毕业论文智能化小区网络设计.doc

2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 1 目录 第一章 绪论.1 1.1 课题背景.1 1.2 智能化小区的系统组成和基本功能.1第二章 宽带网络 .3 2.1 网络分类.3 2.1.1 按网络的地理位置分类.3 2.1.2 按网络的拓扑结构分类.3 2.2 计算机网络的分层服务标准体系（OSI）.5 2.3 网络间连接设备.9 2.3.1 中继器（Repeater）.10 2.3.2 网桥（Bridge）.10 2.3.3 路由器(Router).11 2.3.4 网关（Gateway）.13 2.3.5 集线器(HUB).14 2.3.6 交换机(Switch).16 2.4 宽带接入网的比较.17 2.4.1 ADSL 接入技术 .18 2.4.2 Cable Modem 接入技术.18 2.4.3 LAN 接入技术.19 第三章 网络方案设计.21 3.1 宽带接入方案概述.21 3.2 网络设计重点考虑的问题.22 3.2.1 安全问题.22 3.2.2 组播实现.25 3.2.3 认证与计费.25 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 2 3.2.4 网络管理.25 3.2.5 系统 IP 地址分配.26 3.2.6 方案特点.27 3.3 针对不同密度的用户网络设计描述.27 3.3.1 低密度社区网络结构设计.28 3.3.2 高密度社区网络结构设计.29 第四章 结束语.31 参考文献：.32 附录.33 英文原文资料.33 中文翻译.40 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 1 第一章第一章 绪论绪论 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。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 2 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。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 3 第二章第二章 宽带网络宽带网络 2.1 网络分类网络分类 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按网络的地理位置分类 * 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。 * 城域网（Metropolis Area Network,简称 MAN） 规模局限在一座城市的范围内，10100km 的区域。 * 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。 2.1.2 按网络的拓扑结构分类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。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 4 * 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 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 5 * 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计算机网络的分层服务标准体系（OSIOSI） 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。 为什么会有这么复杂的一个分层体系那？ 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 6 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 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 7 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。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 8 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： 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 9 应用层 表示层 会话层 应用层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层 物理层 网络接口层 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 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 10 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），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（中继器（RepeaterRepeater） 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（网桥（BridgeBridge） 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。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 11 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 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 路由器路由器(Router)(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 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 2.6 所示。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 12 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 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 13 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（网关（GatewayGateway） 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 IBM SNA）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。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 14 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 集线器集线器(HUB)(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-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 1、基本型集线器（、基本型集线器（DumbDumb HUBHUB） 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 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 15 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 2、智能型、智能型 HUB(IntelligentHUB(Intelligent HUB)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 3、机架式、机架式 HUB(ChaissHUB(Chaiss concentrator)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 4、堆栈式、堆栈式 HUBHUB 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。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 16 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 交换机交换机(Switch)(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 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 17 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 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 Cable Modem 技术、LAN 接入技术。下面我来作一下比较。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 18 2.4.1 ADSLADSL 接入技术接入技术 ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line，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 640kbps1Mbps，下行速 率 1Mbps8Mbps，其有效的传输距离在 35 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。 2.4.2 CableCable ModemModem 接入技术接入技术 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 Cable Modem 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。 Cable Modem 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 Data Upload(数据上传)速率和 Data 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 19 Download(数据下载)速率相同，都在 500kbps2Mbps 之间；后 者的数据上传速率在 500kbps10Mbps 之间，数据下载速率为 2Mbps40Mbps。 采用 Cable-Modem 上网的缺点是由于 Cable Modem 模式采用 的是相对落后的总线型网络结构，这就意味着网络用户共同分享 有限带宽；另外，购买 Cable-Modem 和初装费也都不算很便宜， 这些都阻碍了 Cable-Modem 接入方式在国内的普及。但是，它的 市场潜力是很大的，毕竟中国 CATV 网已成为世界第一大有线电 视网，其用户已达到 8000 多万。 另外，Cable-Modem 技术主要是在广电部门原有线电视线路 上进行改造时采用，此种方案与新兴宽带运营商的社区建设进行 成本比较没有意义。 2.4.3 LANLAN 接入技术接入技术 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。具体实施方案是: 从社区机房敷设光缆至 住户单元楼，楼内布线采用五类双绞线敷设至用户家里，双绞线 总长度一般不超过 100 米，用户家里的电脑通过五类跳线接入墙 上的五类模块就可以实现上网。社区机房的出口是通过光缆或其 他介质接入城域网。 采用 LAN 方式接入可以充分利用小区局域网的资源优势，为 居民提供 10M 以上的共享带宽，这比现在拨号上网速度快 180 多 倍，并可根据用户的需求升级到 100M 以上。 以太网技术成熟、成本低、结构简单、稳定性、可扩充性好; 便于网络升级，同时可实现实时监控、智能化物业管理、小区/ 大楼/家庭保安、家庭自动化（如远程遥控家电、可视门铃等）、 远程抄表等，可提供智能化、信息化的办公与家居环境，满足不 同层次的人们对信息化的需求。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 20 经过上述的分析比较，不容易发现，最适合现在智能化小区 网络接入的是具有告诉、易于管理等优点的 LAN 接入技术。ADSL 的速度较慢，Cable Modem 不适合在现代新型小区中使用。因此， 在本文最后的设计规划部分，我使用的就是 LAN 接入技术！ 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 21 第三章第三章 网络方案设计网络方案设计 3.1 宽带接入方案概述宽带接入方案概述 假设一个小区有三幢大楼，有 500 用户，要求局域网内部能 实现视频点播等带宽占用较大的网络服务，各用户能快速的连接 Internet。并且该网络能便于将来扩展升级。 根据社区网的特点和应用以及VCN交换机的特性我们提出 如下示意图说明： 图 3.1 智能小区宽带接入示意图 在小区网络中心放置中心交换机 4007，并根据需要配置相 应足够的 100M以太网口和千兆模块。3Com Switch 4007 适用于 较大规模社区的园区主干核心，适用于大中型企业局域网络的核 心交换机(48Gbps无阻塞交换能力)。它采用模块化机架结构，即 可作为局域网络高密度千兆网络骨干(提供 54 个千兆端口)，又 可以作为高密度 10/100M接入交换机(提供 216 个 100M端口)。在 其高性能和高可靠性的基础之上，还为用户提供丰富的流量控制、 优先级访问和服务质量控制、网络安全控制等多种功能手段，及 其良好的可扩展性，可充分适应现代企业和园区接入网络的商务 应用需求 在会聚层我配置VCN Switch 10/100M交换机。VCN Switch主 要优点：通过采用基于硬件的安全转发机制实现社区宽带以太接 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 22 入的安全，保证社区宽带接入网的性能和安全的同时， 最大程 度的简化社区网络的设计和管理，轻松实现高安全、高性能的宽 带社区接入网。 在终端用户接入层配置VCN Switch 10/100M交换机。为小 区用户提供 10M或 100M到桌面。 为了保证每个用户数据通信的安全性，需要将每个客户端口 连接到每个用户的PC上，或者在每个端口下通过二层交换机连 接一组可以相互信任的用户群，这样在每个VCN交换机下的客 户端口数据通信将是安全的，不必担心该端口数据通信会广播到 其他端口而被窃听。此外也可利用客户端口的特性来建立多个相 对独立的网络而不用去通过划分VLAN来实现。 为了更好的服务于小区宽带接入系统，我提出了完整的系统 解决方案。 3.2 网络设计重点考虑的问题网络设计重点考虑的问题 以下将对上文提到的在本方案中应予以重点考虑的问题作详 细阐述： 3.2.1 安全问题安全问题 由于社区网络是提供公共接入服务的运营管理平台，所以在 为用户提供了高速接入的同时，用户数据通信的安全性将是一个 需要迫切解决的问题。由于传统以太网技术本身的一些弱点，如： 广播、SPT等，对整个网的的服务可靠性造成威胁。同时如果不 采取措施，以太网内的用户，将面临本地黑客从网络第二层次的 直接窃听甚至攻击。 对于以上问题，传统以太网络采用虚拟网络技术从用户端口 到网络出口建立专用逻辑通路。但由于一般网络将承载数以百计 的用户，网络管理员通过静态设置，管理同样数量的虚拟网和路 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 23 由，其繁杂度和不灵活性可想而知。与此同时还要考虑此种设置 方案下，网络设备的承载能力。 假如一台边缘交换机提供 24 个以太网接口，要做到完全软 件隔离，就需要软件设置 24 个VLAN,这 24 个VLAN需要通过边 缘交换机的上联端口的 802.1Q技术连接到中心交换机，然后经 过三层转发实现设备互通。如果一台中心交换机连接 20 个边缘 交换机，就需要提供 480 个VLAN的路由。从目前的交换机处理 能力来看，还远远达不到这种需求；更何况随着网络规模的扩大， 每台中心交换机的下联设备回大幅度增加。 另外，对于大数目VLAN的引入，势必增加网络操作、管理、 维护的难度。从长远眼光来看，对于边缘交换机应该是越简单越 好。减轻网络管理、配置负担。 所以在本方案中我使用宽带以太网VCN交换机，利用VCN 交换机端口的硬件特性从网络二层上完全隔离了每个端口的用户 数据流而实现用户数据的安全性，同时由于通过硬件提供网络安 全，因此不会降低网络的整体性能。 由于VCN交换机从物理上解决了安全问题，因此在该种交 换机中不存在VLAN问题，从而大幅度减少整个网络的VLAN数 目，使得整个网络更容易实现。 另外对于一个完整的社区网络来说，不仅仅要考虑到内部用 户在社区内数据通信的安全性，同时也要考虑到内部用户在社区 外访问社区内网络的数据通信的安全性，所以对于一个移动用户 通过公网来访问社区网络的安全性问题，一般通过虚拟私有网络 （VPN）来实现，即通过PPTP或L2TP在公网与社区网络之间建 立一条VPN隧道，在该隧道中的通过IPSec进行数据加密的封装 以保证数据通信的安全性。这些对于处于网络二层上的VCN交 换机而言也是完全透明的。 2010 河南农业大学华豫学院计算机系毕业论文 第 页 24 传统的用户在实现内网安全时，往往采用划分VLAN、IP地 址和MAC地址的绑定等等。但针对成千上万的小