（管理科学与工程专业论文）基于千兆以太网的安全优化技术研究及应用.pdf

摘要 在当今高速发展的信息社会，网络的应用越来越广泛，人们对于网络的依赖 性越来越强，对于网络的高速性和安全性的要求也越来越高。2 0 0 2 年， t i a e i a 一5 6 8 一b 布线部件标准的正式确定，在网络综合布线领域具有重大的意 义。它表明高速网络的主流一六类铜缆布线产品已经成为成熟的产品，用户第一 次可以不用考虑各个厂家六类布线部件的兼容性，来随意搭建自己的千兆网络。 本文第一章首先探讨了千兆网络的产生的背景和现状，然后从六类铜缆千兆网络 的设计、施工和测试三个方面，对于这种新型的网络作了较为详细的阐述，并着 重分析了六类铜缆千兆网络的主要测试参数及影响测试结果的原因。要保证高速 网络的运行效率，网络管理人员就要解决网络中存在传输瓶颈问题，本文在第二 部分较为全面的研究了千兆网络采用的多种优化技术，从而解决网络中传输瓶颈 的问题，并且从原理上分析了各种优化技术的优缺点，重点研究了网络负载均衡 技术中的网卡捆绑技术和磁盘阵列r a i d5 技术及其工作过程。在网络安全方面， 本文研究了防火墙、v p n ( 虚拟专用网) 和v l a n 等技术的原理和优缺点，重点分 析了实现v p n 的隧道技术和隧道协议，以及各种隧道协议的实现难度和性能等。 文章的最后，讲述了天津工业大学管理学院虚拟企业实验中心网络工程的设计施 工过程以及各项网络安全优化技术在实际中的应用。 关键孚：千兆以太网t i a f e i a 一5 6 8 - b 负载均衡v l a n 防火墙v p n a b s t r a c t n o w a d a y s w i t ht h eh i p 血一s p e e dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h e a p p l i c a t i o no ft h en e t w o r ki sg e t t i n gm o r ea n dm o r ee x t e n s i v e o nt h eo n eh a n d ，f o r a l m o s tu s e r s ，t h ed e p e n d e n c eo ft h en e t w o r kb e c o m e ss t r o n g e r o nt h eo t h e rh a n d ，t h e r e q u e s t so fh i g hs p e e da n ds a f e t i e so fn e t w o r kh a v eb e e np r e s e n t e d i n2 0 0 2 ，i ti ss o s i g n i f i c a n ti nt h es y n t h e t i c a lw i r i n gr e a l mo fn e t w o r kt oc o n f i n n l es t a n d a r do ft h e t i a e 【a 一5 6 8 b i te x p r e s s e st h ei l l a i n s t r e a mo fh i g hs p e e dn e t w o r k t h es i x t h c o p p e rc a b l ew i r i n gp r o d u c th a sb e c o m et h em a t u r ep r o d u c ta l r e a d y i ti st h ef i r s t t i m et h a tu s e r sd on o tn e e dt ow o r r ya b o u tt h ec o m p a t i b i l i t yo fs i xk i n d so fw i r i n g p a r t sb yd i f f e r e n tc o r p o r a t i o n s s os e t t i n gu pt h e i ro w ng i g a b i te t h e m e tn e t w o r ki s g e t t i n ge a s e ra n de a s e r ni sd i v i d e di n t ot h r e ec h a p t e r s f i r s tc h a p t e rw i l ld e s c r i b et h ep r o c r e a n tb a c k g r o u n d a n dt h ep r e s e n tc o n d i t i o no fg i g a b i te t h e m e tn e t w o r k a t i e rt h a t ，t h i sp a r tw i l l c o n t i n u et op r e s e n tt h es i x t hc o p p e rc a b l ec o m p o s i n ge t h e m e tb i tn e t w o r ki nd e t a i l f r o mt h e s et h r e ea s p e c t s ：d e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n dt e s t i n g e s p e c i a l l y , i ta l s oa n a l y z e s t h em a i nt e s t i n gp a r a m e t e r so fg i g a b i te t h e r e c tn e t w o r ka n dp o s s i b l er e a s o n so f i n f l u e n c i n gt e s t i n gr e s u l t s t og u a r a n t e et h ee f f i c i e n c yo f t h eh i g h s p e e dn e t w o r k ，n e t w o r km a n a g e r sh a v et od e a l w i t ht h ee x i s t i n gt r a n s m i s s i o nb o t t l e n e c kp r o b l e mo fn e t w o r k s o ，t h es e c o n dp a r t s t u d i e ss e v e r a lo p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e st oc o p ew i l 也eb o t t l e n e c kp r o b l e m ，w h i c h m e n t i o n e da b o v e m e a n w h i l e a c c o r d i n gt os o m et h e o r i e s ，i ta n a l y z e st h em e r i ta n d s h o r t c o m i n go fe a c ho p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e s i na d d i t i o n ，i t a l s op a y sa t t e n t i o nt o s t u d i e st h en e tc a r db i n d i n gt e c h n i q u ea n dt h ed i s ka r r a yr a i d5t e c h n i q u e so fn e t c a r dl o a db a l a n c et e c h n i q u e ，t h ew o r kf l o wa sw e l l c o n s i d e r i n gt h es a f ea s p e c to f n e t w o r k i tr e s e a r c h e st h et e c h n i c a lp r i n c i p l e s ，m e r i ta n ds h o r t c o m i n g so ff i r e w a l l ， v p n ( v i r t u a la p p r o p r i a t i o nn e t ) m a dv l a na n ds oo n i np a r t i c u l a r l y , i ta n a l y z e st h e v p nt u n n e lt e c h n i q u e t h et u n n e lp r o t o c o l 。t h ed i f f i c u l t ya n dp e r f o r m a n c eo ft h e a p p l i c a t i o no f v a r i o u st u n n e lp r o t o c o l s f i n a l l y , i td e s c r i b e st h ed e s i g nc o n s t r u c t i o np r o c e s so ft h ev i r t u a l e r pl a bi n m a n a g e m e n ti n s t i t u t eo ft i a n j i np o l y t e c h n i cu n i v e r s i t ya n dv a r i o u sa p p l i c a t i o n so f n e t w o r ks a f e t yo p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e s k e yw o r d s ：g i g a b i te t h e l - n e tn e t w o r k t i a e i a - 5 6 8 一b l o a db a l a n c ev l a n f i r e w a l lv p n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些盍堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名王厉签字日期：时年月仞日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编八有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 五琢 导师签名 签字日期：西年月矽目 签字日期 一 阳 乏 月 1 1 ， p 砺呱 学位论文的主要创新点 本文的创新点在于将多种最新出现的高水平网络技术融合在一 起，使它们彼此之问不仅具有高度的兼容性，而且网络性能也 达到了最优化。 将上述技术集中的应用到管理学院虚拟企业实验中心实际工作 巾来。 引言 引言 随着经济的高速发展，信息在迅猛膨胀，网络在人们的工作与生活中起到越 来越大的作用。多媒体应用、电子商务的曰益增加、i p 语音传输需求的激增， 对网络的带宽提出了新的需求，而在金融、商业、教育、政府机关及厂矿企业等 行业的网络应用，对于网络的安全性提出了更高的要求。 以太网从i o m 开始发展，经历了二十多年的时间，发展到今天的最高技术一 千兆以太网。千兆以太网以高效、高速、高性能而著称，在各个领域正在发挥着 越来越重要的作用。 网络作为一个复杂的整体，它的正常运行，是需要各种软件和网络硬件共 同配和来完成的。近些年来，服务器总线、硬盘阵列、网卡技术，以及负载均衡 技术的发展，将网络的整体运行效率提升到了很高的水平。防火墙、虚拟专用网 等安全技术的发展，为网络的安全运行提供了保证。 天津工业大学教学主楼是2 0 0 2 年新落成的一栋集教学、科研和办公为一体 的综合性大楼，是整个学校的核心区域。管理学院的办公室和实验室位于教学主 楼5 、6 两层，整个学院的行政办公和实验教学工作均在这里进行。管理学院虚 拟企业实验中心成立于2 0 0 2 年，由两个实验室组成。2 0 0 3 年，实验室的个数扩 充为8 个。为了满足新专业学生实验的要求，达到资源有效整合，提高设备利用 率和办公效率的目的，针对现有网络的不足，实验中心提出了六类千兆综合布线 工程的设想。在该网络的设计和使用过程中，应用了大量的较为先进的网络优化 技术，使得网络的运行效率达到了一个较高的层次。同时在设计之初，通过各项 网络安全技术的应用，使得该网络的安全性达到了一个较高的水平。该工程从 2 0 0 3 年7 月1 1 日开始施工，8 月1 6r 完工。经过一年多的使用，整个系统运行 f 常。 第一章千兆以太网 第一章千兆以太网 1 1 千兆以太网发展现状及其特点 千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术。千兆以太网和大量使用的 以太网与快速以太网完全兼容，并利用了当前处于主流局域网技术l o o b a s e t x 以 太网标准所规定的全部技术规范，其中包括c s m a c d 协议、以太网帧、全双工、 流量控制以及i e e e8 0 2 3 ( 美国电子电气协会) 标准中所定义的全部管理对象。 千兆以太网可以利用i e e e8 0 2 1 q v l a n 支持、第四层过滤、千兆位的第三层 交换。千兆以太网是作为一一种交换技术设计的，采用光纤作为上行链路，用于楼 宇之间的连接。之后，在服务器的连接和骨干网中，千兆以太网获得广泛应用， 由于i e e e8 0 2 3 a b 标准( 采用5 类及以上非屏蔽双绞线的千兆以太网标准) 的 出台，千兆以太网可适用于任何大中小型企事业单位。 目前，干兆以太网已经发展成为主流网络技术。大到成千上万人的大型企业， d n 几十人的中小型企业，在建设企业局域网时都会把千兆以太网技术作为首选 的高速网络技术。千兆以太网技术甚至正在取代a t m 技术，成为城域网建设的主 力军。 千兆以太网具有以下几个特点： 1 千兆位以太网提供完美的迁移途径，充分保护在现有网络基础设施上的投 资。 千兆位以太网保留了i e e e8 0 2 3 和以太网帧格式以及8 0 2 3 受管理的对象 规格，从而使企业能够在升级至千兆性能的同时，保留现有的线缆、操作系统、 协议、桌面应用程序和网络管理战略与工具，从而实现百兆到千兆的“平滑过渡”； 2 千兆位以太网相对于原有的快速以太网、f d d i 、a t m 等主干网解决方案， 提供了一条提升主干网络带宽，解决网络传输瓶颈的最佳途径。 在网络技术高速发展的当今，千兆以太网是交换机与交换机之间连接和交换 机与服务器之间连接的可靠、经济、高速的途径。网络设计人员能够通过它建立 高速、关键的骨干网络，从而使得网络管理人员能够为用户提供对i n t e r n e t 、 i n t r a n e t 、城域网与广域网的更快速的访问。 3 + 相对较低的总体造价。 同铜缆百兆以太网相比较，铜缆千兆以太网速度提高了十倍，单造价仅仅提 高了2 0 。 第一章千兆以太网 1 2 千兆以太网标准 为了保证各种网络设备以及传输介质彼此之间保持兼容性，网络产品生产商 均遵循美国电工电子协会( i e e e ) 制订的i e e e 8 0 2 3 以太网传输协议。i e e e8 0 2 3 工作组分别建立了8 0 2 3 z ( 光纤千兆以太网) 和8 0 2 3 a b ( 双绞线铜缆千兆以太 网) 千兆位以太网两个标准，其中每个标准又根据传输介质的不同制订了若干个 规范。i e e e 在2 0 0 2 年1 1 月期间提出了双绞线铜缆上实现万兆以太网( 1 0 g b a s e t ) 的建议，并于2 0 0 3 年1 月成立了一个专门的研究小组，相应的传输标准正在制 订当中，由此可以看出，以太网的高速传输技术正在飞速发展中。具体细节见下 表卜1 所示： 表1 1 千兆以太网技术规范 t a b l e l 1t e c h n i c a l ss p e c i f i c a t i o no f e t h e m e t 标准规范传输介质信号特点传输距离传输速度造价 5 0 u m 多模光纤长波激光 5 5 0 米1 0 0 0 m 10 0 0 b a s e l x 6 25 u r n 多模光纤 长波激光 5 5 0 来1 0 0 0 m 高 9 u m 单模光纤长波激光 5 0 0 0 米1 c o o m 禹 l e e 8 0 2 3 z 6 25 u m 多模光纤短波激光2 6 0 米1 0 0 0 m 10 0 0 b a s e s x 5 0 u m 多模光纤短波激光 5 2 5 米1 0 0 0 m 10 0 0 b a s e c x15 0 欧姆屏蔽双绞线电信号2 5 米1 0 0 0 m 由 1 0 0 0 b a s e t 五类非屏蔽双绞线电信号 1 0 0 米1 0 0 0 m低 i e e 8 0 23 a b 10 0 0 b a s e t x 六类非屏蔽双绞线电信号 1 0 0 米1 0 0 0 m 由 万兆双绞线 1 0 g b a s e t 六类非屏蔽双绞线电信号 1 0 0 0 0 m 铜缆 千兆位以太网标准主要针对四种类型的传输介质：单模光纤、多模光纤、1 5 0 欧姆屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。因为造价和施工难度的原因，基于铜缆双绞线 的千兆以太网技术应用的最广。 i e e e8 0 2 3 a b 制订的铜缆双绞线具有1 0 0 0 b a s e t 和1 0 0 0 b a s e t x 两个规范。 1 0 0 0 b a s e t 规范基于五类非屏蔽双绞线传输介质，使用1 0 0 0 b a s e t 铜物理层 c o p p e rp h y 编码解码方式，传输距离为1 0 0 米。1 0 0 0 b a s e t 在传输中使用了全 部4 对双绞线并工作在全双工模式下。允许将于兆位以太网在5 类、超5 类、6 类u t p 双绞线上的传输距离扩展到1 0 0 米，该标准同时支持最新出现的e w t 认 c a t5 e 布线系统标准，保障了用户先前对以太网、快速以太网的投资。对于网络 管理人员来说，也不需要再接受新的培训，凭借已经掌握的以太网网络知识，完 第一章千兆咀太网 全可以对干兆以太网进行管理和维护。与1 0 0 0 b a s e t 相比，1 0 0 0 b a s e t x 要求必 须采用六类双绞线，使用其中的两对双绞线，一收发，实现千兆数据传输。 1 0 0 0 b a s e t 规范采用的五类双绞线铜缆，因为本身线缆带宽的限制，相应的 网络设备必须要增加昂贵的干扰过滤装鼍( d s p ) ，所以相应的千兆网络设备造 价较高，而且由于采用全部4 对双绞线实现的千兆传输，在以后的应用中，整个 网络的速度将不会再由任何提升。1 0 0 0 b a s e t x 规范采用的六类双绞线铜缆，采 用的是与以往超5 类技术完全不同的线缆结构，虽然六类铜质双绞线的价格要比 五类线缆高，但由于网络中采用的网络设备可以不需要干扰过滤装置，因此整体 网络造价相当。同时由于仅采用了两对双绞线实现千兆传输，尚有两对双绞线空 闲，具备升级到万兆以太网的潜力。 1 3 千兆以太网布线系统的设计 在千兆以太网的结构设计过程中，应遵循结构化布线的原则来完成设计。 1 传统布线系统的不足 在信息技术高速发展的今天，网络的使用越来越广泛，建筑物( 大厦或园区) 的布线系统作为提供信息服务的最末端，其性能的优劣将直接影响信息服务质 量。 传统布线的不足主要表现在：不同应用系统( 电话、计算机系统、局域网、 楼宇白控系统等) 的布线各自独立，不同的设备采用不同的传输线缆构成各自的 网络，同时，连接线缆的插座、模块及配线架的结构和生产标准不同，相互之间 达不到共用的目的，加上施工时期不同，致使形成的布线系统存在极大差异，难 以互换通用。这种传统布线方式由于没有统一的设计，施工、使用和管理都不方 便；当工作场所需要重新规划，设备需要更换、移动或增加时，只能重新敷设线 缆，安装插头、插座，并需中断办公，显然布线工作非常费时、耗资、效率很低。 因此，传统的布线不利于布线系统的综合利用和管理，限制了应用系统的变化以 及网络规模的扩充和升级。 2 结构化布线系统的基本概念 结构化布线系统是一套用于建筑物内或建筑群之间为计算机、通信设施与监 控系统预先设置的信息传输通道。它将语音、数据、图像等设备彼此相连，同时 能使上述设备与外部通信数据网络相连接。 结构化布线系统为智能大厦和智能建筑群中的信息设旋提供了多厂家产品 兼容，模块化扩展、更新与系统灵活重组的可能性。既为用户创造了现代信息系 统环境，强化了控制与管理，又为用户节约了费用，保护了投资。结构化布线系 统已成为现代化建筑的重要组成部分。 4 第一章千兆以太网 结构化布线系统要求采用高品质的标准材料，以非屏蔽双绞线和光纤作为传 输介质，采用组合压接方式，统一进行规划设计，组成一套完整而开放的布线系 统。该系统将语音、数据、图像信号的布线与建筑物安全报警、监控管理信号的 布线综合在一个标准的布线系统内。在墙壁上或地面上设置有标准插座，这些插 座通过各种适配器与计算机、通信设备以及楼宇自动化设备相连接。 结构化综合布线的硬件包括传输介质( 非屏蔽双绞线、大对数电缆和光缆 等) 、配线架、标准信息插座、适配器、光电转换设备、系统保护设备等。 3 结构化布线系统的特点 结构化布线系统采用星型拓扑结构、模块化设计，与传统的布线相比有许多 特点，主要表现在系统具有开放性、灵活性、模块化、扩展性及独立性等特点。 开放性 结构化布线系统采用开放式体系结构，符合多种国际上现行的标准，它几乎 对所有著名厂商的产品都是开放的，并支持所有的通信协议。这种开放性的特点 使得设备的更换或网络结构的变化都不会导致结构化布线系统的重新铺设，只需 进行简单的跳线管理即可。 灵活性 结构化布线系统的灵活性主要表现在三个方面：灵活组网、灵活变位和应用 类型的灵活变化。结构化布线系统采用星型物理拓扑结构，为了适应不同的网络 结构，可以在结构化布线系统管理间进行跳线管理，使系统连接成为星型、环型、 总线型等不同的逻辑结构，灵活地实现不同拓扑结构网络的组网；当终端设备位 置需要改变时，除了进行跳线管理外，不需要进行更多的布线改变，使工位移动 变得十分灵活；同时，结构化布线系统还能够满足多种应用的要求，如数据终端、 模拟或数字式电话机、个人计算机、工作站、打印机和主机等，使系统能灵活的 联接不同应用类型的设备。 o 模块化 结构化布线系统的接插元件，如配线架、终端模块等采用积木式结构，可以 方便地进行更换插拔，使管理、扩展和使用变得十分简单。 扩展性 结构化布线系统( 包括材料、部件、通讯设备等设施) 严格遵循国际标准， 因此，无论计算机设备、通讯设备、控制设备随技术如何发展，将来都可很方便 地将这些设备连接到系统中去。 结构化布线系统灵活的配置为应用的扩展提供了较高的裕量。系统采用光纤 和双绞线作为传输介质，为不同应用提供了合理地选择空间。对带宽要求不高的 应用，采用双绞线，而对高带宽需求的应用采用光纤到桌面的方式。语音主干系 第一章千兆以太网 统采用大对数电缆，既可作为话音的主干，也可作为数据主干的备份，数据主干 采用光缆，其高的带宽为多路实时多媒体信息传输留有足够裕量。 独立性 结构化布线系统的最根本的特点是独立性。最底层是物理布线，与物理布线 直接相关的是数据链路层，即网络的逻辑拓扑结构。而网络层和应用层与物理布 线完全不相关，即网络传输协议、网络操作系统、网络管理软件及网络应用软件 等与物理布线相互独立。 无论网络技术如何变化，其局部网络逻辑拓扑结构为总线型、环型、星型、 树型或以上几种形式的结合，而星型的结构化布线系统，通过在管理间内跳线的 灵活变换，可以实现上述的总线型( 如e t h c m e t e e 8 0 2 3 ) 、环型 ( i e e e 8 0 2 5 t o k e n - r i n g ，x 3 t 9 5t p d d u f d d i ) 、星型( s t a r l a n ) 或混合型( 含有环、 总线等形式1 的拓扑结构，因此采用结构化综合布线方式进行物理布线时，不必 过多地考虑网络的逻辑结构，更不需要考虑网络服务和网络管理软件，也就是说 结构化布线系统具有与应用的独立性。 4 结构化布线系统的组成 结构化布线系统由6 个子系统组成，包括工作区子系统、水平区子系统、管 理间子系统、垂直干线子系统、设备问子系统及建筑群子系统。 由于采用星型结构，任何一个子系统都可独立地接入结构化综合布线中。因 此，系统易于扩充，布线易于重新组合，也便于查找和排除故障。 工作区子系统 工作区子系统( 图卜1 ) 是一个可以独立设置终端设备的区域，该子系统包括 水平配线系统的信息插座、连接信息插座和终端设备的跳线以及适配器。工作区 的服务面积一般可按5 、1 0 平方米估算，工作区内信息点的数量根据相应的设计 等级要求设置。 工作区的每个信息插座都应该支持电话机、数据终端、计算机及监视器等终 端设备，同时，为了便于管理和识别，有些厂家的信息插座做成多种颜色：黑、 白、红、蓝、绿、黄，这些颜色的设置应符合t i a e i a6 0 6 标准。 图卜1 工作区子系统 f i g 1 - 1w o r k s p a c es u b s i s t e m 6 第一章千兆以太网 。水平区子系统 水平区子系统( 图1 - 2 ) 应由工作区用的信息插座，楼层分配线设备至信息插 座的水平电缆、楼层配线设备和跳线等组成。如果采用双绞线作为传输介质，水 平子系统的电缆长度应小于9 0 米，信息插座应在内部做固定线连接。 图卜2 水平区子系统 f i g 1 - 2h o r i z o n t a ld i s t r i c ts u b s i s t e m o 管理间子系统 管理间子系统设置在楼层分配线设备的房间内。管理间子系统应由交接问的 配线设备，输入输出设备等组成，也可应用于设备间子系统中。 垂直干线子系统 垂直干线子系统应由设备间的配线设备和跳线以及设备间至各楼层分配线 问的连接电缆组成。 o 设备间子系统 设备间是在每一幢大楼的适当地点设置进线设备，进行网络管理以及管理人 员值班的场所。设备间位置及大小应根据设备的数量、规模、最佳网络中心等内 容综合考虑确定。 建筑群子系统 建筑群子系统由二个以上建筑物的电话、数据、监视系统组成一个建筑群结 构化布线系统，其连接各建筑物之间的缆线和配线设备，组成建筑群子系统。 1 4 千兆以太网的施工 1 六类双绞线铜缆的特点 6 类线缆同5 类线缆向比较是一种全新设计和生产的铜缆，它采用的是与以 往超5 类技术完全不同的线缆结构。尽管6 类线缆被认为是一种标准的4 对线缆， 但是，它与超5 类线缆完全不同。6 类线缆一般由稍粗一些的线缆构成( 通常6 第一章千兆以太网 类线缆的导体直径为2 3 a w g 、即0 5 5 m m 左右，而超5 类线缆的导体直径为 2 4 a w g 、即o 5 0 m m 左右) ，以支持更高的网络传输带宽，而且当时的6 类线缆 在线缆护套中包含“十”字隔离构件，用来隔离不同的线缆对，通过此工艺来减 少串扰干扰。这些特殊的结构设计使得6 类线缆具有比超5 类线缆高得多的传输 性能，也使其外部直径比超5 类线缆粗1 0 甚至更多，给设计、施工和6 类系统 的普及都带来了诸多不便。 2 六类布线施工的特点 由于六类具有非常严格的性能标准，因此其对安装质量要求更高。六类布线 中的任何安装错误或捷径，都有可能会导致测试勉强合格不合格。布线旖工人 员必须采用优质的安装方法，才能保证布线系统的整体质量。下面列出了六类布 线施工中应该注意的一些地方： 电缆拉伸张力 六类电缆的特殊结构决定了旖工中不要超过电缆制造商规定的电缆拉伸张 力。张力过大会使电缆中的线对绞距变形，严重影响电缆抑制噪音( n e x t 、f e x t 及 其他附带不利因素) 的能力，还会严重影响电缆的结构化回波损耗，这会改变电 缆的阻抗，损害整体回波损耗性能。这些因素是高速局域网系统传输中的重要因 素，如千兆位以太网。此外，这可能会导致线对散开，可能会损坏导线。 电缆弯曲半径 避免电缆过度弯曲，因为这会改变电缆中线对的绞距。如果弯衄过度，线对 可能会散开，导致阻抗不匹配及不可接受的回波损耗性能。另外，这可能会改变 电缆内部4 个线对绞距之间的关系，进而导致噪声抑制问题。电缆制造商都建 议，电缆弯曲半径不得低于安装后的电缆直径的8 倍。对典型的六类电缆，弯曲 半径应大于5 0 毫米。存在问题的最关键区域之一是配线柜，因为大量的电缆引 入配线架，为保持布线整洁，可能会导致某些电缆压得过紧、弯曲过度。一般来 说，安装过程中的电缆弯曲半径是电缆直径的8 倍。在实践中，在背面盒中的弯 曲半径以5 0 毫米为宜，进线的电缆管道的最小弯曲半径是1 0 0 毫米。 o 电缆压缩 避免使电缆扎线带过紧而压缩电缆。在大的成捆电缆或电缆设施中最可能会 发生这个问题，其中成捆电缆外面的电缆会比内部的电缆承受更多的压力。电缆 过紧会使电缆内部的绞线变形，影响其性能，一般会使回波损耗更明显地处于不 合格状态。回波损耗的效应积累起来，每个过紧的电缆扎线对都会提高总损耗。 在使用电缆扎线带时，要特别注意扎线带应用的压力大小。电缆扎线带的足够强 度能够支撑成捆电缆即可。 第一章千兆以太网 较好的方法是保证在使用电缆扎线对把电缆捆在一起时，没有出现任何电缆 护套变形的情况。这在配线柜中尤其显得非常重要，因为用户一般会扎紧电缆扎 线带，以使电缆保持整洁。 电缆重量 六类电缆的重量大约是五类电缆的两倍。一米长的2 4 条六类电缆的重量接 近1 0 公斤，而相同数量的五类或超五类电缆的重量仅0 6 公斤。在使用悬挂 线支撑电缆时，必须考虑电缆重量。建议每个悬挂线支撑点每捆最多支撑2 4 条 电缆。 o 电缆打结 在从卷轴上拉出电缆时，要注意电缆有时可能会打结。如果电缆打结，电缆 内部的结构已经发生变化，应该认为电缆损坏继而更换电缆。尽管一个电缆打结 不可能会导致测试不合格，但这种效应与电缆扎线带导致的性能下降及六类布线 降低的余量综合在一起，会导致测试不合格。 成捆电缆中的电缆数量 在任意数量的电缆以很长的平行长度捆在一起时，具有相同绞距的成捆电缆 中不同电缆的线对电容耦合( 如蓝线对到蓝线对) ，会导致串扰明显提高。这称为 “外来串扰”，这一指标还有待布线标准的规范或精确定义。消除外来串扰不利 影响的最佳方式是最大限度地降低长并行线缆的长度，以随机方式安装成捆电 缆。在管理学院实验中心布线过程中，要求布线施工人员在走线中一直采用“梳 状”布线方式，以保持整洁。把电缆捆在一起是避免不同电缆的任何两个线对可 能会在有效长度内平行敷设的最佳方式。这一点没有捷径或其它的有效方法但应 该注意以很长的平行长度敷设电缆时可能会导致潜在的外来串扰。 电缆护套剥开 在电缆端接点上，从外皮到端接点露出的线对必须保持到最小。t i a 或i s o 布线标准规定了剥开的护套长度。通过使剥开的护套长度达到最小，这保证了可 以保持电缆内部的正常线对绞距，以实现最有效的传输通路。在端接点上剥开的 护套长度过大，将损害六类布线系统的n e x t 和f e x t 性能。 线对散开 在线缆端接点，应使电缆中的每个线对的绞距尽可能靠近端接点，改变电缆 绞距将给电缆性能带来不利影响。t i a 布线标准规定了线对散开的长度为1 3 毫 米。在线缆端节点上线对散开过大将会严重损害六类布线系统的n e x t 、f e x t 和 回波损耗性能。 环境温度 第一章千兆以太网 在六类布线中，测试时的环境温度是一个重要的问题。安装电缆的环境的温 度确实会影响电缆的传输特点。如果可能，应避免可能会遇到的高温环境，血h 6 0 。c 。如果天花板上的屋顶暴露在阳光直射下，很容易就会发生这种情况。一般 来说，在温度提高时，电缆的衰减会提高，尤其在对长链路进行测试的时候。 1 5 千兆以太网的测试 对于一个新建设的布线系统来说，完工后的认证测试是评测工程质量好坏的 唯一途径，它将确认这个布线系统能否提供设计上的性能要求，施工方和用户方 均把工程验收放在了非常重要的位簧。 1 5 1 布线测试标准简介 网络的线路是由多个部分组成的，例如线缆、连接头、接插件等。在网络的 建设、使用和升级过程中，很难保证所有的部件均是同一个厂商提供，而多厂商 产品组成的网络要能够彼此之问达到兼容的目标，必须遵循相同的标准。这个标 准会对网络的拓扑结构、传输的信号特征、通讯介质，以及网络传输质量等网络 设计施工中涉及的每一个方面，均给出确切的定义，只要符合该标准的网络部件 均可以彼此通用。当前国际上流行的布线标准主要有美洲标准、欧洲标准和国际 标准三个，国内流行的布线测试标准一般以美洲标准为主，而美洲标准由主要分 为以下几个部分： 1 a n s i j t i a e i a5 6 8 一a 到a 5 ： ( c o m m e r c i a lb u i l d i n gt e l e c o m m u n i c a t i o n sc a b l i n gs t a n d a r d 商业建筑通信布 线标准，1 9 9 5 1 0 2 5 ) 该标准与i s o i e c l l 8 0 1 都是1 9 9 5 年制定的，它是由t i a t r 4 1 8 1 工作组发 布的。它定义了语音与数据通信布线系统，适用于多个厂家和多种产品的应用环 境，这个标准为商业布线系统提供了设备和布线产品设计的指导。制订了不同类 型电缆与连接硬件的性能与技术条款，这些条款可以用于布线系统的设计和安 装。在这个标准后，有五个增编 增编1 ( a 1 ) ： p r o p a g a t i o nd e l a y a n dd e l a ys k e ws p e c i f i c a t i o n sf o r1 0 0o h m4 - p a i rc a b l e ( 1 0 0 欧姆4 对电缆的传输延迟和延迟偏移规范1 9 9 7 9 2 5 ) 在最初的5 6 8 一a 标准中，传输延迟和延迟偏离没有定义，这是因为在当 时的系统应用中这两个指标并不重要，但到了1 0 0 v g a n y l a n 网络应用出现 后，由于它是在3 类双绞线的布线中使用所有的4 个线对实现1 0 0 m b p s 的传 1 0 第一章千兆以太网 输，所以就对传输延迟和延迟偏离这两个参数提出了要求。 增编2 ( a 2 ) c o r r e c t i o n sa n da d d i t i o n st ot i a e i a 一5 6 8 一at i a e i a 一5 6 8 a 标准修正与增 编，1 9 9 8 8 1 4 该增编对5 6 8 一a 进行了修正，其中有在水平采用6 2 5 1 2 5 u m 光纤的集 中光纤布线的定义，增加了t s b 一6 7 作为现场测试方法等项。 增编3 ( a 3 ) c o r r e c t i o n sa n da d d i t i o n st ot i a e i a 5 6 8 at i a e i a 5 6 8 一a 标准修正与增 编l9 9 8 1 2 2 8 为满足开放式办公室结构的布线要求，本增编修订了混合电缆的性能规 范，这个新增的混合与捆绑电缆的规范要求在所有非光纤类电缆电缆间的综 合近端串扰要比每条电缆内的线对间的n e x t 好3 d b 。 增编4 ( a 4 ) p r o d u c t i o nm o d u l a rc o r dn e x tl o s st e s tm e t h o da n dr e q u i r e m e n t s f o r u n s h i e l d e dt w i s t e d p a i rc a b l i n g ( 非屏蔽双绞线布线模块化线缆的n e x t 损耗测试方法) 该增编详细定义了n e x t 的规范测试方法 增编5 ( a 5 ) t r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c es p e c i f i c a t i o n sf o r4 一p a i r10 0o h mc a t e g o r y5 e c a b l i n g ( 1 0 0 欧姆4 对增强5 类布线传输性能规范2 0 0 0 2 1 ) 也称作c a t 5 e ，是在六类标准出台前最广泛的测试标准。1 9 9 8 年起在网 络应用上开发成功了在4 个非屏蔽双绞线线对间同时双向传输的编码系统和 算法，也就是i e e e 千兆以太网中的1 0 0 0 b a s e t 。为此i e e e 请求t i a 对现有 的5 类指标加入一些参数，以保证布线系统对这种双向传输的质量。t i a 于 1 9 9 9 年1 1 月完成了这个项目。 与t s b 9 5 不同的是这个文件的所有测试参数都是强制性的，而不是象 t s b 。9 5 那样推荐性的。这里的新的性能指标要比过去的5 类系统严格的多。 这个标准中也包括了对现场测试仪的精度要求，即i i e 级精度的现场测试仪。 t i a e i at s b 9 5 a d d i t i o n a lt r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eg u i d e l i n e sf o r1 0 0o h m4 一p a i r c a t e g o r y5 c a b l i n g ( 1 0 0 欧姆4 对5 类布线附加传输性能指南) t s b 一9 5 提出了关于回波损耗和等效远端串扰e l f e x t 的新的信道参数 要求。这是为了保证在已经广泛安装的传统5 类布线系统能支持千兆以太网 第一章千兆以太网 传输而设立的。 2 a e i a 一5 6 8 一b 1 到b 3 c o m m e r c i a lb u i l d i n gt e l e c o m m u n i c a t i o n sc a b l i n gs t a n d a r d ( 商业建筑通信 布线标准，2 0 0 2 0 6 1 7 ) 该标准分为以下三个部分： a n s i t i a e i a5 6 8 b 1 第一部分：一般要求 该标准最终将完全取代a n s i t i a e i a - 5 6 8 a 这个标准，着重于水平和主 干布线拓朴、距离、介质选择、工作区连接、开放办公布线电信与设备间、 安装方法、以及现场测试等内容。它标准集合了t i a e i a ，t s b 6 7 ， t i a e i a t s b 7 2 ，t i a e i at s b 7 5 ，t i a e i at s b 9 5 ，a n s i t l v e i a 一5 6 8 a 2 ， a 3 ，a 5 ，t i a e i a i s 7 2 9 等标准中的内容。由于这个标准以永久链路 ( p e r m a n e n tl i n k ) 定义取代了基本链路的定义( b a s i cl i n k ) ，所以在指标的 数值上与a n s 价、i a e i a5 6 8 一a 5 是不同的。 a n s f t i a j e i a5 6 8 b 2 第二部分：平衡双绞线布线系统 这个标准着重于平衡双绞线电缆、跳线、连接硬件( 包括s c t p 和1 5 0 欧 姆的s t p a 器件1 的电气和机械性能规范，以及部件可靠性测试规范、现场 测试仪性能规范、实验室与现场测试仪比对方法等内容。它集合了 a n s i t i m e i a 一5 6 8 1 和部分a n s i t i a j e i a - 5 6 8 a 一2，a n s i t 妣l 5 6 8 a - 3，a n s i t m i a 5 6 8 一a - 4， a n s v t i a e i a 一5 6 8 一a 一5 ，i s7 2 9 ，t s b 9 5 ，中的内容。 a n s i t i a e i a5 6 8 一b - 3 第三部分：光纤布线部件标准 这个标准定义光纤布线系统的部件和传输性能指标。包括光缆、光跳线 和连接硬件的电气与机械性能要求，器件可靠性测试规范，现场测试性能规 范，该标准将取代a n s i ，r i a e i a - 5 6 8 一a 中的相应内容。 a n s i e i a t i a 5 6 8 一a 北美标准，主要确定了三类、五类和超五类网络的施工 和布线测试标准，主要定义了建立在光纤和6 类双绞线基础上的千兆以太网标 准。 1 5 2 a n s i e i a t i a 5 6 8 b 布线测试标准 2 0 0 2 年6 月1 7 目，经过了近五年时间的讨论，先后出台了十多次草案标准 之后，t i a e i a 委员会正式发布综合布线六类标准， a n s i t i a e i a5 6 8 一b 从此 真正成为一个能够全面满足目前的网络发展状况解决网络建设的基础标准集。 在t i a e i a 一5 6 8 一b 正式标准颁布之前，有些厂商使用厂家自己的标准来进行 布线测试，而这些标准往往和国际标准有所出入，不同厂商之间的六类产品也往 第一章千兆以太网 往存在不兼容的现象。t i a e i a 一5 6