网络基础-NET07第3章：物理层课件

复习上次课内容物理层任务在物理媒体(介质)上、透明地传送比特流。物理层功能建立和拆除物理连接、位流传输与管理。物理层标准（协议）规定了物理接口的各种特性（机械、电气、功能、规程）示例：RS-232、RS-449、V.24、V.35、G.703/G.7041复习上次课内容1、物理连接类型点-点连接（主要应用于WAN）多点连接（主要应用于LAN、MAN）2、数据通信方式（信道通信方式）全双工、半双工与单工方式3、数据传输方式串行传输方式、并行传输方式4、数据传输类型模拟传输、数字传输5、数据同步方式同步通信、异步通信6、数据通信性能指标误码率、信息速率、信道容量、信道带宽23.2.3物理层下面的传输介质(媒体)传输介质(媒体)：有线介质和无线介质有线介质中，光波、电磁波沿着物理通路呈导向性传播，也称导向传输媒体。无线介质可以传播电磁波，但并不为它们导向。也称非导向传输媒体。有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤等无线介质：通常指自由空间（大气、真空）31.双绞线（Twisted-PairCable；TP）屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线5双绞线的特征？双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为减少信号传输中串扰及电磁干扰（EMI，ElectroMagneticInterference）影响的程度，通常将绝缘铜导线按一定的密度(扭距)互相缠绕在一起。类别越高，扭绕得越紧密。双绞线的种类非屏蔽双绞线UTPUTP,UnshieldedTwistedPair屏蔽双绞线STPSTP,ShieldedTwistedPair6UTP示意图7非屏蔽双绞线（UTP）由4对双绞线和一层塑料护套构成完全依靠双绞线对产生的消除效果来限制由电磁干扰和无线电频率干扰而引起的信号退化非屏蔽双绞线必须遵守关于每英尺允许有多少次的绞合或交织的规定CAT3：绞合长度是7.5~10cmCAT5：绞合长度是0.6~0.85cm。绞距是一条曲线两次出现在同一个平面上的直线距离，目数是一英寸(25.4MM)中有多少个绞距数，绞合系数概念类似如真圆度，条数越多越接近于1。TIA/EIA为非屏蔽双绞线定义了六种不同的质量类别，常用的有3类、4类、5类、6类。目前用的最多的是超5类，比普通5类衰减更小，近端串扰（NEXT）更少，同时具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（SNR）及更小的时延误差，性能得到了很大的提高。6类带宽在200MHz时具有较好的综合衰减串扰比（PS-ACR）。提供的带宽是5类的2倍。9☆7类UTP（EIA）何时发布？2002年开始讨论EIA7类UTP、ISO8类STP2006年发布增强型6类UTP，10GBASE-T，TIA568-B7类带宽达到400MHz，在320MHz时的信道ACR为0dB，保留了目前的RJ45连接器，其重点是通过改善插入损耗，而不是NEXT(近端串扰)来改善ACR(衰减对串扰比值)性能和数据传输质量，这表明与改善NEXT相比，改善插入损耗对保留信号质量的影响要更大。布线结构保持不变，但导线规格提高到20号，与常用的24号导线相比，导线直径从0.511毫米提高到0.813毫米，或者导线截面面积提高了253%。107类STP（EIA）成为新标准？6类UTP标准之后应该是7类UTP？两者之间却没有延伸关系。7类是一种全屏蔽的双绞线系统STP，与6类采用完全不同的电缆结构和连接器设计，其成本之高与6类UTP相距甚远。由于7类电缆设有两层屏蔽，并采用复杂的、不一定基于RJ45的连接器，以致其成本较6类UTP高出2至3倍。尽管7类STP拥有6类UTP不能处理的极高噪音及讯号灵敏度，但由于其成本与光纤相近，谁愿意支付较6类高出数倍成本的企业用户？著名布线产品厂商自然首选性能更高及噪音及干扰更低的光纤系统7类的吸引力实在成疑？11CAT6、CAT7双屏蔽层STP13UTP的优、缺点优点：1、比其它类型的网络介质便宜；2、无屏蔽外套，尺寸较小，节省空间；3、重量轻、易弯曲，容易安装；4、可减少或消除串扰；5、具有阻燃性；6、独立、灵活，适用于结构化布线。缺点：1、易受电磁信号干扰；2、传输距离短（100米以内）14UTP的类别类别传输带宽主要用途（信息传输速率）备注CAT1电话连接（早期军用被覆线）不传数据CAT21MHzISDN、E1/T1CAT316MHz10Mbps以太网、4/16Mbps令牌环网、电话连接成熟CAT420MHz10Mbps以太网、4/16Mbps令牌环网很少用CAT5100MHz100Mbps以太网和FDDI成熟CAT6200MHz1000Mbps以太网主干网CAT7400MHZ10GBASE-T，万兆以太网试验阶段15屏蔽双绞线（STP）屏蔽双绞线结合了屏蔽技术和消除技术4对线缆全由金属薄片包围着优点：屏蔽双绞线能对所有类型的外界干扰更有效地进行阻止缺点：在安装费用和难度方面，它比非屏蔽双绞线要昂贵和更困难17STP示意图18UTP、STP的衰减与近端串扰比较19双绞线制作及使用双绞线与水晶头的连接方法有两种国际标准EIA/TIA568AEIA/TIA568B二种标准没本质区别，只是颜色区分不同而已。12345678绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕12345678橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕21RJ45连接器RJ-45连接器188Pair4R41234567线对T是发送R是接收Pair2T2Pair2R2Pair3T3Pair1R1Pair1T1Pair3R3Pair4T4管脚22直通电缆

电缆两端线序相同管脚标识1 RD+2 RD-3 TD+4 NC5 NC6 TD-7 NC8 NC10BaseT/

100BaseT直接连接管脚标识1 TD+2 TD-3 RD+4 NC5 NC6 RD-7 NC8 NC服务器/路由器8

1woobwbwggbrwbr18直通电缆8集线器/交换机8

1woobwbwggbrwbr1双绞线两端与水晶头的连接使用相同标准，均为568A或者568B。23只有一端端口被指定为X时使用直通电缆连接1x

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当两端端口均指定为X时使用一根交叉电缆连接25用交叉电缆连接两台计算机1、制作网线一端的RJ45头1、3线交换，2、6线交换，另一端不变制作工具：剥线钳、压线钳2、设置TCP/IP每台计算机的IP地址都不能相同，如第一台计算机为192.168.215.1子网掩码为255.255.255.0。第二台计算机的IP地址为192.168.215.2，子网掩码为255.255.255.0。3、对线路进行通断测试

硬件测试方法：使用RJ-45测线仪，如：FLUCK测试仪软件测试方法：使用Ping命令，如C>ping192.168.215.2

26用直通电缆连接计算机和Hub使用直通电缆，电缆两端RJ45头线序一致其它设置方法与前面相同SW/HUB27同轴电缆比较同轴电缆规格按RG(射频级测量单位)来度量RG越高，铜芯导线越细，RG越低，铜芯导线越粗。类别阻抗最大距离RG用途带宽粗缆50500mRG-8/11粗缆以太网10Mbps细缆50200m(185m)RG-58A/U或C/U细缆以太网10Mbps电缆753600mRG-59CATV100~150Mbps293.光纤(FiberOptics)光纤是一种可以传输调制的光信号的网络介质,由石英玻璃纤维或塑料制成。优点：抗电磁干扰能力强低损耗高传输速率缺点：费用高不易安装和维护质地脆易断裂，机械性能差30光纤结构31光纤特点纤芯：具有高折射率的纯玻璃包层：具有较低折射率的玻璃或塑料制成护套：塑料制成的保护套特点：带宽更宽可靠性高安全性好信号衰减低重量轻，体积小成本高、分支比较困难32光线在光纤中的折射光波在纤芯中的传播33光纤模式类型多模光纤MMF不同的光线以不同的反射角传播，可以认为每一束光线有一个不同的模式特点：存在色散现象，适于中短距离中小容量的通信多模光纤的光源可使用便宜的发光二极管芯线多模光纤光束包层34光纤模式类型单模光纤SMF光纤的直径被减小到一个光波波长大小，光在其中没有反射，而是沿直线传播特点：传输距离远；衰减小；传输速率高；但价格昂贵；适于大容量远距离通信单模光纤的光源要使用昂贵的半导体激光器。芯线单模光纤光束包层35单模光纤与多模光纤的比较

36光纤传输系统光源：LED(发光二极管)、ILD(注入式激光二极管)光检测器：光电二极管(PIN)、雪崩光电二极管(APD)37LED与ILD比较LED(发光二极管)ILD(激光二极管)数据速率低高模式多模多模或单模传输距离短长使用寿命长短工作温度范围较宽较窄造价低高38光纤规格(单位：1μm=10-6m)光纤类型玻璃芯(μm)覆层(μm)62.5/12562.512550/12550125100/1401001408.3/125(单模)8.3125394、无线传输介质大气和外层空间是提供电磁信号传输的无线介质，它们不为信号提供导向，这种传输形式被称为无线传输。无线介质的频率范围无线电波是频率范围为104Hz~108Hz的电磁波微波微波是频率在108Hz~1011Hz之间的电磁波，微波的方向性好，频带较宽红外线红外线的穿透性比较差，多用在一个较小的区域内，1011Hz~1014Hz常用的无线传输：地面微波卫星微波红外传输自由空间光传输40地面微波通信是一种在对流层视距范围内，利用微波波段的电磁波进行信息传输的通信方式这种方式进行长途通信时，需要在终端站之间建立中继站，中继站的功能是进行变频、放大和功率补偿，其数量的多少则与传输距离和地形有关，如图所示，也即微波。微波天线完成信号的发送和接收工作，天线之间的最大距离计算公式为：d=7.14d—天线间距离,km；h—天线的高度,m；K—调节因子，一般取4或3若h=100m，则dmax=100km（1）、地面微波通信概念41地面微波通信种类视距传播

电离层反射42地面微波通信特征微波通信面临的主要问题是传输损耗产生损耗的主要原因是衰减传输损耗可由下式计算：D=10lg(4d/)2优点：频带宽，通信容量大；通信质量好，可靠性高；建设费用较低缺点：相邻站点之间不得有障碍物中继站不便于建立和维护通信保密性差43(2)、卫星微波通信卫星微波通信是在地面微波技术的基础上发展起来的通信卫星实际上就是一个无人值守的微波通信中继站，两个或多个地球站通过它实现相互间的通信,定位于3.6*104km(3.6万公里)的同步地球卫星。三颗相隔120度，即可实现全球通信。卫星传输的最佳频段在110GHz之间44卫星微波通信示意图45卫星微波通信线路46卫星微波通信频段上行下行C5.925-6.425GHz3.7-4.2GHzKu14-14.5GHz11.7-12.2GHzKa27.5-31GHz17.7-21GHz卫星频带范围优点：覆盖区域大，传输距离远；以广播方式工作，可实现多向多地址通信；频带宽，通信容量大；机动灵活，不受地理条件的影响缺点：远距离传输导致延时过大；发射功率高；传播时延大。47（3）、红外传输红外线通信是以红外线为载体将信息从发射端传至接收端，从而实现信息传递的通信方式。优点：便于基带信号调制；有较高的数据传输速率；接收装置和发送装置成本低廉等。示例：1、笔记本电脑现在一般都安装有红外传输的网卡。用于无线上网。2、手机红外传输，用于手机上网等。48（4）、自由空间光传输自由空间光通信系统（FSO）是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，通信就可以进行。

自由空间光通信可在以下一些范围发挥重要作用。1）作为光纤通信和微波通信冗余链路的备份；2）应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传；3）应用于城域网MAN的建设以及最后一公里接入；4）在技术上或经济上不宜敷设光缆的地区，在不宜采用或限制使用无线电通信的地方；5）在军事设施或其他要害部门需要