物理层基础与应用第3章

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高等院校计算机专业精选教材,.,网络与通信技术,第一篇：网络基础篇,第,3,章 物理层基础与应用,尚晓航 编著,清华大学出版社,本章内容与要求,掌握：物理层的基本概念,了解：物理层的通信需要解决的问题,掌握：数据通信的基础知识,掌握：信道的多路复用技术,掌握：数字传输技术,掌握：物理层相关的传输介质,掌握：物理层相关产品与应用特点,3.1,物理层的基本概念,3.1,物理层的基本概念,1.,物理层要解决的问题,尽量屏蔽不同物理设备、传输媒体和通信手段的差异，而仅仅关注于完成其本层的协议与服务。,使得物理层的服务对象（数据链路层）具有在一条物理传输介质上传送和接收比特流的能力。,在两个相邻系统之间建立起一条数据电路。为此，物理层还应解决物理连接的建立、维持和释放问题。,3.1,物理层的基本概念,2.,物理层的规程特性,-,四方面的规程,机械特性,电气特性,功能特性,过程特性,3.1,物理层的基本概念,3.,物理层的实际规程（协议）,-,P41,4.,物理层的主要特点,-,P41,3.2,数据通信的基本,知识与技术,3.2.1,数据通信中的基本概念,1.,信息和编码,信息的载体是文字、语音、图形和图像等。,用二进制代码来表示信息中的每一个字符就是二进制,编码,。,2.,二进制编码标准,最常用,的二进制编码标准为美国标准信息交换码,ASCII,。,它已发展为国际通用的标准交换码。,3.2.1,数据通信中的基本概念,3.,数据和信号,网络中传输的二进制代码被统称为,“,数据,”,。,“,信号,”,是数据在传输过程中的电磁波表示形式。,数据的表示方式有,两种,：,数字信号,模拟信号,图,3-1,和图,3-2,。,3.2.1,数据通信中的基本概念,4.,信道及信道的分类,（,1,）信道的概念,是数据信号传输的必经之路,由传输线路和传输设备组成。,（,2,）按信道中传输数据信号类型,分为,模拟信道,数字信道,3.2.2,数据通信系统的基本模型,数据通信是指,信源,（发送信息的一方）和,信宿,（接收数据的一方）中信号的形式,均为,数字信号,的通信方式。,1.,信源与信宿,图,3-3,所示的基本模型中，信源设备和信宿设备都是计算机。,（,1,）信源系统,信源系统由发送实体、信源设备和转换,/,发送设备组成。,（,2,）信宿系统,信宿系统由转换,/,接收设备、信宿设备和接收实体组成。,2.,传输系统,通常为,电话网、电视网、电力网、移动通信网。,3.,数据通信过程中涉及的主要技术问题,-,P44,补充：,通信系统模型,通信的三个要素：,信源、信宿,和,信道,噪声,信源,发送器,信道,接收器,信宿,源系统,目的系统,数据通信系统的构成：,传输系统,(,传输线路和传输设备,),源系统,(,信源,+,发送器,),目的系统,(,信宿,+,接收器,),3.2.2,数据通信系统的基本模型,例如：在图,3-3,所示的用户,A,通过主机,H,A,发送信息“,A,”给使用主机,H,B,的用户,B,；参见,P44,。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,传输中涉及我们所采用的,信号,和,信道,的种类问题。,模拟数据：可采用数字信号也可以采用模拟信号传输,数字数据：可采用数字信号也可以采用模拟信号传输,因此，就有以下四种传输形式。,四种传输形式,（,1,）,模拟数据可以用模拟信号,来表示：这种数据可以直接用占有相同频带的电信号，即对应的模拟信号来表示。典型代表如模拟电话通信。,（,2,）,模拟数据也可以用数字信号,来表示：这需要完成模拟数据和数字信号（,A/D,）转换，而在线路另一端的，则将二进制流码恢复成原来的模拟数据，其设施是编解码器,CODEC,（,code- decode,） 。典型代表如数字电话通信。多采用,PCM,编码。,（,3,）,数字数据可以用模拟信号,来表示：如,MODEM,可以把数字数据调制成模拟信号。典型代表如用,MODEM,拨号上网。,（,4,）,数字数据可以用数字信号,来表示：数字数据可直接用二进制数字脉冲信号来表示，但为了改善传播特性，一般先要对二进制数据进行,编码,，这种数字信号的传输方式称为,“,基带传输,”,。它在计算机网络中使用最普遍。典型代表如数字数据专线网,DDN,网络通信。,1010,1010,CODEC,MODEM,3.2.3,数据传输类型及相应技术,1.,基带传输与数字信号的编码,（,1,）基带、基带信号和基带传输,数字信号被简称为,“,基带信号,”,。,在线路上直接传输基带信号的方法称为,“,基带传输,”,方法。,在基带传输中，必须解决两个基本问题,：,其一，基带信号的编码问题；,其二，收发双方之间的同步问题。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,2,）数字信号的编码,用不同极性的电压、电平值代表数字信号,“,0,”,和,“,1,”,的过程，称为基带信号的,“,编码,”,；,其,反过程称为,“,解码,”,。,几种,常见的数字数据段脉冲编码方案有,单极性归零,码,不归零,码,双极性归零,码,不归零,码,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码,3.2.3,数据传输类型及相应技术,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,3,）非归零（,NRZ,）编码,-,图,3-4,（,a,）,编码规则,：如图,3-4,（,a,）所示。图中的,NRZ,编码规则定义为：,用负电压代表数字,“,0,”,，,正电压代表数字,“,1,”,特点,：优点是简单、容易实现；缺点是同步需要单独传递,。,位同步,：为了保证收、发双方的按位同步，必须在发送同时，用另一个信道同时发送同步时钟信号，参见图,3-4,。,应用,：计算机串口与调制解调器之间使用的就是,NRZ,技术。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,4,）曼彻斯特（,Manchester,）编码,-,图,3-4,（,b,）,编码规则,：,每比特的周期,T,分为前后两个相等的部分。,前半周期为该位值,“,反码,”,对应的电平值，后半周期为该位值的,“,原码,”,所对应的电平值。,中间的电平跳变作为双方的同步信号。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,特点,：,中间,电平跳跃，既代表了数字信号的取值，也作为自带的,“,时钟,”,信号，所以无需,专门传递同步信号的线路，成本较低；曼彻斯特编码的缺点是效率较低,同步信号,：自,带的,“,时钟,”,信号。因此，这是一种,“,自含时钟,”,的编码方法。,应用,：典型的,10BASET,等低速以太网使用的就是曼彻斯特编码技术,。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,5,）差分曼彻斯特编码,-,图,3-4,（,c,）,编码规则,：,遇,“,0,”,跳变，,遇,“,1,保持,”,，,“,中间跳变,”,。,若本位值为,“,0,”,，则其前半个波形的电平与上一个波形的后半个的电平值相反。若本位值为,“,1,”,，则其前半个波形的电平与上一个波形的后半个电平值相同。,特点,：优点是自含同步时钟信号、抗干扰性能较好；缺点是实现的技术复杂。,同步信号,：中间的电平跳变作为,“,同步时钟,”,信号。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,2.,频带传输与模拟信号的调制,（,1,）调制、解调与频带传输,利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为,“,频带传输,”,。,在发送端将数字信号转换成模拟信号的过程称为,“,调制,”,；,在接收端把模拟信号还原为数字信号的过程称为,“,解调,”,同时具有调制与解调功能的设备被称为,“,调制解调器,”,（,modem,）,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,2,）数字数据（信号）的调制,在调制过程中，运载数字数据的,“,载波信号,”,可以表示为：,其中，以下载波,信号的,3,个可变电参量，它们是正弦波的控制参数，也称为,“,调制参数,”,。它们是：,振幅,A,角频率,相位,3.2.3,数据传输类型及相应技术,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,3,）幅度调制,ASK-,图,3-5,（,a,）,ASK,调制规则：,其,应用参见,图,3-5,（,a,）,，,数学表达式为：,ASK,的特点：技术简单，信号容易实现，但抗干扰的能力较差。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,4,）频率调制,FSK-,图,3-5,（,b,）,FSK,调制规则：,数学表达式为：,FSK,的特点：电路简单，抗干扰能力强，但频带的利用率低，适用于传输速率较低的数字信号,。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,5,）两相相位调制,PSK-,图,3-5,（,c,）,&,（,d,）,PSK,可以进一步分为绝对调相、相对调相和多相调相等。,PSK,绝对调相：,数学表达式为：,PSK,相对调相：其编码规则为用当前波形的初始相位，相对于,“,前一个波形,”,的初始相位的偏移值来表示数字信号,“,0,”,、,“,1,”,，,其,应用参见,图,3-5,（,d,）,。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,（,6,）多相调相,多相相位调制也有,“,相对调相,”,和,“,绝对调相,”,两种。多相调制的状态数,n,与传输的二进制比特位的数目,m,的关系：,n,2,m,m,：波形每变化一次传递的二进制数字的比特位数目；,n,：波形的所有不同状态数目。,3.2.3,数据传输类型及相应技术,在,图,3-6,所示的,四相调相,中，相位波形每改变一次，便传送两个比特的数据，参见表,3-1,。同理，在八相调相中，每三个比特组成一组，那么一共有,8,种组合。这样，载波调制波形的状态每改变一次，便传送,3,个比特的数据。,四相调相、八相调相、,16,相调相,中，各种相位的数据表示，参见,表,3-1,、表,3-2,和表,3-3,。,3.2.4,数字传输系统,1.,脉冲编码调制（,PCM,）概述,PCM,是模拟数据信号数字化采用的主要方法。,（,1,）,PCM,的主要优点,PCM,技术抗干扰能力强、失真小、传输特性稳定；,还可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性；,PCM,还可以在一个物理信道上使用,“,时分复用,”,技术传输多路信号。,3.2.4,数字传输系统,（,2,）,PCM,典型的应用,-,语音数字化,在图,3-7,所示语音数字化过程中：,在发送端通过,“,PCM,编码器,”,将语音数据变换为数字化的语音信号，通过通信信道传送到接收方；,接收方再通过,“,PCM,解码器,”,还原成模拟语音信号。,3.2.4,数字传输系统,3.2.4,数字传输系统,3.2.4,数字传输系统,2.PCM,的工作,原理,采样：,就是在,t,坐标上取点,(D1,、,D2,、,D3),量化：,量化之前人为规定量化级,(,如图的,16,级就是,Y,坐标的值,),。量化就是在,t,坐 标对应的,Y,轴上上取值,(.3,、,.2,、,.2),。量化级越多，获得的数据越精确。,编码：,将量化级用二进制代码标识的过程。参见表,2-1,。,8,级用,3,位二进制表示；,16,级用,4,位二进制表示,(,下页图采用,),；,32,级用,5,位二进制表示。,采样、量化、编码,采样、量化、编码,编码表,样本,量化级,二进制编码,D1,3,0011,D2,2,0010,D3,2,0010,D4,3,0011,D5,3,0011,D6,7,0111,D7,10,1010,D8,3,0011,如图的,PCM,输出为：,0011,1010,0111,0011,0011,0010,0010,0011D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1,数据传输和编码小结,数字数据的数字传输有两类：,基带传输：直接在数字信道上传输数字信号，需要解决的是数字数据的表示问题。,采用不归零码和归零码的编码表示。,频带传输：在模拟信道上传输数字信号，首先要将数字数据转换成模拟信号。采用调制解调器（,MODEM,）。,采用调幅、调频、调相三种方式。,模拟数据的传输有两类：,模拟数据模拟传输：语音在话路系统中的传输。,模拟数据数字传输：在数字系统传输模拟信号，首先要将模拟数据数字化，既要进行,A/D,转换。采用编码解码器（,CODEC,）。,采用脉码调制（,PCM,）方式。,3.2.5,数据传输方式,1,并行传输,“,并行传输,”,是指二进制的数据流以成组的方式，在多个并行信道上同时传输的方式。,并行传输可以一次同时传输若干比特的数据，因此，从发送端到接收端的物理信道要安装多条，如采用多根传输线路及设备，如,图,3-9,所示一般适用于短距离、传输速度要求高的场合。,3.2.5,数据传输方式,2.,串行传输,是指通信信号的数据流以串行方式，一位一位地在信道上传输，从发送端到接收端只需一条传输线路。在串行传输方式下，虽然，传输速率只有并行传输的几分之一，如，图,3-10,中所示的,1/8,。,串行传输又有,3,种不同的方式：即,单工通信、半双工通信和全双工通信,。,3.2.5,数据传输方式,（,1,）单工通信（双线制）,在单工通信中，信号在信道中只能从发送端,A,传送到接收端,B,。,理论上应采用,“,单线制,”,，而实际采用,“,双线制,”,；因为，在实际中，需要用两个通信信道，一个用来传送数据，一个传送控制信号，简称为,“,二线制,”,，参见,图,3-11,。,例如：,BP,机,。,3.2.5,数据传输方式,（,2,）半双工通信（双线制,+,开关）,在半双工通信中，允许数据信号有条件双向传输，但不能同时双向传输，参见,图,3-12,。,理论上应采用,“,单线制,-,开关,”,，而实际采用,“,双线制,+,开关,”,，例如：使用无线电对讲机,。,3.2.5,数据传输方式,（,3,）全双工通信（四线制）,全双工通信中，允许双方同时在两个方向进行数据传输。理论上应采用,“,双线制,”,，而实际采用,“,四线制,”,，参见,图,3-13,。例如：固定电话或移动电话。,需要设置传通信方式的设备有网卡、声卡。,3.2.6,数据传输中的同步技术,在网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。这种协调是靠交换数据的设备之间的定时机制实现的，这就是,“,同步,”,技术。,同步技术需要解决的问题：,何时开始发送数据？,发送过程中双方的数据传输速率是否一致？,持续时间的长短是多少？,发送时间间隔的大小是多少？,为了避免收端与发端的失步，收端与发端的动作必须采取严格的同步措施。,3.2.6,数据传输中的同步技术,1.,位同步,“,位同步,”,要求传输的双方能够使用同一个时钟信号进行二进制信号的发送与接收。,实现时钟信号位同步的技术有如下的,“,外同步,”,和,“,内同步,”,两种：,3.2.6,数据传输中的同步技术,（,1,）外同步,-,采用单独的数据线传输时钟信号,传输双方间，除了使用一根数据传输线外，还需要使用一根专门的时钟传输线。,这种采用单独同步线的方法就被称为,“,外同步,”,。这种方法适用于短距离、高速传输的场合。,（,2,）内同步,-,采用信号编码的方法传输时钟信号,当数据传输距离较远时，为了降低投资，除数据传输线外，不再专门铺设专用的时钟传输线路；而采用在传输数据信号时，同时传递位同步信号的方法，这种方法就是,“,内同步,”,法。,如，曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。,3.2.6,数据传输中的同步技术,2.,异步传输与同步传输,采用,“,字符同步,”,技术用来保证收发双方能够正确传输每个字符或字符块。,在,“,异步传输,”,和,“,同步传输,”,技术中，分别采用了,“,起始位,/,停止位,”,和,“,起始同步字符,/,终止同步字符,”,两种字符同步方式。,3.2.6,数据传输中的同步技术,（,1,）异步传输方式,发送端：,每传送,1,个字符（,7,位或,8,位）都要在其前加,1,个起始位，以表示字符代码的开始，在其后面加,1,或,2,个停止位，表示字符结束。,接收,端：去除起、止位，中间就是被传输的字符。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用,。,异步,方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用,2,3,位，所以适合于低速通信。,3.2.6,数据传输中的同步技术,图,3-14,异步传输方式,如,图,3-14,所示，在被传送的字符前后加起止位，实现的同步传输方式,。所以它又,称字符,同步。,3.2.6,数据传输中的同步技术, 异步传输的工作特点,异步传输是指发送信息的一端可以在任何时刻向信道发送信息而不管接收方是否准备好。,接收方在收到,“,起始位,”,后，即可开始接收信息。, 异步传输的应用特点,优点：不需严格位同步；设备简单，技术容易，设备廉价，费用低。,缺点：每传输一个字符，都需要,2,到,3,位的附加位（成帧信息），浪费了传输时间，占用了信道的带宽；具有传输速率低、开销大，效率低的特点。,异步传输的应用场合,适用于低速通信设备和低速（如,101500,字符,/,每秒）通信的场合。如，常用在分时终端（或异步,Modem,）与计算机的通信。,3.2.6,数据传输中的同步技术,（,2,）同步传输方式,同步传输是对一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）进行同步。,对这些数据，不需要附加起始位和停止位，,而是在发送数据,前,先发送一个同步字符,SYN,（以,01101000,表示）或一个同步字节（,01111110,），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。,在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块；,发送数据,完毕后,，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。,在,同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。,3.2.6,数据传输中的同步技术,同步传输,中,大的数据块是一起发送的，在数据块的前后使用一些特殊的字符作为成帧信息,；参见,图,3-15,。,图,3-15,同步传输方式,3.2.6,数据传输中的同步技术,同步传输的工作特点,由于同步传输大的字符块一起传送，因此接收端和发送端的步调必须保持高度一致。,在同步传输中，不仅字符内部需要,“,位同步,”,来保证每位信号的严格同步；还要采用字符同步技术，以便在收发双方之间保持同步传输。,同步传输的应用特点,优点：效率比异步传输高，并具有较高的传输速度。,缺点：线路效率较高，也因此加重了,DCE,（数据通信设备）的负担。实现起来较复杂，同步装置比异步装置要贵很多。如：同步调制解调器就比异步调制解调器贵得多。,同步传输的应用场合,主要,用在计算机与计算机之间的通信，智能终端与主机之间的通信，以及网络通信等高速数据通信的场合,。,3.2.6,数据传输中的同步技术,（,3,）同步与异步传输的区别,异步传输是面向字符传输的，而同步传输是面向比特传输的。,异步传输的单位是单个字符，而同步传输的单位是大的数据块。,异步传输通过传输字符的,“,起止位,”,和,“,停止位,”,而进行收发双方的字符同步，但不需要每位严格同步；而同步传输不但需要每位精确同步，还需要在数据块的起始与终止位置，进行一个或多个同步字符的双方字符同步的过程。,异步传输对时钟精度要求较低，而同步传输则要求高精度的时钟信号。,异步传输相对于同步传输有效率较低、速度低、设备便宜、适用低速场合等特点。,3.2.7,多路复用技术,1.,多路复用技术概述,（,1,）多路复用技术的定义,是指在同一传输介质上,“,同时,”,传送多路信号的技术。,因此，多路复用技术就是指在,一条物理线路,上，同时建立,多条逻辑信道,的技术。,（,2,）多路复用技术的实质和研究目的,多路复用技术的目的,目的：就是充分利用已有传输介质的带宽资源，减少新建项目的投资。,实质与工作原理,多路复用技术的实质就是共享物理信道，更加有效地利用通信线路带宽资源。多路复用技术的组成结构参见图,3-16,。,3.2.7,多路复用技术,在发送端，将一个区域的多路用户信息，通过多路复用器（,MUX,）汇集到一起；然后，将汇集起来的信息群，通过同一条物理线路传送到接收设备的复用器。,在接收端，通过多路复用器（,MUX,），接收到信息群，并负责分离成单个的信息，并将其一一发送给多个用户。,3.2.7,多路复用技术,（,3,）多路复用技术的分类,频分多路复用：,FDM,。,时分多路复用（静态）：,TDM,；又称为,“,同步时分多路复用,”,。,波分多路复用：,WDM,。,异步时分多路复用（动态）：,ATDM,；又称为,“,统计时分多路多路复用,”,。,码分多址：,CDMA,。,空分复用：,SDM,。,3.2.7,多路复用技术,2.,频分多路复用,（,1,）工作原理,FDM,技术将物理信道按频率划分为多个逻辑上的子信道，每个子信道用来传送一路信号，如,图,3-17,所示。,（,2,）,FDM,逻辑信道与物理信道,其,“,物理信道,”,是指实际复用的真实信道；而,“,逻辑信道,”,是指划分出来的每个子信道。在,图,3-17,所示的网络中，共有,3,个逻辑信道。,（,3,）,FDM,应用条件,单个信号源所需的带宽大大小于物理信道总带宽。,（,4,）,FDM,的应用特点,所有用户在同一个时刻，占用了不同的频带带宽资源。,FDM,适用于传输占用带宽较窄的,“,模拟信号,”,，而不适合传输占用带宽很宽的,“,基带信号,”,。,3.2.7,多路复用技术,3.2.7,多路复用技术,原始波形,频分后波形,带宽复用后波形,3.2.7,多路复用技术,3.,时分多路复用,（,1,）工作原理,当信道允许的传输速率大大超过每路信号需要的传输速率时，就可以采用时分多路复用,TDM,技术。,（,2,）,TDM,逻辑信道与物理信道,其,“,物理信道,”,是指实际复用的真实信道；而,“,逻辑信道,”,是指从宏观上看的每个子信道。,图,3-18,所示系统共有,A,、,B,、,C 3,个逻辑信道,，一个物理信道,。,（,3,）,TDM,应用条件,TDM,的应用条件是单个信号源所需的传输速率大大小于物理信道允许的传输速率。,（,4,）,TDM,应用特点,分时使用物理信道时，每路信号使用每个,“,时分复用帧,”,的某一固定序号的时隙组成一个子信道；每个子信道占用的带宽都是一样的。,2,、时分复用技术,时分复用：所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。,2,、时分复用技术,时分复用：所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。,2,、时分复用技术,时分复用：所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。,3.2.7,多路复用技术,4.,波分多路复用技术（,WDM,）,（,1,）什么是波分复用技术,是指在一根光纤上使用不同波长，同时传送多路光波信号的一种技术。,（,2,）,WDM,的工作原理,实际上波分复用就是光的频分复用。,WDM,技术的工作原理如,图,3-19,所示。,WDM,与,FDM,使用的技术原理是一样的，只要每个信道使用的频率（即波长）范围各不相同，它们就可以通过一条共享光纤进行远距离的传输。,（,3,）,WDM,的适用场合,波分多路复用技术适用于使用光纤通道的网络。,3,、波分复用,波分复用就是光的频分复用,3.2.7,多路复用技术,5.,其他复用技术,（,1,）异步时分复用技术（,ATDM,）,具有动态分配子信道功能的动态时分复用技术即,“,异步时分多路复用技术,”,，又称为,“,统计时分多路复用技术,（,2,）码分复用,(Code Division Multiplexing),CDM,是适于无线信道使用的复用技术，它是通过不同的编码来区分各路原始信号的一种复用技术。,此外，还有频分多址,(FDMA),、时分多址,(TDMA),和同步码分多址,(SCDMA),等多种码分复用技术。,3.3,物理层部件,-,传输介质,3.3.1,传输介质的分类与选择因素,传输介质是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通路，信号在介质中以电磁波的形式传输。,传输介质的特性对信道甚至整个传输系统设计有决定性的影响,。,1.,选择传输介质的分为两,类,：,有线,无线,3.3.1,传输介质的分类与选择因素,有线传输介质有,3,类：,同轴电缆,50,同轴电缆,75,同轴电缆,双绞线,屏蔽双绞线,STP (Shielded Twisted Pair),非屏蔽双绞线,UTP (Unshielded Twisted Pair),光纤,多模光纤,单模光纤,3.3.1,传输介质的分类与选择因素,无线介质主要有类型有：,无线电波，无线电波有：,短波、,中波、,超短波、,微波；,光波，光波有：,远红外,线,、,激光、,卫星,等类型。,3.3.1,传输介质的分类与选择因素,由,图,3-20,可知,：,电磁波谱频率从低到高为：无线电波（含微波）、红外线、可见光、紫外线、,X,射线和伽马射线,。,3.3.1,传输介质的分类与选择因素,2.,传输介质的选择因素,成本。, 安装的难易程度。, 容量。,衰减及最大距离。, 抗干扰能力。,网络拓扑结构。,网络连接方式。,环境因素。,3.3.2,双绞线（,twisted pairwire,）,1.,综合布线组织的标准与分类,是,ISO,与,TIA,两家。双绞线分为,2,种，应用参见图,3-21,图,3-23,。,3.3.2,双绞线（,twisted pairwire,）,2.,非屏蔽双绞线（,UTP,）,（,1,）,UTP,的分类与性能参数,常见,的有,5,、超,5,类,6,、和,7,类,四种,双绞线,主要特性参数见表,3-5,（,2,）,UTP,的应用特性,介质连接器：,RJ45,；,低成本、易于安装；,100m,以内的低传输距离。,抗电磁干扰（,EMI,）能力差；,3.3.2,双绞线（,twisted pairwire,）,3.,有屏蔽双绞线（,STP,）,（,1,）有屏蔽双绞线（,STP,）的分类与性能参数,（,2,）,STP,的应用特性,4.,双绞线的传输距离：最长为,100,米。,5.,双绞线的制线与应用方法参见图,3-24,和表,3-6,。,3.3.2,双绞线（,twisted pairwire,）,（,1,）直通线（,Straight Cable,，又称标准线）,两头均按表,3-6,中,568B,标准所规定的线序排列方式制作。,用于两个不同设备之间的连接。,如：交换机,-,路由器、计算机,-HUB,、计算机,-,交换机间的连接。,（,2,）交叉线（,Crossover Cable,，又称跳阶线）,一头按照,TIA/EIA 568B,标准线序制作；另一头按,TIA/EIA 568A,标准的线序制作。,主要用于两个相同设备之间的连接。,如，计算机,-,计算机、交换机,-,交换机等。,3.3.2,双绞线（,twisted pairwire,）,3.3.3,同轴电缆（,coaxial cable,）,1.,同轴电缆的物理结构,同轴电缆的物理结构如图,3-25,所示。,2.,同轴电缆的分类和性能参数,按带宽和用途来划分，同轴电缆可以分为基带和宽带。,3.,常用基带同轴电缆的应用特点,4.,同轴电缆的传输距离,在局域网中的最大传输距离为几千米。,3.3.4,光纤（,optical fiber,）,光导纤维电缆通常由一捆纤维组成，因此得名,“,光缆,”,。,1.,光导纤维电缆的物理结构,光缆由纤芯、包层和护套层组成。单芯光纤的结构见图,3-26,，多芯光纤的结构参见图,3-27,。,2.,光导纤维电缆的分类与性能参数, 单模式光纤：仅允许一束光通过，只能传输一路信号。, 多模式光纤：允许多路光束通过，可传输多路信号。,3.3.4,光纤（,optical fiber,）,3.,光纤电缆的接口与常用设备,4.,光导纤维电缆的主要应用特点,光纤与其他传输介质的性能比较见表,3-7,。,5.,光导纤维电缆的应用场合,光缆适用于长距离、布线条件特殊的情况；另外，广泛地采用光缆作为外界数据传输的干线。,6.,光纤的传输距离,理想状态和无中继器条件下的最大传输距离高达,6,8,千米。,3.3.5,无线网络与无线介质,1.,无线网络和无线传输介质,无线网络（,Wireless LAN,）。,无线传输介质：无线电波（,30MHz 1GHz,）、微波（,300MHz 300GHz,）、红外线和激光。,2.,无线传输介质的类型,3.3.5,无线网络与无线介质,（,1,）无线电波通信：主要用在广播通信中。,（,2,）无线电微波通信：即地面微波接力通信和卫星通信。,（,3,）地面微波接力通信：如图,3-28,，在无线电通信信道的两个终点设备之间建立若干个中继站。中继站的作用是放大前一个中继站传送过来的信号，并传送到下一个站。,（,4,）红外线通信,（,5,）卫星通信：是利用静止的地球与同步卫星作为中继站的微波接力通信系统。,3.,无线网络的标准：,IEEE802.11,。,4.,无线网络的特点：首先为“无线”，其次为站点的可移动性。,3.4,物理层的互连设备,3.4.1,物理层设备的基本知识,1.,理论作用,具有信号的连接、接收、放大、整形、向所有端口转发数据等作用。,2.,实际应用,增长传输距离、增加网络结点数目、进行不同介质的网络间的连接，以及组建局域网，如图,3-23,所示。,3.,冲突域和广播域,物理层设备互连的网络的各个结点都处于同一个冲突域；互连网段都处于同一个广播域。,4.,常见设备和部件,物理层的常见设备主要有：收发器、中继器、集线器，以及其他各种类型的转接器。,3.4.2,中继器和转接器,1.,中继器的功能,中继器如图,3-29,所示。可以连接两个或多个网络的电缆段。中继器起到放大、整形、并且重新产生电缆上的数字信号，并按原来的方向重新发送该再生信号，参见图,3-30,。,2.,中继器的使用规则（中继规则）,大多数网络都对用来连接网段的中继器的数目有所限制。,3.4.2,中继器和转接器,3.,中继器的应用特点,中继器一般要求第,27,层使用相同或兼容协议。,中继器不能提供网段之间的隔离功能。,使用中继器扩展网段和网络距离的数目都有所限制。,中继器不能控制广播风暴。,4.,使用和选择中继器时应注意的事项,5.,转接器,在实际工程中经常需要各种物理层的转换部件。,3.4.3,有线和无线集线器,1.,集线器的分类,（,1,）无线集线器（,AP,）,其外型参见图,3-33,，连接周边的无线网络终端，形成星形网络结构。,（,2,）有线集线器（,Hub,）的分类,分为：独立式集线器、堆叠式集线器和模块式集线器,3,种，参见图,3-34,、图,3-35,和图,3-36,；其应用的网络系统结构，参见图,3-23,。,3.4.3,有线和无线集线器,2.,集线器的主要功能,组网功能。,与其他介质连接的功能。,信号的强化功能。,自动检测与强化,“,碰撞,”,信号的功能。,故障的检测与处理,。,3.,集线器的应用特点,安装极为简单，几乎不需要配置。,限制了介质的极限距离。,不能进行通信分段。,集线器使用数量的限制。,当结点数目过多时，冲突增加，网络性能急剧下降。,4.,使用集线器时应注意的因素,