家庭網(wǎng)絡(luò)綜述

1、家庭網(wǎng)絡(luò)綜述摘要：隨著家用電腦發(fā)展的日新月異，舊的電腦不斷被淘汰。很多原本有電腦的家庭都購(gòu)買 了新的電腦，有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上電腦的家庭的數(shù)目大大增加了。如何在家里用好多臺(tái)電腦， 這是很多人都非常關(guān)心的問(wèn)題，家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成了智能化家庭設(shè)備系統(tǒng)，提高了家庭生活、 學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)的品質(zhì)，是數(shù)字化家庭的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：以太網(wǎng) 無(wú)線網(wǎng)HomePNA21世紀(jì)是“信息世紀(jì)”，隨著人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的家用電器無(wú)法滿足現(xiàn)代家庭 的需要，主要是傳統(tǒng)家電無(wú)法自動(dòng)獲取外界的信息，并且不同的家電之間無(wú)法協(xié)同工作。 隨著科技的發(fā)展，具有時(shí)代特征的信息家電（InformationAppliancelA）出現(xiàn)了，它

2、具有高品 質(zhì)的視聽(tīng)功能、交互式信息處理功能、網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能和收發(fā)郵件等功能。它適應(yīng)信息時(shí)代的 要求，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，是人們用來(lái)訪問(wèn)和獲取網(wǎng)上信息的工具，也是消費(fèi)電子 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。2家網(wǎng)現(xiàn)狀中國(guó)已經(jīng)頒布的六項(xiàng)家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)分別覆蓋了家庭網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、家庭主網(wǎng)通訊協(xié)議、 家庭子網(wǎng)通訊協(xié)議、家庭設(shè)備描述規(guī)范、以及一致性測(cè)試規(guī)范等，他們構(gòu)成了家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 體系的基礎(chǔ)協(xié)議。這六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別為：SJ/T 11312-2005家庭主網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范、SJ/T 11313-2005家庭主網(wǎng)接口一致性測(cè)試規(guī)范、SJ/T 11314-2005家庭控制子網(wǎng)通信協(xié)議規(guī) 范、SJ/T 11315-200

3、5家庭控制子網(wǎng)通訊協(xié)議一致性測(cè)試規(guī)范、SJ/T 11316-2005家庭網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參考模型、和SJ/T 11317-2005家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備描述文件規(guī)范。要建立一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，首先要確定家庭網(wǎng)絡(luò)的組成部分，各個(gè)組成部分間的相互關(guān) 系、功能和作用，以及家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和覆蓋范圍等基本問(wèn)題。家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參 考模型就是起這個(gè)作用。該標(biāo)準(zhǔn)給出了家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)體系框架和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 體系的基礎(chǔ)。家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)將家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分成家庭主網(wǎng)和家庭控制子網(wǎng)：家庭主網(wǎng)傳輸高 速信息（包括音視頻信息），要求帶寬比較寬，通訊模塊的成本相對(duì)較高；家庭控制子網(wǎng)傳 輸?shù)退傩畔ⅲ刂菩畔ⅲ?，要求?/p>

4、寬比較窄，通訊模塊的成本相對(duì)較低。提出這樣的體系結(jié) 構(gòu)獲得了標(biāo)準(zhǔn)工作組成員單位的一致認(rèn)同，在業(yè)界也被認(rèn)為是最合理的、符合家庭網(wǎng)絡(luò)的應(yīng) 用需求。家庭主網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范是由家庭內(nèi)部具備高性能處理和通信能力的設(shè)備構(gòu)成的高速 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。從實(shí)際需要出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)有主網(wǎng)設(shè)備的情況，在家庭主網(wǎng)中采用有線或無(wú)線的物 理傳輸介質(zhì)，對(duì)于有線的物理傳輸介質(zhì)，直接采用有線以太網(wǎng)；對(duì)于無(wú)線的物理傳輸介質(zhì)， 考慮采用IEEE 802.11和正在指定完善中的UWB協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)層統(tǒng)一采用TCP/IP協(xié)議。之所 以做出這樣的選擇，一是因?yàn)楝F(xiàn)在絕大部分設(shè)備已支持上述2種協(xié)議，不必在家庭網(wǎng)絡(luò)中增 加新的硬件接口和基礎(chǔ)通信軟件，節(jié)省了成本

5、；二是家庭主網(wǎng)設(shè)備往往直接與Internet或其 他寬帶網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)提供商的系統(tǒng)通信，采用一致的通信協(xié)議減少了家庭主網(wǎng)設(shè)備使用復(fù)雜 程度。家庭主網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范重點(diǎn)規(guī)范了家庭主網(wǎng)關(guān)的IP地址解析和遠(yuǎn)程訪問(wèn)管理、主 網(wǎng)與子網(wǎng)間信息交互、以及家庭主網(wǎng)關(guān)軟件應(yīng)用程序接口等，主要解決了家庭網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)在的 網(wǎng)絡(luò)中使用要解決的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，以及增值服務(wù)的使用問(wèn)題。通信協(xié)議對(duì)于設(shè)備管理、服務(wù) 發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)安全等主要應(yīng)用，采用了目前正在使用的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，而沒(méi)有另行制定新的標(biāo)準(zhǔn)。家庭控制子網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范明確了家庭設(shè)備間控制和狀態(tài)信息傳遞和管理的技術(shù)規(guī) 范。在家庭控制子網(wǎng)通訊協(xié)議中，底層通信確定了有線和無(wú)線物理傳輸介質(zhì)、具有

6、自主知識(shí) 產(chǎn)權(quán)的通訊協(xié)議，并且明確協(xié)議的可擴(kuò)展性，以支持包括電力線載波等其他物理傳輸介質(zhì)。從家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用的前景看，普遍看好的是無(wú)線物理傳輸介質(zhì)系統(tǒng)，而在相關(guān)的技術(shù) 研發(fā)過(guò)程中，首先需要面對(duì)的就是無(wú)線傳輸?shù)念l率問(wèn)題，為此，標(biāo)準(zhǔn)工作組專門向國(guó)家無(wú)線 電管理局提出申請(qǐng)，并多次與國(guó)家無(wú)線電管理局的專家進(jìn)行溝通、交流，現(xiàn)已確定無(wú)線家庭 控制子網(wǎng)應(yīng)用的無(wú)線電頻率：430-432MHz及779-787MHz。家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備描述文件規(guī)范解決了家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間通信對(duì)于信息一致性的要求與多 種家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能、性能、使用界面等個(gè)性化直接的矛盾。設(shè)備描述文件給出了一個(gè)家庭 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的描述內(nèi)容的組織格式、方法，使各個(gè)

7、設(shè)備廠商可以保留設(shè)備自身的所有特性，而 普通用戶在使用這些設(shè)備時(shí)也不必要更新遙控器、網(wǎng)關(guān)等管理控制設(shè)備的硬件或軟件，做到 即插即用。設(shè)備描述文件的主要作用是描述設(shè)備的功能、控制命令和用戶界面，在某個(gè)設(shè)備 加入一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，遙控器、網(wǎng)關(guān)和其他設(shè)備可以通過(guò)獲得該設(shè)備的描述文件而自動(dòng) 生成該設(shè)備的管理和使用界面。設(shè)備描述文件解決了不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品在功能、參數(shù)、控 制方式等方面均不完全相同的問(wèn)題。家庭主網(wǎng)接口一致性測(cè)試規(guī)范和家庭控制子網(wǎng)通訊協(xié)議一致性測(cè)試規(guī)范是給家 庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和服務(wù)廠商開(kāi)發(fā)支持家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品提供的一個(gè)技術(shù)參考。這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別 針對(duì)家庭主網(wǎng)和子網(wǎng)，規(guī)范了支持家庭網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)和子網(wǎng)

8、標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備必須要遵守的規(guī)定。他們 是家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測(cè)試平臺(tái)的技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)。3布線介紹眼下社區(qū)寬帶網(wǎng)正在迅猛普及，并且一些家庭已經(jīng)擁有2臺(tái)以上的電腦，因此在家中組 建小型局域網(wǎng)已成了一種適應(yīng)發(fā)展的需要。尤其針對(duì)那些剛買了新房正準(zhǔn)備裝修的朋友，合 理的規(guī)劃家里的網(wǎng)絡(luò)布局，可以更好的適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。下面我們將從幾個(gè)方面談一些 具體的問(wèn)題。4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般來(lái)講，作為一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)，接入的電腦數(shù)量很少，而且由于房間較小，布線長(zhǎng)度較 短。因此有兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以選擇：總線拓?fù)浜托切瓮負(fù)??？偩€形拓?fù)涫鞘褂靡痪€纜作 主干線纜，網(wǎng)上所有設(shè)備都用線纜連接在這條主干線上。星形拓?fù)涫峭ㄟ^(guò)一個(gè)中心結(jié)點(diǎn)連接，這個(gè)中

9、心結(jié)點(diǎn)為控制結(jié)點(diǎn)，任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的通信都 必須通過(guò)它。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常使用集線器（HUP）作為中心設(shè)備，連接多臺(tái)計(jì)算機(jī)?？梢园l(fā)現(xiàn)，雖然總線布線拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，而且不需要集線器（HUP），相對(duì)成 本非常低廉，但是如果我們使用筆記本電腦時(shí)，添加新的電腦時(shí)，我們將面臨很大的麻煩。 所以建議使用星形拓?fù)洹?家網(wǎng)連接方式近年來(lái)，很多家庭都擁有了兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的電腦，孤立的一臺(tái)電腦只是一個(gè)信息孤島， 如果想要有效地發(fā)揮多臺(tái)電腦的效能，只有將他們聯(lián)網(wǎng)。這樣不但可以在多臺(tái)電腦間共享文 件，還可以實(shí)現(xiàn)共享寬帶上網(wǎng)，以及玩聯(lián)網(wǎng)游戲等等。而且筆記本電腦，PDA以及SONY 的PS2游戲機(jī)等具備網(wǎng)絡(luò)連接能力的設(shè)備在

10、家中的大量出現(xiàn)，也使得家庭聯(lián)網(wǎng)的需求不斷 的高漲。隨著家居智能化控制網(wǎng)絡(luò)逐漸出現(xiàn)在一些國(guó)內(nèi)高檔次住房中，人們可以自動(dòng)化地控 制家中的各種設(shè)備，并同時(shí)讓家用電腦網(wǎng)絡(luò)與智能化控制網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)集中控制及通過(guò) Web訪問(wèn)來(lái)對(duì)家居智能化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。這一切都使人們的生活越來(lái)越方便了。家庭用戶的居室內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)的方式目前大致有以下四種：10/100Base-T以太網(wǎng)連接、W i - Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接以及Hom e P N A電話線網(wǎng)絡(luò)和電力線聯(lián)網(wǎng)。下面將做分別介紹：10/100Base-T 以太網(wǎng)10/100Base-T以太網(wǎng)這是目前最常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)連接方式，也是最便宜的網(wǎng)絡(luò)連接方式， 可以獲得10 M b p

11、 s或100Mbps帶寬。在只有兩臺(tái)電腦的情況下，可以完全不用集線器或 交換機(jī)，只需要兩張網(wǎng)卡和一根網(wǎng)線即可，花費(fèi)不會(huì)超過(guò)100元。在有兩臺(tái)以上的電腦聯(lián) 網(wǎng)時(shí)，需要使用集線器或交換機(jī)，但每節(jié)點(diǎn)配置費(fèi)用（即一臺(tái)電腦加入網(wǎng)絡(luò)所需的花費(fèi)） 依然很便宜，只需要3050元。10/100Base-T的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括集線器、交換機(jī)、網(wǎng)卡 和5類雙絞線）在市面上是最容易買到的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。盡管以太網(wǎng)已經(jīng)誕生將近30年，但仍是世界上最流行、部署最廣泛的網(wǎng)絡(luò)連接方式， 世界上70%以上的局域網(wǎng)都使用10/100Base-T網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組建。它同時(shí)也是家庭環(huán)境下能 用到的性能最好的網(wǎng)絡(luò)連接方式。Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi

12、無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 提起 Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通常是指IEEE802.11b無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。這是近一 段時(shí)間來(lái)，在北美地區(qū)非常流行的聯(lián)網(wǎng)方式，這種聯(lián)網(wǎng)方式只需要在電腦中加入一塊 IEEE802.11b無(wú)線網(wǎng)卡，就可以與3 0 0米內(nèi)的AP （無(wú)線接入點(diǎn)）或其它裝有無(wú)線網(wǎng)卡的 電腦通訊，組成網(wǎng)絡(luò)。IEEE802.11b無(wú)線網(wǎng)絡(luò)理論上可以提供11Mbps的帶寬。很多美國(guó)家庭都在使用這種組網(wǎng)方式，一來(lái)有較好的性能，帶寬已經(jīng)趕上了 10Base-T以 太網(wǎng)，而且信號(hào)覆蓋范圍也可以滿足家居環(huán)境；二來(lái)聯(lián)入網(wǎng)中的設(shè)備可以在家中方便靈活地 移動(dòng)，因?yàn)樵诿绹?guó)很多新購(gòu)買電腦的家庭都是以購(gòu)買筆記本電腦為主，所以這種組網(wǎng)方式非 常適

13、合家庭使用。另外，一些PDA也可以通過(guò)附加模塊接入Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，如PocketPC 的全部機(jī)型、SONY CLIE和Visor Delux以后的機(jī)型都可以接入。這也是國(guó)外家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備中Wi-Fi產(chǎn)品的比例逐漸增大的原因。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的價(jià)格較貴，無(wú)線網(wǎng)卡一般在500600元左右，AP的價(jià)格一般在千 元以上。HomePNA網(wǎng)絡(luò) 這是Intel曾經(jīng)力10 0 B a s e - T網(wǎng)絡(luò)類似，但卻是使用HomePNA 適配器和普通電話線來(lái)聯(lián)網(wǎng)的，而不是用網(wǎng)卡和5類雙絞線。因此如果家中各個(gè)房間的線 路都是互通的，那就無(wú)須再布網(wǎng)線，只要用從墻座引出的電話線與HomePNA適配器相連， 就可以

14、聯(lián)網(wǎng)了。5.3 HomePNAHomePNA是一種家庭網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，利用現(xiàn)有電話線路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接.利用 HomePNA,家庭中的多個(gè)計(jì)算機(jī)用戶可以共享互聯(lián)網(wǎng)連接、文件、打印機(jī)以及進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)游戲。 在普通的家庭電話線上利用以太網(wǎng)的CSMA/CD傳輸協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)這一數(shù)據(jù)傳輸率。HPNA接入方式是眾多家庭網(wǎng)絡(luò)接入方式競(jìng)爭(zhēng)方案之一。其他方案包括：以太網(wǎng)、 電力線協(xié)議以及藍(lán)牙方式。以太網(wǎng)廣泛用于局域網(wǎng)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)需要配備網(wǎng)卡，還需要同 軸電纜或雙絞線作為傳輸介質(zhì)。電力線協(xié)議目前屬于低速傳輸協(xié)議，利用家庭電線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò) 連接。藍(lán)牙方式利用無(wú)線技術(shù)傳送數(shù)據(jù)，有效范圍30英尺。HomePNA利用家庭電

15、話線進(jìn) 行網(wǎng)絡(luò)連接。H o m e P N A可以支持1 M b p s或10Mbps帶寬的網(wǎng)絡(luò)連接。HomePNA適配器的價(jià) 格大約是300元左右。因?yàn)镠omePNA適配器的價(jià)格較高，帶寬上也沒(méi)什么優(yōu)勢(shì)，加上W i - F i網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，所以HomePNA的市場(chǎng)近年已呈頹勢(shì)。但最近二手市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些較 便宜的HomePNA適配器，如果家中各個(gè)房間都有完整互通的電話布線，而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)又 不多的情況下，HomePNA網(wǎng) 絡(luò)還是可以考慮的。電力線聯(lián)網(wǎng)電力線聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)電力載波來(lái)傳輸電腦數(shù)據(jù)的組網(wǎng)方式，它的優(yōu)勢(shì)同樣也是不需要專門鋪設(shè)網(wǎng)線，需要聯(lián)網(wǎng)的房間 有電源插座就行了，這使得裝修問(wèn)題很容易解決。但

16、每臺(tái)聯(lián)的電腦需要有一張10/100Base-T 以太網(wǎng)網(wǎng)卡，和一個(gè)PLC Modem。網(wǎng)卡很便宜，PLC Modem價(jià)格卻在1000元以上因此 電力線聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該是幾種聯(lián)網(wǎng)方式最昂貴的。目前電力線聯(lián)網(wǎng)可提供的最大帶寬為14Mbps， 僅比Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)略高。但也不能就此否定電力線網(wǎng)絡(luò)的途，畢竟電力線網(wǎng)絡(luò)的傳輸距 離較遠(yuǎn)帶寬潛力還很大，未來(lái)可能還有較大提高。而且電力線聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品才剛剛上市，隨著 產(chǎn)品不斷成熟，價(jià)格也有可能會(huì)下調(diào)。為了能夠讓大家更好地比較各種聯(lián)網(wǎng)方式，下表中列出了這幾種方式的傳輸速率和聯(lián)網(wǎng) 的最低花費(fèi)（以兩臺(tái)電腦連入網(wǎng)絡(luò)為例）。由于家庭用戶的需求與企業(yè)或辦公室用戶不盡相同，而且網(wǎng)絡(luò)

17、中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目與所能承受 的費(fèi)用也與企業(yè)用戶不同，所以家庭用戶在選擇聯(lián)網(wǎng)方式時(shí)應(yīng)根據(jù)自己的居室環(huán)境和預(yù)算、 設(shè)備狀況來(lái)確定。例如，如果是尚未裝修的新居或老房子，10/100Base-T就是最佳的選擇， 價(jià)錢便宜，性能最好，而且可以在裝修時(shí)順便解決布線問(wèn)題；如果是居室已經(jīng)裝修完畢，而 且你又有筆記本或PDA之類的設(shè)備需要接入網(wǎng)絡(luò)，那么Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就是首選。6家庭網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)6.1家庭設(shè)備安全控制服務(wù)從家庭外部網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和控制家庭設(shè)備時(shí)，控制請(qǐng)求必須通過(guò)因特網(wǎng)。但因特網(wǎng)并不是一 個(gè)安全的區(qū)域。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一套針對(duì)家庭設(shè)施的安全控制服務(wù)。這個(gè)服務(wù)在移動(dòng)設(shè)備和 家庭網(wǎng)關(guān)之間建立了一個(gè)安全信道。Ty

18、pe字段定義了信息包的類型。序列號(hào)（Sequence Number）和端口號(hào)（Port）用于 防止MITM攻擊。Integrity用于檢查數(shù)據(jù)的完整性。操作程序如下：首先，客戶端向服務(wù)器 端發(fā)送認(rèn)證包。服務(wù)器收到后，認(rèn)證用戶。如果該用戶是注冊(cè)的用戶，服務(wù)器返回信息接受； 否則拒絕?？蛻舳酥挥性谑盏浇邮苄畔⒑蟛拍芾^續(xù)與服務(wù)器通信。經(jīng)過(guò)以上程序，所有家庭網(wǎng)關(guān)和 PDA之間傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^(guò) SEED block cipher Algorithm加密。除加密外，所有加密數(shù)據(jù)附帶Integrity值以確保數(shù)據(jù)的完整性。使用MD5hash算法計(jì)算Integrity值。6.2基于傳輸狀態(tài)的防火墻基于傳輸狀態(tài)的防火墻能夠檢測(cè)并控制網(wǎng)絡(luò)傳輸。它可以保護(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)免受拒絕服務(wù) (Denial of Service (DoS)的攻擊，同時(shí)還可以拒絕或接收來(lái)自特定IP地址和端口號(hào)的 數(shù)據(jù)。傳輸狀態(tài)信息收集器以狀態(tài)單元(