网络传输介质13840课件

第二章

网络传输介质中北大学电子与计算机科学技术学院SchoolofElectronicsandComputerScienceandTechnology.NUC

交换今日汗水，传输介质要在网络站点之间传输比特，就必须先找到一个在站点之间传送信号的方法，也就是说必需建立有效的物理连接。传输介质提供了这种最基本的连接。计算机网络中采用的传输介质有有线和无线两大类。双绞线、同轴电缆和光纤是常见的三种有线传输介质。我们将讨论这几种建立物理连接的方法，同时还将介绍使用微波和卫星传送的无线通信技术。双绞线双绞线是由螺旋状缠绕在一起的成对绝缘导线组成的。每对导线按照一定密度相互对绞，一根导线在传输信号时的电磁辐射会被另一根导线上的电磁辐射抵消，从而减少相互间的电磁干扰。双绞线的分类双绞线通常被捆扎起来，并裹上保护层。按照保护层的区别，双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP非屏蔽双绞线（UnshieldedTwistedPair，UTP）屏蔽双绞线STP屏蔽双绞线（ShieldedTwistedPair，STP）内导体芯线绝缘层箔屏蔽铜屏蔽外套同轴电缆同轴电缆是另一种常用的金属导体传输介质。同轴电缆的结构由四个部分组成：同轴电缆的类型规格类型阻抗描述RG-58UThinwire50Ω固体实心铜线RG-58A/UThinwire50Ω绞合线RG-58C/UThinwire50ΩRG-58A/U的军用版本RG-59CATV75Ω宽带电缆，用于有线电视网RG-8Thickwire50Ω固体实心线RG-11Thickwire50Ω标准实心线RG-62Baseband93Ω用于ARCnet和IBM3270终端基带同轴电缆在局域网中常用的基带同轴电缆的特性阻抗为50Ω，有两类：RG-8或RG-11的粗缆和RG-58细缆，应用于最初的以太网物理层；粗缆以太网（10Base5） 应用于最初的以太网，采用直径约1cm的硬同轴电缆；使用刺入式收发器和AUI电缆组成总线拓扑结构细缆以太网（10Base2） 细缆是在20世纪80年代用于以太网的最流行的传输介质；BNC接头，连接在T型连接器的两端光缆光缆是由能传送光波的超细光导纤维制成的。光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，由纤芯和包层构成双层同心圆柱体。光纤信道光纤信道中的光源可以是发光二极管LED（LightEmittingDiode）或注入式激光二极管ILD（InjectionLaserDiode）。这两种器件都可以在有电流通过时发出光脉冲；光脉冲通过光导纤维传播到达接受端；接受端有一个光检测器——光电二极管，它遇光时产生电信号，这样就形成了一个单向的光传输系统；如果我们采用适当的方法，如使用一对光纤或建立环型结构，就可以达到信息点相互通信的目的。多模光纤和单模光纤在光纤中，只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一个临界角度，就可以产生全反射。因此，许多条不同角度入射的光线可以在一条光纤中传输，不同的传播模式有不同的电磁场分布和不同的传播路径，这样的光纤被称为多模光纤。光波在光纤中以什么模数传播，这与光纤核心层和包层的折射率、芯线的直径以及工作波长有关。如果核心层芯线的直径小到光波波长大小，则光纤就成为波导，光在其中无反射地沿着芯线传播，这种光纤被称为单模光纤。多模光纤和单模光纤按照核心层/包层直径的差别列举的一些常见规格。8.3/125μm

单模62.5/125μm

多模（局域网推荐）50/125μm

多模100/140μm

多模多模光纤单模光纤A、低速、短矩离传输B、成本低C、宽线芯、低效、耗散大D、2kmA、高速、长距离传输B、成本高C、窄线芯、高效、耗散小D、60km（需要激光）光纤的结构如图所示，光纤由纤芯、包层、一次涂敷层和套层组成光纤的结构纤芯：位于光纤中心，直径为5～75μm，作用是传输光波；包层：位于纤芯外层，直径为100～150μm，作用是将光波限制在纤芯中；一次涂敷层：是为了保护裸光纤（即纤芯和包层）而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度为30～150μm；套层：又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤即构成光纤芯线。光纤的分类光纤通常按照应用来进行分类，主要有两种分类方法：按照传输模数分类和按照光纤纤芯折射率分布分类。我们已经知道，按照传输原理，光纤被分为单模光纤（SingleModefiber）和多模光纤（MultiModefiber）。按照纤芯折射率分布划分，光纤被分为阶跃型光纤（SIF）、渐变型光纤（GIF）和W型光纤。光纤纤芯折射率分布的分类光缆的结构由于目前通用的光纤是石英光纤，其质地脆，易断裂，不便于施工敷设，不适应各种场合的使用。为了使其具备一定的机械强度，在实际的通信线路中，将光纤制成各种结构形式的光缆，以适应各种环境的使用和保证传输性能可靠、稳定。光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。中心束管式多芯光缆的剖面结构示意芯封套外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束实际使用的光缆分类光缆的传输性能是由光缆中光纤的质量来决定的，而光缆的物理性能和环境性能则是由护套层来决定的。分类方法光缆种类按所使用的光线分类单模光缆、多模光缆、（阶跃型、渐变型）按缆芯结构划分层绞式、骨架式、大束管式、带式、单元式按外护套结构分类无铠装、钢带铠装、钢丝铠装按光缆中有无金属分类有金属光缆、无金属光缆按维护方式分类充油光缆、充气光缆按敷设方式分类直埋光缆、管道光缆、架空光缆、水底光缆按适用范围分类中继光缆、海底光缆、用户光缆、局内光缆、长途光缆光纤的物理特性光纤的损耗特性和色散特性是光纤的主要特性，决定了光纤的最大传输距离和最大传输带宽。光纤的损耗特性光纤本身的损耗：吸收损耗和散射损耗光纤与光源耦合损耗光纤之间的连接损耗光纤的色散特性模式色散材料色散波导色散多模光纤→单模光纤850nm→1300nm→1550nm发光二极管LED→注入式激光二极管ILD光纤通信的优点首先光纤可提供更高的带宽，多模光纤的带宽可达7GHz，单模光纤的带宽可达200GHz，一对单模光纤在理论上可以提供几亿路电话的容量，远远高于铜质线缆。光纤具有很高的数据传输速率、极宽的频带、低误码率和低延迟。其次，光传输不受电磁干扰，光纤埋在铁路路基上，甚至与高压线同杆并行架设也不会受到干扰；光传输不可能被偷听，因此它的安全性和保密性好。最后，光纤重量轻、体积小、耐腐蚀、铺设容易，埋入地下或海底可以长时间不被腐蚀。常见光纤接头FC－PC型光尾纤接头外形图SC－PC型光尾纤接头外形图ST-PC型光尾纤接头外形图FC/PC－SC/PC型光尾纤外形图网络连接介质同轴电缆

同轴电缆由中心的一根导线和包围在某外边的圆筒状导体组成

粗缆AUI（10Mbps、500m)细缆BNC（10Mbps、185m）

非屏蔽双绞线

UTP4对标准铜缆构成的网络介质：选用RJ45连接器

CATEGORY310MbpsCATEGORY5100Mbps屏蔽双绞线

STP屏蔽双绞线是屏蔽技术和绞线技术的结合体，具有很强的抗电磁干扰，抗无线电干扰的能力。

光缆

采用光信号不受电磁干扰，传输距离长

无线信道无线传输介质一般不是人为架设的介质，而是自然界所存在的介质，这种介质就是广义的无线介质。在这些无线介质中完成通信称为无线通信。有许多无线介质可以替换电缆：无线电波、红外线信号以及微波等。因此，在使用电缆非常困难或者说根本不可能时，无线通信可以出色地代替电缆。但是使用无线通信时有一个非常重要的限制：同一介质的其他信号、太阳黑子的运动、电离层变化和其他大气干扰都会对通信信号形成干扰，从而会产生许多问题。无线电BS基站用户计算机和终端BS基站覆盖的无线电区域固定终端点（基站）和终端之间是无线链路F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的频率微波技术微波通信系统可分为地面微波中继系统和卫星微波系统，两者之间的功能相似，但通信能力有很大区别。地面微波系统地面微波系统由视距范围内的两个相互对准方向的抛物面天线组成，由于微波在空间是直线传输，而地球表面是个曲面，因此地面传输的距离受到限制，一般在50km左右。若采用100m的天线塔，则距离可增加到100km。地面微波中继为实现远距离通信，必须在一条无线通信信道的两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前一站送来的信号经过放大后再传送到下一站，这种传递不断持续下去就可以实现视线被地表切断的两个站点间的传输地球地面站之间的直视线路微波传送塔卫星通信卫星通信是利用卫星上的微波天线接收地面发送站发送的信号，经过放大后再转发给地面接收站，通信卫星可看作是悬在太空中的微波中继站。地球地面站地面站商业卫星通信波段波段上行频段（GHz）下行频段（GHz）L1.6465～1.661.545～1.5585C5.925～6.4253.7～4.2Ku14.0～14.511.7～12.2Ka27.5～30.517.7～21.7地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球36,000公里地球红外线技术和激光技术红外线传输用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控也可用于无线LAN缺点：不能穿透固体激光传输应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的LAN缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响移动通信手段无线通信系统；微波通信系统。频率在100MHz-10GHz的信号叫做微波信号，它们对应的信号波长为3m-3cm；蜂窝移动通信系统。多址接入方法主要是有：频分多址接入FDMA，时分多址接入TDMA与码分多址接入CDMA；卫星移动通信系统。商用通信卫星一般是被发射在赤道上方35900km的同步轨道上常用无线技术IEEE802.11系列标准微波、IrDA红外线接口蓝牙（Bluetooth，IEEE802.15）HomeRFIEEE802.11与DECT的结合DECT，DigitalEnhanceCordlessTelephone主要传输介质的比较双绞线同轴电缆光导纤维微波卫星数据速率随导线类型而定，快速以太网可达100Mb/s在1～2km距离上可达到800Mb/s，以太网中的基带同轴电缆为10Mb/s2～3Gb/s的比特速率已经非常普及，有报道已达到28Gb/s的速度取决于信号频率和应用方式，速率从10Mb/s到300Mb/s不等和微波一样取决于信号频率，10～300Mb/s，随着Ka波段的普及可望达到更高的速度对干扰的敏感度UTP存在电磁干扰，STP性能接近同轴电缆保护层将屏蔽掉大部分电磁干扰对电磁干扰具有免疫性存在干扰，两端点间必须存在直线连接大气条件将产生干扰，频率越高，影响越严重距离取决于导线类型和传输技术，以太网不使用中继为100m取决于传输技术，以太网中不加中继情况下细缆为185m，粗缆为500m远程通信可达100km，以太网中单模光纤为3km，多模光纤为2km50km左右，但具体情况视天线的高度和两端点间的地形全球范围内主要传输介质的比较双绞线同轴电缆光导纤维微波卫星典型用途适用于空间有限和不要求高速率的情况下基带同轴电缆为早期以太网使用，宽带同轴电缆应用于CATV中用于远程网络，也用作局域网主干通常用于无法或不宜铺设电缆的情况下，也用于LAN连接综合业务、全球通信评价适应结构化布线，价格低廉，UTP的抗噪性较差能够轻易的添加设备，接合方便高带宽、接合需要专业技术，设备价格较高易受干扰，站点间建造新建筑时将产生问题成本与距离无关，难以防止非法接受，高延迟通信介质的选择保证最好的价格速率比：参考标准：费用距离传输速率（带宽）信号干扰施工布线安全：（建筑规则、消防规则）双绞线制作所需工具RJ-45接头（水晶头）若干双绞线一根双绞线压线钳双绞线测线器RJ-45接头线序直通线交叉线跳线DTE：网络终端设备Computer、RouterDCE：网络通信设备Switch、Modem直通线交叉线制作步骤取线取一条符合布线长度要求的网线制作步骤剥线