第4章 数据通信与网络

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版副标题样式,第,4,章,传输介质及其应用,4.1,有线传输介质及其特性,4.2,无线传输媒体及其特性,4.3,传输介质的选择与应用,4.4,小结,习题,传输媒体是通信网络传送数据时发送方和接收方之间的物理通路，计算机网络中采用的传输媒体可分为有线传输介质（硬介质）和无线传输介质（软介质）两大类。传输媒体的分类见图,4-1,。,图,4-1,几种主要的传输介质,4.1,有线传输介质及其特性,4.1.1,双绞线（,Twisted-Pair Cable,）,双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成，线对扭在一起可以减少相互间的辐射电磁干扰。双绞线早就用于电话通信中的模拟信号传输，也可用于数字信号的传输。双绞线又分为两种，屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。,1.,无屏蔽双绞线（,UTP,，,Unshielded Twisted-Pair Cable,）,无屏蔽双绞线是目前电信中最常使用的传输媒体。它的频率范围对于传输数据和声音都很适合，一般在,100Hz,5MHz,之间。双绞线由两个导体（通常是铜线）组成，外面是不同颜色的绝缘层，两根导线扭在一起再包一层绝缘层，组成电话线缆。见图,4-2,。,EIA,标准将,UTP,分成了五种类型：,（,1,）,1#UTP,，基本双绞线，应用在电话系统，通话质量较好，但是通信的速率较低。,（,2,）,2#UTP,，适合于传输声音和数据，传输速率在,4Mbps,以上。,（,3,）,3#UTP,，主要用在电话系统中，对于数据传输，其传输速率在,10Mbps,以上。,（,4,）,4#UTP,，传输速率可以达到,16Mbps,。,（,5,）,5#UTP,，对于数据传输，其传输速率在,100Mbps,以上。,2.,屏蔽双绞线（,STP,，,Shielded Twisted-Pair Cable,）,在双绞线的外面包上了用金属丝编织的屏蔽层，改善了双绞线的抗电磁干扰性能。,STP,是将双绞线放在由金属导线包裹，用于吸收干扰的外包材料内，然后再将其包上橡胶外皮，比无屏蔽双绞线的抗干扰能力更强，传送数据更可靠。见图,4-3,。,图,4-3,屏蔽双绞线,3.,双绞线的主要特性,（,1,）从物理特性上来看，双绞线芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。,（,2,）从传输特性上来看，双绞线既可以用于传输模拟信号，也可以用于传输数字信号，双绞线带宽可达,268kHz,，而一条全双工语音通道的标准带宽是,300Hz,4kHz,，因而可以使用频分多路复用技术实现多个语音通道的复用。局域网中常用的,3,类双绞线和,5,类双绞线电缆均由,4,对双绞线组成，其中,3,类双绞线通常用于,10BASE-T,，,5,类双绞线通常用于,100BASE-T,。,（,3,）从连通性上来说，双绞线普遍用于点到点的连接，也可以用于多点的连接。,（,4,）从地理范围来看，在,100kbps,速率下传输距离可达,1,公里，但在,10Mbps,和,100Mbps,传输速率下传输距离均不超过,100,米。,（,5,）抗干扰性。在低频传输时，双绞线的抗干扰性相当于或高于同轴电缆，但如果频率超过,10,100kHz,时，双绞线的抗干扰能力较低。,（,6,）从价格上来讲，双绞线的价格是比较低的。,4.1.2,同轴电缆（,Coaxial Cable,）,1.,同轴电缆的结构,同轴电缆由一对导体组成，与双绞线相比，可以携带较高频率范围的载波信号，其频率范围在,100KHz,500MHz,之间，同轴电缆是按“同轴”的形式构成线对，最里层是内芯，向外依次为绝缘层、屏蔽层，最外层则是起保护作用的塑料外套，内芯和屏蔽层构成一对导体。其结构见图,4-4,。,图,4-4,同轴电缆,同轴电缆分为基带同轴电缆（阻抗,50,）和宽带同轴电缆（阻抗,75,）。基带同轴电缆用于直接传输基带数字信号；在局域网中使用这种基带同轴电缆，可以在,2500m,内（需加,4,个中继器），以,10Mbit/s,传送基带的数字信号。宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的高速数字信号和模拟信号传输。,2.,同轴电缆的主要特性,（,1,）物理特性。同轴电缆可以工作在较宽的频率范围内。,（,2,）传输特性。基带同轴电缆仅用于数字传输，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可达,10Mips,。宽带同轴电缆既可用于模拟信号传输又可用于数字信号传输。,（,3,）连通性。同轴电缆适用于点到点和多点连接。,（,4,）地理范围。基带电缆的最大传输距离限制在几公里，宽带电缆的传输距离则可达几十公里。,（,5,）抗干扰性。同轴电缆的抗干扰性能比双绞线强。,（,6,）价格。同轴电缆的价格比双绞线贵，比光纤低。,4.1.3,光缆（,Optical Fiber,）,1.,光纤的结构,光纤是一种光传输介质，是光导纤维的简称，它由能传导光波的石英玻璃纤维（或塑料纤维）外加保护层构成。用光纤传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，在接收端又要由光检测器还原成电信号。,2.,光纤的主要特性,（,1,）物理特性。在网络中均采用两根光纤组成传输系统。,（,2,）传输特性。光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号，与双绞线和同轴电线相比，光缆传送数据的速度相当快。光缆最低传送速率是,100Mbit,s,，一般可达,Gbps,，而同轴电缆的最大传送速度是,100Mbit,s,。双绞线或同轴电缆传送电信号，而光缆传送光信号，其中一种光源是发光二极管（,LEO,），另一种光源是激光。光缆频带很宽，传送速率极高，因此能够传送大量的数据。,（,3,）连通性。光纤普遍用于点到点的链路。,（,4,）地理范围。光缆可以在,6,8,公里的距离内不用中继器传输，因此光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网络。,（,5,）抗干扰性。光信号不受电磁干扰或噪声影响，光波也不会互相干扰，因此光缆不存在信号衰减问题，可以在长距离内传输数据；光缆中光的匹配好，使人很难在光缆上窃取数据，所以安全性好。,（,6,）价格。光纤的价格比双绞线和同轴电缆都要贵。,4.2,无线传输媒体及其特性,无线传输媒体通过空间传输，不需要架设或铺设电缆或光纤，包括：无线电波、微波、红外线和激光等。,4.2.1,无线电波,无线电波是全向传播，不同的频段可以用于不同的无线电通信。例如无线电广播，包括调频（,FM,）广播和调幅（,AM,）广播等，调幅广播（,AM,）比调频广播（,FM,）使用的频率低得多，频率低的信号更易受到大气的干扰，但传送的距离远；短波和民用波段无线电广播也都使用很低的频率，能够远距离传送信号；电视台则用较高的频率传送图像和声音的混合信号，电视频道不同就是传送信号的频率不同，电视机在每个频道以不同频率接收不同的信号。,（,1,）频率范围在,30-300KHz,的是低频长波；,（,2,）频率范围在,300KHz-3MHz,的是中频中波，通常用于中波通信；,（,3,）频率范围在,3MHz-30MHz,的是高频短波，用于短波通信。它是利用地面发射无线电波，通过电离层的多次反射到达接收端的一种通信方式。,（,4,）频率范围在,30MHz-300MHz,的是甚高频（,VHF,）。,（,5,）频率范围在,300MHz-3000MHz,的是特高频（,UHF,），电磁波可穿过电离层，不会因反射而引起干扰，可用于数据通信。,4.2.2,微波,微波传送是单向的，并且信号沿直线传播。所以传送信号时一个微波站的天线必须指向另一个微波站，这样才能发送和接收信号。微波信号受天气环境（如雨雪等）和微波站之间障碍物的影响较大。,1.地面微波,地球上两个微波站之间的微波传送方式叫地面微波传送。微波通信的载波频率很高，可同时传送大量信息，利用无线电波在对流层的视距范围内沿直线传播的。由于地球表面是曲面，使得微波在地面的传播距离有限。通常可以利用天线提高传输距离，天线越高传播距离越远，一般两个微波站之间的通信距离为,30,50,km，,超过一定距离就要用微波中继站。,2.卫星微波,卫星是天空中的大型微波发送器和接收器，卫星通信利用地球同步卫星做中继来转发微波信号，克服了地面微波通信距离的限制，一个同步卫星可以覆盖地球的,1/3,以上表面，原则上三个这样的卫星就可以覆盖地球上全部通信区域，地球上的各个地面站之间都可互相通信。地面站与卫星之间的微波传送也用视线法则，卫星在与地球相对静止的同步轨道上运行，固定在地球上方的某一位置，从卫星上发出的信号只能到达地面特定的区域，微波的视线传送到地球表面产生一个覆盖区，地面站只有在覆盖区内才能接收卫星传送的信号。卫星将地面上地对空通信的信号由转发器接收、放大，改变频率后再将信号传送回地面。,4.2.3,红外线技术,红外通信和激光通信也像微波通信一样，有很强的方向性，都是沿直线传播的。这三种技术都需要在发送方和接收方之间有一条视线（,Lind of Sight,）,通路，故它们统称为视线媒体。所不同的是，红外通信和激光通信把要传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号直接在空间传播。这三种视线媒体由于都不需要铺设电缆，对于连接不同建筑物内的局域网特别有用。这三种技术对环境气候较为敏感，例如雨、雾和雷电。,4.3 传输介质的选择与应用,4.3.1 传输介质的选择,1.容量：,支持所期望的局部网络通信量。,2.可靠性：,满足可用的要求。,3.支持的数据类型：,根据应用特定的。,4.环境范围：,在所要求的环境范围内提供服务。,5.费用：,同轴电线的费用介于双绞线和光缆之间。,6.速度：,双绞线的传送速度最低，其次是同轴电缆和微波，光缆的速度最快。,7.出错率：,双绞线和同轴电缆更容易受电磁和电流波动的影响，微波传送可以被恶劣的天气中断。,8.安全性：,双绞线和同轴电缆易被窃听。从光缆上窃取数据很困难。无线电或微波传送不安全。,4.3.2 传输介质的制作与应用,1.双绞线的制作与应用,将两根具有绝缘保护层的导线按一定的密度互相绞在一起形成一个线对，降低信号的干扰。常用的双绞线是由4个线对反时针相互扭转在一起，铜导线的直径为0.41,mm，,扭绞方向为反时针，绞距为3.8114,cm，,这些线对被标示了不同的颜色。,2.同轴电缆的制作与网络,首先根据需要剪裁一定长度的同轴电缆，使用剥线钳剥去适当长度的外皮，屏蔽层、绝缘层等部分，并将,BNC,连接器装在同轴电缆的端口，然后插在,T,型头上。设备连接完成后，在同轴电缆的两端一定要加上端接匹配器。,3.光纤的制作,常用的光缆有,8.3,m,芯125,m,外层单模；62.5,m,芯125,m,外层多模；50,m,芯125,m,外层多模；100,m,芯140,m,外层多模。,连接每条光缆时都要磨光端头，通过电烧烤或其它方法与光学接口连在一起，确保光通道不被阻塞，光纤不能拉得太紧，也不能形成直角。连接方法：。,（,1,）永久性连接（又叫热熔），使用放电的方法将两根光纤的连接点融化并连接在一起。,（,2,）应急连接（又叫冷溶），应急连接是将两根光纤固定并粘接在一起。,（,3,）活动连接，利用各种光纤连接器件（插头和插座），将站点与站点或站点与光缆连接起来。,4.4 小结,本章主要介绍用于传输的各种介质，传输介质的分类，以及数据如何在介质中传输等。不同的传输介质具有不同的传输特性，而传输介质的特性又影响着数据的传输质量。网络中采用的传输媒体可分为有线传输介质（硬介质）和无线传输介质（软介质）两大类。双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种有线传输媒体；无线电通信、微波通信、红外通信以及激光通信的信息载体等都属于无线传输媒体。,传输介质的选择是由许多因素决定的，也受网络拓扑结构的约束。设计者在选择传输介质时必须考虑到介质的费用、传送速度、使用这种介质的出错率和安全性等一些相关因素。,习题,4-1,根据你所使用的网络环境，分析所选用的传输介质的类型。,4-2,比较一下不同传输介质的特性。,4-3,传输介质的特性对数据传输有什么影响？,4-4,在网络连接时，双绞线如何进行连接？其