网络基础及其教程 6

网络工程第四章网络的物理设计杜庆伟目录4.1综合布线系统4.1.1概述4.1.2综合布线系统的组成4.1.3传输介质及接口4.1.4相关设备器材4.1.5布线系统工程设计要点4.2网络机房系统4.3电源系统4.4主要设备/软件选型1）概念建筑的智能化已成为衡量建筑等级的标准之一综合布线系统又称结构化布线系统是计算机网络、电话等诸多需要通讯的系统的基础设施，是智能化的基础设施，如同智能化建筑的神经本质上讲是一套规范化的、弱电线缆的布线工作的集合采用标准化的材料和接口，以模块化的组合方式进行线缆、部件、设施等的搭建用一套标准的布线系统、统一的传输介质来传输语音、数据、图像和控制系统的信息我国的相关标准是GB50311-2016《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》。目标是实现设备的连接，包括以下建设内容建筑物到外部网络/电话局等的连线建筑物与内部工作区各终端间的所有电缆及相关的布线设施综合布线系统上传输的弱电信号模拟/数字语音信号数据信号传真机等图像信号视频信号建筑物安全报警和自动化控制等的传感信号、控制信号2）特点综合性可作为语音、数据、图像和控制信号等的传输介质，连接多类设备标准化采用标准化的材料、设计、安装，便于管理可采用任意厂家的网络产品，具有开放性和兼容性模块化设计便于布线系统的扩充和重新配置，某模块的故障不影响其他模块工作容易定位故障，大大提高整个网络的可维护性，降低系统的维护费用灵活性能根据需求的改变（增加设备、变化位置等）方便地实现线路的变更和重组通常只需在配线架上改变跳线即可3）实施要点需将建筑物、建筑群中多种布线系统进行统筹规划把所有配线经过统一的规划设计，综合在一套标准的布线系统内按照国家/国际标准进行设计和施工施工时，要在相关设备（配线架、网络设备的信息接口等）和线缆上粘贴标签，写明用途最好能记入信息系统，防止标签脱离还可按照惯例对于不同区域的线缆采用不同的色彩，便于辨识为了保证质量，施工过程中和完毕，必须对布线系统进行测试测试设备包括测线仪、数字分析仪、光缆认证分析仪等目录4.1综合布线系统4.1.1概述4.1.2综合布线系统的组成4.1.3传输介质及接口4.1.4相关设备器材4.1.5布线系统工程设计要点4.2网络机房系统4.3电源系统4.4主要设备/软件选型1．工作区（终端）子系统由终端（电话机、计算机、监视器以及传感器等）到信息插座的连线组成设备的电源线、网线、信号线等这一部分易随设备的变化而改变，工程设计及施工安装等均不涉及最常见的连线是非屏蔽双绞线成本低、安装方便、性能稳定如果需要也可以采用光缆2．水平布线子系统建筑物平面楼层方面的分支系统过渡系统一端来自本层的管理间子系统另一端是工作区的用户信息插座线路走向的确定应由设计人员、施工人员、用户到现场实地勘察综合考量建筑物的物理位置、信息点的布局、施工难易程度等用户端信息插座的种类和数量需根据用户所使用的终端设备而定插座可以在墙上，也可以到桌面子系统长度（管理间到用户端信息插座）需考虑线缆绕行距离往往比直线距离要长很多如超出范围（双绞线不超过100米），可采用光缆水平布线子系统的布线有两种暗管预埋、墙面引线类似于家庭装潢管线预埋干净美观，但一旦铺设完成，不宜更改和维护地下走线、地面出线适用于少墙、多柱的环境一般在架高的防静电地板下走线，穿出地板直接到桌面更改和维护方便3．管理间子系统每楼层都应有一小房间，内部安装机柜和配线架将水平布线子系统连接到垂直干线子系统，实现整栋建筑的线缆连接还可根据需要设置一些集线器、适配器和光缆的光电转换设备，等房间及内部全部设备称为管理间子系统又称管理子系统、配线系统像一个调度室，通过跳线就可以应对本层各房间的设备移动和网络拓扑结构的变更，不需重新布线4．垂直干线子系统现在高层建筑往往设有专门的竖井，用于安装各种通信线缆把各楼层管理间的线缆连接到设备间承担着楼层间数据传输的重要任务称为垂直干线子系统，也称干线子系统垂直干线子系统的线缆尽量不要放在电梯、强电、供水、供暖等竖井中通道有两种形式线缆孔，主要用于对老旧建筑的改造线缆竖井连接方式楼层信息点较少时，可采用分支递减的连接方式楼层信息点较多时，宜采用点对点连接方式对于大型建筑来说，垂直干线子系统中的数字通信介质常使用单模或多模光纤典型的安装方法是将通信线缆固定在竖井内的金属支架上分支递减点对点5．设备间子系统相当于建筑的大脑汇集垂直干线子系统中的众多通信线缆，最终完成整栋建筑的网络连接还担负着户外系统与户内系统的连接相当于门户集中安装了大楼的主要信息、通信和监控设备大型服务器、网络互联设备、程控交换机、音响输出设备、闭路电视控制装置和安全监控设备等是整个建筑物的信息汇聚点，可监视、管理建筑物内的整个网络系统应尽可能靠近建筑物弱电线缆的引入区位置通常选择在建筑物的中部楼层，减少线缆的费用对供电的要求格外严格，通常必须配备不间断电源/备份电源6．建筑群子系统将一栋建筑的设备间子系统连接至另外一些建筑的设备间子系统也称为户外子系统包括楼群间通信所需所有硬件光缆、保护装置，及其他一些配件布线方式地下布线、架空布线地下布线又分为直埋线缆布线、管道线缆布线、隧道线缆布线建筑群子系统主要采用光纤目录4.1综合布线系统4.1.1概述4.1.2综合布线系统的组成4.1.3传输介质及接口4.1.4相关设备器材4.1.5布线系统工程设计要点4.2网络机房系统4.3电源系统4.4主要设备/软件选型传输介质（或通信介质）也称为传输媒体、传输媒介是数据传输的物理通路传输介质分为两大类导引型传输介质电磁波沿着介质进行传播双绞线、同轴电缆、光纤等非导引型传输介质在自由空间、水下等利用电磁波、声波等的扩散来传输数据目前以自由空间中的电磁波为主1．双绞线目前最常见的导引型传输介质最初应用在电话系统中，后来扩展到计算机网络非常适用于短距离数字通信双绞线分类分为无屏蔽双绞线（UTP）屏蔽双绞线（STP）两大类区别在于双绞线与外界是否存在金属屏蔽层由8根不同颜色的线分成4对分别绞合在一起蓝+蓝白、橙+橙白、绿+绿白、棕+棕白扭绞可减少外界以及内部电线之间的电磁干扰按电气特性分为三类线（CAT3）、四类线（CAT4）、五类线（CAT5）、六类线（CAT6）等常被用于各型以太网中包括10BASE-T、100BASE-T及1000BASE-T等最前部的数字代表带宽，BASE代表使用的是基带通信机制，最后T代表双绞线采用双绞线组建局域网时，长度不能超过100米制作方法直连法/直连线或称直通线两端都按568-A（或568-B）标准连接RJ-45接口是用得较多的一种连接方法交叉连法/交叉线一端按568-A线序，一端按568-B线序连接接口总的来说同类设备（如主机和主机/路由器）间使用交叉线不同类设备（如主机和以太网交换机）间使用直连线现在一些设备可以自适应两类线双绞线信息插座2.同轴电缆（CoaxialCable）在局域网中已经不常见了分为两类50Ω同轴电缆，主要传输数字信号又可分为粗缆（直径1.27cm）和细缆传统的以太网对这两类同轴电缆都采用过（10BASE-5和10BASE-2）具有良好的抗干扰特性，在控制领域仍大量采用同轴电缆75Ω同轴电缆，主要传输模拟信号传统的有线电视曾经大量采用3.光纤用于传输光信号、细而柔韧的介质（如玻璃纤维）容量大、质量高、性能稳定、误码率低、防电磁干扰、保密性强等一根光纤的数据率可达几十Gb/s（甚至更高）、距离可达几十km（甚至更远）在长距离传输方面极具竞争力，性价比很高骨干网中有极为重要的地位，在接入网也快速发展，称为光纤接入网光纤类型多模光纤利用光的全反射原理工作单模光纤直径很小，只有一个光的波长能量保存得更好，频带更宽、容量更大，传播距离更远组成部分多模光纤对光纤的对准要求不太严格对弯曲损耗不太灵敏，通常用于建筑物内部不论是什么种类的光纤，在安装时都不能有折角发送双方都需要有光/电转换装置常用的接口光纤跳线又称光纤活动连接器一般是两端都有插头的单芯光纤用于连接那些使用光接口的设施如从光纤配线架到光纤收发器一般单模跳线采用黄色标识多模跳线采用橙色标识光纤的连接场景增加长度，将两根相同规格的光纤连接起来光纤末端需与尾纤进行连接都需要对光纤进行熔接光纤熔接机完成4.无线无线通信有重要的价值介质有电磁波和声波等，其中电磁波占重要角色光波在自由空间以激光的形式通信功耗比无线电波低，更安全，可利用带宽更大只能直线传播且无障碍物、双方需要彼此对准红外线是一种对人体有益的介质，适合家居使用水下通信中有效介质是声波声波通信速率低、延迟大（水下约1400m/s），性能提升困难水下激光和无线电波通信正在探索无线在通信过程中受外界影响较多通信双方之间有障碍物、天气恶劣、信号强度不够、大气中电离层不稳定等，都容易对通信过程产生影响很多无线通信技术的信号暴露在空气中，安全性具有相当的隐患5．联网介质的选择首要依据是能否满足网络所要覆盖的距离其他因素如用户容量、网络可靠性、网络的环境等短距通信方面，双绞线价格便宜、安装和连接方便，广泛使用综合布线系统中，可用于短距离数据传输、电话通信等在建筑物内，特别是办公室内能满足大多数要求远距传输中，光纤在建筑群之间或建筑内主干线场合中应用广阔随着光缆价格的不断下降，在网络工程中会越来越多地使用光缆目录4.1综合布线系统4.1.1概述4.1.2综合布线系统的组成4.1.3传输介质及接口4.1.4相关设备器材4.1.5布线系统工程设计要点4.2网络机房系统4.3电源系统4.4主要设备/软件选型1．机柜是重要的承载设施，放置网络设备或配线设备标准机柜底部大小为600mmx600mm，高度有多种规格机柜内以机架来承载各种设备实现对存放设备的保护、电磁干扰的屏蔽、设备的整齐收纳等机柜应成排摆放在机房防静电地板上方保持接地距墙预留50cm以上检修空间下方防静电地板应开有穿线孔，用于走线分类&配件服务器机柜主要安装服务器、显示器、UPS等网络机柜主要安装各类网络设备，如以太网交换机、路由器、防火墙、配线架等可选配件专用固定托盘、专用滑动托盘（放置键盘等）、电源支架、地脚轮、地脚钉、理线环、水平理线架、垂直理线架等设备尺寸设备的宽度多为19英寸满足这一规格的机架称为19英寸机架设备的厚度则以U为单位1U=4.445cm=1.75英寸2U是8.89cm......例如，机柜内相邻设备间至少应相距1U2．配线架管理间和设备间有大量线缆汇集到机柜通常不将线缆直接连到网络设备上，而是整理后连到配线架上，由配线架经跳线连到网络设备配线架是非常重要的组件之一，是相邻子系统（如垂直干线子系统和水平布线子系统）间连接的枢纽是一个硬件实现的匹配表重要作用将布线工程与网络设备安装工程分开便于工程并行展开后期能方便调整各个区域内的线路连接关系便于维护和变更利用配线架&跳线方便地实现变更三层交换机...配线架...VLAN100VLAN200某一天两人换位置了标签不用改动“远”距离线能不动就不动3．理线器对网络跳线进行规整的附属设施使机柜内走线保持美观4．其他承载设施

1）底盒承载用户端的面板（类似于家庭墙上的电源插口）分为暗盒和明盒规格通常是86x86mm，称八六盒其上的面板称为八六面板2）穿线管承载零星的线缆一般埋在墙体或地面可分为金属穿线管和塑料穿线管直径有16mm、20mm、25mm、32mm等3）桥架承载批量线缆多采用槽式（又称走线槽）安装在房间或走道的上方、竖井内采用宽x高的方式进行描述如300x150架设时强电和弱电线缆的桥架应分开敷设保持良好的接地处理施工要求参照《JSJT-121全国通用建筑标准设计-电气装置标准图集》之《电缆桥架安装04D701-3》4）光电转换器光缆布线中，如果网络设备没有光纤模块，则要提供光电转换器（又称为光纤收发器）用于光信号到电信号的转换目录4.1综合布线系统4.1.1概述4.1.2综合布线系统的组成4.1.3传输介质及接口4.1.4相关设备器材4.1.5布线系统工程设计要点4.2网络机房系统4.3电源系统4.4主要设备/软件选型1）实地勘察工程环境是建筑群布线还是建筑内布线楼与楼之间的线缆走向、楼层间、楼层内的线缆走向用户数量、用户位置、用户与用户之间的最大距离等2）选择传输介质、网络设备通过网络的通信类型、通信距离、地理环境、用户容量和拓扑结构可确定选择什么的介质进而确定配套的各种连接器、跳线和配线架等一般来说干线子系统的介质应能支持不低于1000Mp/s的传输率水平子系统的介质应能支持不低于100Mp/s的传速率选取双绞线时，水平子系统的线缆一般不超过90m10m预留给工作区子系统3）确定信息点根据需求分析和逻辑设计的文档，生成信息点（用户附近的信息接口）安装位置的清单对于计算机设备集中的房间，大约每2m2应设一个信息点4）绘制网络工程布局、配置蓝图对整个网络布线系统绘制出蓝图标明主干线/分支线的特性（介质、距离、走向）布线设备的规格与位置连接器的类型与位置通信引出端（用户信息插座）的品名与位置等设计时应设置一定的余量5）编制物资清单确定配线设备、机柜等的规格和数量确定布线材料和线缆长度编制出全部物资的清单6）进行工程造价估算各种设备的预算工程材料的经费网络工程施工费用等甚至可能需要考虑改变公共设施（例如马路路面）的费用目录4.1综合布线系统4.2网络机房系统4.3电源系统4.4主要设备/软件选型1．建筑物内部各要素房间的划分大型网络建设，设备可能分布在多个房间应综合考虑不同设备或子系统对房间的需求对房间和内部布局加以规划便于建设后的日常管理和维护例如，对于某军事单位来说，划分出指挥大厅、总控室、指挥作业室、网络室、空情警报室、短波通信室等2．机房位置的选择应选择在牢固的建筑区域，不易损毁要远离危险场所如易燃易爆品、腐蚀性、有害化学品等储存场所避免机房周围有强电场的干扰，远离振动源和噪声源如高压输电线、雷达站、无线电发射台、通信基站等尽量靠近建筑物内线缆汇接的地方减少线缆敷设成本方便与外部互联线缆的连接3．机房环境机房环境的设计要求较高机房放置有网络设备设备间的连接线、网络系统的接插件数量很多通常需考虑的因素有电源、灰尘、温度与湿度、腐蚀、电磁干扰、接地等电源不间断供电，电压要稳定，可配备电源稳压器电源接地良好不要与大容量的感性负载电网并联运行，防止高压涌流对网络设备产生干扰防静电机房门口加装防静电脚垫工作台上铺设防静电垫机房最好铺设有防静电功能的活动地板方便在地板下走线地板距地面20~30cm严禁铺设地毯之类的物品，容易积尘、产生静电墙面使用乳胶漆即可，不要有更多“花哨”的装饰易产生和吸附尘埃，甚至产生静电其他机房门保证可方便进出设备（特别是本房间体积最大的设备）应隔音、防尘窗户最好安装窗帘顶棚、照明、卫生、温湿度、防电磁辐射等要求也应注意4.内部设备的布局房间环境设计后，应考虑房间内部设备的布局需依靠一定的经验、习惯等提前决定哪些设备放置在什么地方对此，土建或装修工程时就应该预埋、预留相关管道和桥架，为线缆留下充足通道机房面积通常应为各种设备占用面积的5~7倍设备（特别是机柜、服务器等大型设备）布置应留足够空间便于维护线路应距设备尽量靠近以防外露线路太多，易被勾带走道要预留足够空间方便人员交叉流动，避免对设备的碰撞尽量保证房间良好的通风预留后期扩充设备所需空间目录4.1综合布线系统4.2网络机房系统4.3电源系统4.4主要设备/软件选型1．供电系统的负荷计算需对机房设备的负荷进行综合计算为选择进线数量、线径以及配电方式等作为依据系统负荷功率的确定实测法估算法将各设备功率相加后，乘以一个保险系数（如1.3）作为总的负载功率后期线径的选择应以此为基础2．配电系统的设计每个房间安装配电箱一个空气开关意味着一路供电线路每路供电线路的标签上写下供电的用途最好记录进信息库中，防止标签掉落根据实际情况进行配电的控制照明、空调、通信网络等应分开供电大功率空调单独使用一组三相供电系统照明系统用一组三相电动力用一组三相电3．供电方式市电直接供电市电直接送至配电设备，在我国基本不存在太大问题等级：一级-不停电系统，二级-备用供电系统、三级-普通用户供电系统不间断电源（UPS）系统供电市电供电的同时，给UPS设备充电在突然停电的情况下继续供电，持续几分钟到几小时UPS设备分在线型和后备型，前者还可稳压、稳频、抗干扰、防电涌等综合式供电方式采用直接供电与UPS不间断供电相结合的方式将重要设备UPS供电，其他辅助设备市电直接供应4．电源系统接地设计交流接地是将地线与大地相接直流接地是将直流电源输出端的一极与大地相接使其有一个稳定的零电位保护接地是指各种设备的外壳接地屏蔽外界各种干扰防止漏电造成的人身安全问题5．供电系统的安全

1）防止用电负荷过载设计电源系统时在合理估计负荷的前提下，对供电功率要预留充分的余地避免新增过大功率的设备配电系统需配置空气开关一旦负荷过载，可提供有效的保护2）电气保护措施注意事项要避免雷电的影响，增加防雷保护装置对静电干扰应有防治措施要有过压保护和过流保护需要注意有些设备没有开关，或者断电时，所有开关忘记关闭设备数量较大时，同时加电会产生较大冲击电流，易造成设备损坏可考虑采用电源时序器，实现各设备按一定时序依次加电或断电目录4.1综合布线系统4.2网络机房系统4.3电源系统4.4主要设备/软件选型1.概述1）鉴于国际环境的不断恶化，为保证维护和售后的可持续性、顺应国家大环境，以及更加重要的保证安全性等，应尽量考虑国内厂商的产品【案例4-1】阿斯麦拒绝提供维修服务2024年，ASML拒绝为中国光刻机设备提供维修，大背景是美国和欧洲对华技术管制愈发收紧中国在半导体领域的快速崛起，阿斯麦的态度一再变化2020年前后，ASML多次公开质疑中国研发光刻机能力，称即使给中国图纸，中国也不可能造出光刻机2022年开始初步承认中国具备自主研发潜力。其CEO提到中国的“物理定律和我们一样”，并担忧出口管制加速中国技术突破，欧洲企业失去市场2024年8月，其CEO谈中国EUV光刻机称“差远了，搞中低端芯片更合适”2024年中国出口自主28纳米光刻机，其CEO强烈批评中国破坏行业规则、不尊重全球半导体秩序、让全球芯片产业链失衡，中国不应触碰光刻机市场【案例4-2】美国的贸易黑名单美国政府在2019年将华为列入“贸易黑名单”限制大多数美国供应商向华为运送商品和技术企图遏制中国通信业的发展至今，被列入各种黑名单的中国企业、单位，甚至个人，不完全统计已有上千个【案例4-3】财政部发文保护本国产品24年12月5日，财政部就《关于政府采购领域本国产品标准及实施政策有关事项的通知（征求意见稿）》公开征求意见拟在政府采购中给予本国产品相对于非本国产品20%的价格评审优惠外国企业，只要产品在中国境内生产，也同样视同为本国产品该政策起到诸多良好作用保护本国产业、让关键制造业留在中国、让制造业重回中国等是针对美国等频频针对中国产品进行禁止（而不仅仅是优惠本国产品）的一个应对策略2）尽量选用同一厂商的设备，兼容性好。3）在经费许可的情况下，尽可能选择著名的、口碑好的设备厂商和主流的、性能好的产品，特别是售后服务良好与否关系着使用过程中维护工作的大小。4）网络设备的带宽、接口数量、吞吐量等应具有一定余量，代表着网络系统可扩展的