数据通信与网络课件

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PublicInfrastructure

1

DataandComputer

Communications

传输媒体

4.TransmissionMedia

导向媒体（双徭/、⑥触电能、光纤）

无线传输（处而微猿、2星、广插羌名也、G外）

无线电传播方式

视距传输

Overview

/Guided-wire

/Unguided-wireless

/Characteristicsandqualitydeterminedby

mediumandsignal

Forguided,themediumismoreimportant

Forunguided,thebandwidthproducedby

theantennaismoreimportant

/Keyconcernsaredatarateanddistance

3

信道与传输媒体

c信道通常是抽象的描述,

传输媒体即是物理信道。

#

#双绞线TwistedPair

r有线媒体同轴电缆CoaxialCable

媒Guided光纤OpticalFiber

於<

无线电Radio

种〔无线媒体微波Microwave

美卫星SatelliteMicrowave

Unguided

红外Infrared

4

DesignFactors

/Bandwidth带宽

>Higherbandwidthgiveshigherdatarate

/Transmissionimpairments传输损伤

>Attenuation,etc.

/Interference干扰

>Intermodulationnoise

>Crosstalk

/Numberofreceivers接收器数目

>Inguidedmedia

>Morereceivers(multi-point)introducemoreattenuation

5

频谱及其可用于通信的频段

6

ElectromagneticSpectrum

特低频音频甚低频低频中频高频甚高频超高频极高频特高频红外线可见光

Frequency

inspace

(meters)

ELF=ExtremelylowfrequencyMF=MediumfrequencyUHF=Ultrahighfrequency

VF=VoicefrequencyHF=HighfrequencySHF=Superhighfrequency

VLF=VerylowfrequencyVHF=Ver>,highfrequencyEHF=Extremelyhighfrequency

LF=Lowfrequency

Overview

/GuidedTransmissionMedia导向媒体

；>（双绞线、同轴电缆、光纤）「

/WirelessTransmission无线传输

>（地面微波、卫星、广播无线电、红外）

/WirelessPropagation无线电传播方式

/Line-of^SightTransmission视星巨传输

8

导向传输媒体

GuidedTransmissionMedia

导向媒体

双绞线同轴电缆光缆

TransmissionCharacteristics

ofGuidedMedia

FrequencyTypicalTypicalRepeater

RangeAttenuationDelaySpacing

Twistedpair0to3.5kHz0.2dB/km@50ps/km2km

(withloading)1kHz

Twistedpairs0to1MHz0.7dB/km@5ps/km2km

(multi-pair1kHz

cables)

Coaxialcable0to500MHz7dB/km@104ps/km1to9km

MHz

Opticalfiber186to3700.2to0.55ps/km40km

THzdB/km

10

典型的美国线规(AWG)特性

AWG线芯直径欧姆/km

线规号英寸毫米

100.1012.5883.3

120.0802.0535.2

140.0641.6288.3

160.0501.29113.2

180.0401.02420.9

200.0310.81133.3

220.0250.64353.0

240.0220.57384.2

260.0160.404133.9

TwistedPair

ConductorWire.

/PhysicalStructure•Twovarieties

/ApplicationsDielectric•unshielded

FoilShieldI•shielded

/ProsandconsBraidShield^_

Jacket

，UTPandSTP

/UTPCategories

/TransmissionCharacteristics

/MediaSpecifications

/UTPPractice

12

双绞线(T\wisted-pair)

由两根互相绝缘的铜导线,用规则的方法扭绞起来构成。

Twisted-paircable

TwistedPair-TwistLength

twist

length

一St*paratehinsulated

——Twistedtogether

—Often"bundled**int(icables

—Usuallyinstalledinbuilding

duringconstructi<in(a)Twistedpair

14

TwistedPair-Applications

/Mostcommonmedium

/Telephonenetwork

>Betweenhouseandlocalexchange(subscriber

loop)

“Withinbuildings

>Toprivatebranchexchange(PBX)

Forlocalareanetworks(LAN)

>10Mbpsor100Mbps

15

TwistedPair-ProsandCons

/Cheap

/Easytoworkwith

/Lowdatarate

/Shortrange

16

TwistedPair-Transmission

Characteristics

/Analog

>Amplifiersevery5kmto6km

'Digital

>Useeitheranalogordigitalsignals

>repeaterevery2kmor3km

vLimiteddistance

/Limitedbandwidth(1MHz)

，Limiteddatarate(100MHz)

/Susceptibletointerferenceandnoise

NearEndCrosstalk

/Couplingofsignalfromonepairtoanother

/Couplingtakesplacewhentransmitsignal

enteringthelinkcouplesbacktoreceiving

pair

/i.e.neartransmittedsignalispickedupby

nearreceivingpair

UnshieldedandShieldedTP

/UnshieldedTwistedPair(UTP)X

>Ordinarytelephonewire

>Cheapest

>Easiesttoinstall

ASuffersfromexternalEMinterference

/ShieldedTwistedPair(STP)

>Metalbraidorsheathingthatreduces

interference

>Moreexpensive

>Hardertohandle(thick,heavy)19

UTP(UnshieldedTwisted-Pair)电缆

20

PhysicalUTP

•Doesnotincludeanyextra

shieldingaroundthewire

pairs

•Ordinarytelephonelineand

commonlyusedforlocalarea

network

•Leastexpensive,easytowork

andsimpletoinstall

•Subjecttoexternal

electromagneticinterference

•Limitedlength

21

STP(ShieldedTwisted-Pair)电缆

22

STPPhysicalStructure

ConductorWire

Dielectric

衬钳FoilShield

BraidShield

23

PhysicalSTP

•Coveredwithafoilshieldto

reduceinterferenceand

crosstalk

•Betterperformance,but

moreexpensiveanddifficult

toworkthanUTP

24

UTPCategories

/Cat3

>upto16MHz

>Voicegradefoundinmostoffices

>Twistlengthof7.5cmto10cm

/Cat4

>upto20MHz

/Cat5

>upto100MHz

>Commonlypre-installedinnewofficebuildings

>Twistlength0.6cmto0.85cm

/Cat5E(Enhanced)-seetables

/Cat6

/Cat7

UTP电缆的分类

（EIA/TLV568标准中定义了前五类）

类别用途

1语首或56kbps以下的低速数据，不用于局域网

2速率为1Mbps以下的数据传输和低速局域网

3数据率16Mbps,10BASE-T和4MbpsTokenRing

4数据率20Mbps,10BASE-T和16MbpsTokenRing

5数据率100Mbps,100BASE-T和FDDI

5e数据率350Mbps,1000BASE-T和622MbpsATM

26

ComparisonofShieldedandUnshielded

TwistedPair

Attenuation(dBper100m)Near-endCrosstalk(dB)

■FrequencyCategory3Category5150-ohmCategory3Category5150-ohm

(MHz)UTPUTPSTPUTPUTPSTP

12.62.01.1416258

45.64.12.2325358

1613.18.24.4234450.4

25——10.46.2—4147.5

100—22.012.3—3238.5

300————21.4——31.3

TwistedPairCategoriesand

Classes

Category3Category5CategoryCategory6Category7

XClassD5EClassEClassF

■Bandwidth二100MHz100MHz200MHz600MHz

CableTypeUTPUTP/FTPUTP/FTPSSTP

LinkCost0.711.21.52.2

(Cat5=1)

^ayaGigaspee^UT^Wires

10BASE-T

100BASE-TX/T4

1000BASE-T

UTP连接器

-conductor6-conductor

RJ-11

30

AvayaRJ-45Jackes

31

AvayaUTPInsideofRJ45Jack

32

4对线的UTP与RJ-45的连接

对2

线对

对3对1对RJ-45UTP

Iii、＞I41引脚线颜色

TRTRTRTR1绿白

123456782绿

3橙白

4蓝

5蓝白

6橙

7棕白

8棕

33

4对线的UTP与RJ-45的另一种连接

对3

对2对4RJ-45UTP线对

色

对1颜

引脚线

白

橙

TRTRTRTR1

橙

123456782

绿白

3

蓝

4

蓝

白

5

绿

6

棕

白

7棕

8

34

双绞线的网线制作

RJ-45接头

（水晶头）

35

舞I微制作曾罩相引

交叉线接法：计算机IT计算机直连线接法•集线器（交换机）的级连

集线器-T集线器服务器一I集线器（交换机）

交换机--交换机集线器（交换机）--计算机

一端：从左到右另一,端:从左到右一端：从左到右另一端：从左到右

双绞线接线标准

较齐线头，插入插头用压线钳夹紧，使用测试仪测试

37

RJ-45

/制作

38

同轴电缆（CoaxialCable）

由单股实心或多股线合的铜质芯线（内导体）、绝缘层、

网状编织的屏蔽层（外导体）以及保护外层所组成

Coaxialcable

100KHz500MHz

CoaxialCable

—Outerconductorisbraidedshield

—Innercimductorissolidmvlal

—Separatedbyinsulatingmaterial

-Coveredbypadding

40

CoaxialCableApplications

/Mostversatilemedium

/Televisiondistribution

>ArieltoTV

>CableTV

/Longdistancetelephonetransmission

>Cancarry10,000voicecallssimultaneously

>Beingreplacedbyfiberoptic

/Shortdistancecomputersystemslinks

VLocalareanetworks

41

CoaxialCable-Transmission

Characteristics

/Analog

>Amplifierseveryfewkm

>Closerifhigherfrequency

>Upto500MHz

/Digital

>Repeaterevery1km

>Closerforhigherdatarates

42

CategoriesofCoaxialCables

•Functionallygroupedinto

Baseband

frequencybandoccupiedbyasingleor

compositesignalinitsoriginalor

unmodulatedform.Thecableisdedicate

foronlyonechannel

Broadband

usinghighfrequencytransmissionover

medium,severalstreamsofdatacan

betransmitted(atdifferentfrequencies)

simultaneously.

43

同轴电缆的种类

①粗同轴电缆

简称粗缆，用于传送基带数字信号.

②细同轴电缆

简称细缆，也用于传送基带数字信号。

最大传输距离不及粗缆，但因比粗缆

便宜而被广泛使用。

③TV电缆

用于模拟传输系统，它是社区天线电

视系统(CATV)中的标准传输电缆。

采用的是频分复用的宽带信号。

44

10BASE5MediaSpecification

45

10BASE5

46

10BASE2

47

OpticalFiber（光纤）

/光纤的基本知识

»光及其自然特性

»光纤的物理结构■

A光纤的导光原理

/光纤的应用

A光纤的优点

»光纤的应用场合

/光纤的传输特性

»光纤传输模式

»损耗特性与色散特性

»最佳波长窗口48

光纤的基本知识（一）

,光

A光是一种电磁能量形式

»在真空中传播最快，300000km/s

A光速与传输媒质密度成反比

/光的自然特性

A折射

A全反射角

»反射（全反射）

49

BendingofLightRay

•巧=angleofincidence

•4二angleofreflection

•ot=angleofrefraction

refractionindex:n=c/v

50

Refraction（折射）

,在均匀物质中光以直线形式传播。

,当一束光线由某种密度的媒质传播到不同密度

的另一种媒质时，光线会在两种媒质的界面处

向垂直的法线方向折射。

/折射光线发生的角度变化取决于媒质发生的密

度变化的大小（如斯涅尔定律所描述）

＞光线从密度较低的媒质穿入较高密度的媒质中时，

折射角小于入射角

＞光线从密度较高的媒质穿入较低密度的媒质中时,

折射角大于入射角

51

Refraction

Lessdensemedium(air)Lessdensemedium(air)

Moredensemedium

(waterorglass)

a.Fromlessdensetob.Frommoredenseto

moredensemediumlessdensemedium

折射角R比入射角I小折射角R比入射角I大

52

CriticalAngle（全反射角）

,从高密度媒质进入到低密度媒质的光线，随着

入射角增大，折射角也增大，并逐渐远离垂直

轴而靠近水平轴

/入射角的变化使折射角增大到90度，折射光线

完全成了沿媒质界面传播水平光线，此时的入

射角称为临界角，或称全反射角。

53

Reflection（反射）

,对于从高密度媒质到低密度媒质的光线，当

入射角大于全反射角时，就产生了反射

/光线再不会进入低密度媒质，此时反射光线

与法线之间的夹角称为反射角

/在此情况下，入射角总是等于反射角

斯涅尔反射定律01=。/(1)

斯涅尔折射定律n^inG^ngsinOg(2)

、圾为不同媒质的折射率

［法线

电磁场理论

中的斯涅尔定

媒质II0折射光线理描述了入射

光线与反射光

媒质I9191线、折射光线

反射光线之间的关系

入射线

光的反射与折线55

光纤的基本知识（二）

/光纤的物理构成

》光纤由三部分组成:纤芯、覆层和防护罩。

core、cladding、jacket

56

FiberConstruction

57

OpticalFiber

-Glassorplasticcore

—Las€rorlightemittingdi<Kle

—Speciallydesignedjacketciriticalangleis

—Smallsizenndweightabsorbedinjacket

58

TypicalFiberCable

Singlecore

OpticalPlasticojatingOptical•Materialsforcladdingand

cladding.cora/core:

IwUL

•glasscladding/glasscore

-n

•plasticcladding/glasscore

•plasticcladding/plasticcore

Multicore

CableStructures

StrengthOuterJacket

Elements

Jacket

Central

Strength

Elements

cladding

core

60

光纤的基本知识（三）

/光纤的导光原理■

A光纤利用全反射将光线在信道内定向传输

»光纤中心是密度较高的石英玻璃（二氧化硅）

或塑料的纤芯，外面覆盖着密度较小的石英

玻璃或塑料的包层

»两种材料的密度差异必须保证能够使纤芯中

的光线只能反射回来而不能折射入包层

61

光纤的纤芯和包层材料两者的折射率不同。

设纤芯的折射率为n1，包层的折射率为ri2,则要

求有n/n小纤芯和包层构成横低面很小的双层同

心圆柱体,该圆柱体称为裸光纤。

62

多模光纤中光线传播的方式

带

本吟村曲

费国去科/本

弗由留小照

#

K

率*也

v

4必

案、朱

I

忸W

6

4

•布

吟q

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感东w越

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兴率*

&

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B

茯汨枇代<

渐变型光纤纤芯的折射率ni是半径r的函数,/随

r的增加而按一定规律减小,到达与包层的交界面为

如，而包层的折射率恒为出，这种光纤的导光原理与

上述不同。由于3随r的增加按一定规律减小,因此

可根据3(r)的不同,将纤芯分成若干层。.

OpticalFiber-Benefits

/Greatercapacity

>DataratesofhundredsofGbps

'Smallersize&weight

vLowerattenuation

'Electromagneticisolation

，Greaterrepeaterspacing

>10s(Tens)ofkmatleast

66

OpticalFiber-Applications

vLong-haultrunks

/Metropolitantrunks

VRuralexchangetrunks

/Subscriberloops

,LANs

67

光纤的传播模式

/多模传播

多束光线从光源经由芯材通过不同的光路传

播；按折射率分布的不同分为两种类型：

A阶跃模式四、%都为常数且

A渐变模式％为常数且四随r增加而有规律

减小。

/单模传播

A阶跃模式，因纤芯直径很小，入射角与反射

角很大，几乎是沿轴线直线传播

按

照

折

射

率

分

布

的

不

同

来

分

类

种

的

纤

光

69

按

照

传

.

线

光

个

一

输输

传

能

只

纤

光

模果

如

式为

称

纤

(SingleMode

光

，

式

模

的个

多

的

中

称

。

线

fiber,简SM）

光

多许