網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)13840課件

第二章

網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中北大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院SchoolofElectronicsandComputerScienceandTechnology.NUC

交換今日汗水，傳輸介質(zhì)要在網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)之間傳輸比特，就必須先找到一個(gè)在站點(diǎn)之間傳送信號(hào)的方法，也就是說必需建立有效的物理連接。傳輸介質(zhì)提供了這種最基本的連接。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸介質(zhì)有有線和無線兩大類。雙絞線、同軸電纜和光纖是常見的三種有線傳輸介質(zhì)。我們將討論這幾種建立物理連接的方法，同時(shí)還將介紹使用微波和衛(wèi)星傳送的無線通信技術(shù)。雙絞線雙絞線是由螺旋狀纏繞在一起的成對(duì)絕緣導(dǎo)線組成的。每對(duì)導(dǎo)線按照一定密度相互對(duì)絞，一根導(dǎo)線在傳輸信號(hào)時(shí)的電磁輻射會(huì)被另一根導(dǎo)線上的電磁輻射抵消，從而減少相互間的電磁干擾。雙絞線的分類雙絞線通常被捆扎起來，并裹上保護(hù)層。按照保護(hù)層的區(qū)別，雙絞線分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線UTP非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，UTP）屏蔽雙絞線STP屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，STP）內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣層箔屏蔽銅屏蔽外套同軸電纜同軸電纜是另一種常用的金屬導(dǎo)體傳輸介質(zhì)。同軸電纜的結(jié)構(gòu)由四個(gè)部分組成：同軸電纜的類型規(guī)格類型阻抗描述RG-58UThinwire50Ω固體實(shí)心銅線RG-58A/UThinwire50Ω絞合線RG-58C/UThinwire50ΩRG-58A/U的軍用版本RG-59CATV75Ω寬帶電纜，用于有線電視網(wǎng)RG-8Thickwire50Ω固體實(shí)心線RG-11Thickwire50Ω標(biāo)準(zhǔn)實(shí)心線RG-62Baseband93Ω用于ARCnet和IBM3270終端基帶同軸電纜在局域網(wǎng)中常用的基帶同軸電纜的特性阻抗為50Ω，有兩類：RG-8或RG-11的粗纜和RG-58細(xì)纜，應(yīng)用于最初的以太網(wǎng)物理層；粗纜以太網(wǎng)（10Base5） 應(yīng)用于最初的以太網(wǎng)，采用直徑約1cm的硬同軸電纜；使用刺入式收發(fā)器和AUI電纜組成總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)細(xì)纜以太網(wǎng)（10Base2） 細(xì)纜是在20世紀(jì)80年代用于以太網(wǎng)的最流行的傳輸介質(zhì)；BNC接頭，連接在T型連接器的兩端光纜光纜是由能傳送光波的超細(xì)光導(dǎo)纖維制成的。光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，由纖芯和包層構(gòu)成雙層同心圓柱體。光纖信道光纖信道中的光源可以是發(fā)光二極管LED（LightEmittingDiode）或注入式激光二極管ILD（InjectionLaserDiode）。這兩種器件都可以在有電流通過時(shí)發(fā)出光脈沖；光脈沖通過光導(dǎo)纖維傳播到達(dá)接受端；接受端有一個(gè)光檢測器——光電二極管，它遇光時(shí)產(chǎn)生電信號(hào)，這樣就形成了一個(gè)單向的光傳輸系統(tǒng)；如果我們采用適當(dāng)?shù)姆椒?，如使用一?duì)光纖或建立環(huán)型結(jié)構(gòu)，就可以達(dá)到信息點(diǎn)相互通信的目的。多模光纖和單模光纖在光纖中，只要射到光纖表面的光線的入射角大于某一個(gè)臨界角度，就可以產(chǎn)生全反射。因此，許多條不同角度入射的光線可以在一條光纖中傳輸，不同的傳播模式有不同的電磁場分布和不同的傳播路徑，這樣的光纖被稱為多模光纖。光波在光纖中以什么模數(shù)傳播，這與光纖核心層和包層的折射率、芯線的直徑以及工作波長有關(guān)。如果核心層芯線的直徑小到光波波長大小，則光纖就成為波導(dǎo)，光在其中無反射地沿著芯線傳播，這種光纖被稱為單模光纖。多模光纖和單模光纖按照核心層/包層直徑的差別列舉的一些常見規(guī)格。8.3/125μm

單模62.5/125μm

多模（局域網(wǎng)推薦）50/125μm

多模100/140μm

多模多模光纖單模光纖A、低速、短矩離傳輸B、成本低C、寬線芯、低效、耗散大D、2kmA、高速、長距離傳輸B、成本高C、窄線芯、高效、耗散小D、60km（需要激光）光纖的結(jié)構(gòu)如圖所示，光纖由纖芯、包層、一次涂敷層和套層組成光纖的結(jié)構(gòu)纖芯：位于光纖中心，直徑為5～75μm，作用是傳輸光波；包層：位于纖芯外層，直徑為100～150μm，作用是將光波限制在纖芯中；一次涂敷層：是為了保護(hù)裸光纖（即纖芯和包層）而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮樹脂層，厚度為30～150μm；套層：又稱二次涂覆或被覆層，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龍等材料。經(jīng)過二次涂敷的裸光纖即構(gòu)成光纖芯線。光纖的分類光纖通常按照應(yīng)用來進(jìn)行分類，主要有兩種分類方法：按照傳輸模數(shù)分類和按照光纖纖芯折射率分布分類。我們已經(jīng)知道，按照傳輸原理，光纖被分為單模光纖（SingleModefiber）和多模光纖（MultiModefiber）。按照纖芯折射率分布劃分，光纖被分為階躍型光纖（SIF）、漸變型光纖（GIF）和W型光纖。光纖纖芯折射率分布的分類光纜的結(jié)構(gòu)由于目前通用的光纖是石英光纖，其質(zhì)地脆，易斷裂，不便于施工敷設(shè)，不適應(yīng)各種場合的使用。為了使其具備一定的機(jī)械強(qiáng)度，在實(shí)際的通信線路中，將光纖制成各種結(jié)構(gòu)形式的光纜，以適應(yīng)各種環(huán)境的使用和保證傳輸性能可靠、穩(wěn)定。光纜一般由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。中心束管式多芯光纜的剖面結(jié)構(gòu)示意芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束實(shí)際使用的光纜分類光纜的傳輸性能是由光纜中光纖的質(zhì)量來決定的，而光纜的物理性能和環(huán)境性能則是由護(hù)套層來決定的。分類方法光纜種類按所使用的光線分類單模光纜、多模光纜、（階躍型、漸變型）按纜芯結(jié)構(gòu)劃分層絞式、骨架式、大束管式、帶式、單元式按外護(hù)套結(jié)構(gòu)分類無鎧裝、鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝按光纜中有無金屬分類有金屬光纜、無金屬光纜按維護(hù)方式分類充油光纜、充氣光纜按敷設(shè)方式分類直埋光纜、管道光纜、架空光纜、水底光纜按適用范圍分類中繼光纜、海底光纜、用戶光纜、局內(nèi)光纜、長途光纜光纖的物理特性光纖的損耗特性和色散特性是光纖的主要特性，決定了光纖的最大傳輸距離和最大傳輸帶寬。光纖的損耗特性光纖本身的損耗：吸收損耗和散射損耗光纖與光源耦合損耗光纖之間的連接損耗光纖的色散特性模式色散材料色散波導(dǎo)色散多模光纖→單模光纖850nm→1300nm→1550nm發(fā)光二極管LED→注入式激光二極管ILD光纖通信的優(yōu)點(diǎn)首先光纖可提供更高的帶寬，多模光纖的帶寬可達(dá)7GHz，單模光纖的帶寬可達(dá)200GHz，一對(duì)單模光纖在理論上可以提供幾億路電話的容量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅質(zhì)線纜。光纖具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率、極寬的頻帶、低誤碼率和低延遲。其次，光傳輸不受電磁干擾，光纖埋在鐵路路基上，甚至與高壓線同桿并行架設(shè)也不會(huì)受到干擾；光傳輸不可能被偷聽，因此它的安全性和保密性好。最后，光纖重量輕、體積小、耐腐蝕、鋪設(shè)容易，埋入地下或海底可以長時(shí)間不被腐蝕。常見光纖接頭FC－PC型光尾纖接頭外形圖SC－PC型光尾纖接頭外形圖ST-PC型光尾纖接頭外形圖FC/PC－SC/PC型光尾纖外形圖網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)同軸電纜

同軸電纜由中心的一根導(dǎo)線和包圍在某外邊的圓筒狀導(dǎo)體組成

粗纜AUI（10Mbps、500m)細(xì)纜BNC（10Mbps、185m）

非屏蔽雙絞線

UTP4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)銅纜構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)：選用RJ45連接器

CATEGORY310MbpsCATEGORY5100Mbps屏蔽雙絞線

STP屏蔽雙絞線是屏蔽技術(shù)和絞線技術(shù)的結(jié)合體，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾，抗無線電干擾的能力。

光纜

采用光信號(hào)不受電磁干擾，傳輸距離長

無線信道無線傳輸介質(zhì)一般不是人為架設(shè)的介質(zhì)，而是自然界所存在的介質(zhì)，這種介質(zhì)就是廣義的無線介質(zhì)。在這些無線介質(zhì)中完成通信稱為無線通信。有許多無線介質(zhì)可以替換電纜：無線電波、紅外線信號(hào)以及微波等。因此，在使用電纜非常困難或者說根本不可能時(shí)，無線通信可以出色地代替電纜。但是使用無線通信時(shí)有一個(gè)非常重要的限制：同一介質(zhì)的其他信號(hào)、太陽黑子的運(yùn)動(dòng)、電離層變化和其他大氣干擾都會(huì)對(duì)通信信號(hào)形成干擾，從而會(huì)產(chǎn)生許多問題。無線電BS基站用戶計(jì)算機(jī)和終端BS基站覆蓋的無線電區(qū)域固定終端點(diǎn)（基站）和終端之間是無線鏈路F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率微波技術(shù)微波通信系統(tǒng)可分為地面微波中繼系統(tǒng)和衛(wèi)星微波系統(tǒng)，兩者之間的功能相似，但通信能力有很大區(qū)別。地面微波系統(tǒng)地面微波系統(tǒng)由視距范圍內(nèi)的兩個(gè)相互對(duì)準(zhǔn)方向的拋物面天線組成，由于微波在空間是直線傳輸，而地球表面是個(gè)曲面，因此地面?zhèn)鬏數(shù)木嚯x受到限制，一般在50km左右。若采用100m的天線塔，則距離可增加到100km。地面微波中繼為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，必須在一條無線通信信道的兩個(gè)終端之間建立若干個(gè)中繼站。中繼站把前一站送來的信號(hào)經(jīng)過放大后再傳送到下一站，這種傳遞不斷持續(xù)下去就可以實(shí)現(xiàn)視線被地表切斷的兩個(gè)站點(diǎn)間的傳輸?shù)厍虻孛嬲局g的直視線路微波傳送塔衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星上的微波天線接收地面發(fā)送站發(fā)送的信號(hào)，經(jīng)過放大后再轉(zhuǎn)發(fā)給地面接收站，通信衛(wèi)星可看作是懸在太空中的微波中繼站。地球地面站地面站商業(yè)衛(wèi)星通信波段波段上行頻段（GHz）下行頻段（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地球同步衛(wèi)星與地面站相對(duì)固定位置使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球36,000公里地球紅外線技術(shù)和激光技術(shù)紅外線傳輸用于短距離通信，如電視、錄象機(jī)等的遙控也可用于無線LAN缺點(diǎn)：不能穿透固體激光傳輸應(yīng)用：在屋頂用激光連接兩個(gè)建筑物的LAN缺點(diǎn)：不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響移動(dòng)通信手段無線通信系統(tǒng)；微波通信系統(tǒng)。頻率在100MHz-10GHz的信號(hào)叫做微波信號(hào)，它們對(duì)應(yīng)的信號(hào)波長為3m-3cm；蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。多址接入方法主要是有：頻分多址接入FDMA，時(shí)分多址接入TDMA與碼分多址接入CDMA；衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。商用通信衛(wèi)星一般是被發(fā)射在赤道上方35900km的同步軌道上常用無線技術(shù)IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)微波、IrDA紅外線接口藍(lán)牙（Bluetooth，IEEE802.15）HomeRFIEEE802.11與DECT的結(jié)合DECT，DigitalEnhanceCordlessTelephone主要傳輸介質(zhì)的比較雙絞線同軸電纜光導(dǎo)纖維微波衛(wèi)星數(shù)據(jù)速率隨導(dǎo)線類型而定，快速以太網(wǎng)可達(dá)100Mb/s在1～2km距離上可達(dá)到800Mb/s，以太網(wǎng)中的基帶同軸電纜為10Mb/s2～3Gb/s的比特速率已經(jīng)非常普及，有報(bào)道已達(dá)到28Gb/s的速度取決于信號(hào)頻率和應(yīng)用方式，速率從10Mb/s到300Mb/s不等和微波一樣取決于信號(hào)頻率，10～300Mb/s，隨著Ka波段的普及可望達(dá)到更高的速度對(duì)干擾的敏感度UTP存在電磁干擾，STP性能接近同軸電纜保護(hù)層將屏蔽掉大部分電磁干擾對(duì)電磁干擾具有免疫性存在干擾，兩端點(diǎn)間必須存在直線連接大氣條件將產(chǎn)生干擾，頻率越高，影響越嚴(yán)重距離取決于導(dǎo)線類型和傳輸技術(shù)，以太網(wǎng)不使用中繼為100m取決于傳輸技術(shù)，以太網(wǎng)中不加中繼情況下細(xì)纜為185m，粗纜為500m遠(yuǎn)程通信可達(dá)100km，以太網(wǎng)中單模光纖為3km，多模光纖為2km50km左右，但具體情況視天線的高度和兩端點(diǎn)間的地形全球范圍內(nèi)主要傳輸介質(zhì)的比較雙絞線同軸電纜光導(dǎo)纖維微波衛(wèi)星典型用途適用于空間有限和不要求高速率的情況下基帶同軸電纜為早期以太網(wǎng)使用，寬帶同軸電纜應(yīng)用于CATV中用于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，也用作局域網(wǎng)主干通常用于無法或不宜鋪設(shè)電纜的情況下，也用于LAN連接綜合業(yè)務(wù)、全球通信評(píng)價(jià)適應(yīng)結(jié)構(gòu)化布線，價(jià)格低廉，UTP的抗噪性較差能夠輕易的添加設(shè)備，接合方便高帶寬、接合需要專業(yè)技術(shù)，設(shè)備價(jià)格較高易受干擾，站點(diǎn)間建造新建筑時(shí)將產(chǎn)生問題成本與距離無關(guān)，難以防止非法接受，高延遲通信介質(zhì)的選擇保證最好的價(jià)格速率比：參考標(biāo)準(zhǔn)：費(fèi)用距離傳輸速率（帶寬）信號(hào)干擾施工布線安全：（建筑規(guī)則、消防規(guī)則）雙絞線制作所需工具RJ-45接頭（水晶頭）若干雙絞線一根雙絞線壓線鉗雙絞線測線器RJ-45接頭線序直通線交叉線跳線DTE：網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備Computer、RouterDCE：網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備Switch、Modem直通線交叉線制作步驟取線取一條符合布線長度要求的網(wǎng)線制作步驟剝線