《网络传输介质》PPT课件.ppt

Ch4 网络传输介质 2020年 10月 14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 2020年 10月 14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 2020年 10月 14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 2020年 10月 14日 4 网络传输介质的种类 2020年 10月 14日 5 传输 介质 有线 介质 同轴电缆 双 绞 线 光纤光缆 无线 介质 无线电波 微 波 红 外 线 激 光 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 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 2020年 10月 14日 6 同轴电缆的结构 2020年 10月 14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。） 2020年 10月 14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。 2020年 10月 14日 9 10Base-5粗缆网 2020年 10月 14日 10 50欧姆粗缆 收发器、收发电缆 AUI接口、终结电阻 500m、 2500m 5个网段、 4个中继器 每网段最大节点数 100个 最小间距 2.5m、 10Mbps 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。 2020年 10月 14日 11 10Base-2细缆网 2020年 10月 14日 12 50欧姆粗缆 BNC T型 /桶型连接器 BNC接口、终结电阻 185m、 925m 5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 使用细缆组网 2020年 10月 14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）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。 2020年 10月 14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 2020年 10月 14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。 2020年 10月 14日 16 STP的结构 2020年 10月 14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。 2020年 10月 14日 18 UTP的结构 2020年 10月 14日 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。 2020年 10月 14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。 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。 2020年 10月 14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而成，但最好是直通不间断式 的连接方式。 2020年 10月 14日 22 10Base-T网络 2020年 10月 14日 23 使用 UTP组网 2020年 10月 14日 24 UTP RJ-45接口引脚定义 2020年 10月 14日 25 引脚 10/100Mbps以太网 1000Mbps以太网 1 TX+ BI_DA+ 2 TX- BI_DA- 3 RX+ BI_DB+ 4 未定义 BI_DC+ 5 未定义 BI_DC- 6 RX- BI_DB- 7 未定义 BI_DD+ 8 未定义 BI_DD- UTP RJ-45接线标准 2020年 10月 14日 26 EIA/TIA 568A标准 EIA/TIA 568B标准 两种 UTP电缆的使用 2020年 10月 14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 2020年 10月 14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。 2020年 10月 14日 29 光通信基本原理 2020年 10月 14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。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！ 2020年 10月 14日 31 光缆（室外）的构成 2020年 10月 14日 32 光缆（室内）的构成 2020年 10月 14日 33 光纤的分类 2020年 10月 14日 34 多模光纤 MMF 单模光纤 SMF 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 1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 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。 5. 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 /光缆的使用 2020年 10月 14日 35 光通信设备 2020年 10月 14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。 2020年 10月 14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。 2020年 10月 14日 38 电磁波频谱 2020年 10月 14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！ 无线电频段 2020年 10月 14日 40 段号 频段名称 频段范围 （含上限，不含下限） 波段名称 波长范围 （含上限，不 含下限） 1 极低频 (ELF) 3 30赫（ Hz） 极长波 100 10兆米 2 超低频 (SLF) 30 300赫（ Hz） 超长波 10 1兆米 3 特低频 (ULF) 300 3000赫（ Hz） 特长波 100 10万米 4 甚低频（ VLF） 3 30千赫（ KHz） 甚长波 10 1万米 5 低频（ LF） 30 300千赫（ KHz） 长波 10 1千米 6 中频（ MF） 300 3000千赫（ KHz） 中波 10 1百米 7 高频（ HF） 3 30兆赫（ MHz） 短波 100 10米 8 甚高频（ VHF） 30 300兆赫（ MHz） 超短波 10米 1米 无线电通信 2020年 10月 14日 41 1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 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 2020年 10月 14日 42 段 号 频段名称 频段范围 （含上限，不含下限） 波段名 称 波长范围 （含上限， 不含下限） 9 特高频（ UHF） 300 3000兆赫（ MHz） 分米波 10 1分米 10 超高频（ SHF） 3 30吉赫（ GHz） 厘米波 10 1厘米 11 极高频（ EHF） 30 300吉赫（ GHz） 毫米波 10 1毫米 12 至高频 300 3000吉赫（ GHz） 丝米波 10 1丝米 微波通信 2020年 10月 14日 43 1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 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。 5. 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。 2020年 10月 14日 44 无线通信技术规范 蓝牙技术 Bluetooth IEEE制定相关的技术标准 802.15 无线个人网技术 WPAN Wireless PAN IEEE制定相关的技术标准 802.15.1等 无线局域网技术 WLAN Wireless LAN IEEE制定一系列相关的技术标准 802.11 无线城域网技术 WMAN Wireless MAN IEEE制定一系列相关的技术标准 802.16 无线广域网技术 WWAN Wireless WAN GPRS、 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 2020年 10月 14日 45