第4章结构化布线与网络传输介质

1、第4章结构化布线与网络传输介质 第第4章章 结构化布线与网络传输介质结构化布线与网络传输介质 第4章结构化布线与网络传输介质 4.1 结构化布线结构化布线 p 电信技术和计算机网络应用的发展导致了结构化布线系 统的产生。随着用户通信需求的不断扩大，楼宇内部以 及楼宇之间的电话线、数据线等线缆越来越多，必须有 一套完善可靠的布线系统对这些分散的线缆进行集中管 理，这就导致了结构化布线系统的产生。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.1.1 结构化布线的概念及特点结构化布线的概念及特点 p 结构化布线系统(Structure Cabling System，CSS) 是针对楼宇内部或楼宇之间布线系统

2、，需要同时支持语 音、图形、图像、数据、安全监控、传感等各种信息的 传输，所使用的传输介质主要有双绞线、光纤、同轴电 缆，同时也可以使用无线传输介质。结构化布线系统已 经成为网络设计和建设的标准。 第4章结构化布线与网络传输介质 p 与传统的布线方法相比较，结构化布线系统具有以下的 特点： n实用性 n灵活性 n开放性 n模块化 n可扩展性 n经济性 第4章结构化布线与网络传输介质 4.1.2 结构化布线的组成结构化布线的组成 p 目前国际上存在的结构化布线系统标准有两个。一个是 北美标准，即EIA/TIA 568(商用建筑通信布线标准)； 另一个是国际标准，由ISO和IEC(国际电子技术委员

3、会) 制定。在国内主要采用北美标准，该标准由工作区子系 统、水平布线子系统、管理子系统、垂直干线子系统、 设备间子系统和建筑群子系统共6个子系统构成。 第4章结构化布线与网络传输介质 1工作区子系统工作区子系统 p 工作区子系统提供工作区办公室中的站点与信息插座之 间的连接。它包括连接线、适配器和其他传输设备。其 中，连接线是指相应的计算机、电话、电视、监控等设 备与信息插座之间的连线；适配器是指连线的接头，如 用于计算机连线的RJ-45接头。用户在使用时，只要将 计算机网络连线接入相应信息插座，即可使计算机连入 网络。 第4章结构化布线与网络传输介质 2水平子系统水平子系统 p 水平子系统是

4、由在楼层平面范围内的传输介质组成，是 工作区子系统与管理子系统互连的桥梁，包括信息插座 和连接线缆。标准规定：线缆的水平干线长度应小于 90m，如果大于90m应增加中继设备。 第4章结构化布线与网络传输介质 3管理子系统管理子系统 p 管理子系统是指配线架系统，它将水平子系统和垂直子 系统连在一起，或将垂直主干和设备子系统连在一起。 通过管理子系统可以改变布线系统各子系统之间的连接 关系，从而管理网络通信线路。管理子系统包括提供回 路识别的标签和在交叉连接中组成回路的插线和路线。 配件主要包括配线架、过线槽、跳接线等。当用户需求 变化时，只须在管理子系统中简单地改变跳线即可达到 要求，大大降低

5、了系统的运行维护费用，缩短了系统的 停机时间，提高了设备的利用率。 第4章结构化布线与网络传输介质 4垂直干线子系统垂直干线子系统 p 垂直干线子系统是连接管理子系统到设备子系统的系统。 一般采用光纤和大对数的非屏蔽双绞线。双绞线用于连 接电话、计算机设备或低速计算机网络；光纤用于连接 高速计算机网络。 第4章结构化布线与网络传输介质 5设备间子系统设备间子系统 p 设备间子系统把垂直主干和网络设备连接起来。它由位 于设备间的电缆、连接器和相关支撑设备组成。所有的 设备引线和网络干线的连线都在设备间子系统中汇集， 与网络交换机、电话程控交换机等相连接。一般设备间 子系统包含智能网络管理设备和网

6、络管理员，用以监控 整个网络的运行状况。 第4章结构化布线与网络传输介质 6楼群子系统楼群子系统 楼群子系统将一个园区 的各建筑物内的设 备子系统连接在一 起，以实现各建筑 物间的通信，一般 包括光缆、电缆和 电气保护设备。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.2 双双 绞绞 线线 p 双绞线双绞线(Twisted Pair)也称为双扭线，最初是为语音 通信设计的，是计算机网络中使用最为普遍的传输介质， 局域网中到桌面的连接绝大多数都使用双绞线，几乎所 有的电话通信在客户端都使用双绞线。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.2.1 双绞线的组成和结构双绞线的组成和结构 p 双绞线一般可以分为非

7、屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线 (STP)两大类。其中，STP又分为3类(Category 3)、 5类、6类和7类几种，而UTP分为3类、4类、5类和超 5类几种。 图4-2 5类4对UTP结构及截面图 第4章结构化布线与网络传输介质 No Image 图图4-3 双绞线的分类双绞线的分类 第4章结构化布线与网络传输介质 4.2.2 屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别 4.2.3 双绞线的类别和应用 双绞线的标准制订 精密的电缆标准用于在产品的供货商和使用者之间建立系列 化的通用规程，有些标准则可以通过准则的设置来确定某 个产品是否可以在某些国家进行销售。在北美，

8、标准主要 由以下3个组织颁布： n美国国家标准化组织(American National Standard Institute，ANSI)。 n电信工业联合会(Telecommunication Industry Association，TIA)。 n工程技术协会(Engineering Institute Association， EIA)。 第4章结构化布线与网络传输介质 2双绞线的类别和特性 n 3类双绞线：最高传输频率为16MHz，最高传输速率为 10Mbit/s，用于语音和数据传输。目前在计算机网络 中3类双绞线已被5类和超5类双绞线替代。 n 4类双绞线：最高传输频率为20MHz，

9、最高传输速率为 16Mbit/s，可用于语音传输和数据传输。4类双绞线在 以太网布线中应用很少，以往多用于令牌网的布线。 第4章结构化布线与网络传输介质 n 5类双绞线：使用了特殊的绝缘材料，使其最高传输频 率达到100MHz，最高传输速率达到100Mbit/s，可用 于语音和数据传输。 n 超5类双绞线：衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络 基础，满足大多数应用的需求(尤其支持千兆以太网 1000Base-T的布线)，给网络的安装和测试带来了便 利，成为目前网络应用中较好的解决方案。 第4章结构化布线与网络传输介质 n 6类双绞线：推动了千兆以太网的应用，在使用超5类 双绞线连接千兆设备时距离

10、只有25，而使用6类双绞 线后可以达到100。 n 7类双绞线：ISO在1997年9月开始准备制订7类双绞 线标准，至2003年初相关草案已完成。标准制订机构 和制造商正在考虑利用一种新型的铜缆系统，其带宽可 以高达600MHz。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.3 同同 轴轴 电电 缆缆 4.3.1 同轴电缆的结构 p 同轴电缆(coaxial cable)是由一根空心的圆柱网状铜导 体和一根位于中心轴线位置的铜导线组成的，铜导线、 空心圆柱网状导体和外界之间分别用绝缘材料隔开。 图4-4 同轴电缆的组成 第4章结构化布线与网络传输介质 4.3.2 基带同轴电缆基带同轴电缆 p 基带同轴

11、电缆中传输的是未经调制的基带信号，包括数 据信号和模拟信号。其中，用于计算机网络中的基带同 轴电缆的特征阻抗为50。主要的型号有RG-8(或RG- 11)和RG-58，其中RG-8称为粗同轴电缆(简称为粗 缆)，RG-58称为细同轴电缆(简称为细缆)；用于有线 电视模拟信号传输中的基带同轴电缆的特征阻抗为75， 其型号为RG-59。 第4章结构化布线与网络传输介质 1细缆的连接方式 图4-5 细缆网络连接拓扑图 第4章结构化布线与网络传输介质 p 在利用细缆连接计算机时，对连接设备及连接方法一般 有以下要求： p 具有BNC连接器的网卡，同时细缆的两端也要安装 BNC连接器。 p BNC T形

12、连接器，用于将节点接入到总线型网络。 p BNC桶形连接器，用于连接两段细缆。 p BNC终端电阻器，特征阻抗为50，安装在每个网段 的两端，作用是削减信号的反弹，防止网络中无用信号 的堵塞。 第4章结构化布线与网络传输介质 图4-6 用于细缆连接的各类BNC连接器 第4章结构化布线与网络传输介质 p 在使用细缆组建计算机网络时，需要注意以下的问题： n无中继最大网段长度为185m。 n使用中继器时，最多可使用4个中继器连接5个网段，使网络 直径达到1855=925m。 n每个网段支持的最大节点数约为30。 nBNC T形连接器之间的最小距离为0.5m。 p 细缆网络具有以下的特点： n价格低

13、廉。 n网络抗干扰能力强。 n网络维护和扩展比较困难。 n由于总线的断点较多，将影响网络系统的可靠性。 第4章结构化布线与网络传输介质 2粗缆的连接方式 图4-7 粗缆网络连接拓扑图 第4章结构化布线与网络传输介质 n 网卡必须提供AUI接口，同时粗缆的两端也要安装AUI 连接器。 n 每个节点都通过安装在总线上的收发器来与网络连接。 n 收发器电缆用于连接节点和粗缆。 n 在使用粗缆组建计算机网络中，需要注意以下的问题： n 无中继最大网段长度为500m。 n 使用中继器时，最多可使用4个中继器连接5个网段， 使网络直径达到500 5 =2500m。 n 每个网段支持的最大节点数为100。

14、n 收发器之间的最小距离为2.5m。 第4章结构化布线与网络传输介质 p 粗缆网络具有以下的特点： n 网络抗干扰能力强。 n 具有较高的可靠性。 n 覆盖范围较广，最大距离可达2500m。 n 网络安装、维护和扩展比较困难。 n 组网成本较高。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.3.3 宽带同轴电缆宽带同轴电缆 p 75同轴电缆也称为宽带同轴电缆，可以采用频分复用 技术在这种类型的电缆上传输信号。 p 在宽带同轴电缆上传输的是模拟信号，最大传输距离可 以达到100km，其工作频率可达到300450MHz。 在宽带同轴电缆上可以划分多个独立信道 p 由于采用频分复用技术，所以在同一根宽带同轴

15、电缆上 可以同时传输多路模拟和数字混合信号。 第4章结构化布线与网络传输介质 p 已开发和使用了两种类型的宽带系统：双缆系统和单缆 系统。 图4-8 宽带同轴电缆网络拓扑结构 第4章结构化布线与网络传输介质 4.4 光纤光纤 p 光纤即光导纤维，是一种细小、柔韧并能传输光信号的 介质，一根光缆中包含有多条光纤。20世纪80年代初 期，光缆开始进入网络布线。与铜缆(双绞线和同轴电 缆)相比较，光缆适应了目前网络远距离传输大容量信 息的要求，在计算机网络中发挥着十分重要的作用，成 为传输介质中的佼佼者。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.4.1 光纤的通信原理 p 光纤通信的主要组成部件有光发送

16、机、光接收机和光纤， 在进行远距离数据传输时还需要中继器。 图4-9 光纤通信系统的结构示意图 第4章结构化布线与网络传输介质 p 光纤通常由纯度极高的石英玻璃拉成细丝，主要由位于 中心轴线上的纤芯和包裹在外面的包层组成。 p 其中纤芯用来传输光波，而包层用于保护进入纤芯的光 波，其光的折射率应低于纤芯。 p 当一束光从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质 的折射率可能不同，当光波从折射率高的介质进入折射 率低的介质时，其折射角 应大于入射角。当入射角 大于某一临界值时，光波将全部反射回纤芯。光波以某 一确定的频率在纤芯与包层的交界面处进行反射，就会 将光波不断传输下去，达到几千米甚至上百千

17、米。 第4章结构化布线与网络传输介质 图4-10 光波在光纤中的传输情况 第4章结构化布线与网络传输介质 4.3.2 光纤的分类和特点光纤的分类和特点 1单模光纤和多模光纤 p 在计算机网络中根据传输点模数的不同，光纤分为单模 光纤和多模光纤两种。 p “模”也称为模式(mode)，是指以一定角度进入光纤 的一束光。 第4章结构化布线与网络传输介质 p 多束光波以不同的入射角(但必须大于临界值)进入同一 条纤芯进行传输，这类光纤称为多模光纤。 p 光纤的直径减小到只允许一个波长的光波传输时，这时 的光纤就如同一根波导体，光波在其中没有反射，而是 沿直线传输，将这种光纤称为单模光纤。 第4章结构

18、化布线与网络传输介质 多模光纤与单模光纤的主要区别如下所示： p 单模光纤采用激光二极管(LD)作为光源，而多模光纤 则采用发光二极管(LED)为光源。 p 多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，整体的传输 性能差，但成本低，一般用于建筑物内或地理位置相邻 的环境中。 p 单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大、传输 距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之间或 地域分散的环境中使用。 p 单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点。 第4章结构化布线与网络传输介质 2室内光缆和室外光缆 (1)室内光缆 室内光缆的抗拉强度较小，保护层较差，但质量较小且 较便宜，主要用于建筑物内部的布线

19、。 (2)室外光缆 与室内光缆相比，室外光缆的抗拉强度较大，保护层较 厚重，并且通常为铠装(即金属皮包裹)。室外光缆主要 适用于建筑物之间或广域网的远距离布线。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.4.3 光纤通信的特点光纤通信的特点 p 与铜质电缆相比较，光纤通信明显具有其他传输介质无 法比拟的优点，具体表现为： n 传输信号的频带宽，通信容量大； n 信号衰减小，传输距离长； n 抗干扰能力强，应用范围广； n 抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线； n 原材料资源丰富。 p 当然，光纤也存在着一些缺点：如质地脆，机械强度低； 切断和连接技术要求较高等，这些缺点也限制了目前光 纤的

20、普及，尤其是实现光纤到桌面的连接。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.5 无线传输介质无线传输介质 p 无线传输介质也称为非导向传输介质。随着技术的发展 和各种应用尤其是移动通信需求的不断出现，传统的有 线网络存在的弊端逐渐显现，并成为影响和限制网络应 用的一个因素。无线通信系统的产生和应用，弥补了有 线网络的不足，成为目前的应用和技术热点。 第4章结构化布线与网络传输介质 4.5.1 电磁波的频谱及其在通信中的应用电磁波的频谱及其在通信中的应用 p 电磁波可承载的信息量与它的带宽相关。在当前技术条 件下，当采用较低的频率时，每赫兹可以编码几个比 特；当采用较高频率时，每赫兹的编码可以达到

21、Gbit/s数量级。这也是为什么光纤能够成为目前网络传 输介质中的佼佼者的一个重要原因。 第4章结构化布线与网络传输介质 图4-12 电磁波的频谱及其在通信中的应用 第4章结构化布线与网络传输介质 p 同时，ITU对波段的命名还进行相应的规范。例如，LF 波段的传输范围为110km(对应于30300kHz)。 LF、MF和HF分别指低频、中频和高频。更高的频段中 的V、U、S和E分别是英文Very、Ultra、Super和 Extremely的首字母，相对应频段分别称为甚高频、特 高频、超高频和极高频，最高的一个频段中的T代表英 文Tremendously。另外，在低频LF的下面还有几个 更低的频段，如甚低频VLF、特低频ULF、超低频SLF 和极低频ELF等，由于这些频段一般不用于通信，所以 图中没有列出。 第4章结构化布线与网络传输介质 p 为了防止在使用无线介质频段时出现混乱，国际上和每 个国家都有专门的组织和部门来负责