了得網建築_建築智能化繫統（第2版）

編輯推薦

本書繫統地介紹了建築智能化領域的主要技術,包括通信網絡技術、計算機技術、自動控制技術、消防與安全防範技術、聲頻與視頻應用技術、綜合布線和繫統集成技術等。本書內容具有繫統性、先進性和代表性，在產品與技術、方案與原理、局部與繫統、縱向與橫向、廣度與深度、應用與研究等方面平衡準確、選材適當，將高等學校專業教材的理論性、繫統性與科技文獻的實踐性、先進性很好地融合在一起。本書文筆流暢，邏輯性強，圖表豐富，簡明易懂，便於教和學。

內容簡介

本書全面而又繫統地論述建築智能化繫統技術。全書共14章，內容包括信息傳輸網絡基礎原理、計算機網絡、智能化建築內電話網、控制信號網絡、綜合布線技術、建築基本設備及其控制特性、建築設備自動化技術、安全防範技術和消防與聯動控制技術、智能建築聲頻應用技術、智能建築有線電視及視頻應用技術、繫統集成的平臺和開發技術、智能建築繫統集成技術和建築智能化項目管理方法等。
本書可作為高等學校自動化專業“建築智能化繫統”及其相似課程的本科教材,也可作為相關專業研究生教材使用。

目錄

第1章導論

本章導讀

1.1建築智能化的基本概念

1.1.1智能建築的基本含義

1.1.2智能建築的體繫結構

1.1.3建築智能化繫統工程架構

第1章導論

本章導讀

1.1建築智能化的基本概念

1.1.1智能建築的基本含義

1.1.2智能建築的體繫結構

1.1.3建築智能化繫統工程架構

1.1.4建築信息模型（BIM）技術

1.2建築智能化的實現技術

1.2.1綜合布線技術

1.2.2信息傳輸技術

1.2.3接口與控制技術

1.2.4數據庫與集成技術

1.2.5綜合自動化與智能化技術

1.3建築智能化的分類

1.3.1智能住宅小區

1.3.2智能校園

1.3.3智能醫院

1.3.4智能體育館

1.3.5智能博物館

1.3.6智能賓館酒店

1.3.7智能辦公寫字樓

1.4建築智能化技術的發展

習題與思考題

第2章智能建築信息傳輸網絡基礎原理

本章導讀

2.1智能建築網絡功能及傳輸對像

2.1.1智能建築網絡的功能和分類

2.1.2智能建築網絡的傳輸對像與特征

2.2智能建築網絡傳輸介質

2.2.1信道與傳輸損耗

2.2.2雙絞線

2.2.3同軸電纜

2.2.4光纖

2.2.5無線傳輸介質

2.2.6傳輸介質的選擇

2.3通信網絡技術

2.3.1公用電信網簡介

2.3.2公用交換電話網

2.3.3數據通信網

習題與思考題

建築智能化繫統(第2版)

第3章智能建築內的計算機網絡

本章導讀

3.1智能建築內的計算機局域網技術

3.1.1局域網標準

3.1.2以太網和快速以太網

3.1.3千兆以太網

3.1.4萬兆以太網

3.1.5交換式局域網及三層交換技術

3.1.6無線局域網

3.2局域網擴展與網絡互聯

3.2.1局域網擴展

3.2.2局域網互聯

3.2.3校園網、園區網設計

3.3寬帶接入技術

3.3.1接入網和接入技術

3.3.2寬帶接入技術

3.3.3銅線接入技術

3.3.4光纖接入網技術

3.3.5以太網接入

3.3.6無線接入

3.4建築內的Intranet

3.4.1Internet網絡技術

3.4.2Intranet網絡技術

3.4.3Web服務器

3.4.4建立樓宇內的Intranet網

3.5網絡的管理與安全運行

3.5.1網絡管理

3.5.2網絡管理新技術

3.5.3VLAN管理

3.5.4防火牆技術

習題與思考題

第4章智能建築內的電話網

本章導讀

4.1PABX通信網絡

4.1.1PABX基本原理

4.1.2PABX的主要功能

4.1.3PABX的入網方式

4.1.4PABX的主要技術性能參數

4.1.5PABX網絡設計要點和實例

4.2建築內的VoIP繫統

4.2.1VoIP原理和構架

4.2.2IP電話網關(中繼網關)

4.2.3IP語音網關

4.2.4VoIP網絡設計

4.3CTI繫統

4.3.1CTI基本技術原理

4.3.2多通道電話數字錄音繫統

4.3.3IVR繫統

4.3.4呼叫中心繫統

習題與思考題

第5章智能建築內控制信號網絡

本章導讀

5.1控制信號網絡傳輸特征

5.1.1噪聲和抗干擾

5.1.2模擬控制信號傳輸方式

5.1.3數字控制信號傳輸方式

5.2BACnet協議

5.2.1BACnet協議簡介

5.2.2BACnet體繫結構

5.2.3BACnet的物理層和數據鏈路層協議

5.2.4BACnet的網絡層協議

5.2.5BACnet的應用層協議

5.2.6BIBB和標準BACnet設備

5.3現場總線

5.3.1現場總線基本概念

5.3.2LonWorks總線

5.3.3CAN總線

5.3.4Modbus總線

5.3.5EIB/KNX總線

5.3.6DALI協議

習題與思考題

第6章智能建築的綜合布線技術

本章導讀

6.1概述

6.1.1綜合布線繫統的目的

6.1.2綜合布線繫統的特點與優勢

6.1.3智能建築對綜合布線繫統的設計需求

6.1.4綜合布線繫統的設計規範標準

6.2綜合布線繫統的組成

6.2.1綜合布線繫統產品的組成

6.2.2綜合布線繫統的結構

6.2.3屏蔽布線繫統

6.2.4工業級布線繫統

6.2.5管理

6.2.6綜合布線中的光纖

6.3綜合布線繫統與相關設備的連接

6.3.1與電話繫統之間的連接

6.3.2與計算機網絡繫統之間的連接

6.3.3與其他繫統之間的連接

6.4綜合布線繫統設計

6.4.1綜合布線繫統設計等級的確定

6.4.2綜合布線繫統設計的一般步驟

6.4.3典型綜合布線設計

6.4.4綜合布線繫統的施工與驗收

6.4.5數據中心綜合布線設計案例

習題與思考題

第7章建築基本設備及其控制特性

本章導讀

7.1供配電繫統

7.1.1典型建築供配電繫統

7.1.2應急發電繫統

7.1.3供配電設備監控

7.1.4供配電繫統設計方案實例

7.2照明繫統

7.2.1建築照明設計

7.2.2建築照明設備

7.2.3照明控制

7.2.4智能照明控制繫統

7.3空調與冷熱源繫統

7.3.1空氣的物理性質

7.3.2空氣調節原理

7.3.3空氣處理的方法和設備

7.3.4冷熱源繫統

7.3.5空氣調節繫統

7.3.6空調運行控制方式

7.3.7冷熱源繫統的監控

7.4給排水繫統

7.4.1供水繫統

7.4.2排水繫統

習題與思考題

第8章建築設備自動化技術

本章導讀

8.1建築設備自動化繫統(BAS)的功能需求

8.1.1BAS的對像環境

8.1.2BAS的功能要求

8.1.3BAS的技術基礎

8.1.4BAS常用檢測設備和執行器

8.2集散控制

8.2.1集散控制繫統的基本組成與繫統結構

8.2.2集散控制繫統的典型結構

8.2.3集散控制繫統的特點

8.3BAS的繫統結構

8.3.1BAS體繫結構的發展

8.3.2集散型BAS的結構

8.3.3集散型BAS繫統的組態

8.3.4集散型BAS的幾種方案

8.3.5BAS中的基本監測點、接口位置及常用傳感器

8.4智能建築的BAS繫統設計

8.4.1BAS設計原則

8.4.2BAS設計、施工及驗收依據

8.4.3BAS設計步驟

8.4.4BAS設計中的幾個關鍵問題

8.4.5某市博覽中心的BAS方案設計案例

習題與思考題

第9章智能建築的安全防範技術

本章導讀

9.1概述

9.1.1智能建築對安全防範繫統的要求

9.1.2智能建築安防繫統的組成

9.2出入口控制繫統

9.2.1出入口控制繫統的結構

9.2.2出入口控制繫統的辨識裝置

9.2.3出入口控制繫統的執行設備

9.2.4出入口控制繫統的管理功能

9.2.5出入口控制繫統的管理/控制工作方式

9.2.6可視對講繫統

9.2.7停車庫(場)管理繫統

9.3入侵報警繫統

9.3.1入侵報警繫統的結構

9.3.2入侵探測器的分類和應用特點

9.3.3入侵報警控制主機功能及其與探測器的連接方式

9.3.4常用入侵探測器

9.3.5大學校園入侵報警繫統案例

9.3.6電子巡查繫統

9.3.7大學校園巡查繫統案例

9.4視頻安防監控繫統

9.4.1視頻安防監控繫統的組成與結構

9.4.2前端設備

9.4.3傳輸設備

9.4.4顯示與記錄設備

9.4.5處理與控制設備

9.4.6IP視頻監控的標準ONVIF

9.4.7視頻安防監控繫統方案

9.4.8大學校園視頻安防監控繫統案例

9.4.9城市視頻監控繫統案例

習題與思考題

第10章消防及聯動控制技術

本章導讀

10．1概述

10．1．1智能建築對消防繫統的要求

10．1．2智能建築消防繫統的構成

10．1．3智能建築消防繫統的基本工作原理

10．2火災探測器

10．2．1室內火災的發展特征

10．2．2火災探測器的分類

10．2．3火災探測器的繫統組成方式

10．2．4常用火災探測器

10．2．5火災探測器的選用及設置

10．3火災報警控制器及火災報警繫統

10．3．1作用與類型

10．3．2火災報警控制器功能

10．3．3火災報警控制繫統結構

10．4自動滅火繫統

10．4．1滅火的基本原理

10．4．2自動噴水滅火繫統

10．4．3氣體滅火繫統

10．5智能建築的消防聯動控制

10．5．1消防聯動控制

10．5．2消防應急廣播繫統

10．5．3智能消防應急照明繫統

10．5．4消防繫統的智能化

10．5．5智能消防繫統與BA繫統的集成

習題與思考題

第11章智能建築聲頻應用技術

本章導讀

11．1擴聲繫統

11．1．1擴聲繫統的基本組成

11．1．2擴聲繫統的主要技術指標

11．1．3擴聲繫統技術指標要求

11．1．4音質主觀評價簡介

11．1．5擴聲繫統的主要設備

11．1．6智能建築擴聲繫統設計

11．1．7會議室擴聲繫統

11．1．8多功能廳擴聲繫統

11．2智能建築的公共及緊急廣播繫統

11．2．1公共廣播繫統的特點及其組成

11．2．2緊急廣播繫統的特點及其組成

11．2．3多功能公共廣播繫統

11．2．4公共及緊急廣播繫統的數字化技術

11．3智能建築的會議繫統

11．3．1基本會議繫統

11．3．2同聲傳譯繫統

11．3．3智能會議繫統

11．4智能建築的網絡聲頻技術

11．4．1網絡聲頻繫統的特點

11．4．2網絡聲頻繫統解決方案

習題與思考題

第12章智能建築有線電視及視頻應用技術

本章導讀

12．1概述

12．1．1智能建築對有線電視繫統的要求

12．1．2有線電視繫統的一般構成

12．1．3有線電視繫統的技術指標

12．2有線電視繫統的設備和部件

12．2．1放大器

12．2．2信號處理器

12．2．3自辦節目制作設備

12．2．4調制器

12．2．5混合器

12．2．6分配器

12．2．7分支器

12．2．8機頂盒

12．2．9電纜調制解調器

12．2．10光端設備

12．3有線電視接收繫統

12．3．1衛星電視信號接入

12．3．2有線電視接收繫統

12．3．3智能建築有線電視繫統的設計

12．4有線電視網絡的雙向傳輸技術

12．4．1雙向傳輸

12．4．2雙向傳輸電纜電視繫統

12．4．3視頻點播繫統

12．4．4視訊寬帶網技術

12．4．5基於有線電視網絡雙向傳輸技術的實際應用

12．5視頻會議技術

12．5．1視頻會議繫統的設備

12．5．2視頻會議繫統的通信網絡技術

12．5．3視頻會議繫統組成

12．6視頻顯示技術

12．6．1視頻顯示器件

12．6．2視頻顯示繫統

習題與思考題

第13章智能建築繫統集成技術

本章導讀

13．1智能建築繫統集成基本概念

13．1．1繫統集成的功能要求

13．1．2智能建築繫統集成的必要性

13．1．3智能化集成繫統架構規劃

13．1．4繫統集成是一個繫統工程

13．1．5智能建築繫統集成的技術

13．1．6智能建築繫統集成與綠色城市管理聯成一體

13．2智能建築集成管理繫統

13．2．1IBMS的結構和功能

13．2．2IBMS的繫統設計

13．2．3面向設備的集成管理

13．2．4面向客戶的集成管理

13．3基於物聯網的應用繫統集成技術

13．3．1物聯網原理

13．3．2IC卡基礎原理

13．3．3一卡通繫統

13．4智能化居住區繫統集成方案

13．4．1居住區智能化繫統

13．4．2智能居住區繫統集成設計

13．4．3居住小區安防和智能化繫統方案實例

13．4．4三表自動抄表繫統

習題與思考題

第14章建築智能化項目管理方法

本章導讀

14．1建築智能化項目實施流程

14．1．1項目實施流程

14．1．2招標

14．1．3項目法人責任制

14．1．4工程建設監理

14．2建築智能化項目的招標、投標

14．2．1制定標書

14．2．2投標

14．2．3開標和評標

14．3項目實施

14．3．1制定項目實施方案

14．3．2項目實施流程

14．4行業標準與資質認證

14．4．1行業標準

14．4．2建築智能化繫統工程設計單位資質及認證

14．4．3建築智能化繫統集成商資質及認證

14．4．4消防設施專項工程設計證書資質及認證

14．4．5工程監理企業的資質及認證

14．4．6個人的資質認證

習題與思考題

參考文獻

前言

第2版前言

第2版前言

《建築智能化繫統》自出版以來已被眾多高校選作教材。從第1版問世至今已有近十個年頭, 建築智能化技術日新月異,“智能樓宇/智能建築”是當前的熱門產業，因為樓宇智能化/建築智能化技術已經成為綠色可持續發展的主要支撐技術。一大批新技術、新產品、新工藝應用在建築智能化工程實踐中,使人們對“建築智能化”學科有了新的認識。隨著物聯網技術和雲計算技術的成熟, 物聯網、雲計算等新一代信息技術在智能建築領域的應用越來越廣泛。智能建築向“綠色建築”“智慧建築”發展,是構建智慧城市的。為了盡可能將這些新的進展與成果納入教材內容中，使得讀者能夠更好地學以致用，我們根據本學科發展的規律更新內容，同時吸收眾多高校用戶意見對第1版進行了修訂，終使得第2版與讀者見面。第2版修訂工作的指導原則是：把握學科發展方向，努力造就精品教材。力求做到把新的認識融入教材中，體現學科發展的方向和行業發展的方向;站在全局的高度，從綜合集成應用的視角來組織教材的內容;緊跟行業和市場發展動態，將新技術和新標準及時納入教材;揭示建築智能化工程的復雜性和技術內在的繫統性關繫;將編者豐富的教學經驗結合到教材中，體現教材特色。編者根據上述原則進行修訂編寫工作。本書的內容涉及多個學科領域，覆蓋面非常廣，要在一個學期的教學中全面地講深學透是不太容易的，同時還要配合大量的綜合性實驗教學環節。因此，我們對選用本教材的教師提出一個建議，可以根據實際的教學條件和教學要求對教學內容進行取舍。本書提供配套的電子教案供大家參考。本書第1章由章雲編寫，第3章由曾珞亞編寫，第8章由宋亞男編寫,第12章由谷剛編寫, 第2、4、5、6、7、9、10、11、13、14章由許錦標編寫，全書由章雲組織、修改和定稿。限於時間和水平，書中必有不妥之處，敬請讀者指正。廣東工業大學校部和自動化學院在本書修訂工作中給予了大力支持和幫助，鮑鴻、萬頻、謝勝利、羅小燕、王銀河、陳瑋、餘榮、蔡述庭、杜玉曉、史育群、李學聰、唐雄民、王春茹為本書的出版提供了許多的幫助，在此一並致謝！編者2017年3月

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第3章智能建築內的計算機網絡
本章導讀智能建築內的計算機網絡是高速的數據通信網，可以實現數字設備之間的高速數據通信，也可以實現語音和視頻信號的數字化傳輸，或者說，可以實現多媒體通信。它是智能建築繫統集成的平臺,是信息傳輸網的核心。智能建築內的計算機網絡技術是局域網，傳輸速率已達10Gbps,目前的技術可保證到端點的傳輸速率為1000Mbps，因此，智能建築內的計算機網絡是一個高速的IP網絡。通過局域網上的網關/路由器就可以實現與互聯網和各種廣域計算機網的聯接。在一個智能建築內實際上構建了多個局域網，每一個局域網完成一類通信服務，如控制專網、安防專網、涉密辦公網、公用信息網等。這樣做的原因是：隔離帶來了安全，降低了網絡通信流量。局域網和局域網之間可以有目的地互聯起來，使網絡的安全性受到控制。計算機網絡繫統為管理與維護提供相應的網絡管理繫統，並提供高密度的網絡端口，可滿足用戶容量分批增加的需求。隨著網絡技術的飛速發展，從數據和信號的角度來看，目前的各種模擬傳輸業務均可能經過數字化後在計算機網絡上傳輸。例如，VoIP可以支持傳統的電話通信業務，IPTV可以支持有線電視業務。也就是說，將來隻需要建一個高速IP網絡，就能實現多種業務的傳輸。本章主要介紹當前主流局域網技術以及局域網互聯、寬帶接入技術，然後介紹計算機網絡平臺及構建方案，後對網絡管理和安全進行簡介。本章的重點和難點是在所學的網絡技術基礎上進行智能建築內的計算機網絡方案設計和集成。3.1智能建築內的計算機局域網技術在智能建築內構建計算機網絡主要是應用局域網以及局域網互聯技術。局域網是一組由計算機和其他網絡設備互聯在一起而形成的繫統，其覆蓋區域限於建築物內或建築群內，允許網絡內部的用戶之間相互高速通信，並共享計算機的軟硬件資源。局域網通常由網絡接口卡、電纜(光纜)繫統、交換機、服務器以及網絡操作繫統等部分組成。決定局域網特性的技術要素包括網絡拓撲結構、傳輸介質類型、介質的訪問控制以及安全管理等。當前的技術主流是以太網。3.1.1局域網標準1. 局域網體繫結構
IEEE 802是局域網的技術標準。局域網在通信方面有自己的特點：，其數據是以幀為單位傳輸的。第二，局域網內部一般不需中間轉接，所以也不要求路由選擇。因此，局域網的參考模型對應於OSI參考模型中的兩層，如圖31所示，實現了OSI模型兩層的功能。其中，物理層用來建立物理連接，數據鏈路層把數據構成幀進行傳輸，並實現幀順序控制、錯誤控制及流控制功能，使不可靠的鏈路變為可靠的鏈路。

圖31IEEE 802局域網參考模型與OSI參考模型
第3章智能建築內的計算機網絡
本章導讀智能建築內的計算機網絡是高速的數據通信網，可以實現數字設備之間的高速數據通信，也可以實現語音和視頻信號的數字化傳輸，或者說，可以實現多媒體通信。它是智能建築繫統集成的平臺,是信息傳輸網的核心。智能建築內的計算機網絡技術是局域網，傳輸速率已達10Gbps,目前的技術可保證到端點的傳輸速率為1000Mbps，因此，智能建築內的計算機網絡是一個高速的IP網絡。通過局域網上的網關/路由器就可以實現與互聯網和各種廣域計算機網的聯接。在一個智能建築內實際上構建了多個局域網，每一個局域網完成一類通信服務，如控制專網、安防專網、涉密辦公網、公用信息網等。這樣做的原因是：隔離帶來了安全，降低了網絡通信流量。局域網和局域網之間可以有目的地互聯起來，使網絡的安全性受到控制。計算機網絡繫統為管理與維護提供相應的網絡管理繫統，並提供高密度的網絡端口，可滿足用戶容量分批增加的需求。隨著網絡技術的飛速發展，從數據和信號的角度來看，目前的各種模擬傳輸業務均可能經過數字化後在計算機網絡上傳輸。例如，VoIP可以支持傳統的電話通信業務，IPTV可以支持有線電視業務。也就是說，將來隻需要建一個高速IP網絡，就能實現多種業務的傳輸。本章主要介紹當前主流局域網技術以及局域網互聯、寬帶接入技術，然後介紹計算機網絡平臺及構建方案，後對網絡管理和安全進行簡介。本章的重點和難點是在所學的網絡技術基礎上進行智能建築內的計算機網絡方案設計和集成。3.1智能建築內的計算機局域網技術在智能建築內構建計算機網絡主要是應用局域網以及局域網互聯技術。局域網是一組由計算機和其他網絡設備互聯在一起而形成的繫統，其覆蓋區域限於建築物內或建築群內，允許網絡內部的用戶之間相互高速通信，並共享計算機的軟硬件資源。局域網通常由網絡接口卡、電纜(光纜)繫統、交換機、服務器以及網絡操作繫統等部分組成。決定局域網特性的技術要素包括網絡拓撲結構、傳輸介質類型、介質的訪問控制以及安全管理等。當前的技術主流是以太網。3.1.1局域網標準1. 局域網體繫結構
IEEE 802是局域網的技術標準。局域網在通信方面有自己的特點：，其數據是以幀為單位傳輸的。第二，局域網內部一般不需中間轉接，所以也不要求路由選擇。因此，局域網的參考模型對應於OSI參考模型中的兩層，如圖31所示，實現了OSI模型兩層的功能。其中，物理層用來建立物理連接，數據鏈路層把數據構成幀進行傳輸，並實現幀順序控制、錯誤控制及流控制功能，使不可靠的鏈路變為可靠的鏈路。

圖31IEEE 802局域網參考模型與OSI參考模型

(1) 物理層。負責在物理層實體間發送和接收位流，提供發送和接收信號的能力、對寬帶的頻道分配和對基帶信號的調制等。(2) 數據鏈路層。該層又細分為兩個功能子層：邏輯鏈控制(Logical Link Control，LLC)子層和介質訪問控制(Media Access Control，MAC)子層。這種功能分解主要是為了使數據鏈功能中與硬件有關的部分和與硬件無關的部分分開。MAC子層與物理層相鄰，為物理層訪問提供接口。MAC子層負責對介質的訪問控制，為用戶分配信道使用權，具有管理多個源和目的鏈路的功能。IEEE 802制定了幾種介質訪問控制方法，同一個LLC子層能與其中任一種訪問方法接口，目前這些介質訪問控制方法包括載波監聽衝突檢測多重訪問(CSMA/CD)、令牌總線(tokenbus)及令牌環(tokenring)等訪問方法。LLC子層在MAC子層的支持下向網絡層提供服務。LLC子層與具體的傳輸介質無關，這種獨立於介質的訪問控制方法屏蔽了各種IEEE 802網絡連接之間的差別，向網絡層提供一個統一的格式和接口。LLC子層的功能包括數據幀的組裝與拆卸、幀的收發、差錯控制、數據流控制和發送順序控制等，並為網絡層提供兩種類型的服務——面向連接服務和無連接服務。2. IEEE 802標準IEEE 802是一個標準繫列，包含多個協議，其組成如圖32所示。

圖32IEEE 802協議棧

3.1.2以太網和快速以太網1. 以太網
以太網(Ethernet)是當今流行的局域網，采用CSMA/CD介質訪問方式進行通信訪問，網絡的速率是10Mbps。雖然現在構建的局域網幾乎已不再應用10Mbps以太網技術，但是考慮到與以前所建繫統的兼容性，我們仍有必要了解10Mbps以太網技術10BASET。10BASET以太網所采用的傳輸介質為3類、4類和5類UTP，其相關標準見表31。網絡結構為以集線器(hub，現在采用交換機)為節點的星形拓撲結構。

表31以太網(IEEE 802.3)UTP介質標準

標準要求10BASET100BASETX100BASET4100BASET21000BASET數據速率10Mbps100Mbps100Mbps100Mbps1000Mbps介質要求3類100m4類140m5類150m5類100m3類100m4類100m5類100m3類100m4類100m
5類100m5類100m使用電纜對數22424插座接線模式1.2和3.61.2和3.6全部線對1.2和3.6全部線對
10BASET要求每臺計算機都有一塊網絡接口卡與一條從網卡到集線器的直接連接。圖33表明了10BASET布線方案。盡管所有集線器都能容納多臺計算機，但集線器還是有許多種尺寸。一個典型的小型集線器有24個端口，每個提供一條連接。這樣，一個集線器能在一個小組中連接所有計算機(如在一個部門中)。較大的集線器能容納幾百條連接。

圖3310BASET以太網

2. 100BASET快速型以太網可以說，100BASET是雙絞線以太網的100Mbps速率版,它的標準為IEEE 802.3u，它是現行IEEE 802.3標準的補充。有3個不同的100BASET物理層規範，其相關標準見表32,其中兩個物理層規範支持長度為100m的無屏蔽雙絞線，第三個規範支持單模或多模光纜。與10BASET和10BASEF一樣，100BASET要求有中央集線器的星形布線結構。
表32不同100Mbps快速以太網介質標準

標準要求100BASETX100BASET4100BASEFX距離/m1001002000拓撲結構星形星形星形介質5類 UTP或STP3/4/5類 UTP多模或單模光纜要求線對數242編碼方法4B/5B8B/6T4B/5B信號頻率/MHz12525125
100BASET的MAC(介質訪問方式)與10Mbps“經典”以太網MAC幾乎完全一樣，正如前面所述，IEEE 802.3 CSMA/CD MAC具有固有的可縮放性，即它可以以不同速度運行，並能與不同物理層連接。100BASETX物理層支持快速以太網運行在5類2對UTP或1類STP上。100BASET4物理層支持快速以太網運行在3類、4類或5類的4對UTP上。100BASEFX支持多模或單模光纜布線，這樣快速以太網就能在2km的距離內傳輸信息。
100BASET4是為完全迎合龐大的3類音頻級布線安裝需要而設計的。100BASET4使用4對音頻級或數據級無屏蔽3類、4類或5類電纜。由於信號頻率隻有25MHz，也可使用音頻級3類線纜。100BASET4使用所有的4對無屏蔽雙絞線，3對線用來同時傳送數據，而第4對線用來作為衝突檢測時的接收信道。與10BASET和100BASETX不同，它沒有單獨專用的發送和接收線，所以不可能進行全雙工操作。100BASET4為目前大量的10Mbps以太網向100Mbps快速以太網過渡提供了極大方便，大多數情況下隻需要更換網卡和集線器，而不需要重鋪電纜線。3.1.3千兆以太網1. 千兆以太網標準
千兆以太網是建立在以太網標準基礎之上的技術，它與快速以太網和標準以太網完全兼容，並利用原以太網標準所規定的全部技術規範，其中包括CSMA/CD協議、幀格式、流量控制以及IEEE 802.3標準中所定義的管理對像等。為了實現高速傳輸，千兆以太網定義了千兆介質專用接口(GMII),從而將介質子層和物理層分開，使得當物理層的傳輸介質和編碼方式變化時不會影響到介質子層。千兆以太網技術有兩個標準——IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab。IEEE 802.3z為光纖和同軸電纜的全雙工鏈路方案的標準，IEEE 802.3ab為非屏蔽雙絞線的半雙工鏈路標準。2. 千兆以太網介質千兆以太網可采用4類介質： 1000BASESX(短波長光纖)、1000BASELX(長波長光纖)、1000BASECX(短距離銅纜)、1000BASET(100m 4對6類UTP)，其介質標準如表33所示。

表33千兆以太網介質標準

標準要求1000BASESX1000BASELX1000BASECX1000BASET介質多模光纖(62.5μm或50μm)多模光纖(62.5μm或50μm)單模光纖(9μm或10μm)150Ω STP5類UTP,4對工作波長/nm770~8601270~13551270~13550距離/m220~550550500025100
其中,1000BASESX使用短波長（850nm）激光的多模光纖，1000BASELX使用長波長（1300nm）激光的單模和多模光纖。使用長波長和短波長的主要區別是傳輸距離和費用。不同波長傳輸時信號衰減程度不同。短波長傳輸衰減大，距離短，但費用；長波長可傳輸更長的距離，但費用高。1000BASECX為150Ω平衡屏蔽的特殊電纜集合，線速為1.25Gbps，使用8B/10B編碼方式。3. 1000BASET1000BASET是100BASET的自然擴展，與10BASET、100BASET完全兼容。1000BASET規定可以在5類4對平衡雙絞線上傳送數據,傳輸距離遠可達100m。1000BASET的重要性在於:可以直接在100BASETX快速以太網中通過升級交換機和網卡實現千兆到桌面，而不需要重鋪電纜線。 1000BASET是專門為在5類雙絞線上傳送數據而設計的。1000BASET與100BASET采用相同的傳送時鐘頻率(125MHz)，但是利用了一種更加復雜的信號傳輸和編/解碼機制——PAM5碼，每個符號(5級脈衝幅度調制，取 2， 1，0，-1，-2之一)對應兩位二進制信息(其中4級表示兩位，一級用於前向糾錯碼)。1Gbps的傳送速率可以等效地看作分布在4對雙絞線上(4×125Mbps×2=1Gbps)。4. 千兆以太網應用千兆以太網的光纖連接方式解決了樓層干線的高速連接，1000BASET千兆以太網技術用來解決桌面之間的高速連接。千兆以太網可用於高速服務器之間的連接、建築物的高速主干網、內部交換機的高速鏈路以及高速工作組網絡。由於千兆以太網采用大家熟悉的技術，是一種從目前普遍采用的以太網技術平滑過渡到千兆以太網的技術，是10Mbps和100Mbps以太網技術的自然擴展，因此有很好的應用前景。圖34所示是某高校圖書館計算機網絡繫統集成方案。

圖34千兆以太網應用案例

3.1.4萬兆以太網1. 萬兆以太網的標準
2002年，IEEE 802委員會通過了萬兆以太網(10Gigabit Ethernet)標準IEEE 802.3ae，定義了3種物理層標準: 10GBASEX、10GBASER、10GBASEW。1) 萬兆物理層標準10GBASEX為並行的局域網物理層標準，采用8B/10B編碼技術，隻包含一個規範： 10GBASELX4。為了達到10Gbps的傳輸速率，使用稀疏波分復用（CWDM）技術，在1310nm波長附近以25nm為間隔，並列配置了4對激光發送器/接收器組成的4條通道，每條通道的10B速率為3.125Gbaud。10GBASELX4使用多模光纖和單模光纖的傳輸距離分別為300m和10km。
10GBASER為串行的LAN類型的物理層標準，使用64B/66B編碼格式，包含3個規範： 10GBASESR、10GBASELR、10GBASEER，分別使用850nm短波長、1310nm長波長和1550nm超長波長。10GBASESR使用多模光纖，傳輸距離一般為幾十米； 10GBASELR和10GBASEER使用單模光纖，傳輸距離分別為10km和40km。10GBASEW為串行的WAN類型的物理層，采用64B/66B編碼格式，包含3個規範： 10GBASESW、10GBASELW和10GBASEEW，分別使用850nm短波長、1310nm長波長和1550nm超長波長。10GBASESW使用多模光纖，傳輸距離一般為幾十米； 10GBASELW和10GBASEEW使用單模光纖，傳輸距離分別為10km和40km。除上述3種物理層標準外，IEEE還制定了一項使用銅纜的稱為10GBASECX4的萬兆以太網標準IEEE 802.3ak，可以在雙芯同軸電纜上實現10Gbps的信息傳輸速率，提供數據中心的以太網交換機和服務器群的短距離(15m之內)10Gbps連接的經濟方式。10GBASET是另一種萬兆以太網物理層，通過6/7類雙絞線提供100m內的10Gbps的以太網傳輸鏈路。萬兆以太網的介質接口標準如表34所示。

表34萬兆以太網介質標準

接口類型應用範圍傳送距離波長介質類型10GBASELX4局域網300m1310nm多模光纖10GBASELX4局域網10kmWDM單模光纖10GBASESR局域網300m850nm多模光纖10GBASELR局域網10km1310nm單模光纖10GBASEER局域網40km1550nm單模光纖10GBASESW廣域網300m850nm多模光纖10GBASELW廣域網10km1310nm單模光纖10GBASEEW廣域網40km1550nm單模光纖10GBASECX4局域網15m－4根Twinax線纜10GBASET局域網25~100m－雙絞銅線

2) MAC子層標準萬兆以太網仍采用IEEE 802.3數據幀格式，維持其、小幀長度。由於萬兆以太網隻定義了全雙工方式，所以不再支持半雙工的CSMA/CD的介質訪問控制方式，也意味著萬兆位以太網的傳輸不受CSMA/CD衝突域的限制，從而突破了局域網的概念，進入廣域網範疇。2. 萬兆以太網優勢與千兆以太網相比，萬兆以太網有哪些優勢？過去有時候需采用數個千兆以太網捆綁以滿足交換機互連所需的高帶寬，因而浪費了更多的光纖資源，現在可以采用萬兆以太網互連，甚至4個萬兆以太網捆綁互連，達到40Gbps的寬帶水平。在愈來愈多的服務器改采用千兆以太網作為上連技術後，數據中心或群組網絡的骨干帶寬相應增加，以千兆以太網或千兆以太網捆綁作為平臺已不能滿足需求，升級到萬兆以太網在服務質量及成本上都將占有相對的優勢。萬兆以太網也可以在其他多媒體應用，如VOD視頻點播或多媒體制作領域尋找更多的應用空間。萬兆以太網在技術上基本承續過去的以太網、快速以太網及千兆以太網的技術，因此在用戶的普及率、使用的方便性、網絡的互操作性及簡易性上皆占有極大的優勢，在升級到萬兆以太網解決方案時，用戶不需擔心既有的程序或服務受到影響，因此升級的風險是非常低的，這可以從過去以太網一路升級到千兆以太網中得到證明，同時在未來升級到萬兆以太網，甚至四萬兆以太網(40G)、十萬兆以太網(100G)，這都將是一個很明顯的優勢。以太網采用CSMA/CD機制，即帶踫撞檢測的載波監聽多重訪問。千兆以太網接口基本應用在點到點線路，不再共享帶寬。踫撞檢測、載波監聽和多重訪問已不再重要。千兆以太網與傳統低速以太網的相似之處在於采用相同的以太網幀結構。萬兆以太網與千兆以太網類似，仍然保留了以太網幀結構。通過不同的編碼方式或波分復用提供10Gbps傳輸速度。所以就其本質而言，萬兆以太網仍是以太網的一種類型。萬兆以太網與千兆以太網的比較如表35所示。

表35萬兆以太網與千兆以太網的比較

對比項目千兆以太網萬兆以太網應用方面彙聚、接入層核心層，具有SDH接口工作模式CSMA/CD 全雙工隻支持全雙工編碼方式8B/10B新的64B/66B傳輸媒介光纖/銅線隻支持光纖(將來支持銅線)傳輸距離/km540
3. 40G/100G以太網標準40G/100G以太網標準是IEEE 802.3ba，將包含這兩個速度的規範。每種速度將提供一組物理接口： 40Gbps將有1m交換機背板鏈路、10m銅纜鏈路和100m多模光纖鏈路標準； 100Gbps將有10m銅纜鏈路、100m多模光纖鏈路和10km、40km單模光纖鏈路標準。4. 400Gbps帶寬的下一代以太網傳輸標準2013年4月2日，IEEE宣布組建新的IEEE 802.3 Standard for Ethernet工作組，探討制定400Gbps帶寬的下一代以太網傳輸標準, 400Gbps以太網標準是IEEE P802.3bs,尚未獲批發布。工作組近期主要工作是制定100m多模光纖、500m單模光纖、2km單模光纖、10km單模光纖的相關標準。5. 萬兆以太網應用圖35是某大學城校園計算機網絡繫統集成方案，采用萬兆以太網作為建築群網絡主干，實現接入層(樓層)與網絡中心的高速數據交換。還可通過鏈路彙聚技術實現主干交換機之間、主干交換機和接入層交換機之間更高的網絡帶寬，以滿足不同的應用繫統要求。樓層內可通過快速以太網技術實現100Mbps交換到桌面，完全滿足當前及將來的計算機應用需求。

圖35萬兆校園計算機網絡繫統方案

3.1.5交換式局域網及三層交換技術1. 交換式局域網的特點和工作原理
交換式局域網以不同於傳統共享式局域網所采用的競爭方式來使用信道，而是采用了交換機制，以網絡交換機為中心，每一個站點都與交換機相連，站點間可以並行地實現一對一通信的局域網。交換機為數據幀從一個端口到另一個任意端口的轉發提供了低時延、低開銷的通路。由於交換式局域網中的節點在進行通信時，數據信息是點對點傳遞的，這些數據並不向其他站點進行廣播，所以網絡的安全性較高，同時各節點可以獨享帶寬，如圖36所示。

圖36共享式局域網與交換式局域網參考模型

傳統共享式局域網上的所有節點(如主機、工作站)共享同一帶寬，當網上兩個任意節點交換數據時，其他節點隻能等待。而交換式局域網利用網絡交換機在不同網段之間建立多個獨享連接(就像電話交換機可同時為眾多的用戶建立對話通道一樣)，采用按目的地址的定向傳輸，為每個單獨的網段提供專用的頻帶(即帶寬獨享)，增大了網絡的傳輸吞吐量，提高了傳輸速率，其主干網上無踫撞問題。交換式局域網克服了共享式局域網的缺點，並借助於IP技術的新發展，如IP Multicast、IP QoS等技術的推出，使得交換式局域網可以支持多媒體技術等多種業務服務。交換式局域網的核心是局域網交換機，目前普遍使用的局域網交換設備是以太網交換機(switch)，也稱為交換式集線器。以太網交換機可以看作是一種改進了的多端口網橋，除了提供存儲轉發(storeandforward)功能外，還提供了如直通(cut through)方式等其他橋接技術。以太網交換機的工作原理如下：首先檢測節點計算機送至端口的數據幀中的源和目的MAC地址，然後與交換機內部動態維護的MAC地址對照表進行比較，將數據發送至與目的地址對應的目的端口，將新發現的MAC地址及其端口的對應關繫記錄到地址對照表中。使用局域網交換機，可以實現高速與低速網絡間的轉換和不同網絡的協同。許多以太網交換機提供10Mbps和100Mbps的自適應端口，使得配備不同網絡通信速率網卡的計算機可以在同一個網絡中協同工作。交換式局域網允許不同入網計算機間同時進行傳送，如一個24端口的以太網交換機多允許24個節點計算機在12條鏈路間同時通信，且每個節點的計算機可以獨享所連接交換機端口提供的全部帶寬。2. 三層交換技術三層交換技術(也稱多層交換技術，或IP交換技術)是相對於傳統交換概念而提出的。傳統的交換技術是在OSI參考模型中的第二層——數據鏈路層進行操作的，而三層交換技術是在網絡模型中的第三層實現數據包的高速轉發。簡單地說，三層交換技術就是二層交換技術加三層轉發技術。三層交換技術的出現，解決了局域網中網段劃分之後，網段中子網必須依賴路由器進行管理的問題，突破了傳統路由器低速、復雜所造成的網絡瓶頸。一個具有三層交換功能的設備並不是路由器和第二層交換機的簡單堆疊，而是把三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統路由器的接口速率限制，能夠實現數據的高速轉發。下面簡單描述三層交換機的技術原理和工作過程。假設兩個使用IP協議的站點A、B通過第三層交換機進行通信，發送站點A在開始發送時把自己的IP地址與B站的IP地址比較，判斷B站是否與自己在同一子網內。若目的站B與發送站A在同一子網內，則進行二層的轉發。若兩個站點不在同一子網內，如發送站A要與目的站B通信，發送站A要向“默認網關”發出ARP(地址解析)封包，而“默認網關”的IP地址其實是三層交換機的三層交換模塊。當發送站A對“默認網關”的IP地址廣播一個ARP請求時，如果三層交換模塊在以前的通信過程中已經知道B站的MAC地址，則向發送站A回復B的MAC地址。否則三層交換模塊根據路由信息向B站廣播一個ARP請求，B站得到此ARP請求後向三層交換模塊回復其MAC地址，三層交換模塊保存此地址並回復給發送站A，同時將B站的MAC地址發送到二層交換引擎的MAC地址表中。從這以後，當A向B發送的數據包便全部交給二層交換機處理，信息得以高速交換。由於僅僅在路由過程中纔需要三層交換機處理，絕大部分數據都通過二層交換機轉發，因此三層交換機的速度很快，接近二層交換機的速度，同時比相同路由器的價格低很多。三層交換機並不等於路由器，同時也不可能取代路由器。三層交換機與路由器之間還是存在著非常大的本質區別的。第三層交換機無法適應網絡拓撲各異、傳輸協議不同的廣域網絡繫統。第三層交換機主要用於局域網環境，而路由器主要用於廣域網環境。3. 第三層交換在虛擬局域網規劃中的應用在第三層交換機面世之前，交換機所提供的虛擬局域網（VLAN）劃分方式隻有兩種：基於端口劃分方式和基於MAC地址劃分方式。基於端口的VLAN提供了把某個或某幾個端口上的機器劃分為一個VLAN的方法，缺點在於無法實現位置無關的虛擬網配置；基於MAC地址的VLAN將子網以MAC地址來劃分，可實現位置無關的虛擬網，缺點在於子網中節點的增刪不方便。第三層交換技術提供了一種全新的VLAN劃分法：基於IP及策略的VLAN，即不管節點處於哪一個物理網段，都可以以它們的IP地址為基礎或根據報文協議不同來劃分子網，這使得網絡管理和應用變得更加方便。例如，在某校園網VLAN的劃分中，利用第三層交換技術，使得校園網的VLAN劃分很容易和校內各部門一致起來，盡管校內某一部門站點分布在不同物理位置，但基於IP地址劃分子網，能使得同一部門在不同物理網段的節點可被設為同一邏輯子網，實現與物理位置無關的特性；對於網絡中心、財務部門等要害部門可采用基於傳統的MAC地址的VLAN劃分技術，以防止非授權節點在該子網中出現；對於學生宿舍等比較分散，物理子網比較多，難以有效管理的地方可采用混合策略，如在同一端口細分不同的邏輯虛擬子網或基於MAC地址劃分子網，以盡量減少IP地址盜用和其他安全問題。3.1.6無線局域網無線局域網(Wireless LAN，WLAN)是利用無線通信技術在一定的局部範圍內建立的網絡，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線局域網的功能，能夠使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接入。WLAN作為有線局域網絡的延伸,提供了局部範圍內高速移動計算的條件。隨著應用的進一步發展，WLAN正逐漸從傳統意義上的局域網技術發展成為“公共無線局域網”，成為國際互聯網寬帶接入手段。WLAN具有易安裝、易擴展、易管理、易維護、高移動性、保密性強、抗干擾等特點。1. 無線局域網標準無線局域網標準是IEEE 802.11X繫列(IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n)、HIPERLAN、HomeRF、IrDA和藍牙等標準。表36是IEEE 802.11無線局域網標準,也是當前常用的WLAN標準。

表36IEEE 802.11無線局域網標準

標準要求IEEE 802.11bIEEE 802.11aIEEE 802.11gIEEE 802.11n每子頻道的數據速率11Mbps 54Mbps 54Mbps 300Mbps 調制方式CCK OFDM OFDM和CCK MIMOOFDM 每子頻道的數據速率1,2,5.5,11Mbps 6,9,12,18,24,36,48,54Mbps CCK: 1,2,5.5,11Mbps OFDM:6,9,12,18,24,36,48,54Mbps工作頻段2.4~2.4835GHz 5.15~5.35GHz
5.725~5.875GHz 2.4~2.4835GHz 2.4/5GHz 可用頻寬83.5MHz 300MHz 83.5MHz 不重疊的子頻道3 12 313
1) IEEE 802.11bIEEE 802.11b工作在2.4~2.4835GHz，采用CCK(Complementary Code Keying,補碼鍵控)技術提供高達11Mbps的數據通信帶寬，多可提供3個互不重疊的子頻道。WiFi認證保證不同廠家產品之間的兼容。由於IEEE 802.11b工作的2.4GHz頻帶是免費的，因此一經推出便得到了用戶的認可。2) IEEE 802.11aIEEE 802.11a工作在5GHz，采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復用)技術提供54Mbps的數據通信帶寬，多可提供12個互不重疊的子頻道。由於IEEE 802.11a標準工作在更高的頻段，具有更多不重疊的子頻道和更高的數據通信帶寬，因此也得到了較為廣泛的應用。IEEE 802.11a和IEEE 802.11b工作在兩個完全不同的頻帶，采用完全不同的調制技術，因此兩者是完全不兼容的。但兩者可以共存於同一區域當中而互不干擾。 3) IEEE 802.11gIEEE 802.11g有兩個為主要的特征：高傳輸速率和兼容IEEE 802.11b。高速率是由於其采用OFDM調制技術可得到54Mbps的數據通信帶寬。兼容IEEE 802.11b是由於其仍然工作在2.4GHz並且保留了IEEE 802.11b所采用的CCK技術，因此可與IEEE 802.11b的產品保持兼容。也就是說，基於IEEE 802.11g的無線接入點(AP)可與基於IEEE 802.11b的無線網卡相連接，而基於IEEE 802.11g的無線網卡也可與基於IEEE 802.11b的無線接入點(AP)相連接。IEEE 802.11g標準是主流的無線局域網標準。它提供了高速的數據通信帶寬，並以較為經濟的成本提供了對原有主流無線局域網標準的兼容。4) IEEE 802.11n使用2.4GHz頻段和5GHz頻段，傳輸速度為300M

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