第2章网络传输介质及相关部件zzzz.ppt
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1、网络传输介质及相关部件,(时间:3次课,6学时),第2章 网络传输介质及相关部件,完成本章的学习,你将能够:描述双绞线的种类和相应特性描述同轴电缆的种类和技术参数描述光纤的种类和特性描述无线介质的分类和特性根据实际应用介绍综合布线相关部件与工具,第2章 网络传输介质及相关部件,2.1双绞线2.2 同轴电缆2.3 光纤2.4综合布线系统相关器材与工具本章小结实训 复习自测题,2.1 双绞线,双绞线(Twisted Pair Cable)是综合布线工程中最常用的一种传输介质,大多数数据和话音网络都使用双绞线布线。双绞线一般是由两根遵循AWG(American Wire Gauge,美国线规)标准的
2、绝缘铜导线相互缠绕而成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,双绞线是由两根为22、24或26号具有绝缘保护层的铜导线相互缠绕而成,把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便构成了双绞线电缆。与其他传输介质相比,双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受一定限制,但是价格较为低廉。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,双绞线的可以按照以下方式分类:按结构分为非屏蔽双绞线电缆和屏蔽双绞线。按性能分为1类、2类、3类、4类、5类、5e类、6类、7类双绞线电缆。按特性阻抗划分
3、为100欧姆、120欧姆及150欧姆等几种。常用的是100欧姆的双绞线电缆。按对数分为1对、2对、4对双绞线电缆,25对、50对、100对的大对数双绞线。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,1.屏蔽双绞线 屏蔽双绞线是在双绞线电缆中增加了屏蔽层,目的就是为了提高电缆的物理性能和电气性能,减少电缆信号传输中的电磁干扰。该屏蔽层能将噪声转变成直流电。屏蔽层上的噪声电流与双绞线上的噪声电流相反,因而两者可相互抵消。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,电缆屏蔽层的设计有如下几种形式:屏蔽整个电缆。屏蔽电缆中的线对。屏蔽电缆中的单根导线。电缆屏蔽层采用金属箔、金属网或金属丝等材料组成,屏蔽双绞线电缆
4、有图2-1所示STP和图2-2所示ScTP(FTP)两类,STP又分为STP电缆和STP-A电缆两种。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,图2-1 STP屏蔽双绞线电缆,图2-2 ScTP屏蔽双绞线电缆,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,2非屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线没有屏蔽双绞线的金属屏蔽层,它在绝缘套管中封装了一对或一对以上的双绞线,每对双绞线按一定密度互相绞合在一起。这样可以提高系统本身抗电子噪声和电磁干扰的能力,但不能防止周围的电子干扰。其特点是直径小,节省所占用的空间,重量轻,易弯曲,有阻燃性,适用于结构化综合布线。,非屏蔽双绞线电缆的优点:,1)无屏蔽外套,直径小,节省 所占用的
5、空间;2)质量小、易弯曲、易安装;3)将串扰减至最小或加以消除;4)具有阻燃性;5)具有独立性和灵活性,适用于结构化综合布线。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,图2-3 非屏蔽双绞线电缆,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,根据EIA/TIA为双绞线电缆定义了以下几种不同类型质量的型号。而计算机网络综合布线目前通常使用五、五E、六类。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,(1)1类(CAT-1):电缆最高频率带宽是750KHz,主要用于报警系统或语音系统(如门铃导线),不适用于数据传输,不是现化综合布线系统的一部分。(2)2类(CAT-2):电缆最高频率带宽是1MHz,用于语音传输和最高传
6、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IBM令牌环网,目前已很少使用。(3)3类(CAT-3):该电缆的频率带宽最高为16MHz,主要应用于语音、10Mbps的以太网和4Mbps令牌环,最大网段长为100m,采用RJ形式的连接器。它是10Base-T以太网中的最低配置电缆,目前3类双绞线除了在电话布线系统中有着一定程度的应用而外,其余系统已不再推荐使用。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,(4)4类(CAT-4):该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输,主要用于基于令牌的局域网和10Base-T以太网。(5)5类(CAT
7、-5):该类电缆传输频率为100MHz,用于运行CDDI(基于双绞线的FDDI网络)和快速以太网,传输速率达100Mbps,但在同时使用多对线对以分摊数据流的情况下,也可用于1000Base-T网络。目前5类双绞线电缆及广泛应用于电话、保安、自动控制等网络中,但在计算机网络布线中已逐渐失去市场。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,(6)超5类(CAT-5e):超5类电缆的传输频率为100MHz,传输速率可达到100Mbps。与5类双绞线电缆相比,具有更多的扭绞数目,可以更好地抵抗来自外部和电缆内部其他导线的干扰,从而提升了性能,在近端串扰、综合近端串扰、衰减和衰减串扰比等4个主要指标上都有了
8、较大的改进。因此超5类双绞线电缆具有更好的传输性能,更适合支持1000Base-T网络,是目前综合布线系统的主流产品。(7)6类(CAT-6):性能超过CAT-5e,电缆频率带宽为250MHz以上,主要应用于100Base-T快速以太网和1000Base-T以太网中。6类电缆的绞距比超5类更密,线对间的相互影响更小,从而提高了串扰的性能,更适合用于全双工的高速千兆网络,是目前综合布线系统中常用的传输介质。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,(8)超6类(CAT-6A):主要应用于1000Base-T以太网中,其传输带宽为500MHz。最大传输速率是1000Mbps,与6类电缆相比,在串扰、衰
9、减等方面有较大改善。(9)7类(CAT-7):该类电缆是线对屏蔽的S/FTP电缆,它有效地抵御了线对之间的串扰,从而在同一根电缆上可实现多个应用。其最高频率带宽是600MHz,传输速率可达10Gbps,主要用于万兆以太网综合布线。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,我国建设部发布的国家标准综合布线系统工程设计规范(GB 50311-2007)中明确规定,综合布线铜缆系统的分级与类别划分应当符合表2-1的要求。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,为了便于管理,每对双绞线均用颜色标识,4对UTP电缆分别使用橙色、绿色、蓝色、和棕色线对颜色表示。每对双绞线中,
10、有一根为线对纯颜色,另一根为白底色加上线对纯颜色的条纹或斑点,具体的颜色编码如表2-2所示。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,表2-1 4对UTP电缆的颜色编码表,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,由美国通信工业协会和电子工业协会共同制定的商业电信布线标准的EIA/TIA568A和EIA/TIA568B分别对应了两种规格的双绞线中各芯线排列的关系,如表2-2所示。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,表2-2 EIA/TIA568A和EIA/TIA568B标准规定的双绞线的排列,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,在网络连接中往往采用直通网线和交叉网线,它们均根据T568A和T568B的
11、两连接规则进行制作的。,直通网线:网线两端均按同一标准(或为T568A,或为T568B)制作,用于交换机、集线器与计算机之间的连接。在同一个工程项目中,必须确保所有的端接采用相同的接线模式,即要么是T568A,要么是T568B,不可混用。交叉网线:网线一端按T568A标准制作,另一端按T568B标准制作,用于交换机与交换机、集线器与集线器、计算机与计算机之间的连接。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,3大对数电缆 大对数电缆,即大对数干线电缆。大对数电缆一般为25线对(或更多)成束的电缆结构,在外观上看,为直径更大的单根电缆。它也同样采用颜色编码进行管理,每个线对束都有不同的颜色编码,同一束
12、内的每个线对又有不同的颜色编码。,2.1.1 双绞线的种类与规格型号,4.双绞线在外观上的文字标识 对于一根双绞线,在外观上需要注意的是:每隔两英尺 有一段文字,以某公司的线缆为例,该段文字为:XXXX SYSTEMS CABLE E138034 0100 24 AWG(UL)CMR/MPR OR C(UL)PCC FT4 VERIFIED ETL CAT5 044766 FT 0807 其中:XXXX代表公司名称 0100表示特性阻抗10024表示线芯是24号的(纤芯有22、24或26号)AWG表示美国线缆规格标准 UL表示通过认证,是认证标记FT4 表示4对线 CAT5表示5类线04476
13、6表示线缆当前处在的英尺数 0807表示生产年月,2.1.2 双绞线的电气特性参数,对于双绞线,我们最关心的是表征其性能的几个指标。这些指标包括衰减、串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻和回波损耗等。,2.1.2 双绞线的电气特性参数,(1)衰减 衰减(Attenuation)是沿链路的信号损失度量。衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加,信号衰减也随之增加。衰减用“dB”作单位,表示传送端信号到接收端信号强度的比率。由于衰减随频率而变化,因此,应测量在应用范围内的全部频率上的衰减。在计算机网络中,任何传输介质都存在衰减问题,一般每100米的传输距离会增加1dB的线路噪音。衰减越低,信号传输的距
14、离越长。,2.1.2 双绞线的电气特性参数,(2)串扰 串扰分近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)。远端串扰(FEXT)是信号从近端发出,而在链路的另一侧(远端)发送信号的线对向其同侧其他相邻(接收)线对通过电磁感应耦合而造成的串扰,由于存在线路损耗,因此FEXT的量值的影响较小,测试仪主要是测量NEXT。近端串扰(NEXT)损耗是一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合。对于UTP链路,NEXT是一个关键的性能指标,也是最难精确测量的一个指标。随着信号频率的增加,其测量难度将加大。NEXT并不表示在近端点所产生的串扰值,它只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度不同而
15、变化,电缆越长,其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减,对其他线对的串扰也相对变小。,2.1.2 双绞线的电气特性参数,(3)直流环路电阻 直流环路电阻会消耗一部分信号,并将其转变成热量。它是指一对导线电阻的和。在ISO 11801规格的双绞线的直流电阻不得大于19.2欧姆。每对间的差异不能太大(小于 0.1欧姆),否则表示接触不良,必须检查连接点。,2.1.2 双绞线的电气特性参数,(4)特性阻抗 特性阻抗是指在规定工作频率范围内呈现的电阻。结构化布线使用的电缆应该为100欧姆。无论使用5类、超5类或6类电缆,每对芯线的特性阻抗在整个工作带宽范围内应该保证恒定、均匀。链路上任何点的阻抗的不连
16、续性将导致该链路信号的反射和信号畸变。,2.1.2 双绞线的电气特性参数,(5)衰减串扰比(ACR)在某些频率范围,串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。ACR有时也以信噪比(SNR)表示,它由最差的衰减量与NEXT量值的差值计算得到。ACR值较大,表示抗干扰的能力更强。一般系统要求至少大于10dB。,2.1.2 双绞线的电气特性参数,(6)传输延迟 传输延迟(Propagation Delay)是指信号从信道的一端到达另一端需要的时间,即测试脉冲沿每对传输的时间(ns),时延越小系统性能越好。在通道连接方式、基本连接方式或永久连接方式下,对5类链路当传输1030MHz的频率信
17、号时,要求线缆中任一线对的传输时延1000ns,对于超5类和6类链路要求传输时延548ns。,2.1.2 双绞线的电气特性参数,(7)延迟偏离 延迟偏离是取短的传输延迟线对(以0ns表示)与其他线对间的差别。,2.1.2 双绞线的电气特性参数,(8)回波损耗 在数据传输中,当遇到线路中阻抗不匹配时,部分能量会反射回发送端,回波损耗(Return Loss,RL)反映了因阻抗不匹配反射回来的能量大小,回波损耗对于全双工传输的应用非常重要。电缆制造过程的结构变化、连接器和布线安装等3种因素是影响回波损耗数值的主要因素。,2.1.3 超5类布线系统,超5类布线系统是目前综合布线工程中使用得最多的布线
18、系统,广泛用于办公楼、校园网、园区网、各种智能建筑和智能小区,甚至在自动化生产系统和工业以太网中也被大量采用。超5类布线系统是一个非屏蔽双绞线布线系统,通过对它的“链接”和“信道”性能的测试表明,它超过TIA/EIA568标准的5类线要求。与5类线缆相比,超5类布线系统在100MHz的频率下运行时,可以提供8dB近端串扰的余量,用户的设备受到的干扰只有普通5类线系统的1/4,使得系统具有更强的独立性和可靠性。,2.1.3 超5类布线系统,超5类的应用定位于充分保证5类传输千兆以太网。超5类布线系统是因为所有传输性能参数达到了1000BASE-T的要求而被IEEE认可的千兆布线系统。在1000B
19、ASE-T处于最差连接的情形下,超5类也能提供足够的性能富余。,2.1.4 六类布线系统,六类布线系统提供比超五类布线系统高一倍的传输带宽,对普通的千兆网络设备而言,六类布线提供了更大的性能裕量,使得在较恶劣的环境下依然可以保证网络传输的误码率指标,保持网络传输性能不变。六类布线系统依赖于不要求单独屏蔽线对的线缆,从而可以降低成本、减少体积、简化安装和消除接地问题。此外,六类布线系统要求使用模块式8路连接器,线缆频率带宽可以达到200MHz以上,能够适应当前的语音、数据和视频系统以及千兆位应用。,2.1.4 六类布线系统,六类布线系统标准是UTP布线的一个标准,六类布线系统国际标准在2002年
20、已经正式颁布,为用户选择更高性能的产品提供依据,满足网络应用的标准组织的要求。六类布线系统标准的规定涉及到介质、布线距离、接口类型、拓扑结构、安装技术、信道性能及线缆和连接硬件性能等方面的要求。,2.1.4 六类布线系统,六类布线系统标准规定了布线系统应当提供的最高性能,规定了允许使用的线缆及连接类型为UTP或ScTP。整个系统包括应用和接口类型都要求具有向下兼容性,即在新的六类布线系统上可以运行以前在三类或五类系统上运行的应用,用户接口采用8路连接器。六类布线系统同五类布线标准一样,新的六类布线系统标准也采用星型拓扑结构,要求的布线距离为:永久链路的长度不能超过90米,信道长度不能超过100
21、米。,2.1.4 六类布线系统,六类布线系统产品及系统频率范围应当在1250MHz之间,对系统中的线缆、连接硬件、基本链路及信道在所有频点都需要测试衰减、回波损耗、延迟/失真、近端串扰、综合近端串扰、等效远端串扰、综合等效远端串扰等几种参数,2.1.4 六类布线系统,另外,六类布线系统测试环境应当设置在最坏的情况下,对产品和系统都要进行测试,从而保证测试结果的可用性。所提供的测试结果也应当是最差值而非平均值。同时,六类布线系统将是一个整体的规范,并且能够得到这几方面的支持:实验室测试程序方面、现场测试要求方面、安装实践方面以及其他灵活性和长久性等方面的考虑。,网络双绞线的生产制造过程我们以超五
22、类非屏蔽双绞线为例,介绍双绞线制造过程。一般制造流程为:铜棒拉丝单芯覆盖绝缘层两芯绞绕4对绞绕覆盖绝缘层印刷标记成卷。而在工厂专业化大规模生产超五类缆时的工艺流程分为:绝缘、绞对、成缆、护套四项。,各个制造流程的技术要求如下:(1)绝缘线绝缘线检测项目、指标和测试方法见表3-1。表3-1 绝缘线检测,(2)绞对绞对时应注意收、放线张力的控制。避免张力过大放线不均匀,拉伤线对,对线对的电气性能产生影响,同时也应避免张力过小导致放线线盘过于松动产生缠绕、打结现象。绞对检测项目、指标和测试方法见表3-2。表3-2 绞对检测,(3)成缆4对数据缆的成缆很简单,束绞或S-Z绞都是可以采用的工艺方式,以一
23、定的成缆节距,减小线对间的串音等。为提高产量、确保生产效率,多数厂家引入群绞设备来完成绞对和成缆工序。群绞是将绞对和成缆联动在一起的成缆设备。比起普通成缆机,减少了必须由对绞机绞对后才由成缆机绞制成缆芯的过程。由于群绞机在成缆时联动了绞对和成缆,缩短了绞对至成缆之间的等待时间,减少了生产周期,提高了生产效率。,(4)护套 护套工序在生产中类似于绝缘工序,该工序为缆线的缆芯统一包一层保护外套,并在护套上喷印生产厂家的产品信息及相关内容。护套类型可分为阻燃、非阻燃;室内、室外等。护套检测项目、指标和测试方法见表3-3。表3-3 护套检测,在生产制造过程中,影响网络双绞线传输速率和距离的主要因素有:
24、1)铜棒材料质量。2)铜棒拉丝制成线芯的直径、均匀度、同心度。3)线芯覆盖绝缘层的厚度和均匀度、同心度。4)两芯线绞绕节距和松紧度。5)4对绞绕节距和松紧度。6)生产过程中的张紧拉力。7)生产过程中的卷轴曲率半径。在工程施工过程中,影响网络双绞线传输速率和距离的主要因素有:1)网络双绞线配线端接工程技术。2)布线拉力。3)布线曲率半径。4)布线绑扎技术。5)电磁干扰。6)工作温度。,2.2 同轴电缆,同轴电缆(COARIALCABLE)也是局域网中最常见的传输介质之一,其频率特性比双绞线好,能进行较高速率的传输。由于它的屏蔽性能好,抗干扰能力强,通常用于基带传输。目前更多地使用于有线电视或视频
25、等网络应用中,在计算机网络中运用较少。,2.2.1 同轴电缆的结构与种类,同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成,由里往外依次是铜芯、塑胶绝缘层、金属网状屏蔽网和塑料护套,由于铜芯与网状导体同轴,故名同轴电缆。这种结构的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场,也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号。如图2-5所示。,2.2.1 同轴电缆的结构与种类,同轴电缆主要有以下几种类型:150同轴电缆 又称基带同轴电缆,特性阻抗为50。其主要型号包括RG-8、RG-11、RG-58或58系列,主要用于无线电和计算机局域网络。275同轴电缆 又称宽带同轴电缆,特性阻抗为75,其屏蔽
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