第八章知识点

CCNAExploration-网络基础知识8OSI物理层8.0本章简介8.0.1本章简介

第{{$PAGEVAR}}页1:上层OSI协议会将以人为本网络中的数据进行适当的准备处理，以便将其传输到目的设备。物理层控制数据在通信介质上的传输方式。OSI物理层的任务是将代表数据链路层帧的二进制数字编码成信号，并通过连接网络设备的物理介质（铜缆、光缆和无线介质）发送和接收这些信号。本章介绍了物理层的一般功能，以及管理通过本地介质进行的数据传输的标准和协议。在本章中，您将学会：说明物理层协议和服务在支持数据网络通信方面的作用。描述物理层和信号在网络中的用途。描述在通过本地介质传输帧的过程中，用于表示比特的信号所扮演的角色。识别铜缆、光缆和无线网络介质的基本特征。说明铜缆、光缆和无线网络介质的常见用途。显示视觉媒体8.1物理层-通信信号8.1.1物理层—用途

第{{$PAGEVAR}}页1:OSI物理层通过网络介质传输构成数据链路层帧的比特。该层从数据链路层接收完整的帧，并将这些帧编码为一系列信号，传输到本地介质上。经过编码的比特构成了帧，这些比特可以被终端设备或中间设备接收。通过本地介质传输帧需要以下一些物理层要素：物理介质和关联的连接器在介质上表示比特数据编码和控制信息网络设备上的发送器和接收器电路在通信过程的这一阶段，用户数据已被传输层分段，并由网络层放入了数据包，而且已被数据链路层封装为帧。物理层的用途是创建电信号、光信号或微波信号，以表示每个帧中的比特。然后，将这些信号逐个发送到介质上。物理层的任务还包括从介质检索这些单个的信号，将它们还原成比特来表示，然后将这些比特作为完整的帧传送到数据链路层。显示视觉媒体

8.1.2物理层—操作

第{{$PAGEVAR}}页1:介质不会将帧作为一个实体传送。介质会逐个传送信号，这些信号代表构成帧的比特。表示数据的网络介质存在三种基本形式：铜缆光缆无线介质比特的表示（即，信号类型）视介质类型而定。对于铜缆介质，信号为电子脉冲模式。对于光缆，信号为光模式。对于无线介质，信号为无线电传输模式。识别帧当物理层将比特编码成特定介质的信号时，必须甄别一个帧的结束位置和下一个帧的开始位置。否则，介质设备无法识别什么时候收完帧了。在这种情况下，目的设备只是接收了一串信号，并不能正确地重建帧。正如上一章所述，表示帧的开始通常是数据链路层的功能。但是，在很多技术中，物理层可能会添加自己的信号来表示帧的开始和结尾。为了使接收设备清楚地识别帧边界，传输设备会添加信号来指定帧的开始和结束位置。这些信号代表特定的比特模式，仅用于表示帧的开始或结束位置。本章的以下几节中将详细介绍把数据帧从逻辑比特编码成介质上的物理信号的过程，以及特定物理介质的特征。显示视觉媒体

8.1.3物理层—标准

第{{$PAGEVAR}}页1:物理层由工程师开发的硬件组成，其形式为电子电路、介质和连接器。因此，由相关的电气和通信工程组织定义管制该硬件的标准是很合适的。而上层OSI协议和运行则通过软件执行，并由软件工程师和计算机科学家设计。就像我们在前一章节中了解的，TCP/IP协议族中的服务和协议是由RFC中的Internet工程任务组(IETF)定义的。类似于数据链路层相关技术，物理层技术是由以下组织定义的：国际标准化组织(ISO)电气电子工程师协会(IEEE)美国国家标准学会(ANSI)国际电信联盟(ITU)电子工业联盟/电信工业协会(EIA/TIA)国有电信机构，例如美国联邦通讯委员会(FCC)显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:物理层技术和硬件由这些组织定义的技术包括四个领域的物理层标准：介质的物理和电气属性连接器的机械性能（材料、尺寸和引脚输出）通过信号表示的比特（编码）控制信息信号的定义单击图中的“信号”、“连接器”和“电缆”按钮可以查看硬件。网络适配器(NIC)、接口和连接器、电缆材料和电缆设计等硬件组件都是按照与物理层关联的标准规定的。显示视觉媒体

8.1.4物理层基本原则

第{{$PAGEVAR}}页1:物理层的三个基本功能是：物理组件数据编码信号物理要素是电子硬件设备、介质和连接器，它们用于传输和承载用于表示比特信号的设备。编码编码是一种将数据比特流转化成预定义代码的方法。这些代码就是比特组，用于提供一种可预测模式，以便发送者和接收者均能识别。使用可预测模式有助于区别控制比特位和数据比特位，并提供良好的介质错误检测。除为数据创建代码以外，物理层的编码方法还提供起控制作用的代码（例如识别帧的开始和结束位置）。源主机会传输特定模式的比特或代码，以识别帧的开始和结束位置。信号物理层必须在介质上生成代表“1”和“0”的电信号、光信号或无线信号。表示比特的方法称为信号方法。物理层标准必须定义代表“1”和“0”的信号类型。这只需要对电信号、光脉冲或者更复杂的信号方法中的电平做出简单更改。在下一节，您可以分析信号和编码的不同方法。显示视觉媒体8.2物理信号和编码：表示比特8.2.1适用于介质的信号比特

第{{$PAGEVAR}}页1:最终，以人为本的网络中的所有通信都变成了二进制数字，然后通过物理介质逐个传输。尽管构成帧的所有比特在物理层中被表示为一个单元，但通过介质传输帧时是作为比特流逐个发送的。物理层将帧中的每个比特表示为一个信号。放到介质上的每个信号都分配有特定的占用介质的时间。这段时间称为比特时间。信号被接收设备处理后，又还原成用比特表示。在接收节点的物理层，信号被转换回比特。接着，将检查帧开始和帧结束的比特模式，以确定已经收完整个帧。然后，物理层会将帧的所有比特传送到数据链路层。成功传送这些比特要求在发生器和接收器之间采用某些同步方法。系统必须在比特时间的特定时刻检查代表比特的信号，以正确确定信号是代表“1”还是“0”。同步是使用时钟来完成的。在LAN中，每个传输结尾都保持着自己的时钟。许多信号方法在信号中采用了可预测跳变，以便在发送设备和接收设备的时钟之间实现同步。信号方法通过更改信号的以下一个或多个特征在介质上表示信号：幅度频率相位介质上代表比特的实际信号的性质视使用的信号方法而定。某些方法可能使用信号的一种属性表示信号0，而使用信号的另一种属性代表信号1。例如，对于非归零(NRZ)信号，0可能是由比特时间内介质上的一次电压电平来表示的，而1可能是由比特时间内介质上的另一电压来表示的。另外，也有通过跳变或者不跳变来表示逻辑电平的信号方法。例如，曼彻斯特编码通过比特时间中间由高到低的电压跳变来表示0。而用比特时间中间由低到高的电压跳变来表示1。采用的信号方法必须符合某种标准，以便接收器可以检测信号，并将它们解码。标准中必须包含发生器和接收器之间关于如何表示1和0达成的协议。如果没有信号协议（即，如果传输的两端使用的标准不同），通过物理介质的通信将失败。在介质上表示比特的信号方法也可能很复杂。我们将使用两种较简单的技术来解说这一概念。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:NRZ信号首先，我们例举一种简单的信号方法，即非归零(NRZ)法来进行研究。在NRZ中，比特流是作为一系列电压值传输的，如图所示。低电压值代表逻辑0，而高电压值代表逻辑1。电压范围取决于所采用的特定物理层标准。这些简单的信号方法仅适用于低速数据链路。NRZ信号不能有效使用带宽，并且易受电磁干扰。另外，当连续传输一长串0或1时，单个比特位之间的边界可能会丢失。在这种情况下，不能检测到介质上的电压跳变。因此，接收节点没有可用于同步发送节点比特时间的跳变。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页3:曼彻斯特编码曼彻斯特编码方案不是用简单的电压值脉冲来表示比特，而是用电压跳变来表示比特值。例如，从低电压到高电压的跳变表示比特值1，而从高电压到低电压的跳变表示比特值0。如图所示，电压跳变必须在每个比特时间的中间发生。这种跳变可确保接收节点的比特时间与发送节点的比特时间同步。对于传输比特的每个时间单位，比特时间中间的跳变可以向上，也可以向下。对于连续比特值，比特边界上的跳变会“建立”相应的比特时间的中间跳变来表示比特值。尽管曼彻斯特编码在用于速度较高的信号时效率不够，但它仍是10BaseT以太网（以10兆位每秒的速度运行的以太网）采用的信号方法。显示视觉媒体

8.2.2编码-分组比特

第{{$PAGEVAR}}页1:在上一节中，我们说明了如何在物理介质上表示比特的信号处理过程。在本节中，我们会使用“编码”一词来表示在将比特表达到介质上之前，对它进行的符号分组。在将信号发送到介质上之前先进行编码处理，可以改善高速数据传输的效率。采用较高的速度通过介质时，数据有可能被损坏。通过使用代码组，我们就可以更有效地检测到错误了。另外，随着对数据速度的要求与日俱增，我们需要找到通过介质传输较少的比特来表达更多数据的方法。代码组提供的方法可以实现这种数据表达。网络设备的物理层必须能够检测合法的数据信号，并忽略物理介质上可能存在的随机非数据信号。信号流的传输需要接收器能够识别帧的开始和结束。信号模式检测帧的一种方法是每个帧都用物理层认为是帧开头的比特信号模式开始，用表示帧结束的比特信号模式结束。没有以这种方式构成帧的信号比特将被所采用的物理层标准忽略。有效的数据比特需组织成帧；否则，收到的数据比特将无任何上下文环境，无法将其意义传递给网络模型的上层。这种构成帧的方法可以由数据链路层或物理层分别提供，也可以由二者共同提供。右图描述了信号模式的一些用途。信号模式可表示：帧开始、帧结束和帧内容。这些信号模式可以被解码成比特。而比特又可以被解释成代码。代码会指示帧的开始和结束位置。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:代码组编码技术使用的比特模式就称为符号。物理层可以使用一组被编码的符号（称为代码组）来表示编码数据或控制信息。代码组是连续的代码比特，解释并映射为数据比特模式。例如，代码比特10101可以代表数据比特0011。如右图所示，代码组通常用作较高速度LAN技术的中间编码技术。该步骤出现在物理层生成电压信号、光脉冲信号或射频信号之前。通过发送符号，发送设备和接收设备之间的错误检测能力和时间同步功能均得到增强。这些是支持通过介质高速传输时需要考虑的重要内容。尽管使用代码组会产生额外的比特开销需要传输，但却能提高通信链路的稳定性。对于高速数据传输尤其如此。使用代码组的优点有：降低比特电平错误限制传输到介质中的效能帮助甄别数据比特和控制比特更有效地检测介质错误降低比特电平错误要正确地检测单个比特是0还是1，接收器必须了解如何及何时在介质上取样信号。这要求接收器和发送器之间的时间必须同步。在许多物理层技术中，介质上的跳变均可用于该同步。如果传输到介质上的比特模式不能创建频率跳变，该同步可能会丢失，个别比特可能出错。因此，人们便设计了代码组，以便该符号促使介质上产生足够的比特跳变来同步该时间。它们通过使用符号来确保不在同一行中使用太多1或0，从而达到这一目的。限制发送的能量在很多代码组中，该符号可以确保一串符号中1和0的数量均衡。平衡发送的1和0数量的过程称为DC平衡。这可以避免在传输中将过多的能量注入介质，从而减少介质辐射的干扰。在许多介质信号方法中，逻辑电平（例如1）是由发送到介质中的能量来表示的；而相对逻辑电平（0）则用没有该能量来表示。发送一长串1可能导致接收器中的传输激光和光电二极管过热，有可能导致较高的错误率。甄别数据和控制代码组提供三种类型的符号：数据符号—在向下将帧传输到物理层时，代表帧数据的符号。控制符号—由物理层输入的用于控制传输的特殊代码。其中包括帧结尾和空闲介质符号。无效符号—含有介质上不允许的模式的符号。接收到无效符号表示帧出错。编码到介质上的符号都是唯一的。表示通过网络发送的数据的符号与用于控制的符号，它们的比特模式不尽相同。它们之间的差异使物理层能够在接收节点马上区分数据信息和控制信息。更有效地检测介质错误除数据符号和控制符号外，代码组中还包含无效符号。这些符号可能在介质上创建长串的1或0；因而，发送节点不会使用它们。如果接收节点收到其中一种模式，物理层就可以断定收到的数据有错误。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页3:4B/5B我们例举代码组4B/5B进行详解。现代网络中目前使用的代码组通常更为复杂。在该技术中，4比特数据被转换成5比特代码符号，以便通过介质系统传输。在4B/5B中，每个要传输的字节均被分解为四比特片段或半字节，并被编码为五比特值（即符号）。这些符号代表要传输的数据，以及有助于控制介质上传输的一组代码。代码中包含的符号表示帧传输的开始和结束位置。尽管这一过程增加了比特传输的开销，但也增加了有助于高速数据传输的功能。4B/5B可确保每个代码中至少存在一次电平更改，以提供同步。4B/5B中使用的大多数代码中每个符号的1和0的使用次数是均衡的。如图所示，可能的32种代码组合中有16种分配给了数据比特，剩下的代码组被用于控制符号和无效符号。其中六种符号用于特殊功能，用于识别从空闲到帧数据和数据流结束符的跳变。其余10种表示无效代码。显示视觉媒体

8.2.3数据传送能力

第{{$PAGEVAR}}页1:不同的物理介质所支持的比特传输速度不同。可以使用以下三种方式测量数据传输：带宽吞吐量实际吞吐量带宽介质传输数据的能力被描述为介质的原始数据带宽。数字带宽可以测量在给定时间内从一个位置流向另一个位置的信息量。带宽通常以千位每秒(kbps)或兆位每秒(Mbps)作为计量单位。网络的实际带宽由以下因素共同决定：物理介质的属性，以及所选择的用于信号处理和检测网络信号的技术。物理介质属性、当前技术和物理法则共同扮演确定可用带宽的角色。右图显示了常用的带宽单位。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:吞吐量吞吐量是给定时段内通过介质传输的比特的量度。由于受各种因素影响，吞吐量经常与物理层实施（例如以太网）中指定的带宽不符。许多因素会影响吞吐量。其中包括被测网络上的流量、流量类型和网络设备的数量。在多路访问拓扑（如以太网）中，节点将竞争访问和使用介质。因而，每个节点的吞吐量随介质使用量的增加而减少。在拥有多个网段的网际网络或网络中，吞吐量不能超过从源到目的之间路径的最低链路速度。纵使这些网段全部或多数具备高速带宽，它也只使用那段低吞吐量的路径来创建整个网络的吞吐量瓶颈。实际吞吐量为测量可用数据的传输而创建的第三个量度。该量度被称为实际吞吐量。实际吞吐量是在给定时间内传输的可用数据的量度，它也是网络用户最感兴趣的量度。如图所示，实际吞吐量可测量应用层实体之间有效传输的用户数据，例如源Web服务器处理和目的Web浏览器设备。它们的不同之处在于，吞吐量测量的是比特传输，而不是可用数据的传输，实际吞吐量考虑了用作协议开销的比特。实际吞吐量就是吞吐量减去建立会话、确认和封装产生的流量开销。例如，假设LAN上的两台主机正在传输文件。LAN的带宽为100Mbps。由于存在共享和介质开销，两台计算机之间的吞吐量仅为60Mbps。包括封装处理TCP/IP协议栈的开销，目的计算机接收数据的实际速率（即实际吞吐量）只有40Mbps。显示视觉媒体8.3物理层—连接通信8.3.1物理介质的类型

第{{$PAGEVAR}}页1:物理层与网络介质和信号有关。该层按电压、射频或光脉冲表示和组织比特。各种标准组织从不同数据通信可用介质的物理属性、电气属性和机械属性等几个方面对介质进行了定义。这些规定可以保证电缆和连接器在不同的数据链路层物理实施中都能按预期工作。例如，铜介质的标准定义如下：使用的铜缆类型通信带宽使用的连接器类型连接至介质的引脚和颜色标记介质的最大距离该图显示了网络介质的某些特征。本节还将介绍常用铜介质、光介质和无线介质的一些重要特征。显示视觉媒体

8.3.2铜介质

第{{$PAGEVAR}}页1:数据通信最常用的介质是电缆，它采用铜线在网络设备之间传送数据比特和控制比特。用于数据通信的电缆通常由一组单独的铜线组成，这些铜线形成了专用于特定信号用途的电路。其它类型的铜缆（称为同轴电缆）的电缆中心有一根导线，封装在其它绝缘材料中。铜介质类型是由链接两个或多个网络设备的数据链路层所要求的物理层标准规定的。这些电缆可用于将LAN上的节点连接至中间设备，例如路由器和交换机。电缆还可以用于将WAN设备连接至数据服务提供商，例如电话公司。物理层标准规定了每个连接类型和附属设备的电缆要求。网络介质一般都使用标准配套的插头和插孔，连接和断开连接都很方便。另外，一种类型的物理连接器可用于多种类型的连接。例如，RJ-45连接器可广泛用于LAN中的一种介质类型以及某些WAN中的另一种介质类型。该图中显示了一些常用的铜介质和连接器。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:外部信号干扰在铜缆中，通过电脉冲传输数据。目的设备网络接口中的探测器接收的信号必须可成功解码为与发送的信号相符。这些信号的时间和电压值容易受到通信系统以外的干扰或“噪音”的影响。这些多余的信号会扭曲和损坏铜介质传送的数据信号。荧光灯、电动机以及其它无线电波和电磁设备都是潜在的噪音源。电线对屏蔽或绞合的电缆类型都是为了尽可能减少因电子噪音引起的信号衰减。以下方式也可以限制电子噪音对铜缆的影响：选择在特定的网络环境中最适用于保护数据信号的电缆类型或类别设计电缆基础设施来规避建筑结构中已知和潜在的干扰源使用包括正确处理和端接电缆的电缆技术右图显示了一些干扰源。显示视觉媒体

8.3.3非屏蔽双绞线(UTP)电缆

第{{$PAGEVAR}}页1:非屏蔽双绞线(UTP)电缆用于以太网LAN，它由四对带彩色标记的电线绞合在一起，然后包裹在一个柔软的塑料护套中构成。如图所示，彩色标记用于标识各对绞线和线对中的电线，以方便电缆端接。绞合电缆可以消除多余的信号。如果将电路中的两条电线紧密排列，则外部电磁场在每条电线中产生的干扰相同。线对绞合是为了保证两条电线尽可能紧密放置。如果常见干扰出现在双绞线电线中，接收器可采用相等的相反信号方式来处理。这样可以有效对消来外源电磁干扰产生的信号。该对消效果还有助于避免内源干扰（称为串扰）。串扰是由电缆中相邻电线对周围的磁场所产生的干扰。当电流流过电线时，它将在电线周围产生圆形磁场。当电流以反方向流过同一对中的两条电线时，磁场（即磁场相同，但作用力相反）之间就存在对消效果。此外，电缆中不同线对使用的每米绞合次数也不同，这是为了保护电缆不受电线对之间的串扰。UTP布线标准工作场所、学校和家庭的UTP布线通常采用电信工业协会(TIA)和电子工业联盟(EIA)共同制定的标准。TIA/EIA-568A规定了LAN安装的商业布线标准，它是LAN布线环境中最常用的标准。定义的一些要素有：电缆类型电缆长度连接器电缆端接测试电缆的方法电气电子工程师协会(IEEE)定义了铜缆的电特征。IEEE按照它的性能对UTP布线划分等级。电缆分类的依据是它们承载更高速率带宽的能力。例如，5(Cat5)类电缆通常用于100BASE-TXFastEthernet安装。其它类别包括增强型5(Cat5e)类电缆和6(Cat6)类电缆。为了支持更高的数据传输速率，人们设计和构造了更高类别的电缆。随着新的千兆位以太网技术的开发和运用，如今已经很少采用Cat5e类型的电缆，新建筑安装推荐使用Cat6类型的电缆。有些人使用现有的电话系统连接数据网络。这些系统中的布线常常使用比目前的Cat5+标准更低一级UTP形式。安装级别较低的布线虽然便宜，但可能使用周期不长，反而导致浪费。如果以后决定采用更快的LAN技术，可能要全盘更换安装的电缆基础设施。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:UTP电缆类型通过RJ-45连接器端接的UTP布线是网络设备之间的连接所常见的基于铜的介质，如带有路由器和网络交换机等中间设备的计算机。根据不同的布线约定，不同的场合可能需要使用不同的UTP电缆。这意味着要按照不同的顺序将电缆中的单个电线连接到RJ-45连接器的不同引脚组中。以下是通过使用指定的布线约定得到的主要电缆类型：以太网直通电缆以太网交叉电缆全反电缆图中显示了这些电缆的典型应用和这三种类型电缆的比较。在设备间错误使用交叉电缆或直通电缆不会损坏设备，但也无法连通设备并进行通信。这是实验室中的常见错误，如果没有连通，首先应进行故障排除，检查设备连接是否正确。显示视觉媒体

8.3.4其它铜缆

第{{$PAGEVAR}}页1:两种常用的其它类型的铜缆：1.同轴电缆2.屏蔽双绞线(STP)同轴电缆同轴电缆由一层柔软的绝缘体包裹铜导体组成，如图所示。绝缘材料的表皮是铜线编织或金属箔，作用相当于电路中的第二条电线，而且还可作为内部导体的屏蔽层。该第二层或屏蔽层还可减少许多外部电磁干扰。覆盖屏蔽层的材料是电缆表皮。所有同轴电缆的要素均围绕中心导体。因为它们都共享同一根轴，所以这种结构被称为同轴或短轴。同轴电缆的使用同轴电缆设计可用于不同用途。同轴电缆是在无线电和电缆接入技术中使用的一种重要电缆。同轴电缆用于将天线连接到无线电设备。同轴电缆可传送天线和无线电设备之间的射频(RF)能量。同轴电缆还被广泛应用于通过电线传输高射频信号的介质，尤其是有线电视信号。传统的有线电视（专有单向发射）全部由同轴电缆构成。有线电视服务提供商目前正在将单向系统转换为双向系统，以便让客户连通Internet。为了提供这些服务，需要使用多层光缆取代部分同轴电缆和支持放大的元件。但是，到客户所在地的最终连接和客户驻地的布线仍采用同轴电缆。光纤和同轴电缆的结合应用称为光纤同轴电缆混合网(HFC)。过去，同轴电缆用于以太网安装。如今，UTP与同轴电缆相比，成本更低且带宽更高，因此已取而代之成为所有以太网安装的标准。同轴电缆使用许多不同类型的连接器。右图显示了其中一些连接器的类型。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:屏蔽双绞线(STP)电缆网络中使用的另一种电缆是屏蔽双绞线(STP)。如图所示，STP使用的是四对整个包裹在金属编织网或金属箔中的电线。STP电缆屏蔽了电缆中的整捆电线和每个电线对。STP提供了比UTP电缆更好的噪音保护，但是价格明显更高。多年来，STP是令牌环网络安装指定要用的布线结构。随着令牌环使用的减少，对屏蔽双绞线布线的需求也急剧下降。以太网的新10GB标准规定使用STP布线。这可能会使人们对屏蔽双绞线布线重新产生兴趣。显示视觉媒体

8.3.5铜介质安全性

第{{$PAGEVAR}}页1:电气危险铜介质的一个潜在问题是铜线可能意外导电。这可致使人员和设备受到一系列的电气危险。故障网络设备可能将电流传导至其它网络设备的底盘上。此外，用于连接电源带有不同接地电压的设备时，网络布线可能会产生意外电压电平。使用铜线连接不同建筑物或不同楼层之间的网络时，如果建筑物或楼层之间的电源设施不同,就可能出现这种情况。最后，铜线会传导网络设备遭受雷击产生的电压。意外电压和电流会导致网络设备和连接的计算机损坏，或人员损伤。因此，必须要根据有关规范和建筑规定正确安装铜线，以避免潜在的危险和损害。火灾危险电缆绝缘体和表皮是易燃物，在加热和焚烧时会产生有毒气体。建设部门或组织会制定布线和硬件安装的相关安全标准。显示视觉媒体

8.3.6光纤介质

第{{$PAGEVAR}}页1:光缆使用玻璃或塑料光纤将光脉冲从源设备导至目的设备。通过光缆传输时，比特会被编码成光脉冲。光缆能够传送很高的原始数据带宽速率。目前，大多数传输标准都尚未接近该介质的潜在带宽。光缆与铜缆的比较如果光纤介质中使用的纤维不是电导体，那么该介质会抗电磁干扰，而且不会传导接地问题导致的多余电流。因为光纤很细且具有相对低的信号丢失，并且它们的作用距离比铜介质更长，并且无需再生信号。有些光纤物理层规范允许的长度高达数公里。光纤介质实施问题包括：通过相同距离（但容量更大）的成本比铜介质更昂贵（通常）端接和接头电缆设施要求具备不同的技能和设备要比处理铜介质还谨慎目前，在大多数企业环境中，光纤主要用作数据分布层设备间的高流量点对点连接和拥有多栋建筑物的校园建筑物互连的主干布线。光纤不会导电且信号丢失率低，因此非常适合这些场合应用。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:线缆结构光纤线缆由PVC表皮和一系列包裹着光纤及其涂层的加强材料组成。涂层实际包裹着玻璃或塑料光纤，以防光纤中的光丢失。因为光仅以单向通过光纤，如果支持全双工操作，则需要两根光纤。光纤跳线是将两根光纤线缆捆绑在一起，并通过一对标准的单光纤连接器端接。有些光纤连接器可以在一个连接器上同时容纳传送和接收光纤。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页3:产生和检测光信号用激光或发光二极管(LED)产生的光脉冲来表示介质上以比特为单位的传输数据。电子半导体设备（称为光电二极管）检测光脉冲并将其转换为可重现为数据帧的电压。注：通过光缆传输的激光会损伤人眼。操作时务必小心，不要直视活跃的光缆端。单模和多模光纤光缆通常可分为两种类型：单模和多模。单模光纤传送单束光线，通常是由激光发射的。由于激光是单向且沿着光纤的中心传输，此类光纤可将光脉冲传输到更远的距离。多模光纤通常使用LED发射器，它们不会产生单束相干光波。而是让LED发出的光从不同角度进入多模光纤。因为以不同角度进入光纤的光沿着光纤传输所需要的时间不同，所以长距离的光纤传输会使脉冲在接收端变弱。这种效应被称为模式色散，这限制了多模光纤部分的长度。多模光纤以及随之使用的LED光源都比单模光纤便宜，并且采用的激光发射器技术。显示视觉媒体

8.3.7无线介质

第{{$PAGEVAR}}页1:无线介质以无线电和微波频率传送代表数据通信二进制数字的电磁信号。作为网络介质，无线不像铜介质和光纤介质那样受限于导体或路径。无线数据通信技术非常适合开放环境。但是，在楼宇和建筑物中使用的某些建筑材料以及当地地形将会限制它的有效覆盖。此外，无线电易受干扰，可能会受到家庭无绳电话、某些类型的荧光灯、微波炉和其它无线通信装置等常见设备的干扰。而且，无线通信覆盖无需接入介质和设备的物理接线，所以没有获得网络访问授权的用户也可以访问传输。因此，网络安全是无线网络管理的重要组成部分。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:无线网络的类型无线数据通信的IEEE和电信行业标准包括数据链路层和物理层。四种常用数据通信标准可适用于无线介质：标准IEEE802.11-通常也称为Wi-Fi，是一种无线LAN(WLAN)技术，它采用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)介质访问过程使用竞争或非确定系统。标准IEEE802.15-无线个域网(WPAN)标准，通常称为“蓝芽”，采用装置配对过程进行通信，距离为1到100米。标准IEEE802.16-通常称为微波接入全球互通(WiMAX)，采用点到多点拓扑结构，提供无线带宽接入。全球移动通信系统(GSM)-包括可启用第2层通用分组无线业务(GPRS)协议的物理层规范，提供通过移动电话网络的数据传输。其它诸如卫星通信之类的无线技术，则在无法使用其它连接的地方提供数据网络连通性。包括GPRS在内的协议能使数据在地面基站和卫星链路间传输。在上述各例中，物理层规范适用的领域包括：数据到无线信号编码、传输频率和功率、信号接收和解码要求、以及天线设计和结构。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页3:无线LAN常见的无线数据实施能使设备通过LAN以无线方式连接。通常，无线LAN要求具备下列网络设备：无线接入点(AP)-集中用户的无线信号，并常常使用铜缆连接到现有基于铜介质的网络基础架构，如以太网。无线NIC适配器-能够为每台网络主机提供无线通信。随着技术的发展，许多以太网WLAN标准应运而生。在购买无线设备时要格外小心，必须确保它的兼容性和互操作性。标准包括：IEEE802.11a-工作频段为5GHz，速度高达54Mbps。由于此标准的工作频率较高，因此它的覆盖面积较小、透过建筑物体的效率较低。据此标准工作的设备不能和下文所描述的基于802.11b和802.11g标准的设备互操作。IEEE802.11b-工作频段为2.4GHz，速度高达11Mbps。实施该标准的设备相距较远，它比基于802.11a标准的设备具有更好的透过建筑物体的能力。IEEE802.11g-工作频段为2.4GHz，速度高达54Mbps。实施该标准的设备可以在和802.11b相同的射频和范围内工作，但有802.11a标准的带宽。IEEE802.11n-IEEE802.11n标准目前正在起草中。提议的标准规定频率为2.4Ghz或5GHz。预计数据速率为100Mbps至210Mbps、距离长达70米。无线数据通信技术的益处是显而易见的，尤其是节省了昂贵的驻地布线，而且方便主机移动。但是，网络管理员需要制定和应用严格的安全策略和流程保护无线LAN，防止网络遭受不速之客的访问和破坏。LAN交换和无线课程将详细介绍这些无线标准和无线LAN实施。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页4:在本次练习中，您可以在家中或小型企业中使用典型的设置方式探索无线路由器连接ISP的方式。我们鼓励您使用此类无线设备建立自己的模型。请单击PacketTracer图标了解详细信息。显示视觉媒体

8.3.8介质连接器

第{{$PAGEVAR}}页1:常见的铜介质连接器不同的物理层标准规定使用不同的连接器。这些标准规定了连接器的机械尺寸和他们在不同实施中所采用的各种连接器的可接受电气性能。虽然有些连接器外观相同，但根据它们适用的物理层规范，它们具有不同的布线方式。ISO8877指定RJ-45连接器可用于各种物理层规范，以太网只是其中的一种。其它规范，如EIA-TIA568描述了以太网直通电缆和交叉电缆的电线颜色与引脚搭配（线序）。尽管可以预先购买各种类型的铜缆，但在某些情况下，尤其在LAN安装中，仍可现场进行铜介质端接。这些端接包括在Cat5介质端压接RJ-45水晶头来来制作电缆，也包括在110配线面板和RJ-45插头上进行压线连接。右图显示了一些以太网布线组件。显示视觉媒体

第{{$PAGEVAR}}页2:正确的连接器端接每次端接铜缆后，都有可能丢失信号，并对通信电路产生噪音。以太网工作场所配线规范规定配线必须将计算机连接到活动的网络中间设备。如果端接不正确，每