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住宅小区网络设计


2014



甘肃广播电视大学“人才培养模式改革和开放教育” 计算机 专业(本科)

毕 业 论 文(设计)

论文(设计)题目:浅谈住宅小区网络的设计及实现

学生姓名: 电大分校:

刘国太

学号:

12620

01200085

甘肃电大兰州分校 直属班

工作站(教学点) : 学生所在单位: 申请学位(是、否) : 论文指导教师:

否 荆学海

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甘肃电大_2014_届

计算机 专业

毕业论文(毕业设计、模拟实验)成绩评定表
分校:兰州分校 工作站:直属班 班级代号:1203400012006 学生姓名:刘国太 学号:1262001200085

论文有一定的实用性、专业性和可行性,结构合理,条理清晰,文章 指导教师 评语及 评分 内容及字数符合专业要求规定。

成绩 67 分



字(盖章) 荆学海

2013 年 11 月 15 日

答辩小组 评价意见 及评分

答辩通过,成绩

67 分

签 字(盖章)贾文蓉 荆学海 苏霆

2013 年 11 月 23 日

分校集中 实践环节 指导小组 意见



字(盖章)







省电大集 中实践环 节指导委 员会审核 意见 签 字(盖章) 年 月 日

说明:1.答辩小组应填写评价意见,小组成员均应签名(盖章) 。答辩小组不应少于 3 人。2.此 表附于封面之后。3.此表由分校、工作站自行复制。

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浅谈住宅小区网络的设计及实现 .............................................. 1

第一章



论 .......................................................... 5

第二章

系统简介 ......................................................... 5

第三章 网络建设的基础知识 ................................................. 7

第四章 住宅小区网络系统设计 ............................................... 8

第五章 总

结 ........................................................... 12

参考文献 ................................................................. 12

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浅谈住宅小区计算机局域网的设计及实现

内容摘要 摘要:随着互联网逐步普及与发展,小区网络的建设是向信息化发展的必然选择,小区计算机局域 网系统是一个非常庞大而复杂的系统,它不仅为现代化住宅、综合信息管理等一系列应用提供基本 操作平台,而且能提供多种应用服务,使信息能及时、准确地传送给各个系统。而住宅小区工程建 设中主要应用了网络技术中的重要分支局域网技术来建设与管理的,因此本毕业设计课题将主要以 小区计算机局域网络建设过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向,为小区网络的建设提供 理论依据和实践指导。

关键词:局域网、Internet、计算机网络、网络协议、报警、服务器、防火墙

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第一章





当今世界,各种先进的科学技术飞速发展,给人们的生活带来了深远的影响,它极大的改善我 们的生活方式。在以计算机技术为代表的信息科技的发展更是日新月异,从各个方面影响和改变着 我们的生活,而其中的计算机网络技术的发展更为迅速,已经渗透到了我们生活的各个方面,人们 已经离不开计算机网络,并且随着因特网的迅速普及,给我们的学习与生活条件带来更大的方便, 我们与外部世界的联系将更加的紧密和快速。 随着人们对于信息资源共享以及信息交流的迫切需求,促使网络技术的产生和快速发展,计算 机网络的产生和使用为人类信息文明的发展带来了革命性的变化。自 1995 年中国教育教研网 (CERNET)建成后,小区网络的建设已经进入到一个蓬勃发展的阶段。小区网络的建成和使用,对 于提高教学和科研的质量、改善教学和科研条件、加快小区的信息化进程,开展多媒体教学与研究 以及使教学多出人才、科研多出成果有着十分重要而深远的意义。其主要包括各种局域网的技术思 想、网络设计方案、网络拓扑结构、布线系统、Intranet/Internet 的应用、网络安全,网络系统的维 护等内容。通过本毕业设计课题的论述,希望使读者能够了解小区网络的建设过程以及所涉及到的 各种网络技术,并能对今后大家在学习网络技术知识或是进行小区网络的工程建设中有所借鉴。

第二章
2.1 计算机网络介绍

系统简介

计算机网络是指通过传输媒休连接的多部计算机组成的系统,使登录其上的所有用户能够共享 软硬件资源。计算机网络如按网络的组建规模和延伸范围来划分的话,可分为局域网 (Local Area Network,LAN)、城域网(Metropolitan Area Network,MAN)、广域网(Wide Area Network,WAN)。 我们经常用到的因特网(Internet)属于广域网,小区网络属局域网。未来的网络技术将向着使用简 单、高速快捷、多网合一、安全保密方向发展。 2.1.1 住宅小区网络设计思路 住宅小区网络的建设是一项非常复杂的系统工程,住宅小区作为一个特殊的网络应用环境,它 的建设与使用都有其自身的特点。在选择局域网的网络技术时要体现开放式、分布式、安全可靠, 维护简单的原则。住宅小区网络的建设主要应用局域网技术以互联网络技术为主的各种网络应用技 术。小区网络是使用了局域网技术以及各种多媒体应用技术,并结合 Internet 应用等其它的技术来 建设。 2.1.2 住宅小区网络的建设原则 住宅小区网络建设是一项综合性非常强的系统工程,它包括了网络系统的总体规划、硬件的选 型配置等诸多方面。因此在住宅小区网络的建设工作中必须处理好实用与发展、建设与管理、使用 与培训等关系,从而使住宅小区网络的建设工作健康稳定地开展。首先,在住宅小区网络的规划建 设过程中,住宅小区网络长远发展规划出发,以服务于小区服务为基本点,结合小区当前的实际需 要,做出科学的规划部署。在住宅小区网络的规划建设中,一般小区应遵循“统一规划、整体设计” 的原则。其次在住宅小区网络的建设中必须坚持硬件建设与组织管理协调发展的原则,在重视硬件 建设的同时,加强网络的组织管理水平,不断开发网络的功能,从而充分发挥小区网络的功效。

2.2 局域网简介
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局域网是同一建筑、同一小区、方圆几百米甚至几公里远的地域内的专用网络。局域网通常用 来连接公司办公室或企业内部的个人计算机和工作站,以共享软、硬件资源。美国电气和电子工程 师协会(IEEE)局域网标准委员会员会曾提出局域网的一些具体特征: 局域网在通信距离有一定的 限制,一般在 1~2Km 的地域范围内。比如在一个办公楼内、一个学校等。 较高传输率的物理通信 信道也是局域网的一个主要特征,因为连接线路都比较短,中间几乎不会受任何干扰,所以局域网 还具有始终一致的低误码率。 局域网一般是一个单位或部门专用的,所以管理起很方便。 2.2.1 网络的体系结构 网络通常按层或级的方式来组织,每一层都建立在它的下层之上。不同的网络,层的名字、数 量、内容和功能都不尽相同。但是每一层的目的都是向它的上一层提供服务,这一点是相同的。层 和协议的集合被称为网络体系结构。作为具体的网络体系结构,当前重要的和使用广泛的网络体结 构有 OSI 体系结构和 TCP/IP 体系结构。OSI 是开放系统互连基本参考模型 OSI/RM(Open System Interconnection Reference Model)缩写,它被分成 7 层,这些层次从上到下分别是应用层、表示 层、会话层、运输层、网络层,数据链路层和物理层,其中物理层是位于体系结构的最低层,它定 义了 OSI 网络中的物理特性和电气特性。 TCP/IP ( Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议和互连网协议)缩写,TCP/IP 体系结构是当前应用于 Internet 网络中的 体系结构,它是由 OSI 结构演变来的,它没有表示层,只有应用层、运输层,网络层和网络接口层。 2.2.2 网络协议 网络协议是通信双方共同遵守的约定和规范,网络设备必须安装或设置各种网络协议之后才能 完成数据的传输和发送,在小区局域网上用到的协议主要有,ICP/IP 协议、IPX/SPX 协议等。 (1) TCP/IP 协议 TCP/IP 协议是目前在网络中应用得最广泛的协议, ICP/IP 实际上是一个关于 Internet 的标准, 并随着的 Internet 广泛应用而风靡全球,它也成为局域网的首选协议。TCP/IP 是一种分层协议, 它共被分为个 4 层次,大约包含近期 100 个非专有协议,通过这些协议,可以高效和可靠地实现计 算机系统之间的互连。TCP/IP 协议中的核心协议有 TCP(传输控制协议) 、UDP(用户数据报协议) 和 IP(因特网协议) TCP 协议可以在网络用户启动的软件应用进程之间建立通信会话,并实现数据 流量控制和错误检测,这样就可以在不可靠的网络上提供可靠的端到端数据传输。UDP 协议是一种 无连接的协议,它在传输数据之前不建立连接,也不提供良好的可靠性和差错检查,只仅仅依赖于 校验来保证可靠性。UDP 不进行流量控制,没有序列或者确认,因此它处理和传输数据的速度快, 还被用来传输关键的网络状态消息。 IP 协议的基本功能是提供数据传输、数据包编址、数据包路 由,分段等。通过 IP 编址约定,可以成功地将数据通过路由传输到正确的网络或者子网。每个网络 站点具有一个 32 位的 IP 地址,它和 48 位 MAC 地址一起协作,完成网络通信,IP 协议也是一种无 连接的协议。 (2)超文本传输协议(HTTP) HTTP(HyperText Transfer Protocol ),超文本传输协议)是 WWW 浏览器和 WWW 服务器之间的应 用层协议, 是用于分布式协作超文本信息系统的、 通用的、 面向对象的协议, HTTP 协议还是基于 TCP/IP 协议之上的应用层协。 (3)文件传输协议(FTP) FTP(File Transfer Protocol ,文件传输协议)是由支持 Internet 文件传输的各种规则所组成 的集合。这些规则能使网络用户把文件从一个主机拷贝到另一个主机上,FTP 是采客户/服务器方式 服务的。
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(4)远程登录协议(Telnet) 远程登录协议的目的是提供一个全面的、双向的、面向 8 个比特字节的通信工具,其主要目标 是提供终端设备与面向进程接口的标准方法,Telnet 是应用层的协议,采用客户/服务器模式工作 的,Telnet 不仅允许用户登录到远端主机上,还允许用户执行远端主机的命令,这样用户就能以极 小的网络资源代价完成大型的网络应用。

第三章 网络建设的基础知识
3.1 常用网络设备
网络设备主要是指硬件系统,各种网络设备之间是有着相互关联而不是相互独立的,每一部分 在网络中有着不同的作用,缺一不可,只有把这些设备通过一定的形式连起来才能组成一个完整的 网络系统,网络设备主要包括网卡、交换机、路由器、传输介质等。 3.1.1 网卡 网卡(简称 NIC) ,也网络适配卡或网络接口卡,网卡作为计算机与网络连接的接口,是不可缺 少的网络设备之一。无论是双绞线网络、同轴电缆网络还是光缆网络,都必须借助于相应类型的网 卡才能实现与计算机的连接,是计算机与局域网相互连接的唯一接口。每块网卡上都有一个世界唯 一的 ID 号,也就是 MAC(Media Access Control)地址,计算机在连入网络之后,就是依靠这个 ID 号才能实现在不同计算机之间的通信和信息交换。网卡有很多种,不同类型的网络需要使用不同种 类的网卡,不同速度的网络需求也要使用不同的网卡。从目前小区网络建设的实际情况来看,网卡 选择 PCI 总线的 100Mbit/s/1000Mbit 自适应网卡最适合。 3.1.2 交换机 交换机,也称交换式集线器,是专门设计的,使各计算机能够相互高速通信的独享带宽的网络 设备。由交换机构建的交换式网络系统不仅拥有高速的传输速率,而且交换延时很小,使得信息的 传输效率大大提高,适合于大数据量并且使用非常频繁的网络通信,被广泛应用于各种类型的多媒 体和数据传输网络。交换机具有很强的网络管理功能,它能自动根据网络通信的使用情况来动态管 理网络,因为交换机采用了独享网络带宽的设计。 3.1.3 路由器 路由器除了有连接不同的网络物理分支和不同的通信媒介、过滤和隔离网络数据流及建立路由 表,还有控制和管理复杂的路径、控制流量、分组分段、防止网络风暴及在网络分支之间提供安全 屏障层等到功能。根据路由设备的组成可以分为软路由和硬路由。根据路由表的设置方式可以将路 由器分为静态的和动态的。路由器工作在网络层,因此它可以在网络层交换和路由数据帧,访问的 是对方的网络地址。当数据帧到达路由器后,路由器查看数据帧的目标地址,并在路由表查看到达 目标地址的路径,根据路径的代价,选择一条最佳的路径,然后把数据帧沿这条路径发送给目标地 址。 3.1.4 传输介质 网络要求把各个独立的计算机连接起来的,这样就必然要求有一种介质将计算机连接起来,这 就是传输介质,局域网的传输介质可分为有线介质和无线介质两种,一般情况下都是用有线介质的, 因为它的稳定性高,连接可靠,无线介质只是在特殊环境下才使用的传输方式。常用的有线介质主 要有以下几类。 (1) 同轴电缆
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同轴电缆以硬铜线为芯,外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕,网外又覆 盖一层保护性材料。同轴电缆有许多种不同的规格,最常用是细同轴电缆和粗同轴电缆。细同轴电 缆主要用于建筑物内的网络连接,而粗同轴电缆则常用于建筑物间相连。它们的区别在于粗同轴电 缆屏蔽更好,能传输更远的距离。 同轴电缆是由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以 及外部隔离材料层组成。 (2) 双绞线 双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。 双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。 把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射 的电波会被另一根线上发出的电波抵消,与其他传输介质相比,双绞线在传输距离、信道宽度和数 据传输速度等方面均受到一定限制,但价格较为低廉。目前,双绞线可分为非屏蔽双绞线和屏蔽双 绞线。 (3) 光纤 光纤是一种直径为 50~100um 的柔软的、能传导光波的介质,一般由玻璃制造。光纤分为单模 光纤(Single Mode Fiber)和多模光纤(Multi Mode Fiber)。单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工 作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上,能以 多个模式同时传输的光纤,与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。 从目前来看,随着网络结构的发展与用户需求的增多,千兆网络的组建成为首选。

第四章 住宅小区网络系统设计
4.1 住宅小区网络的建设规划
住宅小区网络建设作为一项复杂的系统工程,与任何一项工程建设一样,在开始建设前都要根 据工程的特点事先进行详细的工程规划与技术需求分析,它的成功与否都直接影响到工程的建设质 量以及今后网络能否可靠运行都有直接的关系,因此要特别认真地进行系统规划。对于小区网络来 说,必须对技术和小区的发展前景有着清醒的认识,只有这样,才能很好地为住宅小区网络进行合 理的规划。 4.1.1 总体设计 住宅小区网络结构设计主要是进行网络的物理设计和逻辑设计,在完成结构设计后才能对网络 设备进行选型。网络结构设计对于整个网络系统来说是十分重要的,它设计的成功与否都直接影响 网络的使用功能的实现以及网络是否能满足网络的需求。 计算机网络系统是住宅小区网络系统的核心,因此在设计中必须遵循以下原则: a、软硬件的 可行性。系统软硬件配置必须考虑各种约束条件,主要是性能需求、当前技术水平和改造资金多少, 兼顾现实性和技术领先性。 b、系统开放原则。系统应具有良好的开放性,或称职兼容性和扩展性, 以适应技术的不断发展和不增强的应用需求,因此,应尽量采用工业标准或事实上的工业标准技术。 在系统设计时,要考虑系统的生命周期,一般要按超前 3~5 年考虑。 c、整体最优原则。在进行系 统设计和配置时,常遇到很多矛盾,需根据有限合理性原则,进行综合考虑和评价,折中选择。应 考虑的因素有:先进性、可靠性、安全性、经济性。 d、开放性、先进性原则。系统的传输速率至 少目前要够用,最好要有一定的余量,以适应应用的不断增长因采用公认的行业标准,以增强适应 性,避免淘汰。要留有足够的扩展扩充的余地,以便对系统进行扩充和改进。 4.1.2 网络技术
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小区建设有许多需要考虑的问题,如网络技术的选择、网络拓扑结构的选择、网络产品的选择、 网络服务器的选择以及操作系统、网络应用服务、网络管理及网络安全等方面。下面根据前面介绍 过的各种网络技术来进行住宅小区网络网组建技术的选择。 (1) 网络技术类型 网络系统的建设应遵循高可靠性、技术先进、开放性、成熟标准、易于扩展、可维护性好等原 则,并充分考虑性能价格比和今后技术的发展。要求系统兼容性好,易于平滑连接,避免网络瓶颈。 通过有线网络与无线网络的无缝覆盖,已达到高效的应用。 (2) 网络拓扑的选择 计算机网络拓扑结构有很多种,主要有总线型拓扑、环型拓扑和星型拓扑。当前在各种网络系 统的建设中使用最多的是星型拓扑结构,主要是当网络中某个节点出现故障时不会影响整个网络的 运行,这使得网络从总体上可以提供高度的可靠性和冗余性,这个性能十分适合小区网络这种应用 环境,也是小区网络的建设中必须要求做到的。

4.2 Internet 接入技术
住宅小区网络和 Internet 的连接技术就显得十分重要了, 它关系到住宅小区网络与外部网络能 否进行可靠的连接。 用户计算机接入 Internet 主要有两种方式, 通过局域网或通过电话线网。 不过, 我们一般采取局域网接入方式。

4.3 防火墙
防火墙是一种特殊的设备,在两个网络之间执行访问控制。通常一个路由器,也可以是一台运 行防火墙软件的 PC 机。防火墙有选择地过滤或阻塞网络间的流量。它通常在 Intranet 和 Internet 的交接处,也可以在两个 Intranet 之间设立防火墙。防火墙一般是基于源地址和目的地址以及每个 IP 包的端口来做出禁止或允许判断。

4.4 建网目标
构建普通小区内 Intranet 环境,并通过代理服务器接入 Internet,实现与 Internet 交流。建 设住宅小区网络中心,并通过一定的网络拓扑结构构建连接小区网络中心,使之能通过一定的应用 软件完成行政办公管理、小区内居民交流、小区内的信息公告、电子报警、Internet 通讯浏览等基 本功能。 4.4.1 网络组成 (1) 住宅小区网络的主干 住宅小区网络主干提供两个简单但至关重要的功能。其一,它用于在中间层交换机组之间建立 互联.其二,它提供对小区各部分共享的所有资源的高速访问.因其重要性, 住宅小区网络主干必须 具有高吞吐量和高可用性.如果主干变慢或拥挤,则整个网络对常用资源的访问将变慢.通过同一令 牌,主干上的中断将影响整个网络的恢复能力和高可用性基本要求。基于当前信息技术发展形势及 经济实用可持续发展原则,建议构建 1000M 带宽的快速以太网,根据实际工作站信息点到网络中心 的距离,选择适当的传输媒介进行网络综合布线。一般来讲,在同一幢大楼内距离不超过 100 米均 可铺设超五类非屏蔽双绞线,而楼与楼之间的连接主干线原则上应架设光缆,以满足今后发展的需 要。 (2) 网络中心 也就是住宅小区网络中心机房,应配置有 Web 服务器、安防报警服务器、中心路由器、中心交

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换机、配线机柜等。为保证网络运行稳定可靠,网络中心的设备选型应选择信誉可靠、质量上等、 性能稳定、扩充性优良的专业产品。 (3)网络拓扑结构 由于住宅小区的网络是比较复杂的网络,它需要考虑住户的应用需求、住户的家庭安全,所以 需要把数据网络与安防报警网络结合起来。报警网络通过数据网络及电话网络进行 110 报警。其拓 扑结构如下图: a.网络拓扑图:

小区数据网络构成主要是由各个小区住户的 PC 连接到小区的楼层交换机, 实现楼层内住户的汇 聚;然后在由楼层交换机连接到楼层中心交换机,实现楼层交换机的汇聚;再由楼层中心交换机连 接到小区中心交换机,实现楼层中心交换机的汇聚;最好由中心交换机连接到中心路由器上,实现 地址转换连接访问到互联网中。这样的多层次可以很好的划分冲突域,更好地保证数据网络的正常 运行。各小区住户还可以通过小区提供的 web 服务器及 ftp 服务器进行小区公告的浏览、视频的观
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看等等。 b.安防报警网络拓扑图如下:

小区的报警监控系统的构成主要有两个小系统构成:第一个是视频监控系统,通过架设 IP 摄 像头通过已有的数据网络进行传输,大大减少了资金的投入;小区保安人员可以对视频进行 24 小时 不间断查看,在突发的各种事件发生时可以第一时间通知 110 巡警队赶赴现场,通过在小区中心路 由器进行地址映射功能的配置,使小区内的录像系统连接到公安网监中心,公安网监中心的民警同 志可以在 110 巡警接到报案时,对小区发案地点进行实时录像查看,能够为 110 巡警破获盗窃等案 件提供帮助;第二个是对射报警系统,通过在小区外围架设远距离对射装置及住户家中架设近距离 红外报警装置,如果有人员非正常进入小区,门房保安人员可以通过门房里的报警主机第一时间知
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道小区那个方位有人员非正常进入,及可以通知小区保安巡逻队及 110 巡警队赶赴进入地点。 4.4.2 网络软件运行平台 (1) 服务器操作系统:由于美国 Microsoft 公司推出的网络操作系统 Windows 2003 具 有与有 着广泛应用基础的 windows XP\2000 个人计算机操作系统相似的操作方法,易学易用,已拥有了越 来越多的用户群。大量的软硬件生产商为 Windows 2003 开发了许许多多的软硬件产品,也使得 Windows 2003 有着比较广阔的发展前景。在目前情况下建议采用 Microsoft Windows 2000 以上版 本。 (2) 安防报警应用软件:浙江大华技术有限公司、海康威视等安防公司推出的安防软件。 (3) 数据库软件:建议采用 SQL SERVER 2000 以上版本。 (4) 网页维护制作软件:Macrosoft 公司的 FrontPage 2000、Macromedia 公司的 Dreamweaver、 Flash 都是很好选择。 (5) 多媒体课件制作软件:Macromedia 公司的 Authorware、 Director,洪图多媒体著作工作 等都有着非常友好的界面,使用方便,拥有着大量的用户,推荐使用。

第五章 总



本毕业设计住宅小区网络的建设思想、目标、可以选用的网络技术以及对网络设备的介绍和选 择等多方面的论述,使我们对小区网络建设工程有了一个比较深入的了解,小区网络建设作为一项 重要的系统工程,它的所用到的各种技术是多方面的,即有网络技术、工程施工技术,也有管理制 度等各个方面的知识。网络技术的发展是永无止境的,在前进的过程中必将有更多的知识需要我们 去学习与研究,并能将其应用到实际的网络工程建设之中。 由于小区网络功能齐全,技术含量高,接触面广,在网络设计、规划和建设中都非常复杂,在 论述中不可能面面具到,同时也由于本人的知识水平有限,文中的不足和错误在所难免,敬请各位 老师多多指点和更正。本设计是得到了多位老师的指点与帮助,我在此对传授我知识的各位老师表 示崇高的敬意和诚挚的谢意。

参考文献
[1]刘小辉主编: 《网络硬件完全手册》 [2]张公忠主编: 《现代网络技术教程》 [3]谭珂、全惠民编著: 《局域网组建与管理实手册》 [4]刘正勇编著: 《网系统集成技术与应用》 [5]戴雄编著: 《计算机网络》 [6]徐锋、杨锦川编著: 《攻克网络》 [7]许治坤等编著: 《网络渗透技术》 [8]杨卫东编著: 《网络系统集成与工程设计》 [9]魏雪萍编著: 《网络配置与应用》 [10]莫锦军编著: 《网络与 ATM 技术》 [11]赵文辉编著: 《网络存储技术》 重庆大学出版社,2002 年 5 月 电子工业出版社,2000 年 1 月 中国青年出版社,2003 年 2 月 清华大学出版社,2002 年 6 月 中华人事出版社 2001 年 1 月 重庆出版社,2000 年 11 月 电子工业出版社,2005 年 04 月 科学出版社,2005 年 10 月 人民邮电出版社,2003 年 03 月 人民邮电出版社,2003 年 03 月 清华大学出版社,2005 年 03 月
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