第四章智能建筑的信息网络平台

1、第四章第四章 智能建筑的信息网络平台智能建筑的信息网络平台主讲教师：张线媚主讲教师：张线媚第一节第一节 智能建筑基于以太网的宽带网络智能建筑基于以太网的宽带网络 基于以太网技术的宽带网络结构基于以太网技术的宽带网络结构以太网交换选型的要点：以太网交换选型的要点： 可作主干可作主干/ /工作组工作组/ /桌面；桌面； 有有2 2层交换（基于层交换（基于MACMAC）/3/3层交换（基于层交换（基于IPIP）之分；）之分； 端口类型：传输速率端口类型：传输速率 10/100/1000Mbps10/100/1000Mbps 接口方式接口方式 AUIAUI、BNCBNC、RJ-45RJ-45、ST/S

2、CST/SC 传输方式传输方式 全双工全双工/ /半双工半双工 端口密度；端口密度； 堆叠式堆叠式/ /独立式；独立式； MultitrunkMultitrunk IEEE802.3ad IEEE802.3ad链路聚合；链路聚合； VLAN IEEE802.1QVLAN IEEE802.1Q； 优先级优先级IEEE802.1PIEEE802.1P； 网网管（管（SNMP RMON IISNMP RMON II）；）； STPSTP（Spanning Tree ProtocolSpanning Tree Protocol）802.1d802.1d； IP MulticastIP Multicas

3、t； RSVPRSVP（Reservation ProtocolReservation Protocol）；）； 背板速率和背板速率和MACMAC地址数。地址数。 基于以太网技术的宽带网络基于以太网技术的宽带网络设计设计1.1. 全部采用全部采用2 2层交换设备组网的方案层交换设备组网的方案2.2. 采用采用3 3层交换设备和层交换设备和2 2层交换设备组网的方案层交换设备组网的方案3.3. 交换机中集成的安全技术交换机中集成的安全技术全部采用全部采用2 2层交换设备组网的方案层交换设备组网的方案 二层交换机工作于二层交换机工作于OSIOSI模型的第模型的第2 2层层( (数据链路层数据链路层

4、) )，故而称，故而称为二层交换机。为二层交换机。 二层交换技术是发展比较成熟，二层二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机交换机属属数据链路层数据链路层设备，可以识别设备，可以识别数据包数据包中的中的MACMAC地址信息，根据地址信息，根据MACMAC地址进地址进行转发，并将这些行转发，并将这些MACMAC地址与对应的端口记录在自己内部地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。的一个地址表中。2层交换机工作过程（补充知识）层交换机工作过程（补充知识）(1) (1) 当当交换机交换机从某个端口收到一个从某个端口收到一个数据包数据包，它先读取，它先读取包头包头中的源中的源MACMAC地址，这样

5、它就知道源地址，这样它就知道源MACMAC地址的机器地址的机器是连在哪个端口上的是连在哪个端口上的; ;(2) (2) 再去读取再去读取包头包头中的目的中的目的MACMAC地址地址，并在地址表中，并在地址表中查找相应的端口查找相应的端口; ;(3) (3) 如表中有与这目的如表中有与这目的MACMAC地址对应的端口，把地址对应的端口，把数据数据包包直接复制到这端口上直接复制到这端口上; ;2层交换机工作过程（补充知识）层交换机工作过程（补充知识）(4) (4) 如表中找不到相应的端口则把如表中找不到相应的端口则把数据包数据包广播到所有端广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，口上，当目的机

6、器对源机器回应时，交换机交换机又可以学习又可以学习一目的一目的MACMAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不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。再需要对所有端口进行广播了。 不断的循环这个过程，对于全网的不断的循环这个过程，对于全网的MACMAC地址信息都可地址信息都可以学习到，二层以学习到，二层交换机交换机就是这样建立和维护它自己的地就是这样建立和维护它自己的地址表。址表。从二层从二层交换机交换机的工作原理可以推知以下三点的工作原理可以推知以下三点:(1) 由于由于交换机交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很

7、宽的交换要求具有很宽的交换总线带宽总线带宽，如果二层交换机有，如果二层交换机有N个个端口，每个端口的带宽是端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过，交换机总线带宽超过NM，那么这交换机就可以实现，那么这交换机就可以实现线速交换线速交换;(2) 学习端口连接的机器的学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地地址，写入地址表，地址表的大小址表的大小(一般两种表示方式一般两种表示方式:一为一为BUFFER RAM，一，一为为MAC表项数值表项数值)，地址表大小影响，地址表大小影响交换机交换机的接入容量的接入容量;从二层从二层交换机交换机的工作原理可以推知以下三点的工作原理可以推知以下三点:(

8、3) 还有一个就是二层还有一个就是二层交换机交换机一般都含有专门用于一般都含有专门用于处理处理数据包数据包转发的转发的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片，因此转发速度可以做到非芯片，因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用常快。由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品不同，直接影响产品性能。性能。以上三点也是评判二以上三点也是评判二三层交换机三层交换机性能优劣的主要技性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑术参数，这一点请大家在考虑设备选型设备选型时注意比较。时注意比较。2.2.采用采用3 3层交换设备和层交换设备和2 2层

9、交换设备组网的层交换设备组网的方案方案 三层交换机三层交换机 三三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路由信息更新、路由表维护、路由计件高速实现，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。算、路由确定等功能，由软件

10、实现。 三层交换机是为三层交换机是为IPIP设计的，接口类型简单，设计的，接口类型简单，拥有很强二层包处理能力，非常适用于大拥有很强二层包处理能力，非常适用于大型局域网内的数据路由与交换，它既可以型局域网内的数据路由与交换，它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，同时又具有几乎第二层交换由器的功能，同时又具有几乎第二层交换的速度，且价格相对便宜些。的速度，且价格相对便宜些。 一般会将三层交换机用在网络的核心层，用三层一般会将三层交换机用在网络的核心层，用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或

11、或VLANVLAN。 在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLANVLAN间间的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，才通过专业路由器。才通过专业路由器。 VLAN 10 VLAN 20网关配置在网关配置在RS1三层交换机上，在三层交换机上，在RS1交换机写条缺省路由交换机写条缺省路由ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.50.

12、0.1，在总公司路由器上分别写，在总公司路由器上分别写3条路由为条路由为ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 202.203.100.6（上网路由），（上网路由），ip route 10.3.0.0 255.255.0.0 10.100.0.2,ip route 10.4.0.0 255.255.0.0 10.100.0.2(分公司的分公司的2条路由条路由)。 分公司路由器上面当然要写回指路由，在分公司的分公司路由器上面当然要写回指路由，在分公司的路由器上路由器上ip route 10.1.0.0 255.255.0.0 10.100.0.1,ip route 10.2.0.0 2

13、55.255.0.0 10.100.0.1,分公司交换机分公司交换机上写条缺省路由上写条缺省路由ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 指向分公司指向分公司路由器路由器F0/1地址就行了地址就行了交换机中集成的安全技术交换机中集成的安全技术基于以太网的宽带接入网方案基于以太网的宽带接入网方案 社区交换机通过光纤连接到宽带城域网，在其上面可以提社区交换机通过光纤连接到宽带城域网，在其上面可以提供供ATMATM、吉比特以太网、吉比特以太网、SDHSDH等形式的信号传输，同时，社等形式的信号传输，同时，社区交换机也担负着社区网络中心设备的重任。小区的网络区交换机也担负着社区网络中心设备的重

14、任。小区的网络中心和各建筑物之间的传输介质，根据距离的大小等，可中心和各建筑物之间的传输介质，根据距离的大小等，可以选择光纤或者电缆，以太网信号以以选择光纤或者电缆，以太网信号以100Mbit/s100Mbit/s或或1000Mbit/s1000Mbit/s的速度传输。但需要注意的是，如果是电缆，的速度传输。但需要注意的是，如果是电缆，可能无法满足可能无法满足1000Mbit/s1000Mbit/s传输速度的要求。传输速度的要求。基于以太网的宽带接入网方案基于以太网的宽带接入网方案 智能小区内部的布线，可以选择光纤到楼或者是光纤到楼智能小区内部的布线，可以选择光纤到楼或者是光纤到楼道的方式。在

15、光纤到楼的情况下每个楼宇有一个交换机与道的方式。在光纤到楼的情况下每个楼宇有一个交换机与社区网络中心的主干交换机连接，向下通过电缆与用户交社区网络中心的主干交换机连接，向下通过电缆与用户交换机相连，由用户交换机向住户提供以太网端口；在光纤换机相连，由用户交换机向住户提供以太网端口；在光纤到楼道的情况下则是每个楼道（单元、楼梯）有一个交换到楼道的情况下则是每个楼道（单元、楼梯）有一个交换机通过光纤连接到社区网络中心的主干交换机，并直接为机通过光纤连接到社区网络中心的主干交换机，并直接为住户提供以太网接口（住户提供以太网接口（1 1个楼层的用户通常在个楼层的用户通常在2020个以下）。个以下）。第

16、二节第二节 智能大楼信息网络平台方案智能大楼信息网络平台方案1.1.以太网（常见以太网（常见的的802.3802.3应用应用为）：为）：10M: 10base-T 10M: 10base-T （铜线（铜线UTPUTP模式）模式）100M: 100base-TX 100M: 100base-TX （铜线（铜线UTPUTP模式）模式）100base-FX100base-FX（光纤线）（光纤线）1000M: 1000base-T1000M: 1000base-T（铜线（铜线UTPUTP模式）模式）2.ATM2.ATM 异步传输模式异步传输模式( (AsynchronousTransferModeAs

17、ynchronousTransferMode, ,缩略语为缩略语为ATM)ATM)，又叫信息元中继。又叫信息元中继。异步传输异步传输模式（模式（ATMATM）在）在ATMATM参考模式下参考模式下由一个协议集组成。由一个协议集组成。ATMATM采用面向连接的交换方式，它以采用面向连接的交换方式，它以信元为单位。每个信元长信元为单位。每个信元长5353字节。其中报头占了字节。其中报头占了5 5字节。字节。信息元中继（信息元中继（cellrelaycellrelay）的一种标准的（）的一种标准的（ITUITU）实施方案实施方案，这是一种采用具有固定长度的分组（信息元）的交换技术。这是一种采用具有固

18、定长度的分组（信息元）的交换技术。之所以称其为异步，是因为来自某一用户的、含有信息的之所以称其为异步，是因为来自某一用户的、含有信息的信息元的重复出现不是周期性的信息元的重复出现不是周期性的。2.ATM2.ATM ATMATM是一种面向连接的技术，是一种为支持宽带综合业是一种面向连接的技术，是一种为支持宽带综合业务网而专门开发的新技术，它与现在的电路交换无任何务网而专门开发的新技术，它与现在的电路交换无任何衔接衔接。 ATMATM能够比较理想地实现各种能够比较理想地实现各种QoSQoS，既能够支持有连接的，既能够支持有连接的业务，又能支持无连接的业务。是宽带业务，又能支持无连接的业务。是宽带I

19、SDNISDN（B-ISDNB-ISDN）技术的典范。技术的典范。 ATMATM的传播速度是从的传播速度是从2525兆比特每秒到兆比特每秒到155155兆比特每秒。兆比特每秒。 ATMATM具有以下特点：因传输线路质量高，不需要逐段具有以下特点：因传输线路质量高，不需要逐段进行差错控制。进行差错控制。ATMATM在通信之前需要先建立一个虚连在通信之前需要先建立一个虚连接来预留网络资源，并在呼叫期间保持这一连接，所接来预留网络资源，并在呼叫期间保持这一连接，所以以ATMATM以面向连接的方式工作。信头的主要功能是标以面向连接的方式工作。信头的主要功能是标识业务本身和它的逻辑去向，功能有限。识业务

20、本身和它的逻辑去向，功能有限。信头长度小，信头长度小，时延小，实时性较好时延小，实时性较好。3.3.交换机交换机 ATMATM交换机技术，主要广泛用于电信、邮政网的主干网段，交换机技术，主要广泛用于电信、邮政网的主干网段，因此其交换机产品在市场上很少看到因此其交换机产品在市场上很少看到。 ATMATM交换交换有两条根本点有两条根本点: :信元交换和各虚连接间的统计复用。信元交换和各虚连接间的统计复用。信元交换即将信元交换即将ATMATM信元通过各种形式的交换媒体，从一个信元通过各种形式的交换媒体，从一个VP/VCVP/VC交换到另一个交换到另一个VP/VCVP/VC上。统计复用表现在各虚连接的

21、上。统计复用表现在各虚连接的信元竞争传送信元的交换介质等交换资源，为解决信元对信元竞争传送信元的交换介质等交换资源，为解决信元对这些资源的竞争，必须对信元进行排队，在时间上将各信这些资源的竞争，必须对信元进行排队，在时间上将各信元分开，借用元分开，借用电路交换电路交换的思想，可以认为统计复用在交换的思想，可以认为统计复用在交换中体现为时分交换，并通过排队机制中体现为时分交换，并通过排队机制实现实现。 信元通常以信元通常以ATMATM速率到达，一般在速率到达，一般在150Mb/s150Mb/s左右，即大约超左右，即大约超过过360,000360,000信元信元/s/s，这意味着交换机的周期大约为

22、，这意味着交换机的周期大约为2.7um2.7um。 一台商用交换机可能有一台商用交换机可能有1616条条1,0241,024条输入线路，即它必须条输入线路，即它必须能在每能在每2.7um2.7um内接收和交换内接收和交换1616个个1,0241,024个信元。在个信元。在622Mb/s622Mb/s的速率上，每的速率上，每700ns700ns就有一批信元进入交换结构。由于信就有一批信元进入交换结构。由于信元是固定长度并且较小元是固定长度并且较小(53(53字节字节) )，这就可能制造出这样的，这就可能制造出这样的交换机。若使用更长的可变长分组，高速交换会更复杂，交换机。若使用更长的可变长分组，

23、高速交换会更复杂，这就是这就是ATMATM使用短的、固定长度信元的原因。使用短的、固定长度信元的原因。 LAN交换机是一种智能集线器，它包括多条总线，并具有基交换机是一种智能集线器，它包括多条总线，并具有基本的路由功能。几条总线相互连接成交换矩阵本的路由功能。几条总线相互连接成交换矩阵(switching matrix)。通过交换矩阵，。通过交换矩阵，LAN交换机能够同时支持多路点对交换机能够同时支持多路点对点传输。点传输。 LAN交换机读取帧头含有的地址信息后，按照需要，可以随交换机读取帧头含有的地址信息后，按照需要，可以随时通过交换矩阵在入站端口到外站端口之间建立一条通路。时通过交换矩阵在

24、入站端口到外站端口之间建立一条通路。 由于是点对点传输，因而不会像网桥和集线器那样出现共享由于是点对点传输，因而不会像网桥和集线器那样出现共享总线上存在拥塞和冲突的问题。当然拥塞问题仍然存在，但总线上存在拥塞和冲突的问题。当然拥塞问题仍然存在，但大大得到了缓解，因为交换机内部有多条总线。大大得到了缓解，因为交换机内部有多条总线。单栋小建筑基于局域网的基本方案单栋小建筑基于局域网的基本方案单栋小建筑基于局域网的基本方案单栋小建筑基于局域网的基本方案 整个大楼建立一个局域网，大楼管理中心也是大楼的网络中整个大楼建立一个局域网，大楼管理中心也是大楼的网络中心，提供话音、数据和图像的宽带局域网接口。心

25、，提供话音、数据和图像的宽带局域网接口。 大楼网络中心利用星型网络拓扑结构，设置有光纤配线机柜大楼网络中心利用星型网络拓扑结构，设置有光纤配线机柜MDF，采用二级交换模式，需要综合采用多种局域网技术。，采用二级交换模式，需要综合采用多种局域网技术。 在在MDF设置设置1台快速以太网交换机（台快速以太网交换机（100Mbps），大楼内的各），大楼内的各个设备管理间分别配有快速以太网个设备管理间分别配有快速以太网/以太网交换器，将楼层内以太网交换器，将楼层内的住户或办公工作站以独享或共享的住户或办公工作站以独享或共享10Mbps以太网方式连接，以太网方式连接，并以并以100Mbps快速以太网连接到

26、主干，通过该网与服务器及快速以太网连接到主干，通过该网与服务器及一级交换机连接。一级交换机连接。中型建筑采用千兆以太网作骨干网的网络系统中型建筑采用千兆以太网作骨干网的网络系统中型建筑采用千兆以太网作骨干网的网络系统中型建筑采用千兆以太网作骨干网的网络系统9种千兆以太网规范比较种千兆以太网规范比较千兆以太网规范规范使用的传输介质有效距离1000Base-CX150双绞线25m1000Base-LX波长为1310nm的单模或者多模光纤5km1000Base-SX波长为850nm的多模光纤500m1000Base-LH波长为1310nm的单模或者多模光纤10km1000Base-ZX波长为1550nm的单模光纤70km1000Base-LX10波长为1310nm的单模光纤10km1000Base-BX10下行为波长为1490nm的单模光纤，上行为波长为1310nm的单模光纤10km1000Base-T5类、超5类、6类或者7类双绞线100m1000Base-TX6类或者7类双绞线100m第三节第三节 智