2023學年完整公開課版物理層介質(zhì)

第4章：網(wǎng)絡(luò)訪問物理層協(xié)議物理層連接物理層的特征物理層的用途23網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)有三種基本形式。物理層為每種介質(zhì)制定的位的表示方式及分組如下：銅纜：信號為電脈沖模式。光纜：信號為光模式。無線：信號為微波傳輸模式。物理層介質(zhì)4為了實現(xiàn)物理層的互操作性，這些功能的各個方面都由標準組織管理。圖中顯示了適用于不同介質(zhì)類型的信號的示例：銅纜、光纜和無線。銅纜使用電子信號，光纖使用光脈沖，而無線使用微波信號。物理層介質(zhì)5同軸電纜的結(jié)構(gòu)如圖所示。它由內(nèi)導體銅芯線、絕緣層、外導體屏蔽層及外部塑料保護層組成。同軸電纜6同軸電纜同軸電纜的特性參數(shù)由內(nèi)導體、外導體屏蔽層及絕緣層的電參數(shù)與機械尺寸決定。同軸電纜的結(jié)構(gòu)使得它有較高的帶寬和抗噪性能。同軸電纜比雙絞線的屏蔽性更好，在更快的速度上可以傳輸?shù)母h。主要有兩種廣泛使用的同軸電纜，一種是50Ω電纜，用于數(shù)字傳輸；另一種是75Ω電纜，用于模擬傳輸。7雙絞線現(xiàn)在的計算機網(wǎng)絡(luò)中，無論是廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)，是傳輸模擬信號還是數(shù)字信號，雙絞線都是最常用的傳輸介質(zhì)。雙絞線由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的2根、4根或8根絕緣導線組成。一對線可以作為一條通信線路，各個線對螺旋排列的目的是為了使各線對之間的電磁干擾最小。局域網(wǎng)中所使用的雙絞線主要有屏蔽雙絞線（STP）與非屏蔽雙絞線（UTP）兩個類別。8雙絞線屏蔽雙絞線由外部保護層、屏蔽層與多對雙絞線組成。非屏蔽雙絞線沒有屏蔽層，只是由外部保護層與多對雙絞線組成。9光纖即光導纖維。光纖通信是利用光纖傳輸光脈沖信號進行通信。一般以光脈沖出現(xiàn)表示“1”，不出現(xiàn)表示“0”。光纖信道的帶寬很高，它可以提供極高的信息傳輸速率，而且傳輸損耗小，目前是其他傳輸介質(zhì)無法比擬的。所以，光纖是網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用前途最廣泛的一種。光纖10光纖是一種直徑為8μm∽100μm的柔軟、能傳導光波的介質(zhì)，光纖可由玻璃、塑料和高純度石英玻璃纖維來制造，其中使用超高純度石英玻璃纖維制作的光纖可得到最低的傳輸損耗。在折射率較高的單根光纖外面，用折射率較低的包層包裹起來，就可以構(gòu)成一條光纖通道。光纖11多條光纖組成一束，就構(gòu)成一條光纜，如圖(a)所示。光導纖維通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號，其過程如圖(b)所示。光纖12光纖因為光纖纖芯的折射系數(shù)高于外部包層的折射系數(shù)，因此可以形成光波在光纖纖芯與包層的界面上的全反射。光纖工作常用的三個頻段的中心波長分別為0.85μm、1.30μm與1.55μm。所有的3個頻段的帶寬都在25000GHz∽30000GHz，因此光纖的通信容量是很大的。13光纖光纖和銅線比較由很多優(yōu)點。光纖可以提供比銅線高得多的帶寬，因此它可以用于高速的網(wǎng)絡(luò)。光纖傳輸比銅線衰減小，長距離傳輸可以使用較少的中繼器。光纖傳輸不受電磁干擾，因而減少了誤碼率。光纖難于拼接，但因此光纖傳輸也難于被竊聽，安全性高。但光纖傳輸系統(tǒng)比銅線價格要昂貴。14無線通信電磁波的傳播有兩種方式：一種是在自由空間中傳播，即通過無線方式傳播；另一種是在有限制的空間區(qū)域內(nèi)傳播，即通過有限方式傳播，如使用同軸電纜、雙絞線、光纖傳輸電磁波的方式。15無線通信電磁波譜中，按照頻率由低向高排列，電磁波可以分為無線（Radio）、微波（Microware）、紅外（Infrared）、可見光（VisibleLight）、紫線（Ultraviolet，UV）、X射線（XRays）與γ射線（γRays）。目前，用于通信的主要有微波、紅外與可見光。16無線通信（1）微波通信。頻率在100MHz∽10GHz的電磁波信號叫做微波信號，它們對應(yīng)的信號波長為3m∽30mm。主要特點：只能進行直線傳播，沒有繞射功能，所以兩點間的微波信號只能在可視的情況下才能正常接收。17無線通信（2）蜂窩無線通信。為了提高覆蓋區(qū)域的系統(tǒng)容量并充分利用頻率資源，人們提出了小區(qū)制的概念：將一個大區(qū)制覆蓋的區(qū)域劃分成多個小區(qū)，每個小區(qū)（Cell）中設(shè)立一個基站（BaseStation），通過基站在用戶的移動臺（MobileStation）之間建立通信。18無線通信（3）衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信具有覆蓋面積大、通信距離遠、費用與通信距離無關(guān)、不受地理條件的限制、通信信道帶寬寬、可進行多址通信與移動通信等優(yōu)點，因此它在最近的30多年里獲得了迅速的發(fā)展，并成為現(xiàn)代主要的通信手段之一。19無線通信使用衛(wèi)星通信時，會產(chǎn)生傳輸延時。由于發(fā)送站要通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號到接收站，如果從地面發(fā)送到衛(wèi)星的信號傳輸時間為Δt，不考慮轉(zhuǎn)發(fā)中處理時間，