《网络传输介质》课件.ppt

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1、2023/5/31,第4章 网络传输介质,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.1 双绞线,4.1.1 双绞线的组成和结构4.1.2 屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别4.1.3 双绞线的类别和应用,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.1.1 双绞线的组成和结构,双绞线（Twisted Pair）也称为双扭线，是计算机网络中使用最为普遍的传输介质；现在双绞线广泛应用于模拟信号和数字信号的传输，尤其是模拟信号的传输在几公里之内都不需要使用放大器。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,双绞线电缆中封装着一对或一对以上的双绞线，为了降低信号的干扰程度，每一对双绞线一般

2、由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，每根铜导线的绝缘层颜色各不相同，以示区别。如图4-1（a）所示的是一根5类4对非屏蔽双绞线（UTP）的结构图，图4-1（b）所示的是其截面示意图。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,图4-1 5类4对UTP结构及截面图,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,双绞线一般可以分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类。其中，STP又分为3类（Category 3）和5类两种，而UTP分为3类、4类、5类、超5类、6类及7类几种。在这两大类中又分为：100电缆、双体电缆、大对数电缆、150屏蔽电缆，具体分类如图4-2所示。其中双体电缆和1

3、50屏蔽电缆在国内较少使用。另外，图中：AWG表示美国线缆规格标准。24表示线芯为24号（另外，线芯还有22号、23号和26号三种）,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,在STP中还有一种采用整体屏蔽的屏蔽双绞线，将这类屏蔽双绞线称为铝箔屏蔽双绞线（FTP）。金属屏蔽利用的是金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理。所谓趋肤效应，是指电流在导体截面的分布随频率的提高而趋于导体表面分布，频率越高，趋肤深度越小。即频率越高，电磁波的穿透能力越弱。因此，使用金属屏蔽能够有效地防止外部电磁干扰进入电缆，同时阻止内部信号辐射出去，干扰其他设备的工作，

4、起到防止失密的作用。电缆的这种抗干扰、防辐射的能力，就是所谓的电磁兼容性（EMC）。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.1.2 屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别,屏蔽双绞线电缆的外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输速率（5类STP在100m内可达到155Mbit/s，而5类UTP只能达到100Mbit/s）。但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线电缆外面只需一层绝缘胶皮，因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线，所以在无

5、特殊要求的计算机网络布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.1.3 双绞线的类别和应用,1.双绞线的标准制定在北美，标准主要由以下三个组织颁布：ANSI（American National Standard Institute，美国国家标准化组织）；TIA（Telecommunication Industry Association，电信工业联合会）；EIA（Engineering Institute Association，工程技术协会）。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,2双绞线的类别和特性（1）3类双绞线。3类双绞线的最高传输频率

6、为16MHz，最高传输速率为10Mbit/s，用于语音和最高传输速率为10Mbit/s的数据传输。（2）4类双绞线。该类双绞线的最高传输频率为20MHz，最高传输速率为16Mbit/s，可用于语音传输和最高传输速率为16Mbit/s的数据传输。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,（3）5类双绞线。5类双绞线电缆使用了特殊的绝缘材料，使其最高传输频率达到100MHz，最高传输速率达到100Mbit/s。（4）超5类双绞线。与5类双绞线相比，超5类双绞线的衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数应用的需求。（5）6类双绞线。2002年6月，TIA/EIA委员会正式发布综合布线

7、6类标准，该标准也将被国际标准化组织（ISO）批准，标准号为ISO 11801-2002。6类双绞线的最高频率为200MHz频率，连接千兆以太网时连接距离可以达到标准的100m。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,（6）7类双绞线。国际标准化组织在1997年9月开始准备制定7类双绞线标准，目前相关草案已完成。标准制定机构和制造商正在考虑利用一种新型的铜缆系统，其带宽可以高达600MHz。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.2 同轴电缆,4.2.1 同轴电缆的结构4.2.2 基带同轴电缆4.2.3 宽带同轴电缆,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.2.1

8、 同轴电缆的结构,同轴电缆（Coaxial Cable）是由一根空心的圆柱网状铜导体和一根位于中心轴线位置的铜导线组成的，铜导线、空心圆柱导体和外界之间分别用绝缘材料隔开，如图4-3所示。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,图4-3 同轴电缆的组成,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.2.2 基带同轴电缆,用于计算机网络中的基带同轴电缆的特征阻抗为50，主要的型号有RG-8（或RG-11）和RG-58，其中RG-8称为粗同轴电缆（简称为粗缆），RG-58称为细同轴电缆（简称为细缆）；用于有线电视模拟信号传输中的基带同轴电缆的特征阻抗为75，其型号为RG-59。,202

9、3/5/31,计算机网络-网络传输介质,1 细缆的连接方式,在利用细缆连接计算机时，对连接设备及连接方法一般有以下的要求（网络拓扑如图4-4所示）：,图4-4 细缆网络连接拓扑图,图4-4 细缆网络连接拓扑图,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,具有BNC连接器的网卡，同时细缆的两端也要安装BNC连接器（如图4-5（a）所示）；BNC T型连接器（如图4-5（b）所示），用于将节点接入到总线型网络；BNC桶型连接器，用于连接两段细缆；BNC终端电阻器（如图4-5（c）所示），特征阻抗为50，安装在每个网段的两端，作用是削减信号的反弹，防止网络中无用信号的堵塞。,2023/5/31,计

10、算机网络-网络传输介质,图4-5 用于细缆连接的各类BNC连接器,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,在使用细缆组建计算机网络中，需要注意以下的问题：无中继最大网段长度为185m；使用中继器时，最多可使用4个中继器连接5个网段，使网络直径达到1855=925m；每个网段支持的最大节点数为30；BNC T连接器之间的最小距离为0.5m；细缆网络具有以下的特点：价格低廉；网络抗干扰能力强；网络维护和扩展比较困难；由于总线的断点较多，将影响网络系统的可靠性。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,2 粗缆的连接方式,在利用粗缆连接计算机时，对连接设备及连接方法一般有以下的要求（网络

11、拓扑如图4-6所示）：,图4-6 粗缆网络连接拓扑图,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,在使用粗缆组建计算机网络中，需要注意以下的问题：无中继最大网段长度为500m；使用中继器时，最多可使用4个中继器连接5个网段，使网络直径达到5005=2500m；每个网段支持的最大节点数为100；收发器之间的最小距离为2.5m；细缆网络具有以下的特点：网络抗干扰能力强；具有较高的可靠性；覆盖范围较广，最大距离可以达到2500m；网络安装、维护和扩展比较困难；组网成本较高。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.2.3 宽带同轴电缆,75同轴电缆也称为宽带同轴电缆，可以采用频分复用技术

12、在这种类型的电缆上传输信号。在使用同轴电缆的计算机网络中，宽带系统是指采用了频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,双缆系统的网络拓扑如图4-7（a）所示；单缆系统的网络拓扑如图4-7（b）所示，也为一树型结构。,图4-7 宽带同轴电缆网络拓扑结构,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.3 光纤,4.3.1 光纤的通信原理4.3.2 光纤的分类和特点4.3.3 光纤通信的特点,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.3.1 光纤的通信原理,通信中，由光发送机产生光束，将表示数字代码的电信号转变成光信号，并将光信号导入光纤，光信

13、号在光纤中传播，在另一端由光接收机负责接收光纤上传出的光信号，并进一步将其还原成为发送前的电信号。光纤收发器集成了光发送机和光接收机的功能：既负责光的发送也负责光的接收。如图4-8所示的是光纤通信系统的结构示意图。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,图4-8 光纤通信系统的结构示意图,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,光纤通常由纯度极高的石英玻璃拉成细丝，主要由位于中心轴线上的纤芯和包裹在外面的包层组成。,图4-9 光波在光纤中的传输情况,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,如图4-10所示的是其中一种类型的室外光缆的截面示意图。,图4-10 一种类型的室外光

14、缆截面示意图,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.3.2 光纤的分类和特点,1单模光纤和多模光纤 在计算机网络中根据传输点模数的不同，光纤分为单模光纤和多模光纤两种，“模”也称为模式（mode），是指以一定角度进入光纤的一束光。可以让多条光波以不同的入射角（但必须大于临界值）进入同一条纤芯进行传输，将这类光纤称为多模光纤。但也存在一种情况，即当光纤的直径减小到只允许一个波长的光波传输时，这时的光纤就如同一根波导体，光波在其中没有反射，而是沿直线传输，将这种光纤称为单模光纤。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,多模光纤与单模光纤的主要区别如下所示：单模光纤采用激光二极管

15、（LD）作为光源，而多模光纤采用发光二极管（LED）为光源；多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，整体的传输性能差，但成本低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中；单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大、传输距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,2 室内光缆和室外光缆,室内光缆的抗拉强度较小，保护层较差，但重量较轻，且较便宜，主要用于建筑物内部的布线。室内光缆又分为以下两类。与室内光缆相比，室外光缆的抗拉强度较大，保护层较厚重，并且通常为铠装（即金属皮包裹）。室外光缆主要适用于建筑物之间或广域网的远距离布线。

16、根据布线方式的不同，室外光缆又分为直埋式光缆、架空式光缆和管道式光缆三类。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.3.3 光纤通信的特点,因光纤的数据传输速率高（可达Gbit/s），传输距离远（无中继传输距离达几十至上百公里）等特点，所以它在远距离的网络布线中得到了广泛应用。局域网布线中一般使用62.5m/125m、50m/125m、100m/140m规格的多模光纤和8.3m/125m规格的单模光纤。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,与铜质电缆相比较，光纤通信明显具有其他传输介质无法比拟的优点。传输信号的频带宽，通信容量大；信号衰减小，传输距离长；抗干扰能力强，应用范

17、围广；抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线；原材料资源丰富。当然，光纤也存在着一些缺点：如质地脆，机械强度低；切断和连接技术要求较高等，这些缺点也限制了目前光纤的普及，尤其是实现光纤到桌面的连接。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.4 无线传输介质,4.4.1 电磁波的频谱及其在通信中的应用4.4.2 无线电传输4.4.3 微波传输,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.4.1 电磁波的频谱及其在通信中的应用,无线传输介质也称为非导向传输介质。当电子运行时，便会产生可以自由传播的电磁波。电磁波于1887年由德国物理学家赫兹（Heinrich Hertz）首先

18、发现。电磁波每秒的震荡次数称为频率（frequency），一般用f表示，单位为赫兹（Hz）。电磁波两个相邻波峰（或波谷）之间的距离称为波长（wavelength），一般用表示。在真空中，所有的电磁波以相同的速率传播，和它的频率无关，该传播速率被称为光速（speed of light），用c表示，大约为3108m/s。c是一个理想值，是一个权限速度，在光纤介质中传输时只有真空速率的2/3。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,其中，频率f、波长及光速c之间的关系为：fc电磁波可承载的信息量与它的带宽相关。在当前技术条件下，当采用较低的频率时，每赫兹可以编码几个比特；当采用较高频率时，每

19、赫兹的编码可以达到Gbit/s数量级。这也是为什么光纤能够成为目前网络传输介质中的佼佼者的一个重要原因（参见图4-11）。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,图4-11 电磁波的频谱及其在通信中的应用,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.4.2 无线电传输,无线电波的特性与其频率有关。在VLF、LF和MF频段上，无线电波沿着地面传播，如图4-12（a）所示。其传播的特点是：工作频率较低；传播距离远，在较低频率时可以达到1000km；通过障碍物的穿透能力较强；能量会随着距离的增大而急剧减小。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,在HF和VHF频段上，无线电波会

20、被地面吸收。这时，可以通过地面上空的电离层的反射来传播。无线电信号通过地面上的发送站发送出去，当到达地面上空（约距地球100500km）电离层时，无线电波被反射回地址，再被地面的接收站接收到，如图4-12（b）所示。具体的传输特点是：工作频率较高；无线电波趋于直接传播；但通过障碍物的穿透能力较弱；会被空气中的水蒸气和自然界的雨水吸收。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,图4-12 无线电波传播方式,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,4.4.3 微波传输,微波的频段为300MHz300GHz，但多使用240GHz的频段。微波在空气中主要以直线方式传播，同时微波会穿透地面上

21、空的电离层，所以它不能像无线电波那样使用电离层的反射来传播，而必须通过站点来传播。微波通信主要有地面微波接力通信和卫星通信两类。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,1 地面微波接力通信,由于微波是以直线方式在大气中传播，所以在地面上的传播距离一般不会超过50km。为了实现微波的远距离传播，就需要在一条通信信道的两个端点之间架设多个微波中继站，中继站在接收到前一个中继站（或端点）的信号后，对其进行放大，然后再转发给下一个中继站（或站点），起到了信号的接力作用，所以将这种通信方式称为地面微波接入通信，如图4-13（a）所示。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,2 卫星通信,微波通信的另一种方式是卫星通信。卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发无线微波信号，在多个地面站之间进行的通信，如图4-13（b）所示。目前用来转发信号的通信卫星几乎都是静止卫星或同步卫星，即卫星环绕地球一周的时间恰好等于地球自转一周的时间，卫星相对于地面站来说呈静止状态。,2023/5/31,计算机网络-网络传输介质,一个典型的卫星通常拥有1220个转发器。每个转发器的频段为3650MHz，一个转发器可用来传输56Mbit/s的数据，或800路64kbit/s的数字化语音信道。而且不同的转发器之间一般不会产生干扰。,图4-13 微波通信方式,