入公用电信网才能够与全球的用户进行信息传输交换，就好像一部电话机只有连接入PSTN才可能与全球的电话用户通信，否则只能是局部范围的内部通话。从计算机网络技术的角度看，接入网要解决的是网络间互联的一段传输介质信道问题，在这里的互联是指全球范围的互联，必须借用公用数据传输网而不是自行构建的专线，如图322所示。
图322接入网是网络间互联的一段传输介质
从应用的角度，接入网广义是指将LAN或单台计算机连接到各种广域网的传输线路，狭义是指将LAN或单台计算机连接到Internet的传输线路。国际电联ITUT定义接入网为公用数据传输网的本地交换机与用户端设备之间的实施系统。接入网可使用各种传输媒体如金属双绞线、光纤、同轴电缆、无线系统等，可支持不同的接入类型和业务。所谓的接入技术就是指各种接入网的构建技术。其中又有宽带接入技术之说。楼宇智能化工程中常用的接入技术如表37所示。
表37常用的接入技术应用特性
连接类型传 输 速 率使 用 价 格特 性 描 述PSTN最高为45kbps最便宜使用电话线通过调制解调器拨号连接ISDN基本速率BRI： 128 kbps,群速率PRI： 2MbpsBRI比ADSL贵，比帧中继便宜使用电话线通过ISDN终端适配器拨号连接，拨号后始终处于连接状态。同时提供语音和数据的可靠数字通信。是一种临时性连接，按需使用带宽，按时、按实际使用带宽付费
续表
连接类型传 输 速 率使 用 价 格特 性 描 述
ADSL下行： 1.544~8.448Mbps,
上行： 640kbps~1.544Mbps便宜使用电话线通过ADSL调制解调器拨号连接。始终处于连接状态。语音和数据可以通过同一根线路同时传输，只能在有限的地方离ISP约5km距离内获得接入服务。上行速率慢，不适合上传密集型任务，传输速率不能得到保证CE164kbps较便宜是CE1的单个信道。CE1就是把E12M的传输分成30个64kbps的时隙，一般写成N64DDN2.048Mbps是ADSL的10~20倍，比ISDN贵，比帧中继便宜在用户端使用信道服务设备CSU数据服务设备DSU通过铜缆或光缆与ISP线路连接，是专用的数字电路，通过点对点连接提供高速数据、语音、音频、视频通信。可获得保证的带宽比ADSL贵的原因帧中继56kbps~44.736Mbps较贵使用帧中继访问设备FRAD，通过T1线路动态连接。是比较新的快速分组技术，是X.25技术的变体和改良，是最流行的WAN技术之一。实现使用永久虚拟线路PVC或交换型虚拟线路SVC提供始终在线的连接。可获得保证的带宽，并在信息突发burst超过租用带宽时，不需承担额外的费用光纤25.6Mbps~2.46Gbps昂贵使用ATM交换机，通过租用线路与ISP的ATM交换机进行信元交换。点对点通信，支持使用SVC高速传输语音和视频、图像等多媒体信息，是最完美的WAN技术。网络上所有的硬件都必须支持ATM，造价昂贵以太网接入10Mbps~10Gbps较贵使用网络交换机，通过租用线路与ISP相连，有时使用协议转换器。依照用户需要可提供不同的带宽，以满足多种需要。网络设备的额外投资不太大，线路费用稍高
3.3.2宽带接入技术当前的网络技术飞速发展，电信公用数据传输网已经是光纤的高速网，核心网通道带宽达到百Gbps,节点交换机或路由器吞吐量达几十Gbps。LAN的带宽主干达到几十Gbps，到端点可达到100~1000Mbps。但是，接入网的带宽相比之下就过低了，比如，家庭计算机用调制解调器上网速率只有56kbps。因此，接入网已成为网络的瓶颈。宽带接入的目标就是为了突破这个瓶颈，实现用户接入网的数字化、宽带化，提高用户上网速度。从业务需求来看，单一业务越来越少，语音、数据、图像等综合的多媒体业务需求在增长。宽带接入网按传输介质不同可分为铜线接入技术xDSL、光纤接入网技术FTTx、无线接入技术、光纤同轴混合接入网技术。3.3.3铜线接入技术铜线接入技术即数字用户线Digital Subscriber Line, DSL技术。它以普通电话线和3类／5类线等铜质双绞线作为传输媒质。由于它采用了全新的数字调制解调技术，所以传输速率比采用音频调制技术、电话拨号的方式快得多。DSL技术有一个庞大的家族，统称xDSL，主要有HDSL、SDSL、ADSL等,其技术特性如表38所示。这些方案都是通过一对调制解调器来实现的，其中一个调制解调器放置在电信局，另一个调制解调器放置在用户侧。它们主要的区别就是体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速率和下行速率对称性的不同这两个方面。
表38xDSL技术特性比较
DSL类别下行速率上行速率可 用 距 离应 用 范 围双绞线数量语音数据分离器HDSL2Mbps2Mbps最大5km，增加中继设备可达12km蜂窝通信，T1E1连接2无HDSL22Mbps2Mbps最大5km类似HDSL，互联网接入，远程视频会议，网间连接1无ADSL最大8Mbps最大768kbps最高速度下最大距离3.6km互联网接入,远程视频会议,交互多媒体，视频点播，网间连接1有RADSL最大8Mbps最大768kbps最大6km 互联网接入,远程视频会议,交互多媒体，视频点播，网间连接1有IDSL最大2Mbps最大2Mbps最大5km互联网接入,远程视频会议,交互多媒体，视频点播，网间连接1有SDSL768kbps768kbps最大4km互联网接入,远程视频会议,交互多媒体，视频点播，网间连接1有VDSL132652Mbps613Mbps最大1.5km互联网接入、远程视频会议、交互多媒体、视频点播、网间连接、HDTV高清电视传送1有
3.3.4光纤接入网技术光纤接入网FTTx是指用光纤作为主要传输介质来实现信息传输的接入网。它具有可用带宽宽、传输质量高、传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠性高、节约管道资源等优点。光纤接入网从技术上可分为两大类： 有源光网络Active Optical Network, AON和无源光网络Passive Optical Network, PON。FTTx技术代表FTTBFiber To The Building,光纤到大楼、FTTHFiber To The Home,光纤到户、FTTCFiber To The Curb,光纤到配线盒路边等。除了FTTH外，其他方式都需通过铜芯线作接入转换，组成混合接入网络。1. 有源光网络有源光网络AON比无源光网络PON容易实现，AON的传输距离和容量均大于PON，传输带宽易于扩展。图323是用AON实现智能建筑计算机网络高速接入的原理图。AON的缺点是需要进行光电、电光转换，要使用专门的场地和机房，远端供电问题不易解决，日常维护工作量较大。AON包括基于ATM、SDH、PDH和LAN的有源光网络，目前AON主要采用SDH环形网络结构和ATM技术，因而具有环形网络结构的自愈功能。ATM信元在SDH环形网络中传输，其带宽由环形网络上的所有节点所共享。针对接入网中用户数量多、带宽需求不确定等情况，AON能够根据环形网络上各节点所需的业务质量级别QoS和需要传输的实际业务量，动态地按需分配带宽到各节点和各用户，所以AON既能够适应高QoS业务的传输，也能够适应突发性业务的传输。
图323FTTB智能建筑计算机网络高速接入
2. 无源光网络无源光网络PON不需要在外部站点安装有源电子设备，如图324所示。PON由局端的OLTOptical Line Terminal，光线路终端、用户端的ONTONUOptical Network TerminalOptical Network Unit，光网络终端光网络单元、连接前两种设备的光纤和无源分光器splitter组成的ODNOptical Distribution Network，光分配网络以及网管系统组成。PON的无源是指ODN全部由分光器等无源器件组成，不含有任何电子器件及电源。PON包括ATMPONAPON，即基于ATM的无源光网络和EthernetPONEPON，即基于以太网的无源光网络两种。
图324无源光网络PON的组成结构
3. EPON以太网无源光网络EPON的结构如图325所示。局端OLT与用户ONTONU之间仅有光纤、分光器等光无源器件，无须租用机房，无须配备电源，无须有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本。
图325EPON以太网无源光网络结构
EPON采用单纤波分复用技术下行1490nm，上行1310nm，仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20km。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低成本压力。每个节点可提供1~1000Mbps的接入带宽，真正实现千兆到桌面的带宽接入。TDM数据语音业务和IP数据采用IEEE 802.3以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。通过扩展第三个波长通常为1550nm即可实现视频业务广播传输。4. GPON千兆无源光网络GPONGigabit PON是最新一代宽带无源光综合接入标准，对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达2.5Gbps，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场如数字广播业务、VOD、IPTV、文件下载等。GPON的传输机制和EPON完全相同，都是采用单纤双向传输机制，在同一根光纤上,使用WDM技术，用不同波长传输上下行数据，实现信号的双向传输。一根光纤可以被中心站20km范围内的所有用户共享，典型的支持速率是上行1.244 16Gbps、下行2.488 32Gbps。在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务Ethernet业务，包括IP业务和MPEG视频流、PSTN业务POTS，ISDN业务、专用线T1、E1、DS3、E3和ATM业务和视频业务数字视频。GPON中的多业务映射到ATM信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。GPON承载有QoS保证的多业务和强大的OAM能力等优势很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的，从而使得相关设备成本较高。GPON比EPON带宽更大，它的业务承载更高效，分光能力更强，可以传输更大带宽的业务，实现更多用户接入，更注重多业务和QoS保证，但实现更复杂，这也导致其成本相对EPON较高。随着GPON技术的大规模部署,GPON和EPON成本差异在逐步缩小。光纤接入是接入网的发展方向，当前应用中，FTTB已经成为智能建筑计算机网高速接入的主流。FTTH是家庭用户网今后发展的必然方向。3.3.5以太网接入以太网接入是指将以太网技术与综合布线相结合，作为公用电信网的接入网，直接向用户提供基于IP的多种业务的传送通道。以太网技术的实质是一种两层的介质访问控制技术，可以在UTP铜缆光纤上传送，是LAN的技术推广至城域网的结果，也可以与其他接入介质相结合，形成多种宽带接入技术。以太网与电话铜缆上的VDSL相结合，形成EoVDSL技术； 与无源光网络相结合，产生EPON技术； 在无线环境中，发展为WLAN技术。3.3.6无线接入只要在交换节点到用户终端部分地或全部地采用了无线传输方式，就称为无线接入。有两种应用方式： 固定无线接入方式和移动无线接入方式。固定无线接入方式是指固定用户以无线的方式接入到固定电信网的交换机，又称为无线本地环路（WLL）。移动无线接入方式是指移动的用户以无线的方式接入到固定电信网的交换机。无线接入可以理解为公用数据网应用WLAN技术，将服务区覆盖到本地固定用户,如图326所示。无线接入不是在现有的移动通信网平台上，而是应用WLAN技术，构建的是一个高速无线数据传输网，传输速率达到54Mbps,将来会达到300Mbps的速率。无线接入技术是继FTTH之后又一个值得期待的接入技术，由于它无须布线，又支持移动计算，因此有巨大的应用前景。
图326无线网高速接入
3.4建筑内的Intranet3.4.1Internet网络技术
从一般的意义而言，Internet这个词可指由多个不同的网络通过网络互联设备连接而成的大网络，人们常把这类网络称为网际网。本书所讨论的Internet是指开始在美国建立，现在已连接到世界各国的一个特定的大网络，尽管它也是一种网际网，但人们都称之为Internet因特网，从而Internet成了这个特定网际网的名字。1. Internet的概念从网络的角度，Internet就是一个分布式的全球性的计算机网络，如图327所示。这个网络的互联基础就是TCPIP，各个子网有一个唯一的地址IP地址，相互之间通过路由器连接，数据的传输和交换都是在IP数据包中遵守TCP协议进行的。
图327Internet是一个分布式的全球性的计算机网络
图327中的主机A可能是在中国大学的一台计算机，主机B可能是在英国大学的一台计算机，它们都接入Internet，相互之间就可以进行数据通信。如果仅此而已，则Internet好似国际电话网，主机A和主机B好似两部电话机一般，Internet可以为两台计算机提供通信信道。实际上，Internet的作用远不是这些，它的价值不在于为两台计算机提供通信信道，而是开创了所谓信息服务的时代。所以，我们在理解Internet的时候必须换一个角度。从信息服务功能角度来看，Internet是这样的一个信息系统及平台： Internet是由许多提供各类服务的主机服务器所组成的集合，用户向它们提出请求访问，它们就会响应请求而提供服务，这一切对用户而言是透明的，如图328所示。
图328Internet是信息系统及平台
所谓的透明，是指用户在向某个主机提出服务请求时，并不关心该主机在何地，它是如何连接到Internet的，它的硬件是什么，它运行何种NOS等等，只需要知道该主机的IP地址或域名。Internet用CS和BS方式来提供信息服务，向所有用户提供标准的请求响应。只要一台主机愿意提供某种服务，在遵守这一规则的前提下，就可以融入Internet的信息系统中，所以，Internet也为所有用户提供了一个信息服务的平台。Internet所提供的信息服务绝大多数是免费的，只要支付一定数量的通信费用，用户就可以获得巨大的信息。这是Internet成功的根本保证。Internet是由分散在世界各国的大量网络互联而成的网络集合，这些网络的规模各异，有各国的国家级网络，有各部门的专业网络、校园网、企业网等，它们归属于不同的组织和部门，由各单位和部门负责使用和管理。因此，严格意义上，Internet是一个松散的大集体，没有统一的管理机构。这也是Internet取得成功的重要原因。经过二十多年的发展，Internet获得了巨大的成功。Internet是目前世界上规模最大、用户最多、资源最丰富的网络互联系统，是全球信息高速公路的雏形和未来信息社会的蓝图。2. Internet提供的主要服务当前的Internet所能提供服务实在是太多了，并且，每一时刻都有新的服务出现。这里只能介绍一些常见服务类型，目的是帮助读者进一步理解Internet的技术内涵。Internet的资源涉及人们从事的各个领域、行业以及社会公共服务等方面，包括自然科学、社会科学、技术科学、农业、气象、医学、军事等。Internet的信息资源是分布在整个网络中的，没有统一的组织和管理，也没有统一的目录。但对于用户来说，Internet提供了以下一些基本信息服务。1 远程登录服务Telnet 远程登录remote login是Internet提供的最基本的信息服务之一。Internet用户的远程登录是在网络通信协议Telnet的支持下，使自己的计算机暂时成为远程计算机仿真终端的过程。要在远程计算机上登录，首先应给出远程计算机的域名或IP地址。登录成功的用户可以实时使用远程计算机对外开放的功能和资源。许多大学图书馆都通过Telnet对外提供联机检索服务，一些政府部门、研究机构也将它们的数据库对外开放，便于用户通过Telnet进行查询。2 文件传输服务FTP FTP与Telnet类似，也是一种实时的联机服务。在进行工作时，用户首先要登录到对方的计算机上，登录后用户只能进行与文件搜索和文件传送等有关的操作。使用FTP几乎可以传送任何类型的文件，如文本文件、二进制文件、图像文件、声音文件、数据压缩文件等。3 电子邮件服务Email电子邮件是Internet上使用最广泛、最受欢迎的服务之一。它是网络用户之间进行快速、简便、可靠且低成本联络的现代通信手段。电子邮件使网络用户能够发送或接收文字、图像和语音等多种形式的信息。4 网上浏览服务万维网服务WWW网上浏览服务通常是指WWWWorld Wide Web服务，它是Internet信息服务的核心，也是目前Internet上使用最广泛的信息服务。WWW是一种基于超文本文件的交互式多媒体信息检索工具。WWW服务采用BS浏览器服务器工作模式，由WWW客户端软件浏览器、Web服务器和WWW协议组成。WWW的信息资源以页面也称网页、Web页的形式存储在Web服务器中，用户通过客户端的浏览器向Web服务器通常也称为WWW站点或Web站点发出请求，服务器将用户请求的网页返回给客户端，浏览器接收到网页后对其进行解释，最终将一个文字、图片、声音、动画、影视并茂的画面呈现给用户。5 搜索引擎服务搜索引擎是目前最好的信息查询服务，它帮助用户利用某些关键词在Internet上查找自己所需要的资料。在搜索引擎出现以前，常见的信息查询工具有Archie、WAIS、Gopher和WWW等。常见的搜索引擎网站有www.baidu.com, www.google.com等。除了上述服务外，Internet上还提供诸如新闻组Usenet、电子公告板BBS、网上聊天、网上寻呼、网络会议、网上购物、网上教学和娱乐等功能。这些功能很多都可以通过网络应用软件来实现，例如，Microsoft Chat可以实现网上聊天； Internet Explorer可以实现网上购物； Microsoft NetMeeting可以实现网络会议； Microsoft NetShow可以实现网上教学和娱乐功能等。3.4.2Intranet网络技术1. Intranet的概念与模型
Intranet又称为企业内部网，是Internet技术在企业LAN或WAN上的应用。它的基本思想是： 在内部网络上采用TCP／IP作为通信协议，利用Internet的Web模型作为标准平台，同时建立防火墙把内部网和Internet隔开。当然，Intranet并非一定要和Internet连接在一起，它完全可以自成一体为一个独立的网络。Intranet基于Internet的Web模型，这一模型称为B／S模型Browser／Server,浏览器／服务器模型。Web平台是一种先进的计算平台。Web的BS计算模式是一种三层结构的CS计算,它把传统CS模型中的服务器分解为一个应用服务器Web服务器和一个或多个数据服务器。在服务器端集中了所有应用逻辑。所有的开发与维护工作都可集中在服务器端。在客户机上通过直观、易于使用的浏览器来从Web服务器上获取信息。Web服务器通过HTTP建立了内部页面和各相关后端数据库的超文本链接,所以最终可以用浏览器查询所有网络服务器上的信息。2. Intranet的系统结构Intranet的一般系统结构如图329所示。如果Intranet只是一个单纯的企业LAN，就不需要和Internet连接起来，建立这样的Intranet相对简单，只需配置Intranet服务器，并在工作站上安装Intranet客户端软件即可。如果Intranet需要和Internet连接，为了保证Intranet的安全，需要在Intranet内部数据区与外部Internet之间构筑一道防火墙，Intranet主机可以拥有IP地址以便外部Internet访问。和Internet相连的Intranet一般都有一个Internet服务器作为公共Web服务器和Email服务器。Web服务器可作为企业Intranet对外发布信息的窗口，允许任何Internet用户自由地访问。Intranet服务器包括一个内部Web服务器和一个或多个数据库服务器。
图329Intranet的一般系统结构
3. Intranet的特点与过去的企业网相比较，Intranet虽然还是企业内部的局域网或多个局域网局部相连的广域网，但它与传统局域网CS客户机服务器模式又有不同。简单地说，在网络拓扑结构上采用传统的构网理论，但在技术上，以Internet协议和Web技术为基础。可实现任意的点对点通信。而且依赖Web服务和其他Internet网络服务完成以往无法实现的功能。Intranet具有以下特点：（1） Intranet归企业的内部使用，因此对用户有严格的权限控制，并设置防火墙等安全机制。外部用户只能访问企业的Web站点，未经授权无法进入Intranet获取企业其他内部资源。（2） Intranet的动态页面能实时反映数据库的内容，用户可以查询数据，还可以增加、修改和删除数据库的数据。（3） 采用TCPIP作为网络的传输协议。基于TCPIP协议，它可以跨越当前几乎所有的平台。任何平台上只要安装一个浏览器，就可以访问Web服务器。用HTML、Java开发的应用系统可以简单地移植到任何平台上。克服了传统企业的网络因平台的不同而必须改变已开发的应用系统的缺点。4. Intranet的功能Intranet除了能提供Internet上提供的基本服务例如Email、WWW、FTP等外，Intranet最重要的特点是网络安全功能和企业多种应用信息系统的功能。Intranet的服务类型可分为基本服务、可选服务和特殊服务。Intranet提供的基本服务包括DNS、Email和WWW服务； 提供的可选服务包括FTP、Telnet等，用于网络文件的传输、网络的远程管理操作； 某些企业构建的Intranet还提供一些为本企业服务的特殊服务，如数据库、事务处理、CIS、CAD、视频会议、网络电话、网络Fax、远程教育等。5. Intranet安全管理企业内部网在经过几年的发展后，逐渐从封闭走向开放，各单位纷纷加入Intranet。为保护内部网络的安全性，在规划网络时，应统一考虑和建立网络安全措施。与Internet相比，Intranet网络的最大优势也是其安全性。网络安全措施可分为加密技术和防火墙技术。加密技术对于网络中传输的数据进行加密处理，在达到目的地址后，解密还原为原始数据，以此防止非法用户对信息的截取和盗用。防火墙技术通过对网络的隔离和限制访问的方法来控制网络的访问权限，从而保护网络资源。防火墙技术是一种访问控制技术，它用于加强两个或多个网络间的边界防卫能力。其工作方法是： 在公共网络和专用网络之间设立隔离墙，在此检查进出专用网络的信息是否被允许通过，或用户的服务请求是否被允许，从而防止对信息资源的非法访问和非法用户的进入，它属于一种被动型防卫技术。由于防火墙只能对跨越网络边界的信息进行监测、控制，而对网络内部人员的攻击不具备防范能力，因此单纯依靠防火墙保护网络的安全性是不够的，还必须与其他安全措施综合使用，才能达到目的。3.4.3Web服务器Web是传送文档，包括文件、图形甚至是语音和视频图像给远程访问者的平台。Web采用BS模式进行信息的传输： 客户Web浏览器通过HTTP协议将特定的URLUniform Resource Location,统一资源定位符发送到Web服务器来请求页面，Web服务器使用URL中的信息来定位和返回页面内容。与传统的CS模式不同的是,这里Web服务器不需要保留与客户端浏览器连接的信息，当客户通过HTTP协议连接到Web服务器并提出文档请求，Web服务器响应请求，将文档提交给客户便立即关闭连接。Web服务器中除提供它自身的独特信息服务之外，还指引着存放在其他服务器上的信息，而那些服务器又指引着更多的服务器。这样，全球范围的信息服务器互相指引而形成信息网络。这也是将其称之为World Wide Web的原因。Web服务器应能支持和响应多种请求。从Web服务器返回的页面可以是3种类型： 静态HTML页面、动态HTML页面或目录列表页面。1. 基于Web的信息管理模式当前流行的企业信息管理模式是一种分布式的基于Web的管理模式，如图330所示。在这种信息管理模式下，企业中可有多台Web服务器和数据库服务器，用户可在浏览器上通过Web服务器实现对各数据库的访问。其中客户机端只需要安装相应的浏览器软件，而Web服务器上需要开发对各数据库的访问接口。
图330基于Web的管理模式
与传统的CS方案相比，基于Web的信息系统可以给应用开发者和管理者带来以下好处： 用户只需在一种界面上浏览器就可访问所有类型的信息，而不用操作多种多样的、经常不相容的传统应用和数据库界面。同时具有传统的CS系统的可用性和灵活性，用户访问权力和限制的集中管理，使得基于Web的BS应用更易于扩充，更易于管理。现在，XML Web Services已经使应用程序服务器和Web服务器的界线混淆了。通过传送一个XML有效载荷payload给服务器，Web服务器现在可以处理数据和响应response的能力与以前的应用程序服务器同样多了。2. 组建Web服务器平台虽然从客户端的浏览器来看，所有的Web服务器都是透明的,但是Web服务器平台实际上是有多种构建方案和选择的。BS方式将开发工作全部转移到Web服务器端，因此，在组建Web服务器平台时的就应考虑开发环境及工具。1 操作系统任何Web服务器都是运行在网络操作系统上的，如图331所示。实际上Web服务器就是网络操作系统的一个应用。相类似的还有数据库服务等。
图331Web服务器建在网络操作系统之上
目前，网络操作系统可分为两大类： UNIX系统和Windows系统。对应这两大类操作系统，Web的开发平台构架分别是J2EE和ASP.NET。运行在Windows操作系统上的Web服务器主要是IIS，IIS是Internet Information Services的缩写，是Microsoft公司的Web服务器，Gopher服务器和FTP服务器全部包容在里面。Apache是世界使用排名第一的Web服务器软件。它可以运行在几乎所有广泛使用的计算机平台上，由于其跨平台和安全性而被广泛使用，是最流行的Web服务器端软件之一。Nginx是一款轻量级的Web服务器反向代理服务器及电子邮件IMAPPOP3代理服务器，其特点是占用内存少，并发能力强。2 ASP.NET开发平台ASP.NET的前身是ASP技术，ASPActive Server Pages是早先Windows系统上开发Web应用的技术。ASP.NET不能只被看作是ASP的下一个版本，它是一种建立在通用语言上的优秀程序架构，而且可以运行于多种平台的Web服务器之上。ASP .NET在2.0版时功能已大致确定，成为Web应用程序的基础架构，Microsoft公司开始在ASP.NET 2.0上开发扩充的功能，包括AJAX的支持、MVC架构的支持以及更容易开发出数据库应用的架构。目前的ASP.NET 4.0版与Visual Studio 2010一起发布,配合.NET Framework 4.0让Web应用程序具有如并行运算库parallel library等新功能。因为ASP.NET是基于通用语言的编译运行的程序，其实现完全依赖于虚拟机，所以它拥有跨平台性，ASP.NET构建的应用程序可以运行在几乎全部的平台上。ASP.NET开发的首选语言是C#及VB.NET，同时也支持多种语言的开发，例如JavaJ#、Python、JScript等。IIS是Microsoft公司的Web服务器，包含了对ASP.NET、JSP和PHP的支持。ADO.NET是一种能够让用户采用SQL语言与数据库进行交互的编程模型。是一组用于和数据源进行交互的面向对象类库。通常情况下,数据源是数据库，但它同样也可以是文本文件、Excel表格或者XML文件。Windows系统上的ASP.NET开发平台如图332所示。
图332Windows系统上的ASP.NET开发平台
3 J2EE开发平台J2EEJava 2 Platform Enterprise Edition是建立在Java 2平台上的企业级应用的解决方案。Java本身的跨平台性使得J2EE有许多优点，例如编写一次、随处运行的特性、方便存取数据库的JDBC API、CORBA技术以及能够在Internet应用中保护数据的安全模式等，同时还提供了对EJBEnterprise JavaBeans、Java Servlets API、JSPJava Server Pages以及XML技术的全面支持。其最终目标是成为一个支持企业级应用开发的体系结构，简化企业解决方案的开发、部署和管理等复杂问题。J2EE Web Services开发模型如图333所示。
图333J2EE Web Services开发模型
3.4.4建立楼宇内的Intranet网建立智能楼宇的Intranet网，实质就是在智能楼宇内的计算机局域网络环境下构建BS方式的运行和开发平台。在实现Intranet方案时，要考虑到系统的可靠性、安全性和扩展性。客户端的方案首选是Windows IE，也可以采用Linux Netscape。对Web服务器端，目前的技术提供了多个可选方案，但是，根据所采用的主机操作系统大致可分为三类： 低端的Linux架构、性价比优良的Windows 20xx Server架构和高端的UNIX架构。1. Linux架构Linux是免费的操作系统，在其上构建Web服务器平台是廉价的解决方案。在Linux系统下，Apache是最好、最普及的Web服务器，后台数据库可根据实际情况选择Oracle、Sybase、DB2或Informax、MySQL等。图334所示的是一种Linux架构解决方案Linux Apache Tomcat MySQL，该方案支持JSP技术。
图334一种Linux架构解决方案： Linux Apache Tomcat MySQL
Apache和Tomcat都可以作为独立的Web服务器来用，Apache功能强大、高效，但并不能支持JSP及Servlet。Tomcat能支持JSP，但是当处理静态页面时Tomcat不如Apache迅速,又不如Apache一样强壮。基于以上原因，使用一个Apache作为Web服务器，为网站的静态页面请求提供服务。使用Tomcat服务器作为一个ServletJSP插件，显示网站的动态页面。Apache Tomcat结构具有更好的可扩展性和安全性。2. Windows 20 Server架构这是当前应用最广泛的Intranet方案架构： Windows 20 Server IIS SQL Server ASP.NET，如图335所示。实际上，Windows 20 Server已经将一整套的Web服务器应用集成到操作系统中,其中就包括了服务功能强大的Web服务器IISInternet Information Server。
图335Intranet的Windows 20 Server构架方案
3. UNIX构架对于大型企业而言，选用UNIX系统构建Intranet更为合适。UNIX本身具备丰富的网络功能，易于配置成为企业内部的Web服务器，利用客户端的浏览器软件就可实现WWW的各项功能。同时UNIX良好的稳定性和安全性对企业网也是至关重要的。Apache仍然是UNIX系统下最好的Web服务器之一，对于支持J2EE的Web服务器，大型的企业级网站可采用IBM WebSphere Application Server、BEA Weblogic Application Server和SUN iPlanet Enterprise Web Server等作为Web服务器。图336是UNIX架构的一种方案： UNIX Apache WebSphere J2SDK Oracle。
图336UNIX构架的一种方案
4. InternetIntranet的互联图337是一个InternetIntranet互联方案。Intranet到Internet的连接之间应设置防火墙进行安全控制。同时根据不同服务器的安全级别不同，把它们安装在不同的位置。其中的对外Web服务器和DNSEmail服务器安装在DMZ区防火墙的中立区，网管工作站等安装在网络内部。所有对数据库的访问都必须经过二级防火墙，确保数据库服务器的安全。使用一台路由器通过宽带接入Internet。
图337一个InternetIntranet互联方案
一级防火墙为隔离Internet与Intranet的第一道屏障。DMZ是英文Demilitarized Zone的缩写，中文名称为隔离区，也称非军事化区。它是为了解决安装防火墙后外部网络不能访问内部网络服务器的问题而设立的一个非安全系统与安全系统之间的缓冲区，这个缓冲区位于企业内部网络和外部网络之间的小网络区域内，在这个小网络区域内可以放置一些必须公开的服务器设施，如企业Web服务器、FTP服务器和论坛等。另一方面，通过这样一个DMZ区域，更加有效地保护了内部网络，对攻击者来说，因为这种网络部署比一般的防火墙方案又多了一道关卡。二级防火墙是网络的第二道安全防线,在一级防火墙被攻破时，它还可以保护中心数据库的安全不受影响。而Intranet内部对于Internet的访问由代理服务器控制。对于系统可靠性要求很高的场合，建议在系统中再配置一台冷备份服务器。这台服务器中同时存有数据库系统和Web系统的备份。此服务器定期从数据库服务器和Web服务器上备份新的资料与数据。平时这台服务器处于关机状态，使它完全没有被攻击的可能。当第二道防火墙被攻破，数据库系统也被破坏时，可以用这台服务器及时恢复数据库服务器和Web服务器中的内容。冷备份服务器是本系统最后的保障。3.5网络的管理与安全运行一个安全的计算机网络应该具有可靠性、可用性、完整性、保密性和真实性等特点。不仅要保护计算机网络设备安全和计算机网络系统安全，还要保护数据安全等。因此针对计算机网络本身可能存在的安全问题，必须实施网络安全保护方案以确保计算机网络自身的安全性。1. 网络安全隐患计算机网络面临的安全威胁大体可分为两种： 一是对网络本身的威胁，包括对网络设备和网络软件系统平台的威胁； 二是对网络中信息的威胁，其中包括对网络中数据的威胁，还包括对处理这些数据的信息系统及应用软件的威胁。对网络安全的威胁主要来自人为的管理失误、恶意攻击、网络软件系统的漏洞和后门。1 技术性缺陷导致的安全隐患。计算机网络中总会存在一些安全缺陷，如路由器配置错误、保留匿名FTP服务、开放Telnet访问及口令文件缺乏安全保护等。技术性的网络安全隐患主要表现在3个方面： 一是以传统宏病毒、蠕虫等为代表的入侵性病毒传播； 二是以间谍软件spyware、广告软件adware、网络钓鱼软件phishing、木马程序trojan为代表的恶意代码威胁； 三是以黑客为首的有目标的专门攻击或无目标的随意攻击为代表的网络侵害。2 安全管理漏洞导致的安全隐患。除技术性缺陷外，发生最频繁的网络安全威胁实际上来自安全管理漏洞,只有把安全管理制度与安全管理技术手段相结合，整个网络系统的安全性才有保证。网络攻击经常能够得逞，主要有以下几个方面的原因： 一是现有的网络系统具有内在的安全脆弱性； 二是管理者思想麻痹，对网络入侵造成的严重后果重视不够，舍不得投入必要的人力、财力、物力来加强网络的安全； 三是没有采取正确的安全策略和安全机制。2. 网络安全应对方法网络的安全策略应是针对各种不同的威胁和脆弱性提出的全方位解决方案，这样才能确保网络和信息的机密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性。计算机网络的安全策略可以分为物理安全策略、访问控制策略、攻击防范策略、加密认证策略和安全管理策略等。1 物理安全策略。其目的是保护计算机网络通信系统和网络服务器等硬件基础设施免受自然灾害、人为破坏和搭线攻击，确保网络系统有良好的工作环境。抑制和防止电磁泄露是物理安全策略要解决的一个主要问题。2 访问控制策略。是网络安全防范和保护的核心策略之一，其任务是保证网络资源不被非法使用和非法访问。访问控制策略包括入网访问控制策略、操作权限控制策略、目录安全控制策略、属性安全控制策略、网络服务器安全控制策略、网络监测和锁定控制策略以及防火墙控制策略。3 攻击防范策略。是为了对来自外部网络的攻击进行积极的防御。积极防御有两种情况： 及时发现外部对网络的攻击并且进行抵御； 努力寻找网络自身的安全漏洞进行弥补。4 加密认证策略。信息加密是保障网络安全的有效策略之一。一个加密的网络不但可以防止非授权用户的搭线窃听和入网，而且也是对付恶意软件的有效方法之一。网络加密常用的方法有链路加密、端到端加密和节点加密3种。链路加密的目的是保护链路两端网络设备间的通信安全，节点加密的目的是对源节点计算机到目的节点计算机之间的信息传输提供保护，端到端加密的目的是对源端用户到目的端用户的应用系统通信提供保护。用户可以根据需求酌情选择上述加密方式。5 安全管理策略。在网络安全中，除了诸如访问控制、攻击防范、加密认证等技术措施之外，加强网络的安全管理，制定有关规章制度，对于确保网络安全、可靠地运行将起到十分有效的作用。从安全技术保障手段上来讲，应当采用先进的网络安全技术、工具、手段和产品，同时采取先进的备份手段。这样，一旦防护手段失效时，可以迅速进行系统和数据的恢复。3.5.1网络管理网络管理就是对网络进行规划、配置、监视及控制，以便更好地利用网络资源,确保网络高效、可靠和安全地运行。实现的管理功能为故障管理、性能管理、配置管理、安全管理和计费管理。网络管理的通俗理解就是对网络的设备运行进行监控。但是，能否对网络设备进行管理还要看它是否提供管理接口，是否内嵌符合国际标准的代理agent程序。目前，主要有两个网络管理协议： SNMP和CMIP。SNMP是基于TCPIP的，几乎所有路由器和交换机厂商都提供基于SNMP的网络管理功能。1. SNMP协议SNMPSimple Network Management Protocol,简单网络管理协议是由一系列协议和规范组成的，它包含4个组成部分。1 SNMP NMSSNMP管理站： 利用SNMP协议对网络设备进行管理和监控的系统。2 SNMP Agent（SNMP代理）： 是运行在被管设备上的软件模块，用于维护被管设备的信息数据即MIB，还负责接收、处理、响应来自NMS的请求报文，也可以主动发送一些通知报文给NMS。3 SNMP协议： 规定NMS和Agent之间是如何交换管理信息的应用层协议，以GET、SET方式替代了复杂的命令集，实现网管需求。4 MIB （管理信息库）： 每个Agent都有自己的MIB库。MIB是一种对象数据库，由设备所维护的被管理对象组成。它们提供了一种从网络上的设备中收集网络管理信息的方法。从被管理设备中收集数据有两种方法： 一种是轮询pollingonly方法，另一种是基于中断interruptbased的方法。SNMP使用嵌入到网络设备中的代理agent软件来收集网络的通信信息和有关网络设备的统计数据。代理软件不断地收集统计数据，并把这些数据记录到MIB中。网管中心通过向代理的MIB发出查询信号可以得到这些信息，这个过程就称为轮询polling,如图338所示。网管员可以使用SNMP来评价网络的运行状况，并揭示出通信的趋势，例如，哪一个网段接近通信负载的最大能力或通信出错等。
图338SNMP网络管理工作方式
轮询方法的缺陷在于无法保证信息的实时性，尤其是错误的实时性，因为不合适的轮询间隔和顺序将影响轮询结果。与之相比，当有异常事件发生时，基于中断的方法可以立即通知网络管理工作站，其优点在于实时性很强，缺点在于产生错误或自陷需要系统资源，从而影响网管功能。面向自陷的轮询方法trapdirected polling是上述两种方法的结合： 网络管理工作站轮询在被管理设备中的代理来收集数据，并且在控制台上用数字或图形的表示方法来显示这些数据。被管理设备中的代理可以在任何时候向网络管理工作站报告错误情况，而并不需要等到管理工作站为获得这些错误情况而轮询它的时候才会报告。2. CMIP协议CMIPCommon Management Information Protocol,公共管理信息协议是由ISO制定的国际标准。CMIP主要针对OSI七层协议模型的传输环境而设计，采用报告机制，具有许多特殊的设施和能力，需要能力强的处理机和大容量的存储器，因此目前支持它的产品较少。但由于它是国际标准，因此发展前景很广阔。CMIP采用面向对象的方法来描述被管资源，用事件驱动的方法管理被管对象。在网络管理过程中，CMIP通过事件报告进行工作，由网络中的各个设备监测设施在发现被检测设备的状态和参数发生变化后及时向管理进程进行事件报告。管理进程一般都对事件进行分类，根据事件发生时对网络服务影响的大小来划分事件的严重等级，网络管理进程很快就会收到事件报告，具有及时性的特点。CMIP和SNMP这两种管理协议各有所长。SNMP是Internet组织用来管理TCPIP互联网和以太网的，由于实现、理解和排错很简单，所以受到很多产品的广泛支持，但是安全性较差。CMIP是一个更为有效的网络管理协议，把更多的工作交给管理者去做，减轻了终端用户的工作负担。此外，CMIP建立了安全管理机制，提供授权、访问控制、安全日志等功能。但由于CMIP是由国际标准化组织指定的国际标准，因此涉及面很广，实施起来比较复杂且花费较高。3.5.2网络管理新技术在过去的十几年中，通信技术快速发展，网络正在向智能化、综合化、标准化发展,先进的计算机技术、ATM交换技术、神经网络技术正在不断应用到网络中来，给网络管理提出了新的挑战。与之相适应，网络管理也在逐渐成熟并日臻完善。下面简单介绍网络管理技术的一些新趋势。1. 远程网络监控网络管理技术的一个新的趋势是使用RMONRemote Monitor，远程网络监控。RMON的目标是为了扩展SNMP的MIBⅡ管理信息库,使SNMP更为有效、积极主动地监控远程设备。RMON MIB由一组统计数据、分析数据和诊断数据构成，是对SNMP框架的重要补充，利用许多供应商生产的标准工具都可以显示出这些数据，因而它具有独立于供应商的远程网络分析功能。RMON探测器和RMON客户机软件结合在一起在网络环境中实施RMON。RMON的监控功能是否有效，关键在于其探测器要具有存储统计数据历史的能力，这样就不需要不停地轮询才能生成一个有关网络运行状况趋势的视图。当一个探测器发现一个网段处于一种不正常状态时，它会主动与网络管理控制台的RMON客户应用程序联系，并将描述不正常状况的捕获信息转发给RMON客户应用程序。RMON的强大之处在于它完全与SNMP框架兼容。2. 基于Web的网络管理技术基于Web的网络管理模式WebBased Management，WBM就是通过Web浏览器进行网络管理,有两种实现方式。第一种方式是代理方式，即在一个内部工作站上运行Web服务器代理。这个工作站轮流与端点设备通信，浏览器用户与代理通信，同时代理与端点设备之间通信。在这种方式下，网络管理软件成为操作系统上的一个应用。它介于浏览器和网络设备之间。在管理过程中，网络管理软件负责将收集到的网络信息传送到浏览器Web服务器代理，并将传统管理协议如SNMP转换成Web协议如HTTP。第二种实现方式是嵌入式。它将Web功能嵌入到网络设备中，每个设备有自己的Web地址，管理员可通过浏览器直接访问并管理该设备。在这种方式下，网络管理软件与网络设备集成在一起。网络管理软件无须完成协议转换。所有的管理信息都是通过HTTP协议传送。3. 面向业务的网络管理新一代的网络管理系统，已开始从面向网络设备的管理向面向网络业务的管理过渡。这种网管思想把网络服务、业务作为网管对象，通过实时监测与网络业务相关的设备、应用，通过模拟客户实时测量网络业务的服务质量，通过收集网络业务的业务数据，实现全方位、多视角监测网络业务运行情况的目的，从而实现网络业务的故障管理、性能管理和配置管理。网络管理本身是一项极其复杂的工作，无论网络管理技术进步到何种程度，我们都不能奢望出现让网管人员一劳永逸的网管工具。即使有了带有人工智能的网管工具，它也仅仅让网络管理变得容易一些，而不会全部代替人的工作。3.5.3VLAN管理VLANVirtual LAN,虚拟局域网是通过路由器和交换设备在局域网的基础上建立的一个或多个逻辑结构。每个逻辑网络可看成是一个虚拟工作组，它也是一组网段和站点的集合。它们可以不受物理位置的限制，而好像处于同一局域网那样，能方便地进行通信和资源共享。1. VLAN的作用VLAN基于交换技术,通过不同的划分方法把原来一个大的广播区的局域网从逻辑上划分为若干个子广播区，一个子广播区的广播包只能在该子广播区传送，而不会送到其他广播区中。处于不同VLAN上的主机不能进行直接通信，不同VLAN之间的通信要引入第三层交换技术才可以解决。网络设备通过VTP协议以及ISL或IEEE 802.1q协议允许一个VLAN跨越多个交换机，从而提高VLAN划分的灵活性。以太网交换机上通过引入VLAN，具有以下优点：1 限制了局部的网络流量，在一定程度上可以提高整个网络的处理能力。2 通过灵活的VLAN设置，把不同的用户划分到虚拟的工作组内。3 一个VLAN内的用户和其他VLAN内的用户不能互访，提高了安全性。2. VLAN的管理方法VLAN的管理主要涉及VLAN的划分和VLAN的配置。VLAN的划分即确定VLAN成员站点和服务器的方法。VLAN的划分方式大致划分为5类。1 基于端口划分的VLAN这是常用的VLAN划分方法，这种划分方法比较简单，通过交换机配置命令将交换机端口划分到一个指定的VLAN中，所有连接到这个端口的工作站和服务器包括通过这个端口级联都属于这个VLAN。这种方式的特点就是管理比较简单，但是灵活性不高。2 基于MAC地址划分VLAN这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC地址的主机都配置为属于某个组，它实现的机制就是每一块网卡都对应唯一的MAC地址，VLAN交换机跟踪属于VLAN MAC的地址。这种方式的VLAN允许网络用户从一个物理位置移动到另一个物理位置时自动保留其所属VLAN的成员身份。这种方式特点在于灵活性很高，桌面工作站的移动变化都不需要对交换机重新配置。缺点在于其管理比较复杂，需要做出每个MAC地址与VLAN的对应表。3 基于网络层协议划分VLANVLAN按网络层协议来划分，可分为IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等VLAN网络。这种按网络层协议组成的VLAN可使广播域跨越多个VLAN交换机。这对于希望针对具体应用和服务来组织用户的网络管理员来说是非常具有吸引力的。而且，用户可以在网络内部自由移动，但其VLAN成员身份仍然保留不变。4 根据IP多播划分VLANIP多播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个IP多播组就是一个VLAN。这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网，因此这种方法具有更大的灵活性，而且也很容易通过路由器进行扩展，主要适合于不在同一地理范围的局域网用户组成一个VLAN，但不适合局域网，主要是效率不高。5 基于用户的VLAN划分方式在这种方式中，VLAN的划分根据用户登录到NT域的用户名来动态划分交换机端口的VLAN，这种方式对客户机的要求是用户端必须要登录到NT域上，并且其IP地址设置为动态分配方式。同时，需要配置基于Windows NT的管理软件实现。这种方式可管理性和灵活性非常高，用户可在任何地方获得其特有的权限。缺点就是需要额外投资。3.5.4防火墙技术防火墙技术是建立在现代通信网络技术和信息安全技术基础之上的一种安全技术，用于抵御黑客对计算机网络的侵扰，常用于专用网络与公用网络的互联环境之中。以防火墙为代表的被动防卫型安全保障技术已被证明是一种较有效的防止外部入侵的措施。1. 什么是防火墙防火墙形象地讲与建筑物中的防火墙类似，它可以防止外部网络例如Internet上的危险黑客在内部网络上的蔓延。如图339所示，用专业语言来说，所谓防火墙就是一个或一组网络设备计算机或路由器等，可用来在两个或多个网络间加强相互的访问控制。内部网上设立防火墙的主要目的是保护自己不受来自另外一个网络的攻击，要保护的是内部网络，而要防备的则是外部网络。对网络的保护包括拒绝未授权的用户访问，同时允许合法用户不受妨碍地访问网络资源。防火墙的职责就是根据本单元的安全策略，对外部网络与内部网络交流的数据进行检查，符合安全规定的通过，不符合安全规定的拒绝。
图339防火墙示意图
2. 防火墙的组成与基本结构防火墙一般由以下两部分组成： 包过滤路由器packet filtering router和应用网关application gateway。防火墙能根据一定的安全规定检查、过滤网络之间传送的报文分组，以确定它们的合法性。这项功能一般是通过具有分组过滤功能的路由器来实现的，通常把这种路由器称为分组过滤路由器，也称为筛选路由器screening router。分组过滤路由器一般是作为系统的第一级保护，它与普通的路由器在工作机理上有较大的不同。普通的路由器工作在网络层，可以根据网络层分组的IP地址决定分组的路由； 而分组过滤路由器要对IP地址、TCP或UDP分组头进行检查与过滤。通过分组过滤路由器检查过的报文，还要进一步接受应用网关的检查。因此，从协议层次模型的角度看，防火墙应覆盖网络层、传输层与应用层。根据物理特性，防火墙分为两大类，软件防火墙和硬件防火墙。软件防火墙是一种安装在负责内外网络转换的网关服务器或者独立的个人计算机上的特殊程序。软件防火墙工作于系统接口与NDIS（Network Driver Interface Specification，网络驱动接口规范）之间，用于检查过滤由NDIS发送过来的数据，在无须改动硬件的前提下便能实现一定强度的安全保障，但是由于软件防火墙自身属于运行于系统上的程序，不可避免地需要占用一部分CPU资源维持工作，而且由于数据判断处理需要一定的时间，在一些数据流量大的网络里，软件防火墙会使整个系统工作效率和数据吞吐速度下降，甚至有些软件防火墙会存在漏洞，导致有害数据可以绕过它的防御体系，给数据安全带来损失，因此，许多企业并不会考虑用软件防火墙方案作为公司网络的防御措施，而是使用看得见摸得着的硬件防火墙。硬件防火墙是一种以物理形式存在的专用设备，通常架设于两个网络的驳接处，直接从网络设备上检查并过滤有害的数据报文。硬件防火墙一般是通过网线连接于外部网络接口与内部服务器或企业网络之间的设备，它可分为两种结构。一种是普通硬件级别防火墙，此类防火墙拥有标准计算机的硬件平台和一些功能经过简化处理的UNIX系列操作系统和防火墙软件，这种防火墙措施相当于专门拿出一台计算机安装了软件防火墙，除了不需要处理其他事务以外，它毕竟还是一般的操作系统，因此有可能会存在漏洞和不稳定因素，安全性并不能达到最好。另一种是所谓的芯片级硬件防火墙，它采用专门设计的硬件平台，在上面搭建的软件也是专门开发的，因而可以达到较好的安全性能保障。但无论是哪种硬件防火墙，管理员都可以通过计算机连接上去设置工作参数。由于硬件防火墙的主要作用是把传入的数据报文进行过滤处理后转发到位于防火墙后面的网络中，因此它自身的硬件规格也是分档次的，尽管硬件防火墙已经足以实现比较高的信息处理效率，但是在一些对数据吞吐量要求很高的网络里，档次低的防火墙仍然会形成瓶颈，所以对于一些大企业而言，芯片级的硬件防火墙才是他们的首选。企业内部网通过将防火墙技术与用户授权、操作系统安全机制、数据加密等多种方法结合，来保护网络资源不被非法使用与网络系统不被破坏，全面地执行网络安全策略，增强系统安全性。习题与思考题1. 简述局域网体系结构。2. 什么是快速以太网?它有哪几种介质标准?3. 什么是千兆以太网?它有哪几种介质标准?4. 什么是万兆以太网?它有哪几种介质标准?5. 什么是100BASET?什么是1000BASET?6. 与千兆以太网相比，万兆以太网有哪些优势？7. 名词解释： LAN,CSMACD,ADSL,HDSL,FTTB。8. 简述交换式局域网的特点和工作原理。9. 什么是三层交换技术?它有何特点?10. 什么是无线局域网?它有哪些介质标准?11. 什么是IEEE 802.11g?什么是IEEE 802.11b?12. 无线局域网有哪些组网方式?有何特点?13. 什么是HomeRF?什么是IrDA?14. 扩展局域网有哪些常用的方法?15. 局域网互联有哪些常用的方法?16. 三层交换机与路由器有哪些区别？17. 计算机网络系统设计有哪些原则？18. 简述万兆校园网解决方案。19. 什么是宽带接入网?有哪些宽带接入技术?20. 什么是xDSL?有哪些DSL技术?21. 什么是FTTx?它有何特点?22. 有哪些网络操作系统?它们各有何特点?23. 什么是Internet?它有哪些信息服务?24. 什么是Intranet?它有何特点?25. 在计算机网络中，网络协议的作用是什么?26. 简述中继器、网桥、交换机、路由器和网关的功能及特点。27. 基于电话线的接入技术主要有哪几种?各自的特点是什么?28. 采用光纤的接入技术主要有哪几种?各自有何特点?29. 什么是Web? Web服务器有何功能？30. 有哪些Web服务器平台?如何组建？31. 建立智能建筑的Intranet有哪些方案？32. 什么是网络管理?它有哪些功能?33. 什么是SNMP?什么是CMIP?34. 什么是RMON?什么是WBM?35. 什么是VLAN?它有哪些功能?36. VLAN有哪些划分方式?各自有何特点?37. 什么是防火墙?防火墙的组成与基本结构是什么?
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