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網路視訊系統採用不同網路技術加以支援並具有許多優點。本章討論局域網，重點介紹乙太網及其支援元件。同時，說明乙太網供電的使用。本章還將介紹互聯網通信，討論IP( 互聯網協議 )定址—其概念及工作原理，包括如何通過互聯網接入網路視訊產品，並介紹網路視訊採用的各種數據傳輸協議。

本章其他內容包括虛擬區域網路和服務品質，以及保證IP網路安全通信的不同方法。關於無線技術的更多資訊，請參見第10章。

9.1  局域網和乙太網

局域網( LAN )是一組電腦在局部區域相互連接，彼此通信並共用印表機等資源。資料以分組形式發送並調節分組傳輸，可以採用不同的技術。乙太網是使用最為普遍的LAN技術，IEEE 802.3標準規定了乙太網的技術標準。( 其他類型的LAN網路技術包括權杖環和FDDI。 )

乙太網採用星形拓撲結構，其中每個節點( 設備 )通過交換機等有源設備相互連接。LAN連網設備數量由兩個到數千個不等。

有線LAN的物理傳輸介質是線纜，主要是雙絞線或光纖。雙絞線纜由八股導線組成四條銅線對，採用RJ-45插頭和插座。雙絞線纜最大長度為100米( 328英尺 )，而光纜最大長度可達10到70公里，取決於光纖類型。根據採用的雙絞線或光纜類型，目前資料速率可以達到100Mbit/秒至10,000Mbit/秒。

容量高於當前要求是構建網路的一條經驗法則。為滿足今後網路要求，現有用量僅占網路設計容量30%比較理想。目前越來越多的應用通過網路運行，對網路性能的要求不斷提高。儘管網路交換機( 後面討論 )幾年之後可以升級，但更換佈線一般比較困難。

9.1.1乙太網類型

–         快速乙太網：
快速乙太網指資料傳輸速率為100Mbit/秒的乙太網，可採用雙絞線或光纜進行傳輸。( 早期10 Mbit/秒乙太網仍在安裝使用，但這種網路不能為某些網路視訊應用提供必要的頻寬。 )網路連接的大部分設備，如桌面系統或網路攝影機，配有100BASE-TX/10BASE-T乙太網介面，通常稱為10/100介面，支援10Mbit/秒和快速乙太網。支援快速乙太網的雙絞線稱為Cat-5網路線。

–    千兆乙太網：
千兆乙太網也採用雙絞線或光纜進行傳輸，資料傳輸速度為1,000Mbit/秒( 1Gbit/s )。千兆乙太網目前已十分流行，並有望很快取代快速乙太網成為事實標準。
支援千兆乙太網的雙絞線為Cat-5e網線，線纜的四對線可實現高速資料傳輸。網路視訊系統建議採用Cat-5e或更高規格的網路線。大部分介面向後相容10和100Mbit/秒乙太網，通常稱為10/100/1000介面。
遠距離傳輸可採用光纜，如1000BASE-SX( 最遠550米/1,639英尺 )和1000BASE-LX( 多模光纖最遠550米，單模光纖最遠5,000米 )。

–    萬兆乙太網：
萬兆乙太網是最新一代網路，傳輸速率達10Gbit/s( 10,000Mbit/秒 )，以光纖或雙絞線作為傳輸介質。10GBASE-LX4，10GBASE-ER和10GBASE-SR光纜傳送距離可達10,000米( 6.2英里 )。採用雙絞線時，對網路線的品質要求非常高( Cat-6a 或 Cat-7 )。

9.1.2交換機

當只有兩台設備需要通過雙絞線相互直接通信時，可採用所謂交叉線。交叉線只交叉連接線纜一端的傳輸線對與另一端的接收線對，反之亦然。

不過，要連網LAN中的大量設備，需採用網路設備，如網路交換機。採用網路交換機時，應使用規定的網線而不是交叉線。

網路交換機的主要功能是將一台設備的資料傳送給同一網路中的另一台設備。這的確是一種高效的傳輸方式，因為資料可由一台設備傳送到另一台設備，而不會影響同一網路中的其他設備。

其工作原理是，交換機註冊與其連接的所有設備的MAC( 介質存取控制 )位址。( 每台入網設備有各自唯一的MAC位址，由製造商設置的序號和字母組成，這種位址一般可在產品表中查找。 )收到數據時，交換機只將其傳送到相應MAC目的地址連接的設備的埠。

交換機一般以每埠速率，以及主幹或內部資料傳輸速率( 位元速率和每秒包數 )表示性能。端口速率表示特定埠最大傳輸速率。也就是說，交換機的速率，如100Mbit/秒，往往是每個端口的性能。

網路交換機一般可以同時支援不同的資料傳輸速度。最常用的速度是10/100，同時支援10Mbit/秒以及快速乙太網。不過，10/100/1000很快將成為標準交換速率，因此可同時支援10Mbit/秒、快速乙太網和千兆乙太網。交換機埠與連接設備之間的傳輸速率和模式一般通過自動檢測決定，以採用最高通用資料速率和最佳傳輸模式為准。交換機還可以使連接的設備以全雙工模式工作，即同時收發資料，從而提高性能。

交換機可以配置不同的性能或功能。有些交換機包括路由器功能( 參見9.2 )。交換機還可以支援「乙太網供電」或「服務品質」，控制不同應用使用的頻寬。

9.1.3乙太網供電

乙太網供電( PoE )功能可將電源設備接入乙太網，利用資料通信線路供電。乙太網供電廣泛用於為IP電話、無線閘道及LAN中的網路攝影機供電。

PoE的主要優點是節省固有成本，不必聘用電工，也不需要單獨安裝電源線路。這是非常有利的，特別是在難以進行電源佈線的區域。事實上，不裝電源線每台攝影機可以節省幾百美元，視攝影機的位置而定。PoE還便於攝影機遷至新的位置，或在視訊監控系統中增加攝影機。

同時，PoE使視訊系統更加可靠。採用PoE的視訊監控系統由機房供電，機房通常備有UPS( 不間斷電源 )。這意味著，即使在斷電的情況下，視訊監控系統仍然可以正常工作。

基於上述優點，建議設備盡可能多地採用PoE。PoE交換機和中跨設備可有效保證連接設備的用電需求，設備支援電源分類。這些內容將在下面詳細說明。

–         802.3af 標準與高性能 PoE：
目前，大部分PoE設備符合2003年頒佈的IEEE 802.3af 標準。IEEE 802.3af 標準採用標準Cat-5或更高規格的線纜，確保資料傳輸不受影響。標準中，提供電源的設備稱為供電設備( PSE )，可以是PoE交換機或中跨設備。接受電源的設備稱為受電設備( PD )。這種功能一般內建在網路設備中，如網路攝影機，或通過獨立的分離器提供( 參見以下說明 )。

保證向後相容非PoE支援的網路設備。標準包括自動識別設備是否支援PoE的方法，僅在符合標準時才為設備供電。也就是說，如果連接的不是PoE支援設備，連接PoE的乙太網線纜不供電。

這樣可以避免安裝或改造網路線路時發生觸電。對絞線中有四股線對。PoE可採用其中的兩個「裸」線對，或將電流加在用於資料傳輸的線對上。內建PoE的交換機往往利用兩個資料傳輸線對供電，而中跨設備一般採用兩個裸線對。受電設備支援這兩種供電方式。

根據IEEE 802.3af標準，PSE提供48V電壓直流電，每埠最大功率15.4W。考慮到雙絞線功耗，PD功率僅保證12.95W。IEEE 802.3af標準規定了各種性能類型的PD。

交換機和中跨設備等PSE一般提供一定量的功率，通常為300W到500W。以48埠交換機為例，線每埠平均為6W到10W，如果所有埠都連接到使用PoE的設備上的話。除非PD支援電源分類，否則每個使用PoE的埠必須預留滿功率15.4W。這意味著，300W交換機只能為48個埠中的20個供電。不過，如果所有設備能夠讓交換機知道他們是1類設備的話，300W足以支援全部48個埠。

表9.1a  IEEE 802.3af 電源分類。

大部分固定網路攝影機根據IEEE 802.3af標準通過PoE供電，一般標記為1類或2類設備。

根據IEEE802.3at准標準或PoE+，PSE兩個線對功率許可權至少提高到30W。最終技術規格尚待確定，標準有望2009年中期獲得批准。

在此期間，PTZ攝影機和配有電機控制的PTZ半球攝影機，以及裝有加熱器和風扇的攝影機等設備，可採用IEEE 802.3at准標準( 高性能 PoE )中跨設備和分離器，所需功率將高於IEEE 802.3af標準。

–    中跨設備與分離器：
中跨設備和分離器( 也稱有源分離器 )是用於現有網路支援乙太網供電的設備。

為乙太網線纜加電的中跨設備位於網路交換機與受電設備之間。為保證資料傳輸不受影響，一定要注意，資料來源( 如交換機 )與網路視訊產品之間的最大距離不得超過100米( 328英尺 )，也就是說，中跨設備和分離器必須位於100米範圍之內。

分離器用於將乙太網線纜中的電源和資料分成單獨兩路，然後連接無內建支援PoE的設備。由於PoE或高性能PoE僅支援48V直流電源，因此分離器的另一個功能是，將電壓步降到設備相應的額定水準，例如12V或5V。

藍眼科技已推出PoE和高性能PoE中跨設備和分離器。

9.2  互聯網

為在一個局域網中的設備與另一LAN中的設備之間傳送資料，需要一種標準通信方法，因為局域網可能採用不同類型的技術。這種要求促進了IP定址及大量支援互聯網通信的IP協定的發展，互聯網是全球電腦系統互連網路。( 各種LAN也可以採用IP定址和IP協定支援局域網內通信，儘管採用MAC位址足以完成內部通信。 )下面，在討論IP定址之前，首先介紹互聯網通信的一些基本要素，如路由器、防火牆和互聯網服務提供者等。

–         路由器：
為將資料包通過互聯網由一個LAN傳送到另一個LAN，必須採用一種稱為網路路由器的網間設備。根據IP位址，路由器將一個網路的資訊傳送另一網路。它只將應傳的資料包傳送給另一網絡。路由器主要用來連接局域網與互聯網。傳統上，路由器稱為閘道。

–   防火牆：
防火牆用於防止未經授權的用戶訪問私人網路絡。可以實施硬體或軟體防火牆，也可以兩種方式相結合。防火牆一般用於防止未經授權的互聯網用戶訪問與互聯網連接的私人網路絡。信息經防火牆通過互聯網收發，這樣可以對每一條資訊進行檢查，攔劫不符合規定安全標準的資訊。

–         互聯網連接：
為連接LAN與互聯網，必須通過互聯網服務提供者( ISP )建立網路連接。連接互聯網時，採用上遊和下游等術語。上游指數據利用傳輸速率由設備上傳到互聯網，如網路攝影機發送視訊。下游指利用傳輸速率下載檔案，如監控PC接收視訊。

大部分情況下，例如連接到互聯網的桌面系統，由互聯網下載資訊，速度是最重要的考慮因素。在網路攝影機位於遠端地點的網路視訊應用中，較為關注的是上游速度，因為需要將網路攝影機的資料( 視訊 )上傳到互聯網。

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