家庭網(wǎng)絡綜述

1、家庭網(wǎng)絡綜述摘要：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買 了新的電腦，有兩臺或兩臺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電腦， 這是很多人都非常關心的問題，家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)構(gòu)成了智能化家庭設備系統(tǒng)，提高了家庭生活、 學習、工作、娛樂的品質(zhì)，是數(shù)字化家庭的發(fā)展方向。關鍵詞：以太網(wǎng) 無線網(wǎng)HomePNA21世紀是“信息世紀”，隨著人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的家用電器無法滿足現(xiàn)代家庭 的需要，主要是傳統(tǒng)家電無法自動獲取外界的信息，并且不同的家電之間無法協(xié)同工作。 隨著科技的發(fā)展，具有時代特征的信息家電（InformationAppliancelA）出現(xiàn)了，它

2、具有高品 質(zhì)的視聽功能、交互式信息處理功能、網(wǎng)絡瀏覽功能和收發(fā)郵件等功能。它適應信息時代的 要求，具有很強的網(wǎng)絡功能，是人們用來訪問和獲取網(wǎng)上信息的工具，也是消費電子 技術和計算機技術相結(jié)合的產(chǎn)物。2家網(wǎng)現(xiàn)狀中國已經(jīng)頒布的六項家庭網(wǎng)絡標準分別覆蓋了家庭網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)、家庭主網(wǎng)通訊協(xié)議、 家庭子網(wǎng)通訊協(xié)議、家庭設備描述規(guī)范、以及一致性測試規(guī)范等，他們構(gòu)成了家庭網(wǎng)絡標準 體系的基礎協(xié)議。這六項標準分別為：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)議一致性測試規(guī)范、SJ/T 11316-2005家庭網(wǎng) 絡系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參考模型、和SJ/T 11317-2005家庭網(wǎng)絡設備描述文件規(guī)范。要建立一個家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)，首先要確定家庭網(wǎng)絡的組成部分，各個組成部分間的相互關 系、功能和作用，以及家庭網(wǎng)絡應用和覆蓋范圍等基本問題。家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參 考模型就是起這個作用。該標準給出了家庭網(wǎng)絡的標準體系框架和基礎結(jié)構(gòu)，是整個標準 體系的基礎。家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)將家庭網(wǎng)絡系統(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較低。提出這樣的體系結(jié) 構(gòu)獲得了標準工作組成員單位的一致認同，在業(yè)界也被認為是最合理的、符合家庭網(wǎng)絡的應 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備構(gòu)成的高速 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。從實際需要出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)有主網(wǎng)設備的情況，在家庭主網(wǎng)中采用有線或無線的物 理傳輸介質(zhì)，對于有線的物理傳輸介質(zhì)，直接采用有線以太網(wǎng)；對于無線的物理傳輸介質(zhì)， 考慮采用IEEE 802.11和正在指定完善中的UWB協(xié)議；網(wǎng)絡層統(tǒng)一采用TCP/IP協(xié)議。之所 以做出這樣的選擇，一是因為現(xiàn)在絕大部分設備已支持上述2種協(xié)議，不必在家庭網(wǎng)絡中增 加新的硬件接口和基礎通信軟件，節(jié)省了成本

5、；二是家庭主網(wǎng)設備往往直接與Internet或其 他寬帶網(wǎng)絡信息服務提供商的系統(tǒng)通信，采用一致的通信協(xié)議減少了家庭主網(wǎng)設備使用復雜 程度。家庭主網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范重點規(guī)范了家庭主網(wǎng)關的IP地址解析和遠程訪問管理、主 網(wǎng)與子網(wǎng)間信息交互、以及家庭主網(wǎng)關軟件應用程序接口等，主要解決了家庭網(wǎng)絡在現(xiàn)在的 網(wǎng)絡中使用要解決的遠程訪問，以及增值服務的使用問題。通信協(xié)議對于設備管理、服務 發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡安全等主要應用，采用了目前正在使用的業(yè)界標準，而沒有另行制定新的標準。家庭控制子網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范明確了家庭設備間控制和狀態(tài)信息傳遞和管理的技術規(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線物理傳輸介質(zhì)、具有

6、自主知識 產(chǎn)權的通訊協(xié)議，并且明確協(xié)議的可擴展性，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)絡系統(tǒng)應用的前景看，普遍看好的是無線物理傳輸介質(zhì)系統(tǒng)，而在相關的技術 研發(fā)過程中，首先需要面對的就是無線傳輸?shù)念l率問題，為此，標準工作組專門向國家無線 電管理局提出申請，并多次與國家無線電管理局的專家進行溝通、交流，現(xiàn)已確定無線家庭 控制子網(wǎng)應用的無線電頻率：430-432MHz及779-787MHz。家庭網(wǎng)絡設備描述文件規(guī)范解決了家庭網(wǎng)絡設備間通信對于信息一致性的要求與多 種家庭網(wǎng)絡設備功能、性能、使用界面等個性化直接的矛盾。設備描述文件給出了一個家庭 網(wǎng)絡設備的描述內(nèi)容的組織格式、方法，使各個

7、設備廠商可以保留設備自身的所有特性，而 普通用戶在使用這些設備時也不必要更新遙控器、網(wǎng)關等管理控制設備的硬件或軟件，做到 即插即用。設備描述文件的主要作用是描述設備的功能、控制命令和用戶界面，在某個設備 加入一個家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)時，遙控器、網(wǎng)關和其他設備可以通過獲得該設備的描述文件而自動 生成該設備的管理和使用界面。設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題。家庭主網(wǎng)接口一致性測試規(guī)范和家庭控制子網(wǎng)通訊協(xié)議一致性測試規(guī)范是給家 庭網(wǎng)絡產(chǎn)品和服務廠商開發(fā)支持家庭網(wǎng)絡標準的產(chǎn)品提供的一個技術參考。這兩項標準分別 針對家庭主網(wǎng)和子網(wǎng)，規(guī)范了支持家庭網(wǎng)絡主網(wǎng)和子網(wǎng)

8、標準的設備必須要遵守的規(guī)定。他們 是家庭網(wǎng)絡協(xié)議一致性測試平臺的技術規(guī)范基礎。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)已成了一種適應發(fā)展的需要。尤其針對那些剛買了新房正準備裝修的朋友，合 理的規(guī)劃家里的網(wǎng)絡布局，可以更好的適應時代發(fā)展的需要。下面我們將從幾個方面談一些 具體的問題。4網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)一般來講，作為一個家庭網(wǎng)絡，接入的電腦數(shù)量很少，而且由于房間較小，布線長度較 短。因此有兩種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)可以選擇：總線拓撲和星形拓撲。總線形拓撲是使用一線纜作 主干線纜，網(wǎng)上所有設備都用線纜連接在這條主干線上。星形拓撲是通過一個中心結(jié)點連接，這個中

9、心結(jié)點為控制結(jié)點，任意兩個結(jié)點的通信都 必須通過它。這種拓撲結(jié)構(gòu)通常使用集線器（HUP）作為中心設備，連接多臺計算機?？梢园l(fā)現(xiàn)，雖然總線布線拓撲的結(jié)構(gòu)最為簡單，而且不需要集線器（HUP），相對成 本非常低廉，但是如果我們使用筆記本電腦時，添加新的電腦時，我們將面臨很大的麻煩。 所以建議使用星形拓撲。5家網(wǎng)連接方式近年來，很多家庭都擁有了兩臺或兩臺以上的電腦，孤立的一臺電腦只是一個信息孤島， 如果想要有效地發(fā)揮多臺電腦的效能，只有將他們聯(lián)網(wǎng)。這樣不但可以在多臺電腦間共享文 件，還可以實現(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游戲機等具備網(wǎng)絡連接能力的設備在

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)絡逐漸出現(xiàn)在一些國內(nèi)高檔次住房中，人們可以自動化地控 制家中的各種設備，并同時讓家用電腦網(wǎng)絡與智能化控制網(wǎng)絡相連，實現(xiàn)集中控制及通過 Web訪問來對家居智能化網(wǎng)絡進行控制。這一切都使人們的生活越來越方便了。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無線網(wǎng)絡連接以及Hom e P N A電話線網(wǎng)絡和電力線聯(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)這是目前最常見的網(wǎng)絡連接方式，也是最便宜的網(wǎng)絡連接方式， 可以獲得10 M b p

11、 s或100Mbps帶寬。在只有兩臺電腦的情況下，可以完全不用集線器或 交換機，只需要兩張網(wǎng)卡和一根網(wǎng)線即可，花費不會超過100元。在有兩臺以上的電腦聯(lián) 網(wǎng)時，需要使用集線器或交換機，但每節(jié)點配置費用（即一臺電腦加入網(wǎng)絡所需的花費） 依然很便宜，只需要3050元。10/100Base-T的網(wǎng)絡設備（包括集線器、交換機、網(wǎng)卡 和5類雙絞線）在市面上是最容易買到的網(wǎng)絡設備。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)絡連接方式， 世界上70%以上的局域網(wǎng)都使用10/100Base-T網(wǎng)絡設備組建。它同時也是家庭環(huán)境下能 用到的性能最好的網(wǎng)絡連接方式。Wi-Fi無線網(wǎng)絡Wi-Fi

12、無線網(wǎng)絡 提起 Wi-Fi無線網(wǎng)絡，通常是指IEEE802.11b無線網(wǎng)絡。這是近一 段時間來，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無線網(wǎng)卡，就可以與3 0 0米內(nèi)的AP （無線接入點）或其它裝有無線網(wǎng)卡的 電腦通訊，組成網(wǎng)絡。IEEE802.11b無線網(wǎng)絡理論上可以提供11Mbps的帶寬。很多美國家庭都在使用這種組網(wǎng)方式，一來有較好的性能，帶寬已經(jīng)趕上了 10Base-T以 太網(wǎng)，而且信號覆蓋范圍也可以滿足家居環(huán)境；二來聯(lián)入網(wǎng)中的設備可以在家中方便靈活地 移動，因為在美國很多新購買電腦的家庭都是以購買筆記本電腦為主，所以這種組網(wǎng)方式非 常適

13、合家庭使用。另外，一些PDA也可以通過附加模塊接入Wi-Fi無線網(wǎng)絡，如PocketPC 的全部機型、SONY CLIE和Visor Delux以后的機型都可以接入。這也是國外家庭網(wǎng)絡設 備中Wi-Fi產(chǎn)品的比例逐漸增大的原因。Wi-Fi網(wǎng)絡設備的價格較貴，無線網(wǎng)卡一般在500600元左右，AP的價格一般在千 元以上。HomePNA網(wǎng)絡 這是Intel曾經(jīng)力10 0 B a s e - T網(wǎng)絡類似，但卻是使用HomePNA 適配器和普通電話線來聯(lián)網(wǎng)的，而不是用網(wǎng)卡和5類雙絞線。因此如果家中各個房間的線 路都是互通的，那就無須再布網(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)絡的計算機互聯(lián)標準，利用現(xiàn)有電話線路進行網(wǎng)絡連接.利用 HomePNA,家庭中的多個計算機用戶可以共享互聯(lián)網(wǎng)連接、文件、打印機以及進行聯(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，可以實現(xiàn)這一數(shù)據(jù)傳輸率。HPNA接入方式是眾多家庭網(wǎng)絡接入方式競爭方案之一。其他方案包括：以太網(wǎng)、 電力線協(xié)議以及藍牙方式。以太網(wǎng)廣泛用于局域網(wǎng)中，每臺計算機需要配備網(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，利用家庭電線進行網(wǎng)絡 連接。藍牙方式利用無線技術傳送數(shù)據(jù)，有效范圍30英尺。HomePNA利用家庭電

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

16、每臺聯(lián)的電腦需要有一張10/100Base-T 以太網(wǎng)網(wǎng)卡，和一個PLC Modem。網(wǎng)卡很便宜，PLC Modem價格卻在1000元以上因此 電力線聯(lián)網(wǎng)應該是幾種聯(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無線網(wǎng)絡略高。但也不能就此否定電力線網(wǎng)絡的途，畢竟電力線網(wǎng)絡的傳輸距 離較遠帶寬潛力還很大，未來可能還有較大提高。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，價格也有可能會下調(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（以兩臺電腦連入網(wǎng)絡為例）。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

17、中的節(jié)點數(shù)目與所能承受 的費用也與企業(yè)用戶不同，所以家庭用戶在選擇聯(lián)網(wǎng)方式時應根據(jù)自己的居室環(huán)境和預算、 設備狀況來確定。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， 價錢便宜，性能最好，而且可以在裝修時順便解決布線問題；如果是居室已經(jīng)裝修完畢，而 且你又有筆記本或PDA之類的設備需要接入網(wǎng)絡，那么Wi-Fi無線網(wǎng)絡就是首選。6家庭網(wǎng)絡安全服務6.1家庭設備安全控制服務從家庭外部網(wǎng)絡訪問和控制家庭設備時，控制請求必須通過因特網(wǎng)。但因特網(wǎng)并不是一 個安全的區(qū)域。因此我們設計了一套針對家庭設施的安全控制服務。這個服務在移動設備和 家庭網(wǎng)關之間建立了一個安全信道。Ty

18、pe字段定義了信息包的類型。序列號（Sequence Number）和端口號（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，客戶端向服務器 端發(fā)送認證包。服務器收到后，認證用戶。如果該用戶是注冊的用戶，服務器返回信息接受； 否則拒絕。客戶端只有在收到接受信息后才能繼續(xù)與服務器通信。經(jīng)過以上程序，所有家庭網(wǎng)關和 PDA之間傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^ 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)的防火墻能夠檢測并控制網(wǎng)絡傳輸。它可以保護家庭網(wǎng)絡免受拒絕服務 (Denial of Service (DoS)的攻擊，同時還可以拒絕或接收來自特定IP地址和端口號的 數(shù)據(jù)。傳輸狀態(tài)信息收集器以狀態(tài)單元(