數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版副標(biāo)題樣式,第,4,章,傳輸介質(zhì)及其應(yīng)用,4.1,有線傳輸介質(zhì)及其特性,4.2,無線傳輸媒體及其特性,4.3,傳輸介質(zhì)的選擇與應(yīng)用,4.4,小結(jié),習(xí)題,傳輸媒體是通信網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)送方和接收方之間的物理通路，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸媒體可分為有線傳輸介質(zhì)（硬介質(zhì)）和無線傳輸介質(zhì)（軟介質(zhì)）兩大類。傳輸媒體的分類見圖,4-1,。,圖,4-1,幾種主要的傳輸介質(zhì),傳輸介質(zhì),有線傳輸介質(zhì),無線傳輸介質(zhì),雙絞線,同軸電纜,光纜,微波,衛(wèi)星微波,無線電波,紅外線,屏蔽雙絞線,無屏蔽雙絞線,基帶同軸電纜,寬帶同軸電纜,單模光纖,多模光纖,4.1,有線傳輸介質(zhì)及其特性

2、,4.1.1,雙絞線（,Twisted-Pair Cable,）,雙絞線由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導(dǎo)線組成，線對(duì)扭在一起可以減少相互間的輻射電磁干擾。雙絞線早就用于電話通信中的模擬信號(hào)傳輸，也可用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。雙絞線又分為兩種，屏蔽雙絞線和無屏蔽雙絞線。,1.,無屏蔽雙絞線（,UTP,，,Unshielded Twisted-Pair Cable,）,無屏蔽雙絞線是目前電信中最常使用的傳輸媒體。它的頻率范圍對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)和聲音都很適合，一般在,100Hz,5MHz,之間。雙絞線由兩個(gè)導(dǎo)體（通常是銅線）組成，外面是不同顏色的絕緣層，兩根導(dǎo)線扭在一起再包一層絕緣層，組成電話線纜。見圖,4-2,。

3、,EIA,標(biāo)準(zhǔn)將,UTP,分成了五種類型：,（,1,）,1#UTP,，基本雙絞線，應(yīng)用在電話系統(tǒng)，通話質(zhì)量較好，但是通信的速率較低。,（,2,）,2#UTP,，適合于傳輸聲音和數(shù)據(jù)，傳輸速率在,4Mbps,以上。,（,3,）,3#UTP,，主要用在電話系統(tǒng)中，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率在,10Mbps,以上。,（,4,）,4#UTP,，傳輸速率可以達(dá)到,16Mbps,。,（,5,）,5#UTP,，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率在,100Mbps,以上。,2.,屏蔽雙絞線（,STP,，,Shielded Twisted-Pair Cable,）,在雙絞線的外面包上了用金屬絲編織的屏蔽層，改善了雙絞線的抗

4、電磁干擾性能。,STP,是將雙絞線放在由金屬導(dǎo)線包裹，用于吸收干擾的外包材料內(nèi)，然后再將其包上橡膠外皮，比無屏蔽雙絞線的抗干擾能力更強(qiáng)，傳送數(shù)據(jù)更可靠。見圖,4-3,。,圖,4-3,屏蔽雙絞線,3.,雙絞線的主要特性,（,1,）從物理特性上來看，雙絞線芯一般是銅質(zhì)的，能提供良好的傳導(dǎo)率。,（,2,）從傳輸特性上來看，雙絞線既可以用于傳輸模擬信號(hào)，也可以用于傳輸數(shù)字信號(hào)，雙絞線帶寬可達(dá),268kHz,，而一條全雙工語音通道的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是,300Hz,4kHz,，因而可以使用頻分多路復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)語音通道的復(fù)用。局域網(wǎng)中常用的,3,類雙絞線和,5,類雙絞線電纜均由,4,對(duì)雙絞線組成，其中,3,類雙

5、絞線通常用于,10BASE-T,，,5,類雙絞線通常用于,100BASE-T,。,（,3,）從連通性上來說，雙絞線普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以用于多點(diǎn)的連接。,（,4,）從地理范圍來看，在,100kbps,速率下傳輸距離可達(dá),1,公里，但在,10Mbps,和,100Mbps,傳輸速率下傳輸距離均不超過,100,米。,（,5,）抗干擾性。在低頻傳輸時(shí)，雙絞線的抗干擾性相當(dāng)于或高于同軸電纜，但如果頻率超過,10,100kHz,時(shí)，雙絞線的抗干擾能力較低。,（,6,）從價(jià)格上來講，雙絞線的價(jià)格是比較低的。,4.1.2,同軸電纜（,Coaxial Cable,）,1.,同軸電纜的結(jié)構(gòu),同軸電纜由一對(duì)導(dǎo)

6、體組成，與雙絞線相比，可以攜帶較高頻率范圍的載波信號(hào)，其頻率范圍在,100KHz,500MHz,之間，同軸電纜是按“同軸”的形式構(gòu)成線對(duì)，最里層是內(nèi)芯，向外依次為絕緣層、屏蔽層，最外層則是起保護(hù)作用的塑料外套，內(nèi)芯和屏蔽層構(gòu)成一對(duì)導(dǎo)體。其結(jié)構(gòu)見圖,4-4,。,圖,4-4,同軸電纜,同軸電纜分為基帶同軸電纜（阻抗,50,）和寬帶同軸電纜（阻抗,75,）?；鶐S電纜用于直接傳輸基帶數(shù)字信號(hào)；在局域網(wǎng)中使用這種基帶同軸電纜，可以在,2500m,內(nèi)（需加,4,個(gè)中繼器），以,10Mbit/s,傳送基帶的數(shù)字信號(hào)。寬帶同軸電纜用于頻分多路復(fù)用的模擬信號(hào)傳輸，也可用于不使用頻分多路復(fù)用的高速數(shù)字信號(hào)和模

7、擬信號(hào)傳輸。,2.,同軸電纜的主要特性,（,1,）物理特性。同軸電纜可以工作在較寬的頻率范圍內(nèi)。,（,2,）傳輸特性?；鶐S電纜僅用于數(shù)字傳輸，并使用曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá),10Mips,。寬帶同軸電纜既可用于模擬信號(hào)傳輸又可用于數(shù)字信號(hào)傳輸。,（,3,）連通性。同軸電纜適用于點(diǎn)到點(diǎn)和多點(diǎn)連接。,（,4,）地理范圍?；鶐щ娎|的最大傳輸距離限制在幾公里，寬帶電纜的傳輸距離則可達(dá)幾十公里。,（,5,）抗干擾性。同軸電纜的抗干擾性能比雙絞線強(qiáng)。,（,6,）價(jià)格。同軸電纜的價(jià)格比雙絞線貴，比光纖低。,4.1.3,光纜（,Optical Fiber,）,1.,光纖的結(jié)構(gòu),光纖是一種光傳輸介

8、質(zhì)，是光導(dǎo)纖維的簡稱，它由能傳導(dǎo)光波的石英玻璃纖維（或塑料纖維）外加保護(hù)層構(gòu)成。用光纖傳輸電信號(hào)時(shí)，在發(fā)送端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，在接收端又要由光檢測器還原成電信號(hào)。,2.,光纖的主要特性,（,1,）物理特性。在網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖組成傳輸系統(tǒng)。,（,2,）傳輸特性。光纖通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號(hào)，與雙絞線和同軸電線相比，光纜傳送數(shù)據(jù)的速度相當(dāng)快。光纜最低傳送速率是,100Mbit,s,，一般可達(dá),Gbps,，而同軸電纜的最大傳送速度是,100Mbit,s,。雙絞線或同軸電纜傳送電信號(hào)，而光纜傳送光信號(hào)，其中一種光源是發(fā)光二極管（,LEO,），另一種光源是激光。光纜頻帶很寬，傳

9、送速率極高，因此能夠傳送大量的數(shù)據(jù)。,（,3,）連通性。光纖普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路。,（,4,）地理范圍。光纜可以在,6,8,公里的距離內(nèi)不用中繼器傳輸，因此光纖適合于在幾個(gè)建筑物之間通過點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)絡(luò)。,（,5,）抗干擾性。光信號(hào)不受電磁干擾或噪聲影響，光波也不會(huì)互相干擾，因此光纜不存在信號(hào)衰減問題，可以在長距離內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)；光纜中光的匹配好，使人很難在光纜上竊取數(shù)據(jù)，所以安全性好。,（,6,）價(jià)格。光纖的價(jià)格比雙絞線和同軸電纜都要貴。,4.2,無線傳輸媒體及其特性,無線傳輸媒體通過空間傳輸，不需要架設(shè)或鋪設(shè)電纜或光纖，包括：無線電波、微波、紅外線和激光等。,4.2.1,無線電波,無線

10、電波是全向傳播，不同的頻段可以用于不同的無線電通信。例如無線電廣播，包括調(diào)頻（,FM,）廣播和調(diào)幅（,AM,）廣播等，調(diào)幅廣播（,AM,）比調(diào)頻廣播（,FM,）使用的頻率低得多，頻率低的信號(hào)更易受到大氣的干擾，但傳送的距離遠(yuǎn)；短波和民用波段無線電廣播也都使用很低的頻率，能夠遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)；電視臺(tái)則用較高的頻率傳送圖像和聲音的混合信號(hào)，電視頻道不同就是傳送信號(hào)的頻率不同，電視機(jī)在每個(gè)頻道以不同頻率接收不同的信號(hào)。,（,1,）頻率范圍在,30-300KHz,的是低頻長波；,（,2,）頻率范圍在,300KHz-3MHz,的是中頻中波，通常用于中波通信；,（,3,）頻率范圍在,3MHz-30MHz,的

11、是高頻短波，用于短波通信。它是利用地面發(fā)射無線電波，通過電離層的多次反射到達(dá)接收端的一種通信方式。,（,4,）頻率范圍在,30MHz-300MHz,的是甚高頻（,VHF,）。,（,5,）頻率范圍在,300MHz-3000MHz,的是特高頻（,UHF,），電磁波可穿過電離層，不會(huì)因反射而引起干擾，可用于數(shù)據(jù)通信。,4.2.2,微波,微波傳送是單向的，并且信號(hào)沿直線傳播。所以傳送信號(hào)時(shí)一個(gè)微波站的天線必須指向另一個(gè)微波站，這樣才能發(fā)送和接收信號(hào)。微波信號(hào)受天氣環(huán)境（如雨雪等）和微波站之間障礙物的影響較大。,1.地面微波,地球上兩個(gè)微波站之間的微波傳送方式叫地面微波傳送。微波通信的載波頻率很高，可同

12、時(shí)傳送大量信息，利用無線電波在對(duì)流層的視距范圍內(nèi)沿直線傳播的。由于地球表面是曲面，使得微波在地面的傳播距離有限。通?？梢岳锰炀€提高傳輸距離，天線越高傳播距離越遠(yuǎn)，一般兩個(gè)微波站之間的通信距離為30,50,km，,超過一定距離就要用微波中繼站。,2.衛(wèi)星微波,衛(wèi)星是天空中的大型微波發(fā)送器和接收器，衛(wèi)星通信利用地球同步衛(wèi)星做中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)，克服了地面微波通信距離的限制，一個(gè)同步衛(wèi)星可以覆蓋地球的1/3以上表面，原則上三個(gè)這樣的衛(wèi)星就可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域，地球上的各個(gè)地面站之間都可互相通信。地面站與衛(wèi)星之間的微波傳送也用視線法則，衛(wèi)星在與地球相對(duì)靜止的同步軌道上運(yùn)行，固定在地球上方的某一

13、位置，從衛(wèi)星上發(fā)出的信號(hào)只能到達(dá)地面特定的區(qū)域，微波的視線傳送到地球表面產(chǎn)生一個(gè)覆蓋區(qū)，地面站只有在覆蓋區(qū)內(nèi)才能接收衛(wèi)星傳送的信號(hào)。衛(wèi)星將地面上地對(duì)空通信的信號(hào)由轉(zhuǎn)發(fā)器接收、放大，改變頻率后再將信號(hào)傳送回地面。,4.2.3,紅外線技術(shù),紅外通信和激光通信也像微波通信一樣，有很強(qiáng)的方向性，都是沿直線傳播的。這三種技術(shù)都需要在發(fā)送方和接收方之間有一條視線（,Lind of Sight）,通路，故它們統(tǒng)稱為視線媒體。所不同的是，紅外通信和激光通信把要傳輸?shù)男盘?hào)分別轉(zhuǎn)換為紅外光信號(hào)和激光信號(hào)直接在空間傳播。這三種視線媒體由于都不需要鋪設(shè)電纜，對(duì)于連接不同建筑物內(nèi)的局域網(wǎng)特別有用。這三種技術(shù)對(duì)環(huán)境氣候較

14、為敏感，例如雨、霧和雷電。,4.3 傳輸介質(zhì)的選擇與應(yīng)用,4.3.1 傳輸介質(zhì)的選擇,1.容量：,支持所期望的局部網(wǎng)絡(luò)通信量。,2.可靠性：,滿足可用的要求。,3.支持的數(shù)據(jù)類型：,根據(jù)應(yīng)用特定的。,4.環(huán)境范圍：,在所要求的環(huán)境范圍內(nèi)提供服務(wù)。,5.費(fèi)用：,同軸電線的費(fèi)用介于雙絞線和光纜之間。,6.速度：,雙絞線的傳送速度最低，其次是同軸電纜和微波，光纜的速度最快。,7.出錯(cuò)率：,雙絞線和同軸電纜更容易受電磁和電流波動(dòng)的影響，微波傳送可以被惡劣的天氣中斷。,8.安全性：,雙絞線和同軸電纜易被竊聽。從光纜上竊取數(shù)據(jù)很困難。無線電或微波傳送不安全。,4.3.2 傳輸介質(zhì)的制作與應(yīng)用,1.雙絞線的

15、制作與應(yīng)用,將兩根具有絕緣保護(hù)層的導(dǎo)線按一定的密度互相絞在一起形成一個(gè)線對(duì)，降低信號(hào)的干擾。常用的雙絞線是由4個(gè)線對(duì)反時(shí)針相互扭轉(zhuǎn)在一起，銅導(dǎo)線的直徑為0.41,mm，,扭絞方向?yàn)榉磿r(shí)針，絞距為3.8114,cm，,這些線對(duì)被標(biāo)示了不同的顏色。,2.同軸電纜的制作與網(wǎng)絡(luò),首先根據(jù)需要剪裁一定長度的同軸電纜，使用剝線鉗剝?nèi)ミm當(dāng)長度的外皮，屏蔽層、絕緣層等部分，并將,BNC,連接器裝在同軸電纜的端口，然后插在,T,型頭上。設(shè)備連接完成后，在同軸電纜的兩端一定要加上端接匹配器。,3.光纖的制作,常用的光纜有,8.3,m,芯125,m,外層單模；62.5,m,芯125,m,外層多模；50,m,芯125

16、,m,外層多模；100,m,芯140,m,外層多模。,連接每條光纜時(shí)都要磨光端頭，通過電燒烤或其它方法與光學(xué)接口連在一起，確保光通道不被阻塞，光纖不能拉得太緊，也不能形成直角。連接方法：。,（,1,）永久性連接（又叫熱熔），使用放電的方法將兩根光纖的連接點(diǎn)融化并連接在一起。,（,2,）應(yīng)急連接（又叫冷溶），應(yīng)急連接是將兩根光纖固定并粘接在一起。,（,3,）活動(dòng)連接，利用各種光纖連接器件（插頭和插座），將站點(diǎn)與站點(diǎn)或站點(diǎn)與光纜連接起來。,4.4 小結(jié),本章主要介紹用于傳輸?shù)母鞣N介質(zhì)，傳輸介質(zhì)的分類，以及數(shù)據(jù)如何在介質(zhì)中傳輸?shù)?。不同的傳輸介質(zhì)具有不同的傳輸特性，而傳輸介質(zhì)的特性又影響著數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸媒體可分為有線傳輸介質(zhì)（硬介質(zhì)）和無線傳輸介質(zhì)（軟介質(zhì)）兩大類。雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種有線傳輸媒體；無線電通信、微波通信、紅外通信以及激光通信的信息載體等都屬于無線傳輸媒體。,傳輸介質(zhì)的選擇是由許多因素決定的，也受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的約束。設(shè)計(jì)者在選擇傳輸介質(zhì)時(shí)必須考慮到介質(zhì)的費(fèi)用、傳送速度、使用這種介質(zhì)的出錯(cuò)率和安全性等一些相關(guān)因素。,習(xí)題,4-1,根據(jù)你所使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)