第5章 物理网络设计： 结构化布线系统和机房 解放军理工大学 计算机系教授 陈 鸣 博士

本课程知识结构导学图 网络工程设计概述(2学时) 网络工程设计基础(4+2学时) 配置二层以太网交换机(2+4学时) 基本概念、基本设备 简单组网技能 配置二层以太网交换机(2+4学时) 网络需求分析 (4学时) 结构化布线系统和机房设计(2学时) 中型网络设计知识与技能 设计中型网络 路由器配置(2+4学时) 企业网设计(4学时) 大型网络设计知识与技能 设计大型网络 网络安全策略设计(2+0学时) 网络维护与测试(2+0学时) 设计性实验(0+10学时) 网络设计综合知识与应用 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

回顾 需求分析的重要性 网络性能的重要指标 实验室网络vs.办公网络 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

教学提示 教学目的 重点 建立网络系统的环境平台是为网络工程奠定物理基础，这包括结构化布线系统设计、网络机房系统的设计和供电系统的设计等内容 本章从系统设计者的角度介绍了基本的相关知识 重点 结构化布线系统的概要设计 网络机房供电供电功率的估算 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

 要点 结构化布线系统 结构化布线系统组成 结构化布线系统的设备部件 布线系统工程设计 网络机房设计 网络机房电源设计 网络工程案例教学 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统 布线系统是计算机网络系统和电话系统的基础设施 计算机网络布线系统有两种 非结构化布线 结构化布线系统是一种跨学科、跨行业的系统工程，能够满足综合性的应用 布线系统所采用的结构，通常要根据技术要求、地理环境和用户分布等情况而定，设计的目标是在满足使用的技术指标的情况下，使系统布线合理，造价经济，施工及维护方便 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统的特点 具有良好的综合性和兼容性 适应性强，使用灵活 集语音、数据、图像与监控等设备于一体，并将多种终端设备的插头、插座标准化，能够满足不同厂商终端设备的需要 适应性强，使用灵活 增减设备、变化位置或更改设备类型，只需在配线架上对相关部位跳线即可改变系统组成和功能 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统的特点(续) 易于扩容，便于维护 具有科学性和经济实用性 采用模块化设计，易于扩充与重新配置。某一模块出现故障，不影响其他模块工作 具有科学性和经济实用性 由于开放性，能够满足不同用户需求的能力。结构化布线系统构成了智能化建筑的基础，是智能化建筑的神经系统 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统的应用场合 智能化建筑的布线系统 商业贸易类型的布线系统 机关办公类型的布线系统 这些系统中通常拥有相当数量的先进设备，其通信容量大，自动化程度高 商业贸易类型的布线系统 商务贸易中心，商业大厦等；银行、保险公司、证券公司等金融机构；宾馆、饭店等服务行业 机关办公类型的布线系统 政府机关、企事业单位、群众团体、公司机关等办公大楼或综合型大厦等 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

 要点 结构化布线系统 结构化布线系统组成 结构化布线系统的设备部件 布线系统工程设计 网络机房设计 网络机房电源设计 网络工程案例教学 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统组成 组成结构要遵从国家标准及国际标准化组织/国际电工委员会的标准规定 有些标准以一个建筑群为设计单元，有的是以一幢建筑物为设计单元 以一个建筑群为单元的网络系统结构，其组成为 工作区(终端)子系统 水平布线子系统 垂直干线子系统 管理子系统 设备间子系统 建筑群子系统 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统示意图 工作区子系统 水平布线子系统 管理子系统 垂直干线子系统 铜线 光缆 建筑群子系统 设备间子系统 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

工作区(终端)子系统 工作区布线是由终端设备到信息插座的连线组成，就是从通信的引出端到工作站之间的连接线 它主要包括 与用户设备连接的各种信息插座和相关配件 终端设备包括计算机、电话机、传真机等 应该配备非屏蔽双绞线的RJ-45插座、RJ-11电话连接插座、图像信息连接插座以及连接这些插座与终端设备之间的连接软线和扩展连接线等 布线通常属于非永久性的，根据用户的需要随时可以移动、增加或改变，既便于连接也易于管理；种类、数量视应用而定 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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结构化布线系统示意图 工作区子系统 水平布线子系统 管理子系统 管理子系统 管理子系统 垂直干线子系统 设备间子系统 建筑群子系统 铜线 光缆 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

水平布线子系统 是建筑物平面楼层的分支系统，它一端来自垂直干线的楼层配线间(即管理子系统)的配线架，另一端与工作区的用户信息插座相连 传输介质有光缆、同轴电缆和双绞线等 在同一楼层可以设置楼层配线架，该子系统是由楼层配线架至各个通信引出端为止的通信线路 传输介质中间不宜有转接点 布线通常有暗管预埋，墙面引线；或地下管槽，地面出线两种 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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垂直干线子系统 是高层建筑垂直连接的各种传输介质的组合，它将各个楼层的水平布线子系统连接起来，是结构化布线的骨干部分 干线可以是光缆、大对数电缆或双绞线 传输介质安装在沿着贯穿建筑物各个楼层的竖井之内，垂直竖井在每个楼层有连接水平子系统的分支房间，这个房间通常称为管理子系统 在多层高建筑或二层以上的低建筑中，这一系统构成垂直子系统关系 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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管理子系统 由各个楼层的配线架构成，实现垂直子系统与水平布线子系统之间的连接 管理子系统也称配线系统，它就像一个楼层调度室。由它来灵活调整一层中各个房间的设备移动和网络拓扑结构的变更 管理子系统常用的设备包括双绞线配线架或跳线板、光缆配线架或跳线系统，除此之外还有一些集线器、适配器和光缆的光电转换设备等 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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设备间子系统 是一幢楼中集中安装大型通信设备、主机、网络服务器、网络互连设备和配线接续设备的场所 在这里监视、管理建筑物内整个网络系统。设备间子系统所连接的设备主要是服务的提供者，并包含大量的与用户连接的端子。该机房担负户外系统与户内系统的汇合，同时集中了所有系统的传输介质、公用设备和配线接续设备等 该子系统位置通常选择在一幢楼的中部楼层 便于垂直、水平布线子系统连接，满足电磁环境要求 它涉及到结构化布线的投资、施工安装与维护等 机房供电要求严格，通常必须配备不间断电源(UPS) 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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建筑群子系统 是将一个建筑物中的电缆延伸到建筑群的另一些建筑物中的通信设备和装置上 支持提供楼群之间通信所需要的硬件，如有光缆、同轴电缆或双绞线等传输介质 采用介质，根据网络的规模、通信的传输距离和用户的容量而确定，通常优先考虑采用光缆 布线通常有通过地下管道布线和架空布线两种方式，它与户内系统的连接进入设备间子系统 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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结构化布线系统的设备部件 结构化布线系统中所需要的设备和部件很多，大体上划分为 传输介质。传输介质是连接网络各个站点的物理通道。提供可靠的物理通道是信息能够正确、快速传递的前提（第2章讲过） 介质之间的连接部件 配线接续设备等几类 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线中的连接部件 配线架 由各种各样的跳线板与跳线组成，能够方便地调整各个区域内的线路连接关系 当需要调整布线系统时，通过配线架系统的跳线重新配置布线的连接顺序 跳线的种类很多，如光纤跳线、电缆跳线等 为了操作方便，电缆配线架大多都采用无焊接的连接方法 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系 解放军理工大学计算机系

连接部件及工具 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线中的连接部件(续) 双绞线连接设备 同轴电缆连接设备 光缆连接设备 双绞线布线系统中的连接部件主要是RJ-45，除此之外就是用户的信息接插座或叫通信引出端子，由此以便与终端设备相连接 同轴电缆连接设备 同轴电缆布线中所需要的连接部件比较多。如N系列和BNC系列 光缆连接设备 光缆布线中所需要的连接设备有光缆配线架、光纤连接器和光电转换器等设备 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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结构化布线系统的工程设计 几项内容 对用户通信要求的评估 实地勘察建筑群或建筑物的地理环境 根据地理环境选择传输介质、网络设备 绘制网络工程布局、配置蓝图 进行工程造价估算 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统标准 EIA/TIA 568商业建筑电信布线标准 ISO/IEC 11801 建筑物通用布线的国际标准 EIA/TIA TSB-67 非屏蔽双绞线系统传输性能验收规范 EIA/TIA 569 民用建筑建筑通信通道和空间标准 EIA/TIA 民用建筑中有关通信接地标准 EIA/TIA 民用建筑通信管理标准 我国于1995年3月颁布并批准《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统的测试 分为验证测试和鉴别测试两类 测试的内容通常包括 验证测试就是测试线缆的基本安装情况 鉴别测试则是在满足正确连接的同时，测试其电气特性是否达到设计要求等 测试的内容通常包括 线缆长度 特性阻抗 噪声 衰减 近端串扰 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

结构化布线系统的测试(续) 测试工具通常分为两大类 线缆检测工具，如TEST ALL IV检测仪和Fluke 620检测仪等 线缆测试工具，如DSP-100数字式测试仪、TEXT-ALL25测试仪和938系列光缆测试仪等 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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机房的总体设计 对机房的要求主要考虑面积、地面、墙壁、顶棚、门窗和照明等 机房位置的选址 机房面积的确定 计算机网络系统机房装饰设计 通常选择在高层大楼的中层为宜 机房面积的确定 通常网络系统机房面积设计应为设备占用面积的5～7倍的关系 计算机网络系统机房装饰设计 机房地面、机房墙面、机房顶棚、机房门窗、机房照明 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

机房的环境设计 由于网络系统设备的高精密和系统的接插件多，所以机房环境的设计要求较高 通常需要考虑的因素有：电源、灰尘、温度与湿度、腐蚀和电磁干扰等，这些方面也是造成计算机网络系统故障的主要环境因素 机房温度与湿度的环境：开机时的机房温度通常要求在15～30℃，停机时的机房温度要求在5～35℃；一般湿度保持在20％～80％ 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

机房空调容量的设计 机房都主要是靠空调机进行温度和湿度的调节 空调容量的设计，通常需要考虑设备发热、机房照明的发热、机房人员的热量、机房外围结构和空气流通等因素 计算方法 K=(100～300)×∑S (大卡) 其中K为空调容量，∑S为机房面积 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

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配电系统设计 计算机网络系统设备间或中心机房的供电系统，通常要求不间断地供电，即建立不停电系统，采用一类供电 也可以采用两路供电系统，一旦一路停电，立即自动切换到另一路供电系统 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

供电系统的负荷计算 一个机房或一个用电系统，分为照明用电、空调用电和设备用电 负载功率有实测法和估算法两种 实测法即指在通电的情况下，测量负载电流。如果负载为单相时，则为相电流与相电压乘积的2倍作为负载功率；如果负载为三相时，则用相电流与相电压乘积的3倍作为负载功率 估算法则是将各个单项负载功率加起来，所得的和再乘以一个保险系数(可取1.3)作为总的负载功率 上述计算仅作为总负载功率的基数，还要考虑为以后扩容设备留余量 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

供电方式 市电直接供电方式 UPS系统供电 综合式供电方式 适应于电网系统运行稳定，质量又有保证，周围没有大型负载以及电磁干扰 在线型UPS即指其机内的逆变器串联在供电回路上，持续不间断地工作着的UPS 后备型UPS是指其机内逆变器通过转换开关并联在供电回路上，只有当市电中断以后才受控工作的UPS 综合式供电方式 机房内，电源插座应有两种。一种由UPS电源供电，另一种由市电直接供电 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

供电系统的安全 用电设备过载 配电系统的设计时，对用电的负荷量要留有充分的余地。防止因用电过负荷使电力线发热而可能引发的电源火灾，同时UPS和交流稳压电源的功率与负载功率相比，要有一定的余量 电气保护措施 电力线进入机房时，入口处要有保护措施。注意防止雷电影响，设计时需要增加防雷保护装置 对静电干扰也要有防止措施 电气保护还包括过压保护和过流保护等 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

机房供电设计 电力供应有以下要求 电网电压要稳定，通常要求在任何情况下，其偏差不得超过额定值的±5％ 要求电网电压杂波少、干扰小 防止工业控制系统交变电磁场的辐射干扰 电网必须在一定的时间内不间断地连续供电 最好不要与大容量的感性负载电网并联运行，以防止高压涌流 电网的频率漂移要小，提供计算机网络系统设备的电源的频率偏差不得大于±1％ 计算机网络系统所用的电源要有良好的接地 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

电源系统接地设计 所谓接地就是设备的某一部分与土壤之间作良好的电气连接，这就叫作“接地”，与土壤直接接触的金属导体叫作接地体或接地极，连接接地体或设备接地部分的导线叫作地线。接地是以接地电流易于流动为目的，所以接地电阻越低接地电流越易于流动，通常要求接地电阻越低越好，说明接地效果好 计算机供电系统的接地，通常包括交流接地、直流接地和保护接地几种 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

接地方式 交流接地 是将交流电电源的地线与大地相接，通常是采用较粗的导线与铜排相接之后，埋设于1.5～2m深地下，并撒放一些粗盐或木炭增加其导电性能。接地电阻小于3Ω 直流接地 将直流电源输出端的一个极(负极或正极)与大地相接，提供稳定的零电位，以便供电压参考，可以减少数据传输中差错。通常要求直流接地电阻不得大于1Ω 保护接地 通常是指各种设备的外壳接地。保护接地的作用是屏蔽外界各种干扰对计算机或其他设备的影响，同时防止因漏电流造成的人身安全问题 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

 要点 结构化布线系统 结构化布线系统组成 结构化布线系统的设备部件 布线系统工程设计 网络机房设计 网络机房电源设计 网络工程案例教学 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

案例1：教学楼结构化布线系统 案例教学要求 案例教学环境 理解20层楼宇的结构化布线系统的网络物理传输介质的选择方法和大致使用量。 能够用Visio绘制该楼宇结构化布线系统。 案例教学环境 PC 1台，Microsoft Visio软件1套。 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

教学楼结构化布线系统 设计要点： 建造一座20层的教学大楼，每层楼高3 m，长度120 m，宽40m，在大楼中部设有弱电竖井，可用于安装计算机网络线路。 在各个办公室需要部署信息点(即连接计算机网络和电话的地方)，大约平均每2m2一个信息点。 楼宇干线传输速率要能够支持1000Mpbs，每层的传输介质一般要能够支持100Mpbs。 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

需求分析和设计考虑 不涉及建筑群子系统，可忽略 由于楼宇设有弱电间（竖井），则本结构化布线系统应围绕弱电间进行设计 大楼的设备间一般应当选择设置在大楼的中间部位，这样通常可以节省垂直干线子系统的造价。若将大楼设备间选择在10层的话，则向下、向上均约30米。 由于该楼宇的干线速率要求支持千兆速率，因此垂直干线子系统选用的介质应当是光缆 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

需求分析和设计考虑 根据用户需求，确定信息点设置并留有一定余量。否则可采用估算的方法：每层面积约360m 2，去除走廊等面积约100 m 2，大约需要130个信息点 考虑到有些楼层可能设置实验室或计算机机房等信息点较为密集的场所，需要增加50个信息点 这样就可以估算出每层的管理子系统的配线系统所需的容量为180 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

需求分析和设计考虑 由于弱电井位于大楼每层中间部位，从楼层管理子系统出发的水平布线子系统最长距离约为80米 这是因为线缆需要从弱电桥架上走，这往往不能走直线。这对于百兆速率可采用6类双绞线，而对于千兆速率则要采用光纤电缆了 对于工作区子系统主要是考虑信息插座的位置和样式问题 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

教学楼结构化布线系统的设计方案 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

弱电间的光缆交换机 … 光缆 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

其他设计问题 从弱电间延伸出来的网络线缆桥架，采用“工”字形方式架设，通到该楼层的每个房间，很好地保护了连接各房间与弱电间的双绞线和光缆 在同一楼层中，除了传输速率有特殊要求的架设光缆外，其余一律架设6类双绞线 为了节省布线成本，可以采用从弱电间只引2～3根双绞线的方案（2根备份），该线缆到达房间后再用配线架进行两次跳线 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

案例2：机房电源容量估算 案例教学要求： 案例教学环境 掌握估算一个计算机网络机房电源容量的基本方法。 PC 1台，Microsoft Visio软件1套。 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

机房电源容量估算 设计要点： 每个计算机网络机房都需要有一个完善的供电系统。为了保障供电安全，需要对机房中所有机器设备的总电力功率进行估算。 电功率估算方法是：每台PC计300w，每台交换机计2kw，每台路由器计3kw，每台服务器计5kw；照明电一般与动力电分路供电，可分开按灯具功率计算。 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

需求分析和设计考虑 按“4.6.1网络实验室局域网的设计”设定的条件进行设计。其中 PC共80台。 实验室组网用交换机22台，另外还有实验用交换机60台，共计86台。 实验用路由器20台。 实验室用服务器两台。 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

设计方案 该网络实验室的总功率为： 乘以保险系数1.3后，得345.8kw，该网络实验室实际配置总功率约为350kw 上面提供的电功率估算数值应当根据具体设备的情况加以调整 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

小结 建立网络系统的环境平台是为网络工程奠定物理基础，这包括结构化布线系统设计、网络机房系统的设计和供电系统的设计等内容 从系统设计者的角度介绍了基本的相关知识，重点要求掌握 结构化布线系统的概要设计 网络机房供电供电功率的估算 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

网络工程案例教学作业 参照“5.3.1教学楼结构化布线系统”所给的条件进行设计，只是现在楼为30层高，楼道内为单走廊。试画出网络线缆桥架的部署情况和弱电间中的交换机配置和连接情况。 参照“5.3.2机房电源容量估算”所给的条件进行设计，只是现在PC为60台，交换机为80台，路由器为12台，服务器为4台。试估算出该机房需要实际配置的总功率的千瓦数。 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系

Any Questions? 陈鸣：网络工程设计 解放军理工大学计算机系