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1、Ch4 网络传输介质,2022年11月23日,1,网络传输介质的特性,物理特性：介质物理结构的描述传输特性：允许使用的信号类型、调制技术、传输容量和信号频率范围等连通特性：允许点-点连接或多点连接（共享介质连接）地理范围：最大的传输距离抗干扰性：噪声干扰对数据传输的影响能力相对价格：相关器件、安装、维护等费用其他特性,2022年11月23日,2,网络传输介质的选择,选择网络传输介质需考虑很多相关的因素谁确定网络传输介质的选用？何时确定？选择网络传输介质应考虑的主要因素计算机网络的拓扑结构计算机网络的规模、节点之间的距离联网设备和联网计算机提供的接口类型期望的网络性能和付出的代价,2022年11
2、月23日,3,网络传输介质的使用,网络传输介质的铺设根据网络建设和使用者的不同需求，不同类型的传输介质可能会采用不同的铺设方式如何把设备和网络传输介质连接起来？需要根据不同的传输介质类型和设备提供的接口类型选用不同的连接接头或连接方式网络传输介质的维护与监控网络传输介质的安全性问题,2022年11月23日,4,网络传输介质的种类,2022年11月23日,5,同轴电缆概述,同轴电缆的发展历史和现状最初是为长距离传输模拟信号而设计最早期的局域网技术采用基带传输技术的同轴电缆现在主要应用领域仍然是模拟信号的传输同轴电缆的主要应用领域和适用的拓扑结构模拟信号传输点对点结构局域网络通信共享介质的总线结构
3、同轴电缆适用的信号和传输技术模拟信号传输模拟信号基带传输/频带传输局域网络通信数字信号基带传输缘何称为同轴电缆Coaxial Cable？根据同轴电缆的组成结构而命名,2022年11月23日,6,同轴电缆的结构,2022年11月23日,7,同轴电缆的分类,根据电缆频带的不同分类基带同轴电缆基带传输技术（模拟/数字信号，用于计算机网络时为数字信号，阻抗为50欧姆。）根据电缆直径不同分为两种。粗同轴电缆（粗缆）内芯导体直径为1/2英寸用于10Base-5以太网细同轴电缆（细缆）内芯导体直径为1/4英寸用于10Base-2以太网宽带同轴电缆又称射频电缆，频带传输技术（模拟信号，采用频带复用技术在一条
4、电缆中同时传输多路模拟信号，主要用于有线电视系统等领域，阻抗为75欧姆。）,2022年11月23日,8,粗缆,最早的以太网Ethernet技术采用粗同轴电缆作为共享传输介质，目前已经淘汰。粗缆的阻抗为50欧姆，电缆标准代号为RG-8/RG-11,无中继时最大传输距离为500米，应用于10BASE-5物理层标准。粗缆的安装和使用相对困难，成本较高，但达到的网络传输性能比细缆好，适用于规模较大的局域网。,2022年11月23日,9,10Base-5粗缆网,2022年11月23日,10,50欧姆粗缆收发器、收发电缆AUI接口、终结电阻500m、2500m5个网段、4个中继器每网段最大节点数100个最
5、小间距2.5m、10Mbps,AUI接口/接头,细缆,细缆是在粗缆网络构建与使用过程中产生的一系列“麻烦”问题的基础上进行改进和演变而形成的新型传输介质。细缆的阻抗为50欧姆，电缆标准代号为RG-58，无中继时的最大传输距离为185米（约等于200米），主要应用于10BASE-2物理层标准。细缆的安装和使用相对容易，组网成本较低，但达到的网络传输性能比粗缆差，但能很好满足大多数场合的需要，适用于规模较小的局域网，在计算机网络发展历史中有重要地位。,2022年11月23日,11,10Base-2细缆网,2022年11月23日,12,50欧姆粗缆BNC T型/桶型连接器BNC接口、终结电阻185m
6、、925m5个网段、4个中继器每网段最大节点数30个最小间距0.5m、10Mbps,粗缆/细缆以太网的5-4-3规则,使用细缆组网,2022年11月23日,13,双绞线概述,双绞线的发展历史和现状最初是为语音通信而设计的传输介质现在应用于近距离通信的高速局域网双绞线的主要应用领域和适用的拓扑结构语音通信领域点对点结构局域网络通信点对点结构或共享介质双绞线适用的信号和传输技术语音通信领域模拟信号基带传输局域网络通信数字信号基带传输缘何称为双绞线Twisted Pair Cable ？两根平行的传输介质在传输信号的过程中有明显的天线效应，既可以发射传输的信号，也容易受外界干扰信号的影响。两根（一对
7、）线按一定密度绞合在一起可显著地降低天线效应，绞合密度应根据传输信号频率（即数据传输速率）来确定。,2022年11月23日,14,双绞线的分类,按是否进行屏蔽划分UTP：Unshielded Twisted-Pair非屏蔽双绞线STP：Shielded Twisted-Pair屏蔽双绞线FTP：Foil Twisted-Pair单层整体屏蔽双绞线,2022年11月23日,15,STP,屏蔽双绞线Shielded Twisted-Pair的屏蔽层可以有效减小辐射，但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高，安装比非屏蔽双绞线困难。由于有屏蔽层，电缆硬度大，不易弯曲。类似于同轴电缆，屏蔽层必须专
8、门处理，必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。STP/FTP具有较高的传输速率，5类线在100米内可达到155Mbps，而同类UTP仅达到100Mbps。仅在特定应用领域或物理安全性等要求较高时才采用STP或 FTP。,2022年11月23日,16,STP的结构,2022年11月23日,17,UTP,无屏蔽外套直径小，节省所占用的空间。 重量轻，易弯曲，易安装。将串扰减至最小或加以消除。具有较好的阻燃性。具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。线缆成本和安装维护成本均较低。一般场合下均选用UTP作为网络传输介质。,2022年11月23日,18,UTP的结构,2022年11月23日
9、,19,双绞线的类别,一类线：主要用于语音传输（主要用于八十年代初之前的电话线缆），不能用于数据传输。 二类线：传输频率为1MHZ，用于语音传输和最高传输速率为4Mbps的数据传输，常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧令牌环网络。三类线：传输频率16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输,主要用于早期以太网物理层标准10BASE-T。四类线：传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率为16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10BASE-T以太网。,2022年11月23日,20,双绞线的类别,五类线：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输
10、频率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络。这是最常用的以太网电缆。超五类线：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（S/N）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆铜缆以太网（1000Mbps）。六类线：该类电缆的传输频率为1MHz-250MHz，提供2倍于超五类的带宽，传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。超六类线：是六类线的改进版，主要应用于千兆位网络中，在传输频率和速率方面与六类线一样，只是在串扰、衰减和信噪比等方面有较大改善。
11、七类线：是最新的一种双绞线，主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展。它仅有屏蔽型双绞线，传输频率至少可达500 MHz，是六类线和超六类线的2倍以上，传输速率可达10Gbps。,2022年11月23日,21,UTP的使用,当前设计计算机网络时，常选用5类/超5类/6类UTP，适用于星型拓扑结构和树型拓扑结构的网络10/100/1000Base-Tx标准。每根UTP电缆/跳线的两头可各自连接一个设备。采用RJ-45标准的接口与接头连接设备和UTP。每根UTP电缆构成一个点对点的通信信道。连接两个设备的UTP电缆最大长度为100m。根据布线和线路走向的需要，连接两个设备的UTP电缆可以由多段串接
12、而成，但最好是直通不间断式的连接方式。,2022年11月23日,22,10Base-T网络,2022年11月23日,23,星型结构的网络中有一个中心网络设备，早期网络中采用集线器HUB，现在网络中采用性能更好的交换机。,集线器或交换机是一个多端口的网络设备。每个端口都可以使用双绞线连接一个计算机或其他网络设备，这条双绞线的长度限制在100米之内。,RJ-45接口,使用UTP组网,2022年11月23日,24,UTP RJ-45接口引脚定义,2022年11月23日,25,UTP RJ-45接线标准,2022年11月23日,26,EIA/TIA 568A标准,EIA/TIA 568B标准,请记住标
13、准双绞线中四组线的颜色：Orange、Green、Blue、Brown,两种UTP电缆的使用,2022年11月23日,27,交叉电缆或直通电缆,交叉电缆,直通电缆,常用双绞线品牌,2022年11月23日,28,光纤概述,光纤是光导纤维的简称，是使用石英玻璃或塑料制成的光信号传输介质。光缆由多根光纤共同构成，外形如同电缆。光纤/光缆的发展历史和现状20世纪60年代后期由英藉华人高锟（K.C.Kao)博士发明光纤。20世纪70年代中后期开始光纤/光缆开始应用于电信通信领域。20世纪80年代初计算机网络领域开始应用光纤作为高速远距离联网的传输介质。21世纪是光通信时代，光纤/光缆使用大幅增加，光通信
14、技术成为通信技术制高点。目前，光纤中的光信号只能单向传输，一次通信必须由收/发两根光纤组成双向信号传输通道实施，这样的传输通道也属于点对点的信道。当前绝大多数通信设备仍然是电信号设备，因此利用光纤通信须实现光/电信号转换，转换技术和设备等是制约光纤通信技术发展的主要因素之一。,2022年11月23日,29,光通信基本原理,2022年11月23日,30,光纤收发器,电光转换,电光转换,光电转换,光电转换,光纤收发器,电信号（发出）,电信号（接收）,电信号（接收）,电信号（发出）,光信号,光纤,光缆,光纤收发器由光/电转换和电/光转换两部分构成，类似于MODEM，实际上这两个部分可以合成一个设备。
15、当前很多高级网络通信设备直接集成光纤收发器，使得这些设备可直接使用光纤/光缆作为传输介质。,光纤的构成与工作原理,不及头发丝粗细的光纤一般由三层物质构成纤芯：具有高折射率的石英玻璃纤维或塑料纤维制成，是光传输的主要通道。约几微米几十微米包层：低折射率玻璃封套，提供反射面和光隔离。外套：一层很薄的塑料封套，其保护作用。光纤中信号传输的基本原理利用光的折射和反射原理。光缆由多根光纤加上辅助装置及外层护套等共同构成的，分为室内光缆和室外光缆。一般无法直接使用光纤！,2022年11月23日,31,光缆（室外）的构成,2022年11月23日,32,光缆（室内）的构成,2022年11月23日,33,光纤的
16、分类,2022年11月23日,34,多束光线以不同的反射角传播,光纤的直径减小到仅允许一个波长的光波传输，单束光线沿直线传播,多模光纤的纤芯直径一般为5062.5m，包层外直径125m，单模光纤的纤芯直径一般为8.3m，包层外直径125m。多模光纤一般采用普通的发光二极管LED作为光源，而单模光纤则需使用激光二极管LD最为光源。多模光纤常用的光波波长是850nm和1300nm，单模光纤常用的光波波长是1310nm和1550nm。多模光纤传输速率较低，传输距离有限，成本低，常用于短距离通信，尤其适用于建筑物内部。单模光纤传输速率和传输距离都较大，但成本较高，常用于高速远距离通信。,光纤/光缆的使
17、用,2022年11月23日,35,光通信设备,2022年11月23日,36,光通信的特点,和铜缆相比，光纤/光缆具有明显的优点，也有一些无法克服的缺点。传输信号频带宽，单根光纤通信容量大。信号在传输过程中衰减很小传输距离大。抗电磁干扰能力强，通信保密性强。抗化学腐蚀能力强，满足特定应用需求。光纤尺寸小，重量轻，便于运输和铺设。光纤制作原材料资源丰富，成本低。光纤弯曲半径不宜过小，切断和连接操作技术复杂，分路、耦合麻烦。,2022年11月23日,37,无线传输介质概述,利用有线传输介质组网的最大弱点布线带来的相关问题安装、使用、维护、升级等入网节点位置的相对固定性“尾巴”机动性灵活性较低无线传输
18、是指利用空气作为传输介质传输电磁波/光波信号的方式，通信的节点之间不存在物理连接。没有“烦恼的”网络布线问题大幅增加入网节点的移动性和机动性联网距离可以适当增加，网络覆盖范围大信号传输被干扰的可能性大，保密性问题突出无线传输一般采用点对点的方式进行。无线网络是对有线网络的重要补充，而不是完全替代有线网络，当前无线网络的传输速度、联网安全性等方面正在全面提高，使无线网络的重要性日趋显现。,2022年11月23日,38,电磁波频谱,2022年11月23日,39,频率资源是属于全人类的宝贵资源！当发射功率/传输距离达到规定范围时必须申请才能使用相应的信号频率。大部分频率资源掌握在美国人手里！,无线电
19、频段,2022年11月23日,40,无线电通信,2022年11月23日,41,低频段通过空气由地波直接传输，高频段通过电离层由天波传输。低频段无线电信号穿越障碍物能力较强，传输距离较远，但随距离的增大信号幅度衰减速度也快，抗干扰能力较低。高频段无线电信号穿越障碍物的能力较弱，接近于直线传输，传输距离较远，抗干扰能力较好，但受自然环境气候因素影响比较明显。无线电信号频率主要用于各种民用或军用目的，如广播、电视、电台等，频率资源基本占满，较少用于计算机网络。,微波频段,2022年11月23日,42,微波通信,2022年11月23日,43,微波信号频带宽，传输距离远，稳定性好，抗干扰能力强，受自然气
20、候因素影响较小，但通信成本较高，技术难度较大，通信保密性差。近距离通信时微波信号以直线方式传播，无需太大的发射功率就可以传输较远的距离。当需要更远的传输距离时，应采用中继的方式进行通信。第一种中继方式采用地面中继站实施，每50km左右设置一个中继站。第二种中继方式采用卫星中继实施，地面站把信号上行到卫星，再由卫星上的转发器下行到其他地面站。当前计算机无线网络中主要使用微波技术来实现，但可使用的微波频段资源也比较狭窄。,红外线和激光通信,红外线(Infrared)信号传输通信数据传输速度较低，常应用于双机点对点连接方式，如台式机和笔记本之间的通信，红外遥控器与接收装置之间的通信等。传输距离近，可
21、视直线距离，不能穿越障碍物。不受电磁波等干扰影响，抗干扰性好，但易受气候因素影响。不易被发现和截获，通信保密性较好。通信系统结构简单，成本低。通信协议由红外数据协会IrDA等组织制定推广。激光(Laser)信号传输激光是高度集中的单色相干光，20世纪60年代发明。激光在大气中传播时容易受到自然气候因素的影响，因此无线激光通信主要应用于太空通信领域。常见的激光通信是指光纤通信中使用激光作为光源实施的通信。,2022年11月23日,44,无线通信技术规范,蓝牙技术BluetoothIEEE制定相关的技术标准802.15无线个人网技术WPANWireless PANIEEE制定相关的技术标准802.15.1等无线局域网技术WLANWireless LANIEEE制定一系列相关的技术标准802.11无线城域网技术WMANWireless MANIEEE制定一系列相关的技术标准802.16无线广域网技术WWANWireless WANGPRS、CDMA、TD-SCDMA等2G/2.5G/3G移动通信网络微波通信和卫星通信网络,2022年11月23日,45,
