第2章-网络传输介质

第2章网络传输介质2.1有线传输介质—双绞线2.2有线传输介质—同轴电缆2.3有线传输介质——光纤与光缆2.4无线传输2.1有线传输介质—双绞线2.1.1双绞线的种类与型号2.1.2双绞线的电气特性参数2.1.3超5类布线系统2.1.46类布线系统2.1.57类布线系统双绞线（TwistedPair，TP）是一种在综合布线系统中最常用的有线通信传输介质。双绞线是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互相绞合在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根导线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根规格为22、24或26绝缘铜导线相互缠绕而成，把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便构成了双绞线电缆。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，布线成本低。但近年来，双绞线技术和生产工艺在不断发展，使得在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面都有较大的突破，因此，网络布线的应用也越了越广泛。双绞线可分为非屏蔽双绞线（UnshiieldedTwistedPair，UTP）和屏蔽双绞线（ShieldedTwistedPair，STP）。屏蔽双绞线电缆的外层由铝箔包裹着。双绞线用来传输模拟声音信息和数字信号，特别适用于较短距离的信息传输。其在信号传输期间，其衰减比较大，并且使波形发生畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线质量、导线长度以及传输技术。通过精心选择和安装，双绞线在有限距离内可达到几十兆至几百兆的可靠传输。当采用6类双绞线时，传输率可达1

000Mbit/s。按照美国线缆标准（AmericanWireGauge，AWG），双绞线的绝缘铜导线线芯大小有22、24和26等多种规格，常用的是24AWG，直径为0.51mm。规格的标记数字越大，表明导线线芯越细。2.1.1双绞线的种类与型号1．屏蔽双绞线电缆屏蔽层的设计有如下几种形式。①屏蔽整个电缆。②屏蔽电缆中的线对。③屏蔽电缆中的单根导线。屏蔽双绞线电缆（STP）又分为STP和STP-A两种。图2-1屏蔽双绞线电缆（STP）图2-2金属箔屏蔽双绞线电缆（ScTP或FTP）非屏蔽双绞线即没有金属屏蔽层的双绞线，它在绝缘套管中封装了一对或一对以上的双绞线，每对双绞线按一定密度互相绞在一起，提高了抵抗系统本身电子噪声和电磁干扰的能力，但它不能防止周围的电子干扰。UTP中还有一条撕剥线，使套管更易剥脱。5类4对24AWG-UTP如图2-3所示，其电气特性如表2-1所示。2．非屏蔽双绞线图2-35类4对24AWG-UTP图频率需求阻抗（W）最大衰减值（dB/100m）NEXT（dB）最大直流阻抗（100m/20℃）256kHz

1.1

512kHz

1.5

772kHz

1.866

1MHz

2.164

4MHz

4.3559.38W10MHz

6.649

16MHz85～1158.246

20MHz

9.244

31.25MHz

11.842

62.50MHz

17.137

100MHz

2234

表2-1 5类4对24AWG-UTP电气特性常见的UTP型号如下。①1类双绞线（CAT1）：缆线最高频率带宽是750kHz，用于报警系统，或只适用于语音系统，目前已退出市场。②2类双绞线（CAT2）：缆线最高频率带宽是1MHz，用于语音、EIA-232。目前已退出市场。③3类双绞线（CAT3）：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。该电缆的频率带宽最高为16MHz，最高传输速率为10Mbit/s，主要应用于语音、10Mbit/s以太网和4Mbit/s令牌环，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，目前也已基本退出市场。④4类双绞线（CAT4）：缆线最高频率带宽为20MHz，最高数据传输速率为20Mbit/s，主要应用于语音、10Mbit/s以太网和16Mbit/s令牌环，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，因适用范围和性能特点，未被广泛采用。⑤5类双绞线（CAT5）：该类电缆增加了绕线密度，外套为高质量的绝缘材料。在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输速率为100Mbit/s，主要应用于100Mbit/s的快速以太网，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。⑥超5类双绞线（CAT5e）：超5类双绞线是增强型的5类双绞线，其性能优于5类线。这是目前广泛使用的传输介质，市场占有份额很大。⑦6类双绞线（CAT6）：性能超过CAT5e，缆线频率带宽为250MHz以上，通常可达600MHz。进入新世纪后，因网络应用的迅速发展和应用的需求，目前发展较快。⑧7类双绞线（CAT7）：线缆频率带宽为600Hz以上。目前的应用范围和实际使用面还不大，其成本和施工技术要求较高。非屏蔽双绞线电缆的优点如下。①无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间。②质量小、易弯曲、易安装。③将串扰减至最小或加以消除。④具有阻燃性。⑤具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。大对数电缆，即大对数干线电缆，一般为25线对（或更多）成束的电缆结构，在外观上看，为直径更大的单根电缆。它也同样采用色彩编码进行管理，每个线对束都有不同的色彩编码，同一束内的每个线对又有不同的色彩编码。3．大对数电缆图2-45类25对24AWG非屏蔽软线1004对非屏蔽双绞线有3类线、4类线、5类线和超5类线之分。它们受下述指标的约束，即衰减、分布电容、直流电阻、直流电阻偏差值、阻抗特性、返回（回波）损耗和近端串扰。4．双绞线的测试数据2.1.2双绞线的电气特性参数1．线缆链路长度线缆链路的物理长度由测量到的信号在线路上的往返传播延迟T导出。为保证测量精度，在进行测试前应对被测线缆额定传输速度NVP值进行校核。

NVP

=

线缆中信号传播速度/光速

×

100%该值随不同线缆类型而不同。通常NVP范围在60%～90%。特性阻抗指链路在规定工作频率范围内呈现的电阻。结构化布线用电缆应该为100。无论使用5类、超5类或6类线缆，其每对芯线的特性阻抗在整个工作带宽范围内应保证恒定、均匀。链路上任何点的阻抗不连续性将导致该链路信号反射和信号畸变。特性阻抗包括电阻及频率范围内的电感抗和电容抗，它与一对电线间的距离及绝缘的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗，双绞线电缆有100、120和150几种。2．特性阻抗在基本链路方式、永久链路方式或是通道链路方式下，无论是5类、超5类，还是6类线缆，线缆每个线对的直流电组在20℃～30℃的环境下最大值不超过30。3．直流环路电阻

4．衰减（Attenuation）5．近端串扰（NearEndCrossTalk，NEXT）6．相邻线对综合近端串扰（POWERSUMNEXT，PSNEXT）7．远端串音衰减（FarendCrosstalk，FEXT）8．等效远端串扰（EqualLevelFext，ELFEXT）

9．综合等效远端串扰（PowerSumELFEXT，PSELFEXT）10．衰减串扰比（Attenuation-to-crosstalkRatio，ACR）11．综合衰减串扰比（PowerSumAttenuation-to-crosstalkRatio，PSACR）12．回波损耗（ReturmLoss，RL）13．传输延迟（PropagationDelay）14．延迟偏离（DelaySkew）2.1.3超5类布线系统超5类布线系统通过对它的“链接”和“信道”性能进行测试表明，其性能超过TIA/EIA586的5类，与普通的5类UTP比较，其衰减更小，同时具有更高的衰减串扰比（ACR）和回波损耗（SRL）特性，即更小的时延和衰减，性能得到提高。超5类UTP具有以下优点。①提供了坚实的网络基础，可以方便迁移到更新网络中。②能够满足大多数应用，并同时满足偏差和低串扰总和的要求。③为将来的网络应用提供了传输解决方案。④充足的性能余量，给安装和测试带来方便。2.1.46类布线系统1．6类标准概要2．6类综合布线系统标准2.1.57类布线系统2.2有线传输介质—同轴电缆2.2.1同轴电缆及其应用2.2.2同轴电缆的品种、性能与标准2.2.1同轴电缆及其应用同轴电缆（CoaxialCable）是由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成的。柱体同导线用绝缘材料隔开，其频率特性比双绞线好，能进行较高速率的传输。由于它的屏蔽性能好，抗干扰能力强，通常多用于基带传输。目前同轴电缆常用于有线电视系统中，在计算机网络中运用已较少。在同轴电缆网络中，一般可分为主干网、次主干网和线缆3类。对电缆进行测试的主要参数有。●导体或屏蔽层的开路情况。●导体和屏蔽层之间的短路情况。●导体接地情况。●在各屏蔽接头之间的短路情况。同轴电缆可分为两种基本类型：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。目前基带同轴电缆，其屏蔽线是用铜做成网状的，特征阻抗为50，如RG-8、RG-58等；宽带同轴电缆，其屏蔽层通常是用铝压成的，特征阻抗为75，如RG-59等。2.2.2同轴电缆的品种、性能与标准1．同轴电缆的主要电气参数①同轴电缆的特性阻抗。②同轴电缆的衰减。③同轴电缆的传播速度。④同轴电缆直流回路电阻。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。同轴电缆具有可柔性，能支持254mm（10in）的弯曲半径。中心导体是直径为2.17mm±0.013mm的实心铜线。绝缘材料要求满足同轴电缆电气参数的绝缘材料。屏蔽层是满足传输阻抗和ECM规范说明的金属带或薄片组成，屏蔽层的内径为6.15mm，外径为8.28mm。2．同轴电缆的物理参数在计算机网络布线系统中，粗缆和细缆有3种不同的构造方式，即细缆网络结构、粗缆网络结构和粗/细缆混合网络结构。（1）细缆网络结构图2-5细缆网络结构示意图（2）粗缆网络结构图2-6粗缆以太网结构示意图（3）粗/细缆混合网络结构的硬件配置2.3有线传输介质——光纤与光缆2.3.1光缆的特点2.3.2光纤和光缆的分类2.3.3光纤通信光纤，即光导纤维，是一种传输光束的细而柔韧的介质，由一捆光纤组成线缆即光缆。光缆是目前数据通信传输中最高效的传输介质。通信网络中的光纤主要采用石英玻璃制成，为横截面积较小的双层同心圆柱体。裸光纤由纤芯和包层组成，折射率高的中心部分叫光纤芯，折射率低的外围部分叫包层。为保护光纤表面，防止断裂，提高抗拉强度并便于应用，一般在裸光纤的外围进行两次涂覆而构成光纤芯线。但光纤芯线外径仍然很细，难于承受施工中的拉伸、侧压等较强的外力作用。因此，在通信网络的工程线路中，都是将光纤制成不同结构的光缆，使其具备一定的机械强度，防止拉伸断裂。光纤有单模光纤和双模光纤之分，其结构如图2-7所示。图2-7光缆的结构2.3.1光缆的特点光缆有以下几个优势和特点。①传输率高。传输激光信号的效率很高，损耗很小。②具有较宽的传输带宽。数据传输可达到每秒几百兆比特到上吉比特。③防电磁辐射性能好。光缆传输的是光束，光束不受外界电磁干扰影响，并且其本身也不会向外辐射信号，因此适用于长距离信息传输，以及要求信息传输高度安全的场合。④光缆在工程安装时有一定技术含量，需要专用工具和一定的安装技术，现在多使用仪器进行熔接，使光信号再生和重发，目前安装质量和效率均已大大提高，技术操作也较易。⑤信号衰减小。在一个较大的范围内信号的衰减为一个常数。由于衰减较小，光信号中继器的间隔距离较大，使得整个信号通道中的中继器数目大为减少，降低了成本。据贝尔实验室的测试，当数据速率为420Mbit/s，且距离为119km无中继器时，其误码率为10−8，其传输质量上乘。2.3.2光纤和光缆的分类1．根据传输的模数分类根据传输的模数，光纤可以分为单模光纤（SingleModeFiber）和多模光纤（MultiModeFiber）。单模光纤的芯径很小，光束在给定的工作波长上只能以单一模式传输。单模光纤多用于主干通信线路，其传输频带宽、容量大。单模光纤的芯径为8m～10m，纤芯外面包裹着一层折射率比纤芯折射率低的包层，以使光信号能够始终保持在纤芯内传送。光信号可以沿着光纤的轴向传播，因此光信号的损耗很小，离散也很小，单模光纤主干布线的距离为3km～10km。综上，单模光纤和多模光纤的不同在于：①单模光纤比多模光纤传输的信号更远、更快，但是成本也相对高；②单模光纤也比多模光纤更细，安装技术难度也更大。但因其需要激光源，所以成本较高，通常在建筑物之间或地域分散时使用。两类光纤特性比较如表2-9所示。表2-9 单模光纤和多模光纤特性比较单模光纤多模光纤用于高速度、长距离用于低速度，短距离成本高成本低窄芯线，需要激光源宽芯线，聚光好耗散极小，高效耗散大，低效2．以折射率分布进行分类图2-8光在不同折射率分布的光纤中的传输过程3．光缆种类和机械性能其主要应用范围如下。①跳线。②内部设备连接。③通信柜配线面板。④墙上信息点出口到网络设备的连接。⑤水平拉线，直接方式端接。⑥适于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头的端接。（1）单芯互连光缆其主要性能及特点如下。①高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。②900µm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。③Aramid抗拉线增强组织提高对光纤的保护。④UL/CAS验证符合OFNR和OFNP性能要求。⑤设计和测试均根据BellcoreGR—409—CORE及IEC793—1/794—1标准；扩展级别62.5/125µm符合ISO/IEC1180标准。其主要应用范围如下。①交连跳线。②水平走线，直接端接。③光纤到桌面。④通信柜配线面板。⑤墙上信息点出口到网络设备的连接。⑥适于使用环氧树脂或LIGHT-CRIMP连接头的端接。（2）双芯互连光缆双芯互连光缆除具备单芯互连光缆所有性能优点外，还具有光纤之间易于区分的优点。双芯互连光缆物理结构如图2-9所示。通常使用4芯光缆。图2-9双芯光缆其主要应用范围如下。①多点信息口水平布线。②垂直布线。③大楼内主干布线。④从设备间到无源跳线间的连接。⑤从主干线分支到各楼层应用。⑥适于胶水型光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头端接。（3）分布式光缆其主要性能优点如下。①高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。②900µm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。③按照EZA标准色码标识。④UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。⑤设计和测试均根据BellcoreGR—409—CORE及IEC793—1/794—1标准。⑥扩展级别62.5/125µm符合ISO/IEC1180（1995标准）。⑦防护网可抵挡尖锐物损伤。分布式光缆分为多单元分散型光缆和多单元分散式光缆两种。其物理结构如图2-10所示。图2-10分布式光缆物理结构其主要应用范围包括以下几点。①高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。②900µm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。③4mm独立光纤辅单元，允许带套连接头端接。④UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。（4）分散式光缆⑤设计和测试均根据BellcoreGR—409—CORE及IEC793—1/794—1标准。⑥扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801（1995标准）。⑦走线方式高度灵敏。⑧Aramid抗拉线增强组织对光纤的保护。其主要应用范围如下。①园区中楼宇之间的连接。②长距离网络。③主干线系统。④本地环路和支路网络。⑤严重潮湿、温度变化大的环境。⑥架空连接（和悬缆线一起使用）、地下管道或直埋、悬吊缆/辅助缆。（5）室外光缆其主要性能优点如下。①高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。②900µm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。③套管内具有独立TLA彩色编码的光纤。④轻质的单通道结构节省了管内空间，管内灌注防水凝胶，以防止水渗入。⑤设计和测试均根据BellcoreGR-20-CORE标准。⑥扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801（1995标准）。⑦Aramid抗拉线增强组织提高对光纤的保护。⑧聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境有保护作用。⑨低摩擦的外皮使之可轻松穿过管道，完全绝缘或铠装结构，撕剥线使剥离外表方便。室外光缆有4芯、6芯、8芯和12芯，又分为铠装型和全绝缘型，其物理结构如图2-11所示。图2-11室外铠装型光缆物理结构（左）、全绝缘型（右）室内/室外两用光缆，产品设计为单管全绝缘型。其主要应用范围如下。①不需任何互连情况下，由户外延伸入户内，线缆具有阻燃特性。②园区中楼宇之间的连接。③本地线路和支路网络。④严重潮湿、温度变化大的环境。⑤架空连接（和悬吊缆线一起使用）时。⑥地下管道或直埋。⑦悬吊缆/辅助缆。4．室内/室外两用光缆主要性能优点如下。①高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。②LSZH的设计符合低毒、无烟的要求。③套管内具有独立TLA彩色编码的光纤。④轻质的单通道结构节省了管内空间，管内灌注防水凝胶，以防止水渗入；注胶芯完全由聚酯带包裹。⑤设计和测试均根据BellcoreGR—20—CORE标准。⑥扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801（1995标准）。⑦Aramid抗拉线增强组织提高对光纤的保护。⑧聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境有保护作用。⑨低摩擦的外皮使之可轻松穿过管道，完全绝缘或铠装结构，撕剥线使剥离外表更方便。2.3.3光纤通信光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式。这种通信方式起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。①光源是光波产生的根源。②光纤是传输光波的导体。③光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤。④光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应的处理。光纤通信系统的基本构成如图2-12所示。图2-12光纤通信系统构成①传输频带宽、通信容量大，短距离时可达到每秒几吉比特的传输速率。②线路损耗低、传输距离远。③抗干扰能力强，应用范围广。④光纤线径细、质量小。⑤抗化学腐蚀能力强。⑥光纤制造资源丰富。1．光纤通信主要特点在计算机通信网络系统中，一般采用62.5m/125m规格的多模光纤（缆），有时也用50m/125m和100m/140m规格的多模光纤（缆）。户外布线大于2km时可选用单模光纤（缆）。在综合布线设计与施工时需要了解光纤的基本性能。2．计算机通信网常用光缆2.4无线传输2.4.1无线计算机网络2.4.2无线网络的传输技术2.4.3无线局域网的标准简介2.4.1无线计算机网络1．无线计算机网络的诞生无线网络是指采用无线电技术传输数据，以无线信道作传输介质的计算机网络。这里所说的无线连网是指将某个计算机站点以无线的方式连入一个计算机网络中，作为网络中的一个点。无线网络适用于不便于架设电缆的网络应用环境，解决某些特殊区域无法布线的问题。1971年，美国夏威夷大学创造了第一个基于封包式技术的无线电通信网络，称作ALO-HNET。它是早期的无线局域网络，包括7台计算机，采用双向星型拓扑结构，横跨4座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛上。在无线网络中，一般只有星型和网状两种拓扑结构。星型拓扑是目前最常见的一种，这种架构包含一个通信用的中央计算机或是称为存取点。数据封包由源节点发出后，由中央计算机接收，并且转发到确定的另一个无线网络目标节点上。中央计算机可以用来当作与有线LAN的通信桥梁，并且用来存取其他客户端、互联网或是其他网络设备。2．无线局域网的拓扑结构应用桥接器（Bridge）使无线用户不需要使用特殊的硬件或AP就可以和有线客户端与服务端通信，依靠这套软件，连接任何有线网络。配备有无线网卡的计算机都可以担任桥接器的任务。若使用网状拓扑，则不存在中央计算机（或网络设备），每个节点都可以与同在一个网段的其