家庭網關技術與應用的詳細解讀

時間：2024-10-24 14:09:09 煒玲網絡技術

家庭網關技術與應用的詳細解讀

　　智能家庭網絡是信息時代帶給人們的又一個高科技產物。它借助現有的計算機網絡技術，將家庭內各種家電和設備連網，通過網絡為人們提供各種豐富、多樣化、個性化、方便、舒適、安全和高效的服務。家庭網絡化也是整個社會信息化的一個重要的部分。實現家庭內部信息與家庭外部信息的交換，無疑是家庭連網的目的所在。它的實現需要設計一個理想的家庭網關。下面由小編來詳細解讀家庭網關的技術與應用。

家庭網關技術與應用的詳細解讀

　　家庭網關技術與應用的詳細解讀

　　一、家庭網關的功能

　　家庭網關是連接家庭網絡和外部網絡的接口單元，應該能夠提供家庭聯網、服務質量(QoS)保障、安全管理、維護管理、地址管理和數據轉發等功能，除提供基本接入功能外，還可以擴展提供特定應用。

　　二、家庭網關的基本組成

　　一般說來，家庭網關包括5個功能模塊：

　　接入功能模塊。家庭網關的接入功能主要實現家庭網絡與電信網絡的連接。

　　聯網功能模塊。家庭網關的聯網功能主要實現家庭內部的用戶終端設備之間的連接，包括計算機和具有聯網功能的家用電器。

　　傳送功能模塊。家庭網關的傳送功能主要實現家庭網絡內部設備與電信網絡之間的IP包的傳送。

　　核心功能模塊。核心功能包括地址功能、QoS功能、安全功能、遠程管理功能、本地管理功能。

　　地址功能主要實現家庭網關自身IP地址獲得以及支持家庭內部終端獲得IP地址，QoS功能主要實現多業務流的分級處理及轉發，安全功能主要防止外部網絡對家庭網絡的非法訪問以及內部網絡的非法接入，遠程管理主要實現運營商對家庭網關的遠程管理與控制，本地管理主要實現家庭網關的本地登錄管理與控制。

　　業務功能模塊。業務功能模塊與公共電信網絡的業務實現相關，由于業務的種類很多，所以具備業務功能的家庭網關有很多類型，其具備的功能也與特定的業務相關。業務功能模塊是可選的。

　　三、家庭網關與內部終端設備的連接

　　未來數字家庭的一個重要特征就是各種家庭設備間的互聯互通，所有聯網設備都要被連接到家庭網關上，傳輸數據、音頻和視頻。如果所用這些連接都通過墻上打孔的方式實現，幾乎是人們所無法接受的，Wi-Fi(WirelessFidelity，無線保真)技術的出現和成熟，為家庭內部設備互聯提供了一種理想的選擇。

　　家庭網關作為樞紐，Wi-Fi作為橋梁，在各類便攜式和固定設備間實現方便地互聯。Wi-Fi技術與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術，該技術使用2.4GHz附近的頻段。

　　由于受制于功耗問題，Wi-Fi僅能在筆記本等領域發揮作用。而如今，功耗問題的解決令Wi-Fi正以驚人的速度席卷消費電子產品，越來越多的半導體供應商和消費電子產品制造商將Wi-Fi作為一種連接手段嵌入消費電子產品中。

　　在某種程序上Wi-Fi推動了家庭網關的發展和應用。

　　四、家庭網關組建要求

　　要大規模地應用家庭網絡，構建家庭網絡的技術必須滿足一些重要的要求。滿足這些要求是為了讓那些一點技術都不懂的用戶愿意去使用家庭網絡。如果操作過于復雜，家庭網絡的市場將僅僅局限于愿意花費時間和精力去學習新技術的用戶。

　　1.要求是要有足夠的地址空間

　　這樣才能為大量的家用電器設備都分配一個惟一的IP地址;當前使用的ipv4協議在家庭網絡中應用的第一個限制是可利用的地址空間貧乏。即使isp只給每個家庭網絡分配一個地址，家庭網絡的大量應用也會很快將ip地址耗盡，而且各個國家和地區分配到的ip地址差別很大。由于歷史的原因，北美分配到的ip地址要比歐洲和亞洲多很多。因此，即使在北美可以基于ipv4來構建家庭網絡，在其他地區這種方法也是不可行了。

　　2.要求是用戶只需對家庭網絡進行非常少量的配置和維護

　　如果用戶需要花費大量的時間去安裝和維護家庭網絡，那么他們對使用這些新技術的熱情就會大大降低。配置、維護和操作越簡單，就越容易被廣大消費者接受。家庭網絡要求可以很容易地對家電設備進行安裝和配置。基于ipv4的家庭網絡中，一臺家電要自動獲取一個ip地址的惟一方法是建立一個dhcp服務器，但是dhcp服務器需要進行管理。

　　3.要求是可以讓各種各樣的家電設備參與到家庭網絡中來

　　家庭網絡中的設備不應該僅僅局限于目前可以聯網的設備，如PC、機頂盒等。家庭網絡所使用的技術應該更加靈活以使盡可能多的家電設備可以接入到家庭網絡中。

　　4.要求是要有靈活多樣的通信方式

　　家庭網絡不應該也不可能僅僅局限于使用傳統的銅線連接，而應能使用多種傳輸介質。可能的通信方式包括Wi-Fi、藍牙、WLAN等。

　　五、ipv6協議構建家庭網絡

　　1.地址空間充足

　　ipv4的地址長度為32位，而ipv6有128位。

　　ipv6的地址多到足以為地球上的每一粒沙子分配一個全球惟一的ip地址。因此在基于ipv6的家庭網絡中可以為網絡中的每一臺家電分配一個或幾個全球惟一的ip地址。這是ipv6協議非常有價值的一個特性，因為這意味著具有訪問權限的任何人都可以通過internet對家庭網絡中的每一臺家電進行外部訪問，而且這有助于開發一些對一般用戶有吸引力的應用，如遠程監控、在線游戲、voip等。

　　每臺家電都有全球惟一的ip地址也使得在不同家庭網絡中的家電設備之間建立端到端的通信成為可能。由于不再需要地址翻譯機制，這使得在不同家庭網絡中的家電設備可以使用ipsec協議進行安全的通信。

　　2.地址和服務的自動配置能力強

　　與ipv4相比，ipv6協議具有非常強大的自動配置能力。ipv6的自動配置能力使得在家庭網絡中增添支持網絡功能的家電設備時幾乎不需要做任何配置，這是由于家電設備可以從控制該家庭網絡的路由器(即家庭網關)收到配置信息�；谶@些配置信息，家電設備就可以完成自身的ip地址等信息的配置。這使得用戶可以很輕松地在其家庭網絡中引入新的家電設備，而不需要進行ip地址、網絡地址、域名服務器以及網關地址的配置。

　　ipv6指定了link-local地址、site-local地址和全局地址等三種地址。家庭網絡中的家電設備不需要任何用戶的參與就可以自動配置這三種地址。

　　link-local地址(fe80：：interfaee id)只在鏈路范圍內有效，site-local地址(fec0：：interface id)只在家庭網絡內部有效，而全局地址(子網前綴：interfaceid)則在家庭網絡的內部和外部都有效。

　　自動配置機制是基于icmpv6協議建立的�？刂萍彝ゾW絡的路由器在家庭網絡中發送路由器通告消息，家庭網絡中的家電設備基于這些消息自動地配置全球惟一的可路由的ip地址和接口id。

　　3.使家庭網絡更加安全

　　家庭網絡的用戶肯定不希望未經授權的人訪問他們的網絡，他們希望與外部用戶的通信要進行加密和授權，只允許來自外部的合法連接。例如，如果用戶的空調壞了，空調的生產廠家應能獲得授權經由家庭網關來對空調進行訪問。這樣，在維修工人出發以前廠家就可以收集到診斷信息。所有這些類似的功能實現都需要安全的接入服務。

　　ipv6設計時已經內嵌了針對安全性的部分，例如協議中設計有專用的安全報頭，可用于網絡設備對用戶接入的合法性進行檢查，也可以用于檢查源地址和接入實際地址的一致性。另外，ipsec是專門為ipv6設計的安全性協議，用于在ipv6網絡中實現用戶之間端到端的安全通信，從而保證只有可信賴的用戶可以向家庭網絡中的設備傳輸數據或發送指令。

　　對ipv6而言，可提供的安全水平取決于特定網絡和用戶的要求，而不會受到技術限制，可以提供多種層次的安全水平來滿足不同用戶的需要，涵蓋了從不具備安全性到具有非常高的安全性需要專門的技術和配置。對大多數用戶而言，在家庭網關中集成一個簡單的防火墻就可以提供足夠安全的家庭網絡環境，更加先進的ipsec可被用于提高商業用戶網絡的安全性。

　　4.支持移動性

　　要使家庭網絡用戶出門在外的時候仍然可以對家庭網絡進行訪問，對移動性的支持就非常關鍵。這將容許出門在外的家庭網絡用戶能夠通過筆記本電腦、手機、pda等移動設備訪問家庭網絡中的資源并能對家中的電器設備進行遠程操縱。更為重要的是，家庭網絡用戶離家之后，不需要對其移動設備進行過多的配置就應該能夠實現上述功能。

　　要滿足這些要求，ipv6網絡要比ipv4網絡容易得多。ipv6在設計時充分考慮了移動性需求，并將移動ipv6作為ipv6的基本組成部分，因此ipv6在移動環境下可更好地支持端到端以及多媒體業務。此外，ipv6的自動配置使得漫游到異地網絡的移動用戶可以很容易地進行配置。而且與移動ipv4不同，移動ipv6不需要異地代理，這意味著移動用戶不需要進行本地移動配置就可以在任何地方對其家庭網絡進行遠程訪問。

　　六、總結

　　雖然家庭網關的推廣和普及還有許多制約因素，但人們現代化生活的需求和新技術的飛速發展已經使得家庭網關的普及成為必然。在不久的將來，家庭網關將像自來水閥一樣成為每個家庭不可缺少的一部分。

　　家庭網關

　　1.家庭網關是什么意思

　　家庭網關一般指住宅網關，住宅網關是一種將家庭或小型辦公室網絡連接到Internet上的硬件。住宅網關可提供轉換功能，并使用戶能夠與內部網絡上的所有計算機共享DSL或電纜調制解調器Internet連接。住宅網關位于DSL或電纜調制解調器與內部網絡之間。也可以將DSL或電纜調制解調器集成到住宅網關中。

　　2.家庭網關的作用

　　家庭網關主要用于外部網絡接入、家庭自動化、家庭娛樂、能耗控制和安防等方面，每一個應用都有不同的成本、帶寬要求。家庭內部組網主要用于解決各種終端之間相互數據傳輸，以及各終端與外部網絡的交互。應具有以下功能：

　　1、連通家庭內部網絡和外部網絡。網絡接入是數字家庭的最基本需求，是實現家庭網絡各類應用的基礎，具有承上啟下的作用。

　　2、隔離外部網絡威脅。家庭網關作為家庭與外部網絡的接口，必須要保證安全性，如防火墻功能、上網限制功能等。

　　3、支持家庭組網功能。保障家庭網絡中的所有聯網設備能組成統一的網絡，使用統一的網絡協議，以實現家庭網絡內部各個終端的信息共享。管理和配置功能。是家庭網關的核心功能，包括管理、發現、地址解析、包轉發、服務質量（QoS）等。

　　4、家庭網關虛擬化，是指將家庭網關的部分網絡功能和業務功能上移到網絡側，簡化用戶側的網關設備，甚至將網關變為簡單的橋接設備。

　　5、對IPv4的網絡地址轉換（NAT）。對IPv4的DHCP，并有越來越多的路由器廣播IPv6。

　　3.家庭網關和路由器的區別

　　1、網關實質上是一個網絡通向其他網絡的IP地址，而路由器是用于連接多個邏輯上分開的網絡；

　　2、無路由器下，要實現兩個網絡之間的通信，必須通過網關；

　　3、只要連接兩個不同網絡的設備都可以叫網關；而路由器一般特指能夠實現路由尋找和轉發的特定類產品。

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