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1、Network Design第七章 物理网络设计,中国科学技术大学网络学院 李艺,第一章 概述第二章 用户需求分析第三章 现有网络分析第四章 逻辑网络设计第五章 网络设备选择第六章 WAN接入设计第七章 网络介质设计第八章 网络设计案例,7.1 结构化布线概述7.2 铜质线缆7.3 光缆7.4 无线介质7.5 编写物理设计文档,7.1 结构化布线概述,今天，办公大楼的建设是计算机技术、网络技术、控制技术、有线电视技术、通信技术等高新技术发展的必然结果，它已成为信息网络中的主要站点。我们形象地称之为智能大厦。智能大厦是由结构化布线系统与各个功能控制系统组成，它包括:中央计算机控制系统、楼宇控制系
2、统、办公自动化系统、通信系统、消防系统、保安系统。结构化布线系统是智能大厦传送信息的神经中枢。布线系统的对象是建筑物或楼宇内的传输网络，以使语音和数据通信设备、交换设备和其他信息管理系统彼此相连、并使这些设备与外部通信网络连接。学习目标熟悉结构化布线各个子系统；描述智能化大厦网络入口和用户平台的主要连接；熟悉基于网络标准网络布线的缺点。关键知识点：办公楼布线属于建筑物布线。,结构化布线系统（SCS）,结构化布线系统（Structured Cabling System）是使用一套标准的组网器件，按标准的连接方法实现的网络布线系统。布线系统的对象是建筑物或楼宇内的传输网络。组成部件：传输介质、线路
3、管理硬件、连接器、插座、插头、适配器、传输电子线路、电气保护设施等。分为六个子系统：大厦的网络入口；设备室；垂直主干；配线间；水平布线；工作区。,大厦的网络入口 智能大厦总有一个出入口为所有的线缆提供出入。这些线缆包括电话线、数据干线和视频线。出入口往往和其他设备共用一个设备间。出入口中交叉连接的设备通常是为所有的线缆提供便利终端的作用。EIA/TIA-568-A定义的入楼设备规定为大楼的布线与外界的接口处。通常是由光缆和相应的设备组成，常见的的类型有架空缆线、直埋缆线、地下管道缆线，或三种任意结合情况。有两种类型的交叉连接设备：连接模块和配线板。入楼连接设备包括:大楼入口处输入点、与输入点相
4、连的干线电缆楼内部分。,到WAN或其它大楼,设备间子系统设备间的作用是将建筑内的通信系统和布线系统的机械终端放置在一起。实际实施中通常把电话设备或数据网络设备放置在设备间内。设备间由交连、互联和I/O组成，为连接其它子系统提供手段,是连接垂直干线子系统和水平干线子系统的设备。设备：配线架、交换机、路由器、机柜、稳压电源、UPS。设计时注意：配线架的配线对数可由管理的信息点数决定；利用配线架跳线功能，使布线系统实现灵活；配线架一般由光配线盒和铜配线架组成；管理间子系统应有足够的空间放置配线架和网络设备；有交换机器的地方要配有专用稳压电源、UPS；保持一定的温度和湿度，保养好设备；设备间必须具有防
5、雷击接地、电源接地、防静电接地。,有关设备间的技术要求：将设备间安排在电梯附近，以便装运笨重的设备；室温应保持在18至27之间，相对湿度保持在30%-55%；保持室内无尘或少尘，通风良好，亮度至少达30英尺-烛光；安装合适的消防系统(如采用湿型消防系统，不要把喷头直接对准电气设备)；使用防火门，至少能耐火1小时的防火墙和阻燃漆；提供合适的门锁，至少要有一扇窗口留作安全出口；尽量远离存放危险物品的场所；设备间的高度应至少为 2.55 米高度的无障碍空间，门的大小至少为高 2.1m宽0.9m，地板负重能力至少应为500kg/平方米。另外对于系统的要求，应在配线间安装布线硬体的墙壁上覆盖涂有阻燃漆的
6、 3/4 英寸(合1.9cm)的木板。设备间的大小完全取决于安装的电气设备的空间要求。在设备间尽量将设备柜放在靠近走线口的位置，在柜子上方应装有通风口用于设备通风。,设备间中的主配线室，主要容纳电缆、连接器和相关支撑硬件，它把公共系统设备的各种不同设备互连起来。该子系统将中继线交叉连接处和布线交叉处与公共系统设备连接起来。数据系统主配线间靠近楼梯，机柜为19英寸35单元B型，1.8米*0.6米*0.6米，前后双开门，管理配线架及网络产品。数据跳线用五类双绞线。在数据系统配线间内应至少留有二个为本系统专用的，符合一般办公室照明要求的220V电压，电流10A单相三级电源插座。此线路不应与其他大型设
7、备并联，并且最好先连接到UPS，以确保对网络设备的供电。,垂直主干子系统主干电缆是通常指的是垂直线缆，连接入口设备、设备间的设备。一般使用光缆或大对数的非屏蔽双绞线。它也提供建筑物垂直干线的路由。设计时注意：垂直干线子系统一般选用光缆，以提高传输速率；光缆可选用多模的（室外远距离的），也可以是单模（室内）垂直干线电缆的拐弯处，不要直角拐弯，应有相当的弧度，以防光缆受损；垂直干线电缆要防遭破坏措施，如埋设路面下时，要防止挖路、修路对电缆造成危害，架空电缆要防止雷击；确定每层楼的干线要求和防雷设施；满足整幢大楼干线要求和防雷击的设施。,水平布线子系统水平布线是综合布线结构的一部分，它从工作区的信息
8、插座延伸到管理区，包括工作区的管理区、水平电缆的端接跳线架。下图示出了典型的从一个星型拓扑结构的通信间中跨出的水平电缆结构。水平电缆包括以下内容：从配线架到工作区的电缆；电信插座；终端电缆；接插线；最大转接点,设计时要注意：水平干线用线一般为双绞线，长度不超过90M。走线必须走线槽或天花板吊顶内布线，尽量不走地面线槽。水平布线最大距离图示如下：,工作区子系统它是指从工作区至设备间子系统的配线架。拓扑结构一般为星型。它总在同一楼层层面上，仅与信息插座、管理间连接。工作区系统的设计时要注意：从RJ45插座到设备间的连线用双绞线，一般不超过5M。RJ45插座须安装在墙壁上或不宜碰到的地方。插座和插头
9、（与双绞线）不要接错线头。RJ45埋入式信息插座与其旁边电源插座应保持30cm至150cm的距离，信息插座和电源插座的低边沿线距地板水平面30cm（与电源插座保持同一高度）。,结构化布线分析,特点兼容性：布线与应用系统无关、完全独立。开放性：符合多种国际标准，设备产品协议都支持。灵活性：模块化设计，配线架管理。可靠性：高品质的材料和组合压接接线，点到点端接。先进性：采用光纤和双绞线布线。经济性：一次性投资，长期受益，维护费用低，使整体投资达到最少。,价格对比结构化布线的费用低于网络基础结构整个费用的十分之一；结构化布线系统的使用寿命在十六年以上，在计算机资产中结构化布线系统的寿命居第二位(居第
10、一位的是建筑物的墙壁);一开始就安装正确的结构化布线基础设施的费用是相对较低的。,性能价格比的对比结构化布线的性能价格比是极高的，从技术与灵活性角度看，主要表现在以下几方面：采用结构化布线后，只需将电话或终端插入早已敷设在墙壁上的标准插座，然后在同层的弱电井配线间隔的跳线架做相应跳接线操作，就可解决用户的需求。当需要把计算机设备从一个房间搬迁到另一层的房间时，或者在一个房间中增加其它新的计算机设备时，同样只要在原插口作简单的分线处理，然后在同层配线间和总设备间做跳线操作，而不需要重新布线。如果采用光纤、超五类混合的结构化布线方式，可以解决诸如三维多媒体的传输和用户对ISDN、ATM的需求。,从
11、下图可以看到，随着时间的推移，结构化布线的曲线是上升的，非结构化布线的曲线是下降的。这样形成一个剪刀差，时间越长，两种布线方式的性能价格比的差距越大。由于结构化布线是将原来相互独立、互不兼容的若干种布线，集中成为一套完整的布线体系，统一设计，统一施工，可省去大量的重复劳动和设备占用。,7.2 铜质线缆,信号传输问题和传输特性铜质线缆的传输信号的质量会受到铜导体特性的影响。比如：电噪音串音衰减电容直流电阻阻抗连续性和极性线缆长度所有的线缆安装应该被测试，以保证它们的每个特性都满足相关标准，以保证通信质量。,电噪声在LAN铜质电缆附近的电磁运动，会扭曲LAN中传输的正常信号。这是因为导体或设备电压
12、的剧烈变化，会在它的周围产生电磁场。当改变的电磁场通过另一导体时，会引起导体中电压的改变,从而引起信号的扭曲和噪音。无线电波也能引起噪声，因为任何长度的线缆都象一个天线。这种设备和信号与另一个设备和信号相干扰的特性叫做电磁干扰(EMI)，或无线电频率干扰（RFI）。噪声单位一般用毫伏(mV)或分贝微伏（dBmV）。它通常是按低频、中频和高频分类。噪声的来源有荧光灯、调光器、交流电、对讲机、计算机、复印机、打印机、医疗设备、收音机、电视机、马达、电焊机等。网络铜质导线设计、安装的原则是它们应远离噪声源。,串音（Cross-talk）串音(也叫串扰)，是一种特殊的噪音，它是由于附近缆线里的电压波动
13、引起的电信号的改变。在打电话时，我们有时能够察觉串音的存在，就象有人在隔壁房间讲话一样。在数据线中，串音会被作为错误检测出来。串音分为近端串扰(NEXT)、远端串扰（FEXT）以及综合串扰。NEXT：(Near End Cross-talk)：近端串扰，电信号在线缆及连接器上传送时，在导体周围产生一个电磁场，它辐射到相邻线对上，就会对其信号传输造成不良干扰。近端串扰表征了这种干扰对同在近端的传送线对与接收线对所造成的影响。,PSNEXT（Power Sum Cross-talk）：综合近端串扰表明四对线缆中三对线缆传输信号时对另一对在近端所造成的影响。,ELFEXT（Equal Level F
14、ar End Cross-talk）：平衡等级远端串扰是传送端的干扰信号对相邻线对在远端所造成的影响。PSELFEXT（Power sum ELFEXT）：综合平衡等级远端串扰表明三对线缆处于通信状态时，对另一对线缆在远端所造成的干扰。,Delay Skew：传输时延差是不同线对的传输时延的差值，以传输时延的最小值为基准点，其余线对的时延与之的差值即为传输时延差。Channel、Link：信道（Channel）是从发送输出端到接收输入端之间传送信息的通道。结构化布线系统中的有线信道和链路如下图示，下图可看出信道不包括两端设备。,Power Sum 综合影响示意图,衰减(Attenuation)
15、衰减是指信号强度的减弱。接收端接收到的信号能量一定会比发送端发送的信号能量小。经过衰减的信号能量与干扰信号相当，就无法分辨原先所传送的信号。通常发生在信号通过传输介质时。有两个主要的衰减源，它们用分贝来计算：线缆的电气特性，尤其是电阻；在线缆相互连接、终止、破裂处插入的编码可能发生传输丢失。衰减量与传输介质的长度成正比。安装好传输介质后，必须检测线缆的衰减程度。仔细的连接线缆可减少衰减，因此选用高品质的连接器是设减少衰减的措施。,ACR（Attenuation to cross-talk ratio）：衰减串扰比是在某一频率上测得的串扰与衰减的比值。ACR为负值，则说明噪音的强度高于所传送的信
16、号强度。PSACR（Power Sum Attenuation to Cross-talk Ratio）：综合衰减串扰比反映了三对线同时进行信号传输时对另一对线所造成的综合影响。Return Loss：回程损耗。电信号在遇到端接点阻抗不匹配时，部分能量会反射回传送端。,电容（capacitance）由于电容的存在，线缆会积累不应有的电能量。不合适的安装方法可能会扭曲、拉伸线缆，引起线缆局部电容增加。精心地安装线缆可避免对它的损坏。直流电阻直流电阻反映导体阻碍电流流动的性质，电阻值随电缆的长度的增加而增加。选用的线缆应提供对直流电阻的检测值，并保证其电阻值符合要求。阻抗阻抗是指倒替对电流整个的阻
17、碍（包括电容和电阻）。它的值对各种电缆是不变的。但电缆连接时，不管是利用连接模块、配线架、还是设备相连，阻抗值就会改变。线缆的阻抗值必须与所接的网卡的阻抗值相匹配，也要与选定的其他网络设备的阻抗值想匹配。否则，信号会从连接点反射回来而扭曲传输的信号。,可持续性和极性可持续性和级性是指要在连接模块和模块板上正确地连接每根线。可持续性意味着所有必要的连接都已经实现，电流形成回路。级性意味着连接允许电流沿着正确的方向流动。错误的连线、级性相反的连接，都会导致连接的失败。线缆长度（Length）弯曲地敷设线缆，会使长度大大增加，其信号衰减程度和延迟大大增加，直流阻抗也会增加。可以用“时域反射计，TDR
18、”来测量铜质线缆的长度，也能确定阻抗是否匹配。影响长度测试的重要因素是NVP值，即“信号在电缆中传输的速度与真空中光速的百分比”的意思。为达到实际长度的精确测试，该值需要在测试前取一段该批线缆的实际丈量长度样板对测试仪器进行校正，该样板长度一般为25米。经过事先校正过的现场测试，其链路长度比较接近于实际的线缆外观尺寸。,限制噪声和串扰的方法在线缆设计中，有两种方法来限制噪声和串扰：屏蔽：把传输导体用另一导体包裹起来，以保证内部导体不受外部磁场的干扰，也避免内部导体成为“天线”而干扰其他导体。抵消：将两根导体绞在一起，使彼此的磁场相互抵消。绞在一起的两根线缆受到其它电磁干扰的影响相同。,网络传输
19、介质的选择,选择介质考虑的因素：数据传输速度；在某网络拓扑结构中的使用；距离要求；电缆和电缆组件的成本；要求的其他网络设备；可防止外界干扰；安装的灵活性和方便性；升级选择。,线缆安装准则安装放线应留有足够的多余长度，以备将来使用；聘请有施工经验的专业人员安装；露天放置的线缆应用压力通风型的线缆；不能将线缆的外部塑料层剥掉，否则会导致串扰；不要将绞在一起的线缆分开，否则会导致串扰；线缆质量不能降低；尽可能让数据线垂直通过电力线；线缆末端尽可能接地，以防止噪音干扰；保证每个系统都有良好的接地，有过压保险和照明保护，以及UPS。,传输频率与传输速率的区别线缆的频带带宽(MHZ)：表示的是单位时间内线
20、路中的信号振荡的次数，是一个表征频率的物理量。线缆上传输的数据速率(Mbps)：表示的是单位时间内线路中传输的二进制位的数量，是一个表征速率的物理量。传输频率表示传输介质提供的信息传输的基本带宽，带宽取决于所用导线的质量、每一根导线的精确长度及传输技术。传输频率表征了器件或介质对信息进行传输的带宽，衡量器件或介质传输性能时，可以采用采用带宽。下表直观地体现了传输频率与传输速率的区别：,同轴电缆,早期的网络常使用同轴电缆，它具有屏蔽好、带宽高和衰减低及安装方便的优点。它用一条导体线传输信号，导体周围裹一层绝体和一层同心的屏蔽网，屏蔽层和内部导体共轴。同轴电缆的带宽取决于电缆长度。线缆可以使用中继
21、器加长网络。分类基带同轴电缆：有粗缆和细缆之分。它们以铜线为芯，外包一层用密织的网状导体环绕的绝缘材料。网状导体外又覆盖一层保护性材料。用于数字传输。特性：（1）高带宽；（2）极好的噪声抑制。宽带同轴电缆：使用有线电视电缆（CATV）进行模拟信号传输的同轴电缆系统。宽带系统与基带系统的主要区别是覆盖的区域不同。,特性主要电气参数：特性阻抗；衰减；传播速度；直流回路电阻。主要物理参数：中心导体直径；屏蔽层的内外径；外部隔离材料的材质；最小弯曲半径。,常用的同轴电缆型号参见下表。,以太网同轴细缆,细同轴电缆：中心有一个铜的或敷铜箔膜的铝导线，中轴上包围着一层绝缘泡沫材料。型号：10Base2：“1
22、0”代表了它的数据传输速度为10Mbps，“Base”代表了它使用基带传输，“2”代表了最大段长度为185（粗略为200）米。硬件配置布线硬件：网络接口适配器（BNC以太网卡，PCMCIA卡等）；BNC-T型连接头；终端匹配电阻（50殴）电缆系统:细缆(RG-58 A/U)（5毫米，50欧姆）BNC连接器插头（安装在两端）BNC桶型连接器（连接两段细缆）BNC 终端匹配器（50欧姆）中继器,细缆以太网的连接图,技术参数最大的干线段长度:185米；最大网络干线电缆长度:925米；每条干线段支持的最大结点数:30；BNC-T型连接器之间的最小距离:0.5米。特点容易安装；造价较低；抗干扰能力强；维
23、护和扩展困难；断点多，可靠性差。网络实施时的注意事项不应绞结；弯角半径应大于20cm；各工作站点间的距离应大0.5米；接头安装要牢靠，防止信号短路；走线在电缆槽内，防止电缆损坏；铺设时，不可用力拉扯，防止拉断；两端一定要安装终端器，一个要接地；一般不可在室外，在室外的加装套管。,以太网同轴粗缆,同轴粗缆：中心为铜导体或敷铜箔膜的铝导体。型号：10 Base 5中，“10”代表10Mbps的吞吐量，“Base”代表是基带传输，“5”代表了粗缆网的电缆最大网段长度为500米。硬件配置硬件设备：网络接口适配器（AUI接口的以太网卡、PCMCIA卡）；收发器(Transceiver)（以太网(IEEE
24、802.3)类型）；收发器电缆（AUI电缆）电缆系统：粗缆(RG-11 A/U)：（10毫米，50欧姆）N-系列连接器插头：（安装在两端）N-系列桶型连接器：（连接两段）N-系列终端匹配器：（50欧姆）中继器：（干线段的长度不超过500米）,主要技术参数：最大干线段长度：500米。最大网络干线电缆长度：2500米。每条干线段支持的最大结点数：100。收发器之间最小距离：2.5米。收发器电缆的最大长度：50米。主要特点：可靠性高，抗干扰能力强；地理覆盖范围大，最长距离可达2500米；安装、维护和扩展困难；造价高。实施时应注意的问题自然平直铺设；弯角半径应大于30厘米；各工作站点间的距离应大于2.
25、5米；接头要牢靠，防止信号短路；走线在电缆槽内，防止电缆损坏；拉线时不可用力过猛，防止扭曲；可用连结器，总长度不可大于500米，一定要安装终端匹配电阻，一个接地；可安装在室外，要防护措施。,双绞线,双绞线是布线工程中最常用的传输介质。它由相互按一定扭距绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线加绝缘层并有色标来标记，成对线的扭绞旨在使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。分类按是否有屏蔽层来分，有如下两种类型：屏蔽双绞线(STP:Shielded Twisted Pair)；非屏蔽双绞线(UTP:Unshielded Twisted Pair)。,按EIA/TIA（电气工业协会电信工业协会）为双绞线
26、电缆定义了五种不同质量的型号：一类双绞线：用于传输语音的电话线，不用于数据传输；二类双绞线：用于低速网络的电缆，传输带宽最高为4Mbps；三类双绞线：带宽为10Mbps，最高支持16Mmbps的容量；四类双绞线：用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输，且传输距离更长。主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。这类双绞线可以是UTP，也可以是STP。五类双绞线：增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz。主要用于100base-T和10base-T网络。超5类线缆，与普通的5类UTP比较,性能得到了很大提高。,常见双绞线的型号 硬件配置 使用
27、双绞线组网，双绞线和其他网络设备（例如网卡）连接很简单，只需要RJ45接头（也叫水晶头）。,计算机与交换机的连接（TIA/EIA 568B标准）,交换机级连方式,双绞线（10BASE-T）以太网技术规范可归结为5-4-3-2-1规则：允许5个网段，每网段最大长度100米；在同一信道上允许连接4个中继器或集线器；在其中的三个网段上可以增加节点；在另外两个网段上，除做中继器链路外，不能接任何节点上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数1024，网络直径达2500米。,单一交换机结构,多交换机级联结构,堆叠式集线器结构,布线产品选型,目前国际上较大的结构化布线生产厂商有以下几个：LUCENT、AMP、
28、SIEMON、IBDN、KRONE、IBM等公司。它们的布线产品都能达到EIA/TIA 568所有的五类标准。德国KRONE公司布线产品进入中国较晚，用户群太少，在国内代理以及投入的力量较其它公司少；而LUCENT SIEMON与IBDN在部分产品工艺上无法与AT&T相比；IBM的特点是全程屏蔽，但在普通办公环境下，采用昂贵的IBM ACS布线系统完全没有必要，而且IBM的主要产品并不是布线，在这一方面投入的精力也较少。AT&T提出综合布线理论，是全世界较大的布线产品供应商,诸多指标超过EIA/TIA 568规定的五类标准,在国内设有公司及办事机构，AT&T公司在国内代理机构管理严格，技术培训
29、全面，市场一致性好,使最终用户利益得到保障。AT&T公司在国内的巨大投入也是其十五年质保计划强有力的保证。因此我公司推荐LUCENT、AMP布线系统。,布线系统管槽设计与管线铺设,接地处理：由于安装的大多是非屏蔽双绞线，对接地要求不高，可在与机柜相连的主线槽处接地。线槽的规格确定：线槽的横截面积留40%的富余量以备扩充，超5类双绞线的横截面积为0.3平方厘米。线槽安装时，应注意：与强电线槽的隔离。布线系统应避免与强电线路在无屏蔽、距离小于20cm情况下平行走3米以上。如果无法避免，该段线槽需采取屏蔽隔离措施。进入家具的电缆管线由最近的吊顶线槽沿隔墙下到地面，并从地面管槽埋管到家具隔断下。管槽过
30、渡、接口不应该有毛刺，线槽过渡要平滑。线管超过两个弯头必须留分线盒。墙装底盒安装应该距地面30厘米以上，并与其它底盒保持等高、平行。线管采用镀锌薄壁钢管或PVC管,7.3 光缆,学习目标：了解光纤的特性，掌握不同连接器的应用学习重点：不同连接器的应用学习难点：光纤的性能什么是光纤光纤为光导纤维的简称，由直径大约为0.1mm的细玻璃丝构成。它透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。光纤通信就是因为光纤的这种神奇结构而发展起来的以光波为载频，光纤为传输介质的一种通信方式。目前，光通信使用的光波波长范围是在近红外区内，波长为0.8至1.8um。可分为短波长段（0.
31、85um）和长波长段（1.31um和1.55um）。由于光纤通信具有一系列优异的特性，因此，光纤通信技术未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。,光纤主要性能指标：衰减、许可角、数值孔径、色散。衰减：作为数据载体的光信号在功率上的损失或减弱，单位是分贝。如右图示。引起衰减的因素有光纤损耗：光信号通过光纤，强度户逐渐减小，导致功率的衰减和损耗。其主要原因是光遇到玻璃纤维中的大分子结构时，光信号会发生分散（瑞利过程），同时一定频率的光线会相互吸收。连接损耗：连接包括发送器与光纤、光纤与接收器、分布式接头间的连接等。,许可角：指特定的光纤能接受光信号作为其入射角信号的角度。如下图示。数值孔径NA：入
32、射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。如下图示。,色散：是指不同波长的光穿过光纤时的散射开的现象。如下图示。,光纤通信系统光纤通信系统的组成：光源、光纤、光发送机和光接收机。光源光源是光波产生的根源；光纤光纤是传输光波的导体；光发送机光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤；光接收机光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应处理。,光通信系统结构示意图,发送器：包括以下几个部件编码器：把输入的数字信号转换成数字电脉冲信号；光源：把数字电脉冲信号转换成光脉冲；有两种类型的
33、信号源：发光二极管(LED)：功率低，成本低，寿命较长。和多模光纤混合使用，使用很普遍；激光二极管：和单模光纤配合使用。功率大，带宽高(可达10GHz)，成本高，寿命不如LED。连接器：把光源信号耦合到传输光波的光缆上。,接收器：包括以下几个部件光电探测仪：将光脉冲转换成电脉冲；放大器：将电脉冲信号整形放大；信号译码器：将电脉冲信号解码成数字信号。,光缆不易分支，因为传输的是光信号，一般用于点到点的连接。目前低价可靠的发送器为0.85um波长的发光二极管LED，能支持100Mbps的传输率和1.52KM范围内的局域网。激光二极管的发送器成本较高，且不能满足百万小时寿命的要求。运行在0.85um
34、波长的发光二极管检波器PIN也是低价的接收器。雪崩光二极管的信号增益比PIN大，但要用2050V的电源，而PIN检波器只需用5V电源。如果要达到更远距离和更高速率，则可用1.3um波长的系统，这种系统衰减很小，但要比0.85um波长系统贵。另外,与之配套的光纤连接器也很重要，要求每个连接器的连接损耗低于25dB，易于安装，价格较低。光纤的芯子和孔径愈大，从发光二极管LED接收的光愈多，其性能就愈好。芯子直径为100um，包层直径为140um 的光纤，可提供相当好的性能。其接收的光能比62.5/125um光纤的多4dB，比50/125um光纤多8.5dB。运行在0.8um波长的光纤衰减为6dB/
35、Km，运行在1.3um波长的光纤衰减为4dB/Km。0.8um的光纤频宽为150MHz/Km，1.3um的光纤频宽为500MHz/Km。综合布线系统中，主干线使用光纤做为传输介质是十分合适的，而且是必要的。,光纤连接器光纤连接器的一般结构：采用高精密组件（由两个插针和一个耦合管共三个部分组成）实现光纤的对准连接。光纤连接器的性能：光学性能：主要是插入损耗和回波损耗这两个最基本的参数。插入损耗（Insertion Loss）：是指因连接器的导入而引 起的链路有效光功率的损耗。回波损耗（Return Loss,Reflection Loss）是指连接器 对链路光功率反射的抑制能力。互换性、重复性
36、抗拉强度（不低于90N）温度（-40oC+70oC）插拔次数（1000次以上）,目前比较常见的光纤连接器：FC型光纤连接器（Ferrule Connector）SC型光纤连接器ST型光纤连接器双锥型连接器（Biconic Connector）DIN47256型光纤连接器MT-RJ型连接器LC型连接器MU型连接器(Miniature unit Coupling,FC型光纤连接器（Ferrule Connector）FC连接器的外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早，FC类型的连接器采用陶瓷插针，对接端面是平面接触方式(FC)。其特点是结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏
37、感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针(PC)，而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。,SC型光纤连接器SC型光纤连接器外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC型或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不须旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。,ST型光纤连接器ST型光纤连接器外壳呈圆形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC型或APC型研磨方式；紧固方式为螺丝扣。此类
38、连接器适用于各种光纤网络，操作简便，且具有良好的互换性。,MT-RJ型光纤连接器MT-RJ带有与RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤，为便于与光信号收发机相连，连接器端面光纤为双排列(间隔0.75mm)设计，是主要用于数据传输的高密度光连接器。,LC型光纤连接器 LC型光纤连接器是著名的Bell研究所研究开发出来的，采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。该连接器所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25m，提高了光配线架中光纤连接器的密度。目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应
39、用也增长迅速。,MU型光纤连接器 MU(Miniature unit Coupling)光纤连接器是以SC型连接器为基础研发的世界上最小的单芯光纤连接器。该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，其优势在于能实现高密度安装。MU连接器系列包括用于光缆连接的插座型光连接器(MU-A系列)、具有自保持机构的底板连接器(MU-B系列)以及用于连接LD/PD模块与插头的简化插座(MU-SR系列)等。随着光纤网络向更大带宽、更大容量方向的迅速发展和DWDM技术的广泛应用，社会对刚型连接器的需求也将迅速增长。,影响连接器的性能的因素：纤芯（或模场）尺寸失配：如下左图所示。发射光纤纤芯直径为DS，接收
40、光纤纤芯直径的Dr，DS！=DR数值孔径失配：数值孔径失配产生的插入损耗如下右图,影响连接器的性能的因素：折射率分布失配：g为折射率分布指数，折射率分布失配产生的插入损耗如左下图示。端面间隙：因为端面不重合而造成的损耗。如右下图示,影响连接器的性能的因素：轴线倾角：因为插入的两端轴线不同轴且不平行而造成的损耗。如左下图示。横向偏移或同心度：因为插入的两端轴线不同轴，但处于平行状态时而造成的损耗。如右下图示。,影响连接器的性能的因素：菲涅尔反射：光信号在端面形成反射而造成的信号损失。,光纤的结构光纤包含三个部分：内芯：作为光线传输的中心管道。内芯的直径和折射率随光纤的规格不同而各异。具有均匀折射
41、率的称为阶跃型折射指数光纤，而不定折射率的称为渐变型折射指数光纤。反射层用来反射光纤至芯内，减少信号损耗。保护层为潜在的损伤提供保护。,光纤分类光纤按传输模式主要分为两个类别：多模光纤和单模光纤。多模光纤：MMF，Multi Mode Fiber指定光信号含有不止一种波长的光线（模），这些光束有不同的入射角度，在通过反射层反射时有不同反射角度。多模光纤有两种类型：阶跃型折射光纤：只由两种透明材料构成，内芯和发射层，这种类型的光纤不补偿信号的色散。渐变型折射光纤：反射层由多种透明涂层构成。特定的非均匀折射率可以使多束光纤以更单一的方式传输到对端。渐变折射率光纤允许光线在内芯中以不同的速度传输。模
42、的传输速度取决于它们在光纤中传输的位置。通过内芯中部传输的模的速度就比通过反射层传输的模的速度要慢。这样，所有的模就可以更统一的到达对端。最常见的光纤是62.5/125m多模渐变折射率光纤。,TIA/TIS-568A规范规定的多模光缆的主要特征如下表：,单模光纤：SMF，Single Mode Fiber指定光信号仅含有一种波长的光线。单模光纤的尺寸由所传输的光波长决定的。典型的单模光纤的内芯直径是8m。只有给定波长（如1.3m）的光束才能在这种内芯直径的光纤中传输。单模光纤采用更稳定的相干光源，所以要比多模光纤传输的距离更远；单模光纤更细，安装起来也更加困难与昂贵，单模光纤大多数是突变折射率
43、光纤；由于只有一种波长的光在光纤中传输，因此不存在多模光纤中的扩散和时延扩展问题。,TIA/TIS-568A规范规定的单模光缆的主要特征如下表：,光纤分类光纤按按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300nm；色散位移型单模光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300nm和1550nm。按敷设方式分有：自承重架空光缆；管道光缆；铠装地埋光缆；海底光缆。,光纤的尺寸光纤是十分细的。衡量光纤内芯和反射层的单位是m。最细的光纤（单模）的内芯直径通常只有5至10m(0.000005-0.000010m)，粗一些的光纤（多模）
44、内芯在50到100m之间。内芯直径也称作光圈孔径，因为它决定了光纤可以接收光波的最大入射角度。光纤通常用其内芯直径和反射层直径表示，例如，局域网最常用的光纤是62.5/125m的光纤，62.5m指的是内芯直径，而125m指的是反射层直径。常用光纤规格：单模：8/125m，9/125m，10/125m 多模：50/125m，欧洲标准 62.5/125m，美国标准 工业，医疗和低速网络：100/140m，200/230m 塑料：98/1000m，用于汽车控制,多束内芯光缆：这种光缆多用于在户外两栋建筑物之间提供超大容量的骨干线场合。多束内芯光纤图就描述了这种类型的光纤。,常见的网络类型与光纤的型号
45、对照表,光缆型号及规格标注形式如下图所示。分类的代号GY-通信用室（野）外光缆GM-通信用移动式光缆GJ-通信用室（局）内光缆GS-通信用设备内光缆GH-通信用海底（水下）光缆GT-通信用特种光缆 加强构件的代号（无符号）-金属加强构件 F-非金属加强构件,缆芯和光缆的派生结构特征的代号 D-光纤带结构 S-光纤松套被覆结构 J-光纤紧套被覆结构（无符号）-层绞结构 G-骨架槽结构 X-缆中心管（被覆）结构 T-填充式结构 R-充气式结构 C-自承式结构 B-扁平形状 E-椭圆形状 Z-阻燃结构,护套的代号 Y-聚乙烯护套 V-聚氯乙烯护套 U-聚氨酯护套 A-铝-聚乙烯粘结护套（简称A护套）
46、S-钢-聚乙烯粘结护套（简称S护套）W-夹带钢丝的钢-聚乙烯粘结护套（简称W护套）L-铝护套 G-钢护套 Q-铅护套,外护层的代号铠 装 层0-无铠装层2-绕包双钢带3-单细贺钢丝33-双细圆钢丝4-单粗圆钢丝44-双粗圆钢丝5-皱纹钢带外被层或外套1-纤维外被2-聚氯乙烯套3-聚乙烯套4-聚乙烯套加覆 尼龙套5-聚乙烯保护管,光纤通信系统的主要优点:传输频带宽,通信容量大。线路损耗低,传输距离远。抗干扰能力强,应用范围广。线径细,重量轻。抗化学腐蚀能力强。光纤制造资源丰富。缺点：质地较脆、机械强度低在网络工程中,一般用62.5m/125m规格的多模光纤,有时也用100m/125m和100m/
47、140m规格的光纤。户外布线大于2公里时可选用单模光纤。,光缆设计时要考虑的因素施工因素：户外施工时，长距离光缆敷设最重要的是选择一条合适的路径。必须要有完备的设计和施工图纸，以便施工和今后检查方便可靠。光缆转弯时，其转弯半径要大于光缆自身直径的20倍。户外架空光缆施工：吊线托挂架空方式，简单便宜，应用最广泛，但挂钩加挂、整理较费时吊线缠绕式架空方式，较稳固，维护工作少。但需要专门的缠扎机自承重式架空方式，对线干要求高，施工维护难度大，造价高架空时，光缆引上线干处须加导引装置，并避免光缆拖地。光缆牵引时注意减小摩擦力。每个干上要余留一段用于伸缩的光缆。户外管道光缆施工：施工前核对管道占用情况，
48、安放塑料子管，同时放入牵引线。计算好布放长度，一定要有足够的预留长度。详见右表。,布缆牵引力一般不大于120kg，而且应牵引光缆的加强心部分，并作好光缆头部的防水加强处理。光缆引入和引出处须加顺引装置，不可直接拖地。管道光缆也要注意可靠接地。直接地埋光缆的敷设：直埋光缆沟深度要按标准进行挖掘；不能挖沟的地方可以架空或钻孔预埋管道敷设；沟底应保正平缓坚固，需要时可预填一部分沙子、水泥或支撑物；敷设时可用人工或机械牵引，但要注意导向和润滑；敷设完成后，应尽快回土覆盖并夯实；建筑物内光缆的敷设：垂直敷设时，注意光缆承重问题，一般每两层要将光缆固定一次。光缆穿墙或穿楼层时，要加带护口的保护用塑料管，并
49、且要用阻燃的填充物将管子填满。在建筑物内也可以预先敷设一定量的塑料管道，待以后要敷射光缆时再用牵引或真空法布光缆。,光缆设计时要考虑的因素光缆种类选用因素：光缆的选用除了根据光纤芯数和光纤种类以外，还要根据光缆的使用环境来选择光缆的外护套。户外用光缆直埋时，宜选用铠装光缆。架空时，可选用带两根或多根加强筋的黑色塑料外护套的光缆。建筑物内用的光缆在选用时应注意其阻燃、毒和烟的特性。一般在管道中或强制通风处可选用阻燃但有烟的类型（Plenum），暴露的环境中应选用阻燃、无毒和无烟的类型（Riser）。楼内垂直布缆时，可选用层绞式光缆（Distribution Cables）；水平布线时，可选用可分
50、支光缆（Breakout Cables）。传输距离在2km以内的，可选择多模光缆，超过2km可用中继或选用单模光缆。,光缆设计时要考虑的因素埋设光缆埋深标准,光缆的连接方法主要有永久性连接、应急连接、活动连接。永久性光纤连接（又叫热熔）：用放电的方法将连根光纤的连接点熔化并连接在一起。一般用在长途接续、永久或半永久固定连接。其主要特点是连接衰减在所有的连接方法中最低，典型值为0.010.03dB/点。连接需要专用设备（熔接机）和专业人员进行操作，连接点也需要专用容器保护起来。应急连接（又叫）冷熔：用机械和化学的方法，将两根光纤固定并粘接在一起。这种方法的主要特点是连接迅速可靠，连接典型衰减为0
