DNS原理总结及其解析过程详解

域名系统DNS(Domain Name System)是因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转换成为IP地址。域名系统其实就是名字系统。为什么不叫“名字”而叫“域名”呢？这是因为在这种因特网的命名系统中使用了许多的“域(domain)”，因此就出现了“域名”这个名词。“域名系统”明确地指明这种系统是应用在因特网中。

我们都知道，IP地址是由32位的二进制数字组成的。用户与因特网上某台主机通信时，显然不愿意使用很难记忆的长达32位的二进制主机地址。即使是点分十进制IP地址也并不太容易记忆。相反，大家愿意使用比较容易记忆的主机名字。但是，机器在处理IP数据报时，并不是使用域名而是使用IP地址。这是因为IP地址长度固定，而域名的长度不固定，机器处理起来比较困难。

因为因特网规模很大，所以整个因特网只使用一个域名服务器是不可行的。因此，早在1983年因特网开始采用层次树状结构的命名方法，并使用分布式的域名系统DNS。并采用客户服务器方式。DNS使大多数名字都在本地解析(resolve)，仅有少量解析需要在因特网上通信，因此DNS系统的效率很高。由于DNS是分布式系统，即使单个计算机除了故障，也不会妨碍整个DNS系统的正常运行。

域名到IP地址的解析是由分布在因特网上的许多域名服务器程序共同完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行，而人们也常把运行域名服务器程序的机器称为域名服务器。

域名到IP地址的解析过程的要点如下：当某一个应用需要把主机名解析为IP地址时，该应用进程就调用解析程序，并称为DNS的一个客户，把待解析的域名放在DNS请求报文中，以UDP用户数据报方式发给本地域名服务器。本地域名服务器在查找域名后，把对应的IP地址放在回答报文中返回。应用程序获得目的主机的IP地址后即可进行通信。

若本地域名服务器不能回答该请求，则此域名服务器就暂时称为DNS的另一个客户，并向其他域名服务器发出查询请求。这种过程直至找到能够回答该请求的域名服务器为止。此过程在后面作进一步讨论。

由于因特网的用户数量较多，所以因特网在命名时采用的是层次树状结构的命名方法。任何一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名(domain name)。这里，“域”(domain)是名字空间中一个可被管理的划分。

从语法上讲，每一个域名都是有标号(label)序列组成，而各标号之间用点(小数点)隔开。

这是中央电视台用于手法电子邮件的计算机的域名，它由三个标号组成，其中标号com是顶级域名，标号cctv是二级域名，标号mail是三级域名。

DNS规定，域名中的标号都有英文和数字组成，每一个标号不超过63个字符(为了记忆方便，一般不会超过12个字符)，也不区分大小写字母。标号中除连字符(-)外不能使用其他的标点符号。级别最低的域名写在最左边，而级别最高的字符写在最右边。由多个标号组成的完整域名总共不超过255个字符。DNS既不规定一个域名需要包含多少个下级域名，也不规定每一级域名代表什么意思。各级域名由其上一级的域名管理机构管理，而最高的顶级域名则由ICANN进行管理。用这种方法可使每一个域名在整个互联网范围内是唯一的，并且也容易设计出一种查找域名的机制。

域名只是逻辑概念，并不代表计算机所在的物理地点。据2006年12月统计，现在顶级域名TLD(Top Level Domain)已有265个，分为三大类：

如果采用上述的树状结构，每一个节点都采用一个域名服务器，这样会使得域名服务器的数量太多，使域名服务器系统的运行效率降低。所以在DNS中，采用划分区的方法来解决。

一个服务器所负责管辖(或有权限)的范围叫做区(zone)。各单位根据具体情况来划分自己管辖范围的区。但在一个区中的所有节点必须是能够连通的。每一个区设置相应的权限域名服务器，用来保存该区中的所有主机到域名IP地址的映射。总之，DNS服务器的管辖范围不是以“域”为单位，而是以“区”为单位。区是DNS服务器实际管辖的范围。区 <= 域。

下图是区的不同划分方法的举例。假定abc公司有下属部门x和y，部门x下面有分三个分布们u,v,w，而y下面还有下属部门t。图a表示abc公司只设一个区abccom。这是，区abccom和域abccom指的是同一件事。但图b表示abc公司划分为两个区：abccom和yabccom。这两个区都隶属于域abccom，都各设置了相应的权限域名服务器。不难看出，区是域的子集。

下图是以上图b中abc公司划分的两个区为例，给出了DNS域名服务器树状结构图。这种DNS域名服务器树状结构图可以更准确地反映出DNS的分布式结构。图中的每一个域名服务器都能够部分域名到IP地址的解析。当某个DNS服务器不能进行域名到IP地址的转换时，它就会设法找因特网上别的域名服务器进行解析。

从下图可以看出，因特网上的DNS服务器也是按照层次安排的。每一个域名服务器只对域名体系中的一部分进行管辖。根据域名服务器所起的作用，可以把域名服务器划分为下面四种不同的类型。

根域名服务器：最高层次的域名服务器，也是最重要的域名服务器。所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址。不管是哪一个本地域名服务器，若要对因特网上任何一个域名进行解析，只要自己无法解析，就首先求助根域名服务器。所以根域名服务器是最重要的域名服务器。假定所有的根域名服务器都瘫痪了，那么整个DNS系统就无法工作。需要注意的是，在很多情况下，根域名服务器并不直接把待查询的域名直接解析出IP地址，而是告诉本地域名服务器下一步应当找哪一个顶级域名服务器进行查询。

顶级域名服务器：负责管理在该顶级域名服务器注册的二级域名。

权限域名服务器：负责一个“区”的域名服务器。

本地域名服务器：本地服务器不属于下图的域名服务器的层次结构，但是它对域名系统非常重要。当一个主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文就发送给本地域名服务器。

注意：

下面举一个例子演示整个查询过程：

不知道你指什么网络哦

那有服务器，路由，交换机，工作站，客户端，还有网线

1、网络硬件组成

服务器：为客户机提供服务，用于网络管理、运行应用程序、处理客户机请求、连接外部设备等。

客户机：直接面对用户，提出服务请求，完成用户任务。

传输介质：传输网络数据。按传输方式可划分为有线和无线两种，常用有线传输介质分双绞线和光缆。

通信连接设备：引导网络信息准确到达目标节点。主要有网卡、中继器与接线器、网桥与交换机、路由器等。

2、网络软件系统

网络操作系统：常用的有Windows NT、Windows 2000、Windows 2003、Unix、Linux

网络应用软件：网络媒体播放器、文件上传与下载工具、企业网络信息管理系统等P42~43和教材P13~15或者知识拓展栏目中的文章。

更详细的如下：

一个基本的计算机网络由下列硬件组成：服务器，工作站，网络接口卡，电缆系统，共享的资源与外围设备。

一、服务器

为网上用户提供服务的结点称为服务器（Server），在服务器上装有网络操作系统和网络驱动器，它能处理分组的发送和接收以及网络接口的处理。而使用这个服务器的称为该服务器的客户（Clients）或用户。

常见的服务器类型有以下几种。

（1）文件服务器

文件服务器给用户提供了操作系统中文件系统的各种功能，例如生成文件、删除文件、共享文件等。文件服务器涉及的很多问题和操作系统、数据库设计涉及的问题是类似的。所不同的是，这些问题要在网络环境下处理。

一般的文件服务器除了文件管理外还包括用户管理、安全管理、网络管理、系统管理等功能。

（2）打印服务器

打印服务器上接有打印机，网上其他结点和该服务器通信，并使用与其相连的打印机打印文件。

（3）终端服务器

终端服务器又称为终端集中器，终端通过终端集中器再接到网上，终端到其他结点之间的通信都通过终端集中器。

二、工作站

使用服务器提供的功能的网络结点就是工作站。工作站可以是基于DOS、Windows 95/98的PC机，Apple Macintosh系统、运行OS/2的系统以及无盘工作站。无盘工作站没有软驱和硬驱，而是使用网络接口卡上固化在引导芯片中的特殊引导程序直接从服务器上引导。

络接口卡的后部。

三、网络接口卡

（1） 网卡驱动程序

驱动程序文件包含有卡的配置与诊断、其电缆访问法及其通信特点的信息。

（2）网卡线速度

网卡线速度表示能够多快地产生物理信号，例如：10Mbit/s、100Mbit/s和1000Mbit/s。如果想使网卡的适应性更广，也可以考虑10/100M等多速自适应的网卡。

（3）网卡总线类型

10M以太网卡的总线体系结构仍是工业标准体系结构（ISA）。ISA总线的特点是：总线只有16位宽；工作时钟频率只有8MHz；不允许猝发式数据传输；大多数ISA总线为I/O映射型，从而降低了数据传输速度。

ISA总线的理论带宽是533MB/S或4267Mbit/s。网卡实际可用的ISA总线带宽大约只是1/4的理论带宽值，即约为11Mbit/s，刚够覆盖10Mbit/s的信道。

外部设备互连（PCI）总线可提供132MB/S的理论带宽和具有真正的即插即用（PnP）的特点，极像SUN的S-BUS。

PCI总线是得到计算机厂家广泛支持的高性能的与处理器无关的总线。

四、传输介质

常用的传输介质包括双绞线、同轴电缆和光导纤维，另外，还有通过大气的各种形式的电磁传播，如微波、红外线和激光等。

1、双绞线

双绞线是把两根绝缘铜线拧成有规则的螺旋形。双绞线的抗干扰性较差，易受各种电信号的干扰，可靠性差。若把若干对双绞线集成一束，并用结实的保护外皮包住，就形成了典型的双绞线电缆。把多个线对扭在一块可以使各线对之间或其他电子噪声源的电磁干扰最小。

用于网络的双绞线和用于电话系统的双绞线是有差别的。

双绞线主要分为两类，即非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted-Pair）和屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted-Pair）。

EIA/TIA为非屏蔽双绞线制定了布线标准，该标准包括5类UTP。

1类线：可用于电话传输，但不适合数据传输，这一级电缆没有固定的性能要求。

2类线：可用于电话传输和最高为4Mbit/s的数据传输，包括4对双绞线。

3类线：可用于最高为10Mbit/s的数据传输，包括4对双绞线，常用于10BaseT以太网。

4类线：可用于16Mbit/s的令牌环网和大型10BaseT以太网，包括4对双绞线。其测试速度可达20Mbit/s。

5类线：可用于100Mbit/s的快速以太网，包括4对双绞线。

双绞线使用RJ-45接头连接计算机的网卡或集线器等通信设备。

2、同轴电缆

同轴电缆是由一根空心的外圆柱形的导体围绕着单根内导体构成的。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆，外导体为硬金属或金属网。内外导体之间有绝缘材料隔离，外导体外还有外皮套或屏蔽物。

同轴电缆可以用于长距离的电话网络，有线电视信号的传输通道以及计算机局域网络。50Ω的同轴电缆可用于数字信号发送，称为基带；75Ω的同轴电缆可用于频分多路转换的模拟信号发送，称为宽带。在抗干扰性方面，对于较高的频率，同轴电缆优于双绞线。

有5种不同的同轴电缆可用于计算机网络。

3、光导纤维

它是采用超纯的熔凝石英玻璃拉成的比人头发丝还细的芯线。一般的做法是在给定的频率下以光的出现和消失分别代表两个二进制数字，就像在电路中以通电和不通电表示二进制数一样。光纤通信就是 通过光导纤维传递光脉冲进行通信的。

A、光导纤维

光导纤维导芯外包一层玻璃同心层构成圆柱体，包层比导芯的折射率低，使光线全反射至导芯内，经过多次反射，达到传导光波的目的。

每根光纤只能单向传送信号，因此光缆中至少包括两条独立的导芯，一条发送，另一条接收。一根光缆可以包括二至数百根光纤，并用加强芯和填充物来提高机械强度。

光导纤维可以分为多模和单模两种。

只要到达光纤表面的光线入射角大于临界角，便产生全反射，因此可以由多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播，这种光纤称为多模光纤。

如果光纤导芯的直径小到只有一个光的波长，光纤就成了一种波导管，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。

在使用光导纤维的通信系统中采用两种不同的光源：发光二极管（LED）和注入式激光二极管（ILD）。

发光二极管当电流通过时产生可见光，价格便宜，多模光纤采用这种光源。

注入式激光二极管产生的激光定向性好，用于单模光纤，价格昂贵很多。

B、光纤的特点

光纤的很多优点使得它在远距离通信中起着重要作用。光纤与同轴电缆相比有如下优点：

（a）光纤有较大的带宽，通信容量大。

（b）光纤的传输速率高，能超过千兆位/秒。

（c）光纤的传输衰减小，连接的范围更广。

（d）光纤不受外界电磁波的干扰，因而电磁绝缘性能好，适宜在电气干扰严重的环境中应用。

（e）光纤无串音干扰，不易被窃听和截取数据，因而安全保密性好。

目前，光缆通常用高速的主干网络。

4、无线传输介质

通过大气传输电磁波的三种主要技术是：微波、红外线和激光。这三种技术都需要在发送方和接收方之间有一条视线通路。

由于这些设备工作在高频范围内（微波工作在109－1010Hz，激光工作在1014－1015Hz），因此有可能实现很高的数据的传输率。

在几公里范围内，无线传输有几Mbit/s的数据传输率。

红外线和激光都对环境干扰特别敏感，对环境干扰不敏感的要算微波。微波的方向性要求不强，因此存在着窃听、插入和干扰等一系列不安全问题。

第二节、网络互连设备

一、网络互连设备的分类

网络互连设备通常分成如下4种：

1、中继器：在物理层上透明地复制二进制位，以补偿信号的衰减。它不与更高层次的协议交互作用。

2、网桥：在不同或相同类型的局域网之间存储并转发帧，必要时进行链路层上的协议转换。可连接两个或多个网络，在其中传送信息包。

3、路由器：工作在网络层，在不同的网络间存储并转发分组，根据信息包的地址将信息包发送到目的地，必要时进行网络层上的协议转换。

4、网关（协议转换器）：指对高层协议（包括传输层及更高层次）进行转换的网间连接器。

52 10Base5网络

10Base5网络也采用总线拓扑和基带传输，速率为10Mbit/s，也称为标准

5、中继器

中继器主要用于扩充局域网电缆线段的距离限制。值得注意的是，中继器不具备检查错误和纠正错误的功能，中继器还会引入延时，一些中继器可以滤除噪声。

1）、中继器的特性

（A）中继器主要用于线性电缆系统，如以太网。

（B）中继器工作在协议层次的最低层，即物理层。两段必须使用同种的介质访问法。

（C）中继器通常在一栋楼中使用。

（D）扩展段上的结点地址不能与现行段上的结点地址相同。

2）、注意事项：

使用中继器时应注意以下两点：

（A）用中继器连接的以太网不能形成环。

（B）必须遵守MAC协议定时特性，即不能用中继器将电缆段无限连接下去。

6、网桥

多个局域网可以通过一种工作在数据链路层的设备连接起来，这种设备叫做网桥。它并不对网络层的头部进行检查，因此，可以同等地复制IP，IPX或OSI分组。

网桥的基本特点

（A）网桥工作在数据链路层

它可以实现不同类型的局域网的互连。

（B）网桥独立于网络层协议

对互不兼容的网络层协议，如IP，IPX，DECnet或Apple talk等都能以无意义的数据封装在帧内经网桥运行。所以网桥各端口分别连接的各网段属于同一个逻辑网络号/子网号。例如，所有网段都应有同一个IP网络号/子网号。

网桥是一个存储转发设备

网桥是一个有源的帧存储转发设备，这使网桥能具有如下功能：

①能匹配不同端口的速度

②对帧具有检测和过滤的作用

③网桥能扩大网络地理范围

④提升网络带宽

7、路由器

随着网络的扩大，网桥在路由选择、拥塞控制、容错及网络管理等方面远远不能满足要求。路由器则加强了这方面的功能。

由器工作在网络层，因而能获得更多的网络信息，为来到的信息包找到最佳路径。路由器与协议有关，利用互连网协议，它可以为网络管理员提供整个网络的信息以便于管理网络。1．路由器与网桥的区别

路由器和网桥的一个重要区别是：网桥独立于高层协议，它把几个物理网络连接起来后提供给用户的仍然是一个逻辑网络，用户根本不知道有网桥存在；路由器则利用互连网协议将网络分成几个逻辑子网。

使用了路由器，便开始进入广域网和远程通信链路的范畴。

如果存在以下原因，可考虑使用路由器来代替网桥。

（A）需要高级的信息包筛选。

（B）互连网络具有多重协议，且需要使用特殊的协议将业务筛选到特殊的区域。

（C）需要智能路由选择来改进性能。

（D）当使用速度慢、造价高的远程通信线路时，带有高级过滤功能的路由器很重要。

有协议专用的路由器，也有运用多重协议的路由器。

路由器允许网络分割成易于管理的逻辑网络。分段可以用来防止网络“广播风暴”的事故。当结点连接不当，而使网络中的广播信息达到饱和时，就会引起广播风暴。这种情况最初发生在TCP/IP网络上。

购置路由器时，要保证路由器之间的路由选择方法和协议相适合。在所有位置使用相同的路由器可以避免麻烦，尽管路由选择方法一般是标准化的，但失配仍会妨碍局域网之间的连接。

8、交换机

随着客户/服务器结构的兴起，网络应用越来越复杂，局域网上的信息量迅猛增长，要求速率高、延迟小、有服务质量保证的业务大量出现，对主干网带来了巨大的压力。

路由器解决方法成为网络通信不可逾越的瓶颈。

（A）第二层交换

交换机通常将多协议路由嵌入到了硬件中，因此速度相当高，一般只限几十微秒。此类交换机称为第二层交换机。第二层交换机是真正的多端口网桥。

第二层交换机的弱点是处理广播包的方法不太有效，当一个交换机收到一个广播包时，便会把它传到所有其他端口去，可能形成广播风暴，降低整个网络的有效利用率。

对局域网来说，路由器速度慢，并且价格昂贵。局域网中使用路由器的局限性，促进了交换技术的发展，并最终导致了局域网中交换机代替路由器。

（B）第三层交换

路由器是工作在第三层的，它通过软件交换信息包。它将网络分为几个管理方便的广播域，在工作组中设置独立的广播域，减少了广播流量并保证了网络的安全。但是路由器的配置和管理技术复杂，成本昂贵，而且它的接入增加了数据传输的时间延迟，在一定程度上降低了网络的性能。

第三层交换机是实现路由功能的基于硬件的设备。它能够根据网络层信息，对包含有网络目的地址和信息类型的数据进行更好地转发，还可选择优先权工作，交换MAC地址，从而解决网络瓶颈问题。

第三交换机的运行速度通常要比路由器快得多，它还可以运行像RIP这类传统的路由协议。

目前，尽管第三层交换机通常仅支持IP或IPX，但第三层路由交换机要比传统的基于软件的多协议路由器快一个数量级。

路由器的地位：现在路由器的应用已经被挤到网络的边缘上去了，在广域网中需要使用路由器。在局域网中尽量使用交换机，必要时才使用路由器。

第三节、以太网组网配置

以太网。10Base5网络并不是将结点直接连接到网络公用电缆上，而是使用短电缆从结点连接到公用电缆。这些短电缆称为附加装置接口（AUI）电缆或收发电缆。收发电缆通过一个线路分接头（AUI或

1、10Base5网络的组成部件

（1）网卡：网卡背面应带有DIX（AUI）型插座，以连接收发电缆。

（2）收发器：收发器是粗以太网电缆上的接线盒，工作站可与之连接。

（3）收发电缆：收发电缆通常与收发器在一起。

（4）粗以太网电缆：用于粗以太网的电缆是50Ω，直径04英寸的RG-8或RG-11型的较粗的同轴电缆。

（5）N系列插头：这种插头连接在所有粗缆段的端头上，用于将粗缆与收发器相连。

（6）N系列桶型插头：它用来将两段电缆连接在一起。

（7）N系列终端连接器：每个电缆段都必须使用50Ω的N系列终端连接器接在两个端头上。每个电缆段都需要一个接地终端连接器和一个不接地终端连接器。

（8）中继器：可选。中继器通过收发电缆与每条电缆中继线上的收发器相连。

2、10Base5网络的一些物理限制

（1）一个网段（中继线段）的最大长度为500米。

（2）收发电缆最大长度为50米。

（3）两站收发器之间的最小距离为25米。

（4）可使用4个中继器连接5段中继线。只有3段允许连有工作站，其余用于扩展距离的远程连接。

（5）网络最大长度为2500（500x5）米。

（6）每个网段上最多可有100个结点。中继器也算作一个结点。

（7）每个网段的一端必须装有终端连接器，另一端的终端连接器必须接地。

3、10BaseT网络

10BaseT网络不采用总线拓扑，而是采用星状拓扑。10BaseT网络也采用基带传输，速率为10Mbit/s，T表示使用双绞线作为传输介质。

4、10BaseT网络的部分组成部件

（1）网卡：网卡背面应带有双绞线接口（RJ-45接口），以连接双绞线。

（2）集线器：集线器（HUB）实际上起着中继器的作用。它可有多个RJ-45端口，如8、12、16、24个端口，用于连接双绞线，还可以有一个用于连接同轴电缆或光纤的端口。

（3）双绞线电缆：10BaseT网络可使用屏蔽双绞线（STP）或非屏蔽双绞线（UTP）电缆作为传输介质。

（4）RJ-45接头：用于连接在一段双绞线的两个端头。要使用专门的压接工具才能将RJ-45接头接在双绞线上。

5、10BaseT网络的一些物理限制

（1）工作站到集线器和集线器之间双绞线的最大长度为100米。

（2）一般使用RJ-45连接器。引线1、2用于传送，引线3、6用于接收。

（3）集线器相互级连时，最多只允许有4级。

（4）不使用网桥，网络总共可有1024个工作站。

6、100BaseX网络

100BaseX网络也称为快速以太网，采用星状拓扑，使用CSMA/CD介质访问控制方法，为基带传输，速率为100Mbit/s，采用集线器连接，和10BaseT网络一样。在物理层上，100BaseX网络的安装可以使用3种不同介质标准中的任何一种，即100BaseTX，100BaseT4和100BaseFX。

（1）站点数量小于30，速率不超过10M，但每个站点要求独享10M带宽，只是将HUB换成10M的交换机即可。

（2）站点数量大于30，速率不超过10M的共享网络

（1）使用细缆加中继器。

（2）使用双绞线加HUB，只是要多级连几个HUB。

（3）混用细缆和双绞线，利用HUB背面的BNC插座，用细缆将各HUB串联起来，在细缆上的每一个HUB算细缆上的一个结点。

（4）速率不超过100M的共享网络

使用5类双绞线加100M或10/100M的HUB，参见图4-12，只是要多级连几个HUB或使用可堆叠的HUB。

（5）速率不超过100M，各端口独享100M带宽的网络

使用5类双绞线加100M或10/100M的交换机，也可使用可堆叠的交换机。

交换式以太网是在结点之间沿指定路径转发报文。

交换式以太网是个并行系统。

交换式局域网是高度可扩充的，其带宽随着用户的增加而扩张。

交换技术适用于升级任何共享型局域网。

你可以看下这页：

伴随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近些年来我国的楼宇自动化技术得到了长足的提升。下面是我精心推荐的一些楼宇自动化技术论文，希望你能有所感触!

　楼宇自动化技术论文篇一

楼宇自动化控制网络技术研究

摘 要高层建筑、超大面积建筑越来越多的现代社会，如何实现对楼宇内零散分布的大型设备进行集中管理控制是影响楼宇运行是否良性运行的重要因素。这种分散式的控制需求也决定了全新自动化控制系统的诞生，它需要实现分散楼宇设备的监控、控制和测量。本文对比了楼宇自动化控制系统的发展历程中各种系统的优缺点，阐述了以太网对于楼宇自动化控制系统构建的意义，在遵循相关标准、原则和依据的基础上，讨论了楼宇自动化控制网络的组成、既定目标最后以以太网技术为基础，集成现场总线控制系统，创建OPC服务器实现通信接口数据高效传输和自动化控制系统设计。

关键词楼宇;自动化控制;网络;以太网;OPC

伴随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近些年来我国的楼宇自动化控制技术得到了长足的提升。所谓楼宇自动化控制系统是一种基于科学技术进行高度自动化管理和控制的系统机制，通过这样一个网络控制平台实现对楼宇内各种设备的一键管理。这里的科学技术包含了计算机网络技术、自动化控制以及网络通信技术等，能够统一管理的设备则包括空调系统、温度系统、电梯、消防系统、照明设备等等。楼宇自动化控制系统可以大大减轻管理难度和人工成本，具有高效率性和环保节能性。可以说自动化控制网络系统的发展在一定程度上决定了智能楼宇未来的发展方向。

1 楼宇自动化控制系统的发展历程

11 楼宇自动化系统的发展历程

楼宇自动化控制系统紧握科学信息技术的发展潮流，在三四十余年时间里一共经历了四个阶段的发展历程。第一阶段是始于1970年代的CCMS中央监控系统。其原理为通过设置信息采集站于建筑物各处，然后将总线与中央站连接起来，创建CCMS中央监控系统。系统的枢纽是中央计算机，通过接收处理信息采集站的信息，做出相应的决策并发出命令，调节楼宇内设备的各项参数。第二阶段是1980年代的DCS集散控制系统。其实年代的信息采集器进化成了80年代的科技产物：数字控制器。通过为每一个数字控制器配置集散式控制系统计算机，每一个独立的数字控制器都可以显示、处理采集到的信息，只需要在其上布设一个起到监视作用的中央电脑，就可以实现分站完全自主处理信息的功能。第三阶段是1990年代的开放式集散系统。通过应用ON现场总线，布设三层结构的BAS控制网络系统，形成中央站、DDC分站、现场网络层的输入输出结构，这就使得整个系统更加具有开放性，对于系统的配置和管理也更加灵活。第四阶段是进入21世纪之后的网络集成系统。网络系统中具有一个中央主控站，将子系统进行优化组合，诸如消防、安全、照明、温度等，然后统一集成管理，更加方便快捷。

在跨越四十年的发展历程中，楼宇自动控制系统最大的变化就是现场总线控制系统(FCS)取代了分布式控制系统(DCS)。虽然DCS拥有较好的模拟、操作和管理性能，但是费用高、可靠性差、系统开放性差是制约其发展的瓶颈。而现场总线控制系统随着科学技术的发展而兴起，其上烙印了典型的现代科技，具有更高更强的可控性和科学性。它最大的优点就是简单了系统布线方法，提高了操作性和维护性，优化了实时性，并且降低了成本。

12 以太网开始进入楼宇自控领域

以太网一直都是局域网构建中的核心技术网络，而随着科技的进一步发展，以太网中的站点完成了单独收发数据信息的进化，这就减少了物理层数据的碰撞、拥塞和缓存，为楼宇自动化系统的开发设计提供了独特的思路。而在IEEE8023af标准颁布之后，基于以太网的工业交换机产品大幅增加，基于现场总线的开放式以太网标准也纷纷涌现。比如ODVA、CI、HSE、Profinet等。以太网和现场总线控制系统的结合，弥补了各方的缺点，使得工业自控系统的设计逐渐成形，而其在工业控制领域的成功应用直接促成了其在楼宇控制系统中的快速发展，从最初的信息层道控制层，以太网被越来越多的应用。

太网的优点很明显，那就是实现了从信息网到控制层的完美过渡，实现了各层统一，对这样系统的开发和管理也就更加便捷，也实现了和智能楼宇中其他系统的快速完美融合。但是同时需要认识到时，以太网技术和现场总线控制系统的集成研究还处于起步阶段，因为科研成本较高，产品较少，就会导致用户选择不多同时推广性也会受到阻碍，还有就是以太网的维护性、实时性还需要时间的考证。

2 楼宇自动化系统的组成与基本功能

21 楼宇自动化系统的组成

楼宇自动化控制系统通常包括空调、消防、供电、电梯、安全管理、给排水等子系统。可以通过以太网技术，建立通讯网络，集成现场总线控制系统，建立控制层、管理层和设备层，实现操作站和网络控制单元之间的连接。采用传送控制协议/协议，建立用户数据协议，构建OPC服务器，既集中完成控制端对所有设备的管理，也可以实现用户对客户端的自由访问，而避免了亲自查看设备的繁冗过程。通过增加网络控制单元可以实现楼宇内每一个子系统的监控、共享和管理，通过相应的多种统计计算功能，可以在一定的情况下可以代替操作站功能，完成手提式应急信息处理和指令控制。

22 楼宇自动化系统的功能

楼宇自动化控制系统的基本功能有以下几点：

(1)实现对众多子系统启动和停止的控制、设备运行状态的监控。

(2)收集设备运行的历史数据，完成设备一生运行的技术性数据分析;

(3)根据外界环境的变化，自动调整设备运行参数;

(4)监视楼宇各系统运行中可能出现的故障及突发事件，并配置一整套处理方案;

(5)实现对水电、煤气等科学管理，节能高效自动;

(6)针对各子系统中的设备，保存一份包含运行档案、历史、维修情况的设备管理报表，以供参阅。

3 楼宇自动化控制网络系统设计方案

31 自动化控制系统设计总则　楼宇自动化系统的最主要功能还是实现对楼宇内各个子系统的监控，采集运行数据，对比分析运算，保证在任何情况下设备都能正常运行，并且实现快捷简单的远程监控。最显著的优点就是大大减少了事故发生的概率，也就相应地延长了设备的使用寿命。通过这样集约化的控制和管理，实现对各子系统统一而有序的管理，使其健康运行，充分发挥各个系统的功能，为智能楼宇的建设打下坚实基础。这里以最具有代表性的高层、现代化智能大楼作为设计对象，就自动化控制网络系统的创设关键技术作简要阐述。

如同前文所述，楼宇自动化控制系统必须要首先保证子系统的高效运行，实现子系统有序运转和灵活自动运转，从而减轻人员管理，节约劳动力资源和资金成本。这里设计的系统主要是基于一般业主的要求和极高的性价比，采用最优化的方案设计出一套可以同时实现集中管理和分散管理的自控系统。比如著名的BACTalk楼宇管理系统，它是一种基于BMS的自控系统，可以将消防系统、保安系统、照明系统、电梯等集中在一个平台上进行控制，并且具有先进的现场控制器以及和其他系统设备的开放性接口。根据现代高层大楼的特点，设计一下需要主要监控的子系统：电梯系统、中央空调系统、照明共点系统、给排水系统等。

32 楼宇自动化控制网络系统设计的原则和依据

在设计一个楼宇自动系统时，必须遵循以下的原则。首先是可靠性。可靠性是检验一个自控系统是否合格的第一标准，优先采用分布式的控制系统，将自动控制的任务交给很多现场处理器完成，这样可以避免因为单独的处理器出现故障而影响整个系统健康运行的情况。可靠性的另一个表现就是系统数据采集和记录的准确性，不能误报，也不能有故障而不报，所以对于系统硬件和软件的要求极为严格。其次是灵活扩展性。楼宇自动系统和其他的网络系统一样，都会伴随着科学技术的发展而进行进化和升级。我们在建立了初始系统之后，应该考虑到伴随着科学信息技术的发展，原始系统势必要进行优化和升级，所以这对系统的可扩展性提出了一个新的要求。当然灵活性也很重要，主要表现在现场控制器的增减不能影响整个系统的性能，系统的组成和功能应用都必须具备灵活性，便于随着外界环境的改变而改变系统。第三是实用性。设计的系统总归是要应用的，这要求设计人员从高深的科学信息技术中提取出便于应用的普通知识，系统可以根据楼宇的多功能性实现不同需求的给予和完成。是否方便快捷是实用性是否合格的另一个标志。管理方式是否合理简约是检验一个系统是否成熟的重要标志，一个好的楼宇控制系统可以实现楼宇各子系统资料内容的完美综合，并且统一呈现在中央层，减小了管理难度。最后是经济性。我们要求系统的设计采取最为精准和尖端的技术，但是也要考虑到实际需求高度。采用现场处理器应该可以满足相当长时间之内的系统运转，所以要合理规划，切不可盲目投资。

楼宇自动化控制系统的设计首先要以相应的电气图纸和标准规范作为基础，然后需要满足国家及其他国际标准。比如建设设计防火系统、照明设计标准、电梯设计标准、空调安装及采风设计标准、工民建供电系统设计标准等等，对于需要设计的每一个子系统都应该按照国家相应的规范指导系统设计。

33 系统功能设计

设计的系统方案以以太网技术为基础，以此来实现各总线的集成。包含网络层、控制层和设备层三层结构。其中设备层网络技术依托CAN总线和Lonworks等，用以太网技术来实现管理层和控制层之间的通信。

依据前文所述，现场总线控制系统(FCS)更加开放、集散，同时便于维护、成本低，所以更加适合楼宇自动化控制系统的设计，辅以以太网技术，实现楼宇自动化控制。详细设计图见图1。

图1 以太网构成的楼宇自动化控制系统简图

331 自控系统的网络结构

设计的系统主要包括管理层、控制层和设备层。现场控制器之间的点对点通信构成的智能监控区域层就是控制层，CAN总线、Lonworks总线上都布设有监控节点;管理层则包括中央主控机和分系统的计算机系统，以太网技术构建管理层，管理层中的操作站可以控制中央计算机，对各子系统进行集成统一指令管理，并对系统中所有的数据进行分析和处理;设备层就是楼宇内的各机电设备，在控制层的管理下按照预设程序运转。

332 自控系统集成技术

OPC技术可以标准化控制层和管理层之间的设备数据信息交换，并且加快数据传输速度和可靠性，同时降低成本。在楼宇自动系统中选择OPC，需要根据不同的子系统以及需要实现的功能来开发相应的OPC服务器，完成设备层的独立数据采集。

一个完整的OPC服务器包括标准接口和用于通讯的接口两部分。利用ASPNET2005对两个接口进行开发，也就实现了OPC服务器的开发。标准接口的开发因为数据库而变得简单，用于通讯的接口开发需要特定的通信协议和数据采集模式来编写特定的动态链接库。以此来构建的OPC服务器结构如图2。

图2 OPC服务器总体结构简图

通过该结构调用API函数，记录、注销服务器数据信息，并且按照特定的接口模块，读写交换数据，随即封装读写的信息来满足客户端的需求。该设计的关键是函数的调用来建立动态链接库，通过ASPNET2005的DLL调用来构建API函数原型。常用的通信协议一般为TCP/IP协议，通过通信接口来读写封装的信息可以实现计算机端和客户端的数据共同访问，操作者在进行数据管理控制的时候不需要到每一个硬件设备中进行采集，只需要查看子系统相应的OPC服务器就可以实现数据的自主收集。有了这些数据也就有了自控各子系统的基础资料，通过一定的分析和处理，就可以实现子系统运行数据和运行状态的统一呈现，极大方便了后续的自动化控制管理。这就是一个完整的楼宇自动控制过程。

4 结论

智能建筑正在成为未来建筑的发展方向，实现楼宇设备系统的集中有序管理是实现社会节能理念和劳动力节约的关键环节。科学信息技术的发展为设计一个可靠实时成本低的楼宇自动控制系统提供了可能。利用现场总线控制系统、以太网技术可以实现系统设计，本着可靠灵活使用的目标，以以太网技术为基础，集成CAN和Lonworks总线技术，利用OPC技术创设服务器，可以快速且准确的实现诸如消防、照明、电梯、空调、温度、供电等系统的信息数据集成，同时也可以集散控制楼宇中的子系统，实时监控设备运行状态，及时调整故障，减少人员管理成本，保证楼宇健康安全高效运行。在建筑面积越来越大、高度越来越高的现代社会，自动化控制网络系统必定可以大大完善楼宇内部功能，提供安全舒适的生活工作环境。

参考文献

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[2]林黄龙楼宇自动控制系统(BAS)中空调系统的监控软件设计与实现[D]华东交通大学，2009

[3]吉顺平网络控制系统的控制器与通信协议的研究与设计[D]南京航空航天大学，2009

[4]张翰禹Lonworks在楼宇控制系统中的应用[J]电子制作，2014，04：48

[5]李丹现场总线控制网络的比较解析与发展[J]装备制造技术，2014，04：240-242

[6]智淑亚浅论LonWorks技术在楼宇自控系统中的应用[J]金陵科技学院学报，2013，01：34-37

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　　目前按照外形结构划分，服务器可分为塔式、机架式、刀片式三种类型。

　　塔式服务器

　　一般的塔式服务器机箱和我们常用的PC机箱差不多，而大型的塔式机箱就要粗大很多，总的来说外形尺寸没有固定标准。

　　机架式服务器

　　机架式服务器是由于满足企业的密集部署，形成的以19英寸机架作为标准宽度的服务器类型，高度则从1U到数U。将服务器放置到机架上，并不仅仅有利于日常的维护及管理，也可能避免意想不到的故障。首先，放置服务器不占用过多空间。机架服务器整齐地排放在机架中，不会浪费空间。其次，连接线等也能够整齐地收放到机架里。电源线和LAN线等全都能在机柜中布好线，可以减少堆积在地面上的连接线，从而防止脚踢掉电线等事故的发生。

　　规定的尺寸是服务器的宽（4826cm＝19英寸）与高（4445cm的倍数）。由于宽为19英寸，所以有时也将满足这一规定的机架称为“19英寸机架”。

　　刀片式服务器

　　刀片服务器是一种HAHD（High Availability High Density，高可用高密度）的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的，其中每一块“刀片”实际上就是一块系统母板，类似于一个个独立的服务器。在这种模式下，每一个母板运行自己的系统，服务于指定的不同用户群，相互之间没有关联。不过可以使用系统软件将这些母板集合成一个服务器集群。在集群模式下，所有的母板可以连接起来提供高速的网络环境，可以共享资源，为相同的用户群服务。

x86是最早由intel开发出来的一种cpu架构，后来许多其它的公司也开发出了自己的x86 cpu。

unix只是一个操作系统，并不是一种服务器，只不过它大多被应用在小型机服务器上，unix的使用范围一般之局限于小型机上，像中大型机都是有自己的专用操作系统，是不使用unix的，而PC上用的比较多的就是众所周知的Unix的儿子，linux。

x 86系列都是cisc指令集的，我们现在的pc上所使用的cpu基本都是x86架构的cisc。

当下所说的服务器一般指的是pc server 和小型机，pc server中多使用Windows和linux，使用的也是x86架构的cpu，而小型机则不同，各个厂商的小型机所使用的cpu都是自己开发的，像alpha、hp、ibm、sun等，他们都是risc指令集的cpu，比如intel的用在hp最新小型机上的安腾cpu就不是x86架构的，因为pc和服务器对cpu的要求有很大的差别，所以几乎所有的小型机上使用的都是risc指令集的cpu。

虽然在当前使用linux操作系统的服务器占了70%，但这70%里大部分都是pc server，一般用在一些灵活性要求比较高的地方，比如：网络公司。而那使用Unix操作系统的20%都是小型机，一般都是用在大型的数据交换中心，通信中心，和一些非常重要的地方，这是linux根本无法比拟的地方。

DNC

1 引言

DNC(Distributed Numerical Control)称为分布式数控，是实现CAD/CAM和计算机辅助生产管理系统集成的纽带，是机械加工自动化的又一种形式。

目前，DNC系统的研究尚存在以下有待解决的技术问题：①DNC系统体系结构的开放性不强。国内大部分DNC系统局限于单一供应商的制造设备，平台之间可移植性差，不同应用程序互操作能力有待提高，不利于系统集成；②DNC系统通信结构多为点对点式，或采用局域网加点对点式，不能很好地解决通信竞争问题； ③DND系统与NCP和CAD的接口功能还很弱；④DNC系统控制软件可重用性不强，需要进行面向对象设计和实现。本文提出了基于CORBA(通用对象请求代理结构)的车间层控制系统中DNC系统，给上述问题以很好的解答，并实现了软件的编制及联机调式。

2 控制系统体系的结构

DNC系统是基于CORBA车间层控制系统的一个功能单元，现在的企业面对的是一个多变的需求环境，因而车间层控制系统面对的加工任务也是多变的。这种变化包括生产零件的品种、类型、规格、产量和交货期等多个因素的变化以及加工工艺路线随生产任务的不同而变化等。这就需要一个在时间和空间上都开放的车间层控制系统体系结构，以运行于不同硬件环境的异构计算机系统中，同时又能适应新技术的发展，容纳新设备的增加。

在基于CORBA的车间层控制系统中，构造车间信息集成和共享的公共平台是核心问题之一，我们采用基于客户/服务器结构的分布式控制平台(如 Orbix)，既可以将传统的递阶控制结构变换成更适合信息集成的分布或控制结构，又可适应不同产品制造过程(离散制造或连续制造)中统一的生产管理和组织要求。

车间层控制系统总体结构分为三层：底层为系统支持层，由分布式计算环境和异构网络集成系统两个子层构成，提供底层的计算机系统、网络系统和数据系统等系统级功能；中间层为开放式分布处理层，提供统一的集成通信服务，由开放式分布处理平台和应用程序接口组成，最上层为信息集成层，支持多客户/服务器的分布式多数据库集成系统，将现有的应用和数据信息集成到系统中。为实现控制结构的分布、数据库的分布以及系统功能的分布，提出的车间层控制系统软件采用基于 CORBA规范的分布式对象体系结构。

CORBA规范主要特点是实现软件总线结构。所谓软件总线的功能，就是起到类似于计算机系统硬件总线的作用，只要将应用模块按总线规范作成软插件，插入总线即可实现集成运行。实现软件总线的核心系统称为ORB(对象请求代理器)，它不仅支持标准的OMG对象模型，还具有分布进程管理和通信管理功能。此外， CORBA定义了IDL(Interface Definition Language)语言，以描述软件总线上的插销。IDL提供了对成员系统的封装和成员系统之间隔离，任何成员系统作为一个对象，通过IDL对其接口参数进行定义和说明，就可接到ORB上，为其它系统提供服务或向其它系统提出请求，达到即插即用效果。

车间层控制系统划分为许多独立的功能单元，每个功能单元对应于一个包含功能接口定义和实体的抽象对象，每类对象的接口由属性和操作组成，由IDL定义的其它功能单元可以透明访问的服务以调用该对象的私有数据，具体功能的实现被封装在实体里。我们将每类对象按照功能划分成若干个子对象，将其设计成为可以直接插在CORBA软件总线上的对象插件。这些对象插件按照各层客户/服务器结构组成整个平台系统。这种结构可以带来长远的利益，既能迅速增加对新的DBMS 的应用、增加新的用户界面，又能升级支持各种新功能。

3 DNC系统的地位及功能

DNC系统作为车间层控制系统的一个功能单元。

DNC系统功能包括①NC程序及数据的传递，以某种通信协议(如Philip532等)实现通信功能；②机床状态采集和上报；③根据工序计划，自动分配NC程序及数据到相应机床；④刀具数据的分配与传递。

DNC系统软件的功能模型，其中NC数据管理的主要功能是对数控数据进行管理，主要有数控数据的显示、插入、修改、删除、更新、锁定(不允许更改)和打印等操作；NC数据执行的主要功能有：数控数据在计算机和机床之间的传送、删除机床上的数控数据、启动机床上的数控程序、随时从机床设备获得工作状态信息并存入数据库，作为运行数据采集模块评价加工过程的根据；DNC通讯接口通过DNC协议和数据链路协议建立单元控制系统和CNC的连接。

4 DNC系统软件体系结构

基于CORBA的DNC系统软件的实现平台建立在车间层控制系统平台的基础上。我们将DNC系统体系结构划分为三层的客户/服务器结构，以将表示逻辑、业务逻辑和数据处理逻辑明确划分开来。为此，表示层用来表示信息和收集数据，此处为由VB实现的可移植的DNC人机接口；业务层响应用户(或其它的业务服务)发来的请求，执行某种业务任务，此处为由VC＋＋来实现DNC应有程序及NC数据管理应用程序；数据层包括数据的定义、维修、访问和更新以及管理，并响应业务服务的数据请求，此处为经IDL功能接口定义封装的NC局部数据库(Access)服务器。这些层并不一定与网络上的具体物理位置相对应，它们只是概念上的层，借助这些概念可以开发出健壮的、基于组件的应用程序。

使用图3所示模型，可以把应用程序的需求分解成明确定义的服务。在定义了服务之后，需要进一步创建具体的物理组件来实现它们。根据性能和维护的需求、工作量、网络带宽以及其它因素，可以在网络上灵活地部署这些组件。

5 DNC系统软件的数据模型

DNC系统软件中涉及到数据实体包含四类：①与制造设备硬件相关的数据实体(如机床等)；②与人机通讯相关的数据实体(如通讯协议实体和串口通讯实体)； ③数控数据实体(如NC程序号、刀具号、工序号)；④输入操作指令或派工单实体。采用面向对象方法将上述实体抽象成为类，可分为能力单元类、NC机床类、 NC控制器类、通讯协议类、终端服务器类、串口通讯类、NC程序类等。

DNC应用程序中的对象从这些类中继承下来，每个对象的方法即该对象的成员函数根据相应的功能需求来定义。下面以NC机床类的定义为例：

‖ncmachh -NC Machine Class definations

‖NC Machines are part processorsFor this class,a part is loaded,

‖a NC file is downloaded to the device,and the machine is started

class MACHINE－TOOL｛

char CurrentNCFile; ‖currently loaded NC file

int FixtureStatus; ‖fixture status

public:

MACHINE－TOOL();

char getCurrentNCFile();

void setCurrentNCFile(char�F);

Int getFixtureStatus();

void setFixtureStatus(int S);

virtual int processPart(char� PartName);

virtual int downloadNCFile(char�File);

virtual int stopMachine();

virtual in graspPart();

virtual int releasePart();

｝；

6 DNC系统的物理配置基本结构

基于CORBA的车间层控制系统需要两种层次的互连。第一层是利用计算机局域网技术和协议软件把由异构计算机组成的车间层控制器、设备控制器等互连起来，第二层是在这一互连的基础上，实现各节点、各被控的异构制造设备(如加工中心、机器人、PLC等)之间的信息交互，这种交互通过制造信息规范(MMS)实现。作为车间层控制系统的一个重要组成部分，本文DNC系统的物理配置基本结构如下图所示，主计算机通过网络介质(具有独立IP地址的终端服务器)分别连接多台CNC系统实现NC程序的装卸、刀具数据的传递、操作命令的下达和状态信息的反馈。这是一种通过局域网连接起来的通信结构，它具有包括物理层、数据链路层、传输层及应用层等的四层结构，其中数据链路层采用LSV2通讯协议，传输层采用DNC协议(如SINUMERIK或PHILIPS协议)。