【正文】 智能樓宇網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 目 錄 1 概述 .................................................................. 1 樓宇智能化技術(shù)概況 ................................................ 1 樓宇智能化技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的概況 .................................... 1 研究目標(biāo) .......................................................... 2 2 局域網(wǎng)技術(shù) ............................................................ 3 局域網(wǎng)的定義 ...................................................... 3 以太網(wǎng)技術(shù) ........................................................ 3 3 VLAN 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全 ................................................... 15 VLAN 技術(shù)概述 .................................................... 15 VLAN 的劃分方式 .................................................. 16 VLAN 在交換機(jī)上的配置 ............................................ 22 網(wǎng)絡(luò)安全 ......................................................... 23 4 組網(wǎng)方案 ............................................................. 26 組網(wǎng)設(shè)計(jì) ......................................................... 26 設(shè)計(jì)總結(jié)與展望 ................................................... 35 參考文獻(xiàn) ................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 謝 辭 ................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 概 述 樓宇智能化技術(shù)概況 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活環(huán)境的安全、高效、舒適提出了要求，應(yīng)運(yùn)而生的樓宇智能化技術(shù)目前在我國(guó)各類(lèi)建筑中得到了廣泛應(yīng)用，它是集建筑技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)以及系統(tǒng)集成技術(shù)為一體的一個(gè)新興但發(fā)展又十分迅猛的技術(shù)領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、 金融、科研、教育、農(nóng)業(yè)及日常生活等方面，已經(jīng)在影響并逐步改變?nèi)藗兊墓ぷ魃罘绞健? 智能建筑在國(guó)際上又稱(chēng)為 3A 建筑，它包括以下幾個(gè)部分： BAS (Building Automation System)為樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、 CAS (Communication Automation System) 為通信自動(dòng)化系統(tǒng)、 OAS (Office Automation System)為辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò) SCS (Structured Cabling System)結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)把上述三個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 (GB /T503142021) 中智能建筑 (IB) 的定義是：它是以建筑為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、辦公自動(dòng)化及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及它們之間的最優(yōu)化組合，給人們提供一個(gè)安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境。 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是智能建筑中最基本和最重要的組成部分 ，它 利用計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)構(gòu)建的高度自動(dòng)化的綜合管理和控制系統(tǒng)，將大樓內(nèi)部各種設(shè)備連接到一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行綜合的控制，這些設(shè)備包括空調(diào)、照明設(shè)備、電梯、消防設(shè)備、安防設(shè)備等等。它確保建 筑物 內(nèi)的舒適和安全的辦公環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的要求。 樓宇智能化技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的 概況 智能建筑系統(tǒng)是將大樓內(nèi)的若干個(gè)既相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組成具有一定規(guī)模的大系統(tǒng)。這其中計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是智能建筑系統(tǒng)的神經(jīng)系統(tǒng)，它把現(xiàn)有的分離設(shè)備、功能、信息組合到一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的綜合傳輸、交換、處理和應(yīng)用。 由于 局域網(wǎng) 具有全開(kāi)放、成本低、帶寬高、穩(wěn)定性和可靠性高、應(yīng)用廣泛、共享資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外工業(yè)控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。工業(yè) 局域網(wǎng) 可以 利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，給工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的每臺(tái)設(shè)備賦予一個(gè) IP 地址，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)各種途徑連接在互聯(lián)網(wǎng)上。這些設(shè)備可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互相傳遞信息和數(shù)據(jù)，因而 具有了遠(yuǎn)程維護(hù)功能并能從 Inter 獲取信息。近年，企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)都在研究開(kāi)發(fā)各種帶 局域網(wǎng) 絡(luò)接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并且這些網(wǎng)絡(luò)接口已應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。很自然， 局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也同樣進(jìn)入了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的研究領(lǐng)域。 目前， 局域網(wǎng) 多用 于 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的樓宇自控網(wǎng)絡(luò)集成 到 智能建筑信息 管理網(wǎng)絡(luò)這一環(huán)節(jié)，即 Ether 總線技術(shù)。 在一些新開(kāi)發(fā)的樓宇自控系統(tǒng)中， 局域網(wǎng) 直接進(jìn)入了控制層，如 北京樓宇自動(dòng)化中心開(kāi)發(fā)的基于局域網(wǎng) 的 ENC20211P 智能建筑測(cè)控系統(tǒng)。 在樓宇 自動(dòng)化系統(tǒng) 中采用 局域網(wǎng) 的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了從管理層到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層通信協(xié)議的兼容和統(tǒng)一 ， 這樣 ， 系統(tǒng)擴(kuò)展起來(lái)也比較方便 ， 與智能建筑中其它系統(tǒng) (通信自動(dòng)化系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng) )集成起來(lái) 也 更加容易。 但它也存在 缺點(diǎn) ： 首先，目前開(kāi)發(fā)基于 局域網(wǎng) 的控制系統(tǒng)產(chǎn)品的難度較大，開(kāi)發(fā)費(fèi)用和成本相對(duì)較高，用戶(hù)可以選擇的廠商也很有限，壟斷利潤(rùn)較高，研發(fā)成本還沒(méi)有被消化，這些都導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格過(guò)高 ； 其次，局域網(wǎng) 的實(shí)時(shí)性、可靠性等方面還有待進(jìn)一步完善。 研 究目標(biāo) 為了實(shí)現(xiàn)我們的研究目標(biāo)，在此將采用理論和實(shí)際相結(jié)合的原則。 在理論方面，我們需要掌握和分析局域網(wǎng)的核心技術(shù) VLAN 技術(shù)，例如為什么要采用 該項(xiàng)技術(shù)，它存在哪些優(yōu)缺點(diǎn)， 以及整個(gè)智能樓宇通信系統(tǒng)在實(shí)際當(dāng)中是如何規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)的； 在實(shí)際應(yīng)用中，需要將技術(shù)理論同實(shí)際情況相結(jié)合，根據(jù)具體的實(shí)際需求合理的分配有限的資源，力爭(zhēng)達(dá)到最優(yōu)的組網(wǎng)效果。最后，還要運(yùn)用現(xiàn)已掌握的技術(shù)手段，對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行合理的優(yōu)化配置，盡最大努力使之實(shí)際運(yùn)行效果接近理論值，也就是利用華為公司 所提供的數(shù)據(jù)通信 設(shè)備實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。除此之外，還需要在 研究過(guò)程中不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，在具體的實(shí)踐當(dāng)中尋找 “ 捷徑 ” ，提高我們的工作效率，尋找更有效的研究方法。 在此將采用華為技術(shù)有限公司提供的數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如二層、三層交換機(jī)，路由器，進(jìn)行智能樓宇的組網(wǎng)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)通信技術(shù)原理和設(shè)備硬件知識(shí)的研究，根據(jù)實(shí)際的用戶(hù)需求，合理的對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行配置，提供最優(yōu)的方案來(lái)解決實(shí)際的組網(wǎng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。 2 局域網(wǎng)技術(shù) 局域網(wǎng)的定義 由于連接介質(zhì)的不同，通信協(xié)議的不同，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的種類(lèi)劃分方法名目繁多。但一般來(lái)講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以按照它覆蓋的地理范圍，劃 分成局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，以及介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的城域網(wǎng)（ MAN， Metropolitan Area Network）。本部分重點(diǎn)介紹局域網(wǎng)。 局域網(wǎng) LAN（ Local Area Network） 是將小區(qū)域內(nèi)的各種通信設(shè)備互連在一起所形成的網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍一般局限在房間、大樓或園區(qū)內(nèi)。局域網(wǎng)一般指分布于幾公里范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)的特點(diǎn)是：距離短、延遲小、數(shù)據(jù)速率高、傳輸可靠。標(biāo)準(zhǔn)（ standard）是廣泛使用的、或者由官方規(guī)定的一套規(guī)則和程序。標(biāo)準(zhǔn)描述了協(xié)議的規(guī)定，設(shè)定了保障網(wǎng)絡(luò)通信的最簡(jiǎn)性能集。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)今居于主導(dǎo)地位的 LAN 標(biāo)準(zhǔn)。 目前我國(guó)常見(jiàn)的局域網(wǎng)類(lèi)型包括：以太網(wǎng)（ Ether）、異步傳輸模式（ ATM， Asynchronous Transfer Mode）等，它們?cè)?拓?fù)?結(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、傳輸速率、數(shù)據(jù)格式等多方面都有許多不同。其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬以太網(wǎng) —— 一種總線結(jié)構(gòu)的 LAN，是目前發(fā)展最迅速、也最經(jīng)濟(jì)的局域網(wǎng)。 以太網(wǎng)技術(shù) 以太網(wǎng)的應(yīng)用 以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的初衷，就是把一些計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行文件共享和數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的傳輸。到目前為止，在計(jì)算機(jī)互連這個(gè)領(lǐng)域，以太網(wǎng)仍然是最 活躍的技術(shù)，但已經(jīng)不再局限于這個(gè)領(lǐng)域，在其他一些領(lǐng)域，以太網(wǎng)也大顯身手，表現(xiàn)不俗。下面是以太網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域： 計(jì)算機(jī)互連：這是以太網(wǎng)技術(shù)的主要目標(biāo)，也是最成熟的應(yīng)用范圍。最開(kāi)始的時(shí)候，許多計(jì)算機(jī)通過(guò)同軸電纜連接起來(lái)，互相訪問(wèn)共享的目錄，或訪問(wèn)在同一個(gè)物理網(wǎng)段上的文件服務(wù)器，各個(gè)計(jì)算機(jī)（不論是服務(wù)器還是客戶(hù)機(jī)）在網(wǎng)絡(luò)上的地位相同。隨著應(yīng)用的發(fā)展，這種平等的結(jié)構(gòu)逐漸不適應(yīng)實(shí)際的需要，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)上的大部分流量都是客戶(hù)機(jī)跟服務(wù)器之間的，這種流量模型必然在服務(wù)器上形成瓶徑。當(dāng)全雙工以太網(wǎng)和以太網(wǎng)交換機(jī)引入以太網(wǎng)之后， 這種情況有所改變，取代的是把服務(wù)器連接到以太網(wǎng)交換機(jī)的一個(gè)告訴端口（ 100M）上，把其他客戶(hù)機(jī)連接到以太網(wǎng)交換機(jī)的低速端口上，這樣就 暫緩了 瓶頸 的形成?，F(xiàn)代的操作系統(tǒng)提供分布式服務(wù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)服務(wù)，基于這些操作系統(tǒng)的服務(wù)器除了跟客戶(hù)機(jī)通信之外，還要跟其他服務(wù)器交換大量的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步，這樣傳統(tǒng)的 100M 快速以太網(wǎng)就不能滿(mǎn)足要求了，于是 1000M 以太網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。 高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間互連：隨著 INTERNET 的不斷發(fā)展，一些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，比如路由器，之間的帶寬已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，需要更高更有效率的互連技術(shù)來(lái)連接這 些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成 INTERNET 的骨干， 1000M 以太網(wǎng)成了首選的技術(shù)。傳統(tǒng)的 100M 也可以應(yīng)用在這些場(chǎng)合，因?yàn)檫@些 100M 的快速以太網(wǎng)鏈路可以經(jīng)過(guò)聚合，形成快速以太網(wǎng)通道，速度可以達(dá)到 100M—— 1000M 的范圍。 城域網(wǎng)中用戶(hù)接入的手段：用戶(hù)通過(guò)以太網(wǎng)技術(shù)接入城域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，文件下載，視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)，已經(jīng)變得越來(lái)越流行。之所以用以太網(wǎng)作為城域網(wǎng)的接入手段，是因?yàn)楝F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)都支持以太網(wǎng)卡，這樣對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，不用更改任何軟件和硬件配置就可以正常上網(wǎng)。 可以看出，以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)覆蓋了網(wǎng)絡(luò)的方方面面，從骨干網(wǎng)到 接入網(wǎng)，從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到工業(yè)應(yīng)用，無(wú)處不見(jiàn)以太網(wǎng)的影子。 以太網(wǎng)物理層 根據(jù) ISO 的 OSI 七層參考模型，物理層規(guī)定了兩個(gè)設(shè)之間的物理接口，以及該接口的電氣特性，規(guī)程特性，機(jī)械特性等內(nèi)容，以太網(wǎng)的物理層也不外乎這些內(nèi)容，它主要的功能是提供一種物理層面的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠家只要按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就可以進(jìn)行互通。下面從介紹這些物理層標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始，來(lái)分析一下以太網(wǎng)的物理層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 從以太網(wǎng)誕生到目前為止，成熟應(yīng)用的以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種： 10BASE 10BASE 100BASETX、 100BASET 100BASET 100BASEFX、1000BASESX、 1000BASELX、 1000BASECX、 1000BASETX，在這些標(biāo)準(zhǔn)中，前面的 10， 100， 1000 分別代表運(yùn)行速率；中間的 BASE 指?jìng)鬏數(shù)男盘?hào)是基帶方式；后邊的 2，5 分別代表最大距離，比如， 5 代表 50 米， 2 代表 200 米等； TX， T2， T4， FX， SX，LX， CX 等應(yīng)用于雙絞線以太網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)，含義如下： 100BASETX：運(yùn)行在兩對(duì)五類(lèi)雙絞線上的快速以太網(wǎng)； 100BASET4：運(yùn)行在四對(duì)三類(lèi)雙絞線上 的快速以太網(wǎng)； 100BASET2：運(yùn)行在 2 對(duì)三類(lèi)雙絞線上的快速以太網(wǎng)； 100BASEFX：運(yùn)行在光纖上的快速以太網(wǎng)，光纖類(lèi)型可以是單模也可以是多模； 1000BASESX：運(yùn)行在多模光纖上的 1000M 以太網(wǎng)， S 指發(fā)出的光信號(hào)是長(zhǎng)波長(zhǎng)的形式； 1000BASELX：運(yùn)行在單模光纖上的 1000M 以太網(wǎng)， L 指發(fā)出的光信號(hào)是短波長(zhǎng) 的形式； 在這些標(biāo)準(zhǔn)中， 10BASE2， 10BASE5 是同軸電纜的物理標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰， 10BASET 和 100BASETX 都是運(yùn)行在五類(lèi)雙絞線上的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，所不同 的是線路上信號(hào)的傳輸速率不同， 10BASET 只能以 10M 的速度工作，而 100BASETX 則以100M 的速度工作，其他方面沒(méi)有什么兩樣。 100BASET2， 100BASET4 現(xiàn)在很少用，所以我們這里只選擇比較有代表性的 100BASETX 進(jìn)行敘述。 100BASETX 是運(yùn)行在兩對(duì)五類(lèi)雙絞線上的快速以太網(wǎng)物理層技術(shù)，它除了規(guī)定運(yùn)行的介質(zhì)是五類(lèi)或更高類(lèi)雙絞線外，還規(guī)定了設(shè)備之間的接口以及電平信號(hào)等。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)備和鏈路之間的接口采用 RJ45 水晶頭，電瓶采用 +5V 和 5V 交替的形式。五類(lèi)雙絞線的 8 跟線 壓入水晶頭的 8 個(gè)線槽中，這樣可以很容易的插入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)卡。 實(shí)際上，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)僅僅用了五類(lèi)雙絞線