19 计算机网络系统.docx
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19计算机网络系统
19计算机网络系统
19.1一般规定
19.1.1本章适用于民用建筑物及建筑群中通过硬件和软件，实现建筑物及建筑群的网络数据通信及办公自动化系统等应用的计算机网络系统设计。
【注释】目前，计算机网络系统已在工业、商业、办公、住宅等各个场所得到普遍应用。
本章仅适用于“民用建筑物及建筑群”中计算机网络系统的设计，如商业写字楼、住宅等Internet宽带接入网络；政府行政办公楼、企事业单位办公楼中办公自动化应用网络，酒店经营管理、会展业务、航站楼运营、博物馆展陈等商业运营计算机网络；物业管理应用网络；建筑设备管理、综合安防系统等智能化系统管理层数据交换网络等。
不适用于工业生产流程控制计算机网络系统设计。
19.1.2计算机网络系统的设计和配置应标准化，并应具有可靠性、安全性和可扩展性。
【注释】标准化、可靠性、安全性和可扩展性是计算机网络系统设计的基本要求。
标准化主要是指设计选择的网络设备应符合国际标准；可靠性、安全性主要是指在设计网络体系结构、数据链路和设备配置时应根据网络应用的重要性和数据流量等因素合理设计，使设计的网络满足其应用在可靠性、安全性方面的要求；可扩展性是指软硬件的配置应留有适当的裕量，以适应未来网络用户增加的需要，如布线、交换机端口、机柜和软件容量等。
以下为民用建筑计算机网络系统设计时应了解的标准化组织、网络标准和通信标准：
1网络的根本是实现互相通信，一个网络中使用的软硬件产品可能由多家生产商提供，因此计算机网络系统中使用的软硬件标准应遵循国际标准，如国际标准化组织（ISO）的开放系统互连标准（OSI）、美国电气与电子工程师协会（IEEE）的局域网标准（IEEE802.x）、Internet工业标准传输控制/网络互连协议栈（TCP/IP）等。
2网络标准的特性与组织
标准定义了网络软硬件在以下方面的物理和操作特性：
个人计算机环境、网络和通信设备、操作系统、软件。
目前计算机工业主要来自有数的几个组织，这些组织中的每一家定义了不同网络活动领域中的标准。
3主要网络标准
1）OSI参考模型是网络最基本的规范，其分层结构及各层主要功能与网络活动如表19-1所示。
OSI参考模型与IEEE802.x参考模型关系见图19-1。
表19-1OSI参考模型
OSI分层结构
各层主要功能与网络活动
7应用层
应用层是OSI模型的最高层，该层的服务是直接支持用户应用程序，如用于文件传输、数据库访问和电子邮件的软件。
6表示层
表示层定义了在连网计算机之间交换信息的格式，可将其看作是网络的翻译器。
表示层负责协议转换、数据格式翻译、数据加密、字符集的改变或转换；表示层还管理数据压缩。
5会话层
会话层负责管理不同的计算机之间的对话，它完成名称识别及其它两个应用程序网络通信所必需的功能，如安全性。
会话层通过在数据流中设置检查点来提供用户间的同步服务。
4传输层
传输层确保在发送方与接收方计算机之间正确无误、按顺序、无丢失或无重复地传输数据包，并提供流量控制和错误处理功能。
3网络层
网络层负责处理消息并将逻辑地址翻译成舞理地址，网络层还根据网络状况、服务优先级和其它条件决定数据的传输路径，它还管理网络中的数据流问题，如分组交换及路由和数据拥塞控制。
2数据链路层
1负责将数据帧从网络层发送到物理层，它控制进出网络传输介质的电脉冲；
2负责将数据帧通过物理层从一台计算机无差错地传输到另一台计算机。
1物理层
物理层是OSI模型的最底层，又称“硬件层”，其上各层的功能相对第一层也可被看作软件活动。
1负责网络中计算机之间物理链路的建立，还负责运载由其上各层产生的数据信号；
2定义了传输介质与NIC如何连接，如：
定义了连接器有多少针以及每个针的作用，还定义了通过网络传输介质发送数据时所用的传输技术；
3提供数据编码和位同步功能，因为不同的介质以不同的物理方式传输位，物理层定义每个脉冲周期以及每一位是如故转换成网络传输介质的电或光脉冲的。
介质访问控制子层
MAC
图19-1OSI参考模型与IEEE802参考模型对应关系
2）IEEE802.x主要标准的描述参见表19-2，其局域网标准图示见图19-2；
表19-2IEEE802.x主要标准
标准
描述
802.1
与网络管理相关的网络标准
802.2
定义用于数据链路层的一般标准。
IEEE将该层分为两个子层：
LLC和MAC层，MAC层随不同的网络类型而变化，它由IEEE802.3、802.4、802.5分别定义
802.3
定义使用带冲突检测的载波侦听多路访问的总线型网络的MAC层，这是一种传统的以太网标准，在802.3标准的基础上，近年又扩展出快速以太网和千兆位以太网标准：
1）802.3u：
快速以太网标准，作为100Base-T4（4对3、4或5类UTP）、100BaseTX（2对5类UTP或STP）和100BaseFX（2股光缆）以太网的规范。
2）802.3ab：
千兆位以太网标准，作为1000Base-T（4对5类UTP）以太网的规范。
3）802.3z：
千兆位以太网标准，作为1000Base-LX（50微米或62.5微米多模光缆或9微米单模光缆）、1000Base-SX（50微米或62.5微米多模光缆）以太网的规范。
4）802.3ae：
万兆以太网标准，作为10GBase-S、10GBase-L、10GBase-E、10GBase-LX4的规范
5）802.3ak：
万兆以太网标准，作为10GBase-CX4以太网的规范
802.4
定义使用令牌传送机制（令牌总线局域网）的总线型网络的MAC层
802.5
定义使用令牌环网络（令牌环局域网）的MAC层
802.9
定义集成语音/数据网络
802.10
定义网络安全性
802.11
定义无线网络标准
802.12
定义需求优先级访问局域网100BaseVG-AnyLAN
802.15
定义无线个人区域网（WPAN）
802.16
定义宽带无线标准
1
图19-2IEEE802.x局域网标准图示
3）TCP/IP传输控制/网络互连协议栈
传输控制协议/Internet协议（TCP/IP）是一种开放式工业标准的协议栈，它已经成为不同类型计算机（由完全不同的元件构成）间互相通信的网际协议标准。
此外，TCP/IP还提供可路由的企业网络协议，可访问Internet及其资源。
Internet协议（IP）是一种包交换协议，它完成寻址和路由选择功能；传输控制协议（TCP）负责数据从某个节点到另一节点的可靠传输，它是一种基于连接的协议。
由于TCP/IP的开发早于OSI模型的开发，它与七层OSI模型的各层不完全匹配，TCP/IP分为四层，各层的功能以及与OSI模型的对应关系参见表19-3。
表19-3TCP/IP各层功能及与OSI模型的对应关系
TCP/IP分层
TCP/IP各层的功能
TCP/IP相当于
OSI模型的分层
网络接口层
提供网络体系结构（如以太网、令牌环）和Internet层间的接口，可直接与网络进行通信。
物理层和数据链路层
Internet层
使用几种协议用来路由和传输数据，工作于Internet层的协议有：
网际协议（IP）、地址解析协议（ARP）、逆向解析协议（RARP）和Internet信报控制协议（ICMP）。
网络层
传输层
负责建立和维护两台计算机之间端到端的通信，进行接收确认、流量控制和序列数据包。
它还处理数据包的重新传输。
传输层可根据传输要求使用TCP或UDP。
TCP是基于连接的协议，UDP是一种无连接协议，UDP与TCP使用不同的端口，它们可使用相同的号码而不会发生冲突。
传输层
应用层
应用层将应用程序连接到网络中。
两种应用程序编程接口（API）提供对TCP/IP传输协议的访问：
WinSock和NetBIOS
会话层、表示层和应用层
19.1.3计算机网络系统设计前，应进行用户调查和需求分析，以满足用户的需求。
【注释】网络是用来帮助人们工作的定制化工具，每个用户都有其特定的网络应用需求，只有对用户充分调查了解并进行需求分析后，才能设计出满足用户在网络应用、网络管理、安全性、经济性和对未来计划实施等方面的需求，因此用户需求分析是计算机网络系统设计的重要环节，需求分析主要包括以下内容：
1网络功能需求分析
1）网络体系结构；
2）网络拓扑结构与介质；
3）网络设备的配置；
4）Internet连接。
2网络性能需求分析
1）整个网络的可用性；
2）整个网络的可靠性和有效性；
3）可恢复性；
4）邮件系统的易用性；
5）网络的传输速率；
6）Internet连接速率；
7）网络管理与安全性；
8）风险分析。
3投资控制
19.1.4计算机网络系统的配置应遵循实用性和适用的原则，并宜适度超前。
【注释】网络应用和技术的发展日新月异，网络产品不断推陈出新，网络的配置既要满足适用性原则，又要有一定的前瞻性。
选择网络设备时应充分考虑网络可预见的应用和技术的发展趋势，在一定时期内适应这些网络应用。
目前网络设计存在盲目追求高标准，设备选型追求最新、最高配置等问题，造成不必要的浪费，因此实用性和适用性原则值得关注。
19.2网络设计原则
19.2.1计算机网络系统应在进行用户调查和需求分析的基础上，进行网络逻辑设计和物理设计。
【注释】规范设计程序的目的，是可对所设计网络的功能、性能和投资寻找最优的交点。
做到有依据、有目的地设计。
1网络逻辑设计包括以下内容：
1）确定逻辑设计目标；
2）网络类型和体系结构的选择；
3）网络管理与安全性策略；
4）Internet连接方式。
2网络物理设计包括以下内容：
1）网络拓扑结构的设计；
2）选择网络介质；
3）网络设备的配置。
19.2.2用户调查宜包括用户的业务性质与网络的应用类型及数据流量需求、用户规模及前景、环境要求和投资概算等。
【注释】用户调查工作内容包括：
1业务性质与网络应用；
2用户规模及前景；
3网络应用的类型、环境及其数据流量需求；
4可靠性需求；
5安全性需求；
6投资预算。
19.2.3网络需求分析应包括功能需求和性能需求两方面。
网络功能需求分析用以确定网络体系结构，内容宜包括网络拓扑结构与传输介质、网络设备的配置、网络互联和广域网接入。
网络性能需求分析用以确定整个网络的可靠性、安全性和可扩展性，内容宜包括网络的传输速率；网络互联和广域网接入效率及网络冗余程度和网络可管理程度等。
【注释】网络的功能需求与性能需求决定了网络的逻辑设计和物理设计。
19.2.4网络逻辑设计应包括确定网络类型、网络管理与安全性策略、网络互联和广域网接口等。
19.2.5网络物理设计应包含网络体系结构和网络拓扑结构的确定、网络介质的选择和网络设备的配置等。
【注释】网络逻辑设计和物理设计密不可分，其目的是一致的，两者不可脱节。
19.2.6局域网宜采用基于服务器/客户端的网络，当网络中用户少于10个节点时可采用对等网络。
【注释】网络的类型分为对等网络和基于服务器的网络两大类。
对等网络又称工作组网络，所有计算机既是客户机又是服务器；基于服务器的网络已成为标准的网络模型，民用建筑中应用的计算机网络绝大多数采用基于服务器的网络，在基于服务器的网络中一台或多台计算机作为服务器使用，为网络提供资源。
其它计算机是客户机，客户机使用由服务器提供的资源。
两类网络示意见图19-3、图19-4。
客户机
图19-3对等网络示意图
客户机
图19-4基于服务器的网络示意图
基于服务器的网络标准型式有客户机/服务器（C/S：
Client/Server）模式和浏览器/服务器（B/S：
Browser/server）模式两类，见图19-5、图19-6。
1客户机/服务器（C/S）模式
客户1的请求
图19-5客户机/服务器（C/S）模式
（C/S）网络模型的工作原理是：
客户机（工作站）向服务器提出数据服务请求，服务器将对该请求的数据及数据处理的结果提供给客户机使用并将该结果存储于服务器中，客户机使用自己的CPU和软件对服务器提供的数据进一步处理，存储于服务器中的数据处理的结果可被网络中其它客户机访问。
在C/S应用方式中，网络的负载比较均衡，服务器程序运行在网络中的另外一台计算机中，它可以是一台WindowsNT服务器、一台UNIX服务器或者是另一台工作站。
服务器程序从网络中接收客户发出的请求，执行这些请求所要求的操作，并将结果送回给客户，客户接收到结果后通过用户接口将其显示给用户。
客户机的用户接口通常称为前端，而服务器程序则称为后端。
这种方式有许多优点，可以较好地利用LAN中的各类资源，只要求服务器具有运行大型应用程序所需要的存储能力、处理能力等，而工作站集中进行用户界面处理、对数据库信息的接收和显示等工作。
C/S模式只需交换相对较少的数据量，这就使得对网络的使用更为有效，所交换的信息只是请求和回答，而不是C/S模式中的整个应用数据库文件；
2浏览器/服务器（B/S）模式
数据库
SQLserver
ORACLE
SYBASE
…
图19-6浏览器/服务器（B/S）模式
在浏览器/服务器（B/S）模式网络中可设有多台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，而在客户机上只需安装相应的浏览器软件，并在各Web服务器上开发对各数据库的访问接口。
在这种分布式的基于Web的信息管理模式下，不再要求服务器与客户机严格对应，避免了只能在安装有前端开发平台和应用程序的客户机上才能访问数据库的情况。
但是在B/S模式下，由于对数据库进行访问的客户是不确定的，他们可能来自网络的任意一个节点，是完全分布的，数据的安全性就成了一个值得注意的问题。
虽然通过设立防火墙，通过设置数据库用户权限等可以在一定程度上减少非法用户入侵的可能性，但由于进行破坏的入口增多，有必要采取更多、更好的防范措施。
这是B/S模式值得注意的一个问题。
19.2.7网络体系结构的选择应符合下列规定：
1网络体系结构宜采用基于铜缆的快速以太网（100Base-T）；
基于光缆的千兆位以太网（1000Base-SX、1000Base-LX）；
基于铜缆的千兆位以太网（1000Base-T、1000Base-TX）和
基于光缆的万兆位以太网10GBase-X；
2在需要传输大量视频和多媒体信号的主干网段，宜采用千兆位（1000Mbps）或万兆位（10Gbps）以太网，也可采用异步传输模式ATM。
【注释】网络根据介质访问方法的不同分为多种网络体系结构，以太网是当今最流行的网络体系结构，已成为局域网的主流型式，与FDDI和ATM相比，以太网流行的原因是：
价格低廉、安装容易、性能可靠、使用/维护和升级方便。
目前主流的以太网技术主要有以下几种类型：
1快速以太网
快速以太网技术有两种主要的标准：
100Base-T与100VG-AnyLAN：
1）100Base-T快速以太网
100Base-T快速以太网是由10Base-T以太网标准发展而来。
它具有以下特点：
（1）同10Base-T一样，采用了IEEE802.3CSMA/CD的MAC协议层，并具有同样的帧格式、拓扑结构。
但100Base-T具有独特的物理层结构，以支持100Mb/s的数据传输率；
（2）保留了10Base-T以太网的电缆设施、模块式集线器、网桥、路由器；
（3）保留了10Base-T以太网在集线器和桌面机间使用100m长电缆的星型拓扑结构，并规定了100Base-T支持270m长的光纤电缆；
（4）采用流行的SNMP的网络管理软件和以太网管理信息库，完全兼容现有的网管产品；
（5）标准成熟，造价较低。
2）100VG-AnyLAN快速以太网：
100VG-AnyLAN网络技术由HP公司和IBM公司联合倡导，具有以下特点：
（1）不采用传统的以太网冲突协议，而采用请求优先技术，故没有冲突和延迟，对于对时延敏感的应用（如多媒体、电视会议、无时延数据包发送等）很有效；
（2）支持802.3标准和802.1标准的拓扑帧格式；
（3）支持4对3类、4类或5类的UTP、STP及光纤。
2千兆位以太网
千兆位以太网包括了1000Base-X和1000Base-T两种技术，而1000Base-X中又包括了1000Base-LX、1000Base-SX以及1000Base-CX，它们分别对应着相应的编码/译码技术、收发器和传输介质。
1000Base-T的物理层功能与1000Base-X差别较大，有其相应的编码/译码技术、收发器及传输介质，参见图19-7。
收发器
图19-7千兆位以太网的分类
1）1000Base-X：
1000Base-X是千兆位以太网技术中较容易实现的一类方案，它包括了1000Base-CX，LX和SX，按采用的介质不同，它又可分为以下3种形式：
（1）1000Base-CX是使用铜缆的两种千兆位以太网技术之一，另一种是1000Base-T。
1000Base-CX的传输介质是一种短距离屏蔽铜缆，最长距离达25m，这种屏蔽电缆不是符合ISO11801标准的STP，而是一种特殊规格的平衡双绞线对的TW型屏蔽铜缆。
1000Base-CX的短距离铜缆适用于交换机间的短距离连接，特别适用于千兆主干交换机与服务器的短距离连接，这种连接往往就在机房的配线架柜上以跨线方式连接即可，不必使用长距离的铜缆或光纤；
（2）1000Base-LX是一种收发器上使用长波激光（LWL）作为信号源的媒体技术，这种收发器上配置了激光波长为1270~1355nm（一般为1300nm）的光纤激光传输器，它可以驱动多模光纤，也可驱动单模光纤，使用的光纤规格如下：
a.62.5
的多模光纤；
b.50
的多模光纤；
c.9
的单模光纤。
对于多模光纤，在全双工模式下最长距离可达550m；对于单模光纤，全双工模式下最长距离达5km。
连接光纤所使用的SC型光纤连接器，与100Base快速以太网中100Base-FX使用的型号相同；
（3）1000BASE-SX是一种在收发器上使用短波激光（SWL）作为信号源的媒体技术，这种收发器上配置了激光波长为770~860nm（一般为800nm）的光纤激光传输器，仅支持两种多模光纤：
62.5
和50
的多模光纤。
对于62.5
的多模光纤，全双工模式下最长距离为275m；对于50
的多模光纤，全双工模式下最长距离为550m。
连接光纤所使用的连接器与1000Base-LX一样，均采用SC连接器。
2）1000Base-T：
1000Base-T是一种使用4对5类UTP的千兆位以太网技术，其传输距离为25~100m。
这种技术有利于100Base-TX等网络的升级，布线系统保持不变，数据传输速率可提高10倍。
3以太网可使用多种通信协议，并可连接混合计算机环境，如Windows、UNIX、Netware等。
以太网的主要特性参见表19-4；
表19-4以太网的主要特性
特性
描述
传统拓扑结构
直线型总线
其它拓扑结构
星型总线
信号传输方式
基带
介质访问方法
CSMA/CD（10G以太网采用全双工方式）
规范
IEEE802.3
传输速率
10Base-T：
10Mbps
100Base-TX/100Base-FX：
100Mbps
1000Base-T/1000Base-SX/1000Base-LX：
1000Mbps
10GBase-S/L/E/LX4、10GBase-CX4：
10Gbps
传输介质类型
UTP、FTP、光缆、同轴电缆
4在以太网中可运行大部分流行的网络操作系统，包括：
1）MicrosoftWindows95、Windows98、WindowsME；
2）MicrosoftWindowsNTWorkstation和WindowsNTServer；
3）MicrosoftWindows2000Professional和Windows2000Server；
4）MicrosoftLANManager；
5）MicrosoftWindowsforWorkgroups；
6）NovellNetWare；
7）IBMLANServer；
8）AppleShare；
9）UNIX。
5令牌环网是八十年代中期由IBM开发的，以太网的普及减少了令牌环网的市场份额，但它仍然是网络市场中的重要角色。
令牌环网规范是IEEE802.5标准，令牌环网络的标准与特性参见表19-5；
表19-5令牌环网络的标准与特性
特性
描述
拓扑结构
星型环
信号传输方式
基带
介质访问方法
令牌传送
规范
IEEE802.5
传输速率
4Mbps和16Mbps
传输介质类型
UTP、FTP、光缆
网络硬件部件
令牌环网络集线器：
多路访问单元（MSAU）
令牌环网络NIC：
4Mbps或16Mbps
连接器：
RJ-45/光纤连接器
补丁线：
6类传输介质，
最大传输介质段（MSAU与计算机间）距离
补丁线：
46m
UTP：
45m
FTP：
100m
MSAU之间的最大距离
152m，使用中继器为365m
计算机间的最短距离
2.5m
连接网段的最多数目
33个MSAU
每个网段连接计算机的最大数目
UTP：
每个MSAU连接72台计算机
FTP：
每个MSAU连接260台计算机
（推荐数目是50～80台计算机）
6ATM是一种基于信元的快速数据交换技术，具有高带宽（155~622Mbps）和高数据完整性的特征，它还支持同步应用，并具有一定的灵活性和可扩展性。
但目前存在交换设备昂贵，使用也不如以太网容易等缺点；
ATM局域网的组成形式可包括以下几种：
1）作为ATM广域网的网关：
ATM交换机的作用与路由器和通信集中器的作用类似，它可将局域网连接到ATM广域网；
2）主干ATM交换机：
它可用于局域网络的互联；
3）工作组ATM：
它可将高性能多媒体工作站、超级用户等站点直接连接到ATM交换机。
ATM局域网具有以下特征：
1）较适于实时多媒体应用环境，能较好地与B-ISDN融合；
2）可支持一定的服务级别（CoS）及服务质量（QoS）保证；
3）较适于作为大型Internet、城域网及高速宽带网的主干网。
710G以太网（即万兆以太网）是最新的以太网技术，与10/100/1000M以太网兼容，可实现以太网的无缝升级，并可用于广域网。
10G以太网标准有基于光纤传输的10GBase-LX4和基于铜缆传输的IEEE802.3ak，分别作为10GBase-CX4和10GBase-T的规范。
10G以太网采用光纤作为传输介质时，以全双工方式工作，无需采用CSMA/CD访问协议，支持IEEE802.3MAC全双工方式，允许以太网复用设备同时携带10路1Gbps信号，其帧格式与以太网的帧格式一致。
当传输介质采用单模光纤时，传输距离可达300km；采用多模光纤时，传输距离可达40km。
19.2.8网络中使用的服务器应至少能够处理文件、程序及数据储存；响应网络服务请
升级会员 