网络综合布线技术第2章网络传输介质.ppt

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1、第2章网络传输介质,2.3 有线传输介质-光纤2.4 无线传输,2.3 有线传输介质-光纤,2.3.1 光纤1光纤的物理结构 光导纤维是一种传输光束的细而柔韧的媒质。光缆是数据传输中最高效的一种传输介质。,计算机网络中的光纤主要是采用石英玻璃制成的，横截面积较小的双层同心圆柱体。,裸光纤由纤芯和包层组成，折射率高的中心部分叫光纤芯，折射率低的外围部分叫包层。光纤的外围再附加保护层，即光缆外套。,光纤有以下几个优点：具有较宽的频带，可达到几百兆到上千兆。,电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束，而光束是不受外界电磁干扰影响的，并且本身也不向外辐射信号，因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全

2、的场合。割开光缆需要再生和重发信号。,衰减较小，在较大的传输速率范围内基本上是常数值。增设光中继器的间隔距离大，通道中继器的数目可大大减少。,2光纤的分类 在对光纤进行分类时，严格地来讲应该从构成光纤的材料成分、光纤的制造方法、光纤的传输点模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长等几方面来分类。,但从用户在设计网络工程下，主要考虑的是目前光纤的两大类，即单模/多模类和折射率分布类。,（1）单模/多模类 根据传输点模数的不同，光纤分为单模光纤（SMF Single Mode Fibre）和多模光纤(MMF Multi Mode Fibre)。,“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用

3、固体激光器做光源，多模光纤则采用发光二极管做光源。,单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。,单模光纤只允许一束光传播，没有模分散的特性，光信号损耗很低，离散也很小，传播距离远，通常在建筑物之间或地域分散时使用。,单模光纤PMD规范建议芯径为8 10 m,包括外包层，其直径为125 m。,多模光纤是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤，从而形成模分散，限制了带宽和距离，因此，多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，成本低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。,多模光纤的纤芯直径一般为50至200 m，而包层直径的变化范围为125230

4、m，国内计算机网络常用的光纤芯直径为62.5 m，包层为125 m，也就是通常所说的62.5/125 m规格。,导入波长上分为单模1310nm、1550 nm，多模850nm、1300nm。图2-10 表示了单模光纤和多模光纤的示意图。,图2-10 单模光纤和多模光纤的示意图,单模光纤和多模光纤的特性比较如下：单模：用于高速、长距，成本较高，窄 芯线，需要激光源宽芯线，聚光好。多模：用于低速、短距，成本较低，耗散极 小，高效耗散大，传输效率低。,在使用光缆互联多个节点的应用中，必须考虑光纤的单向特性，如果要进行双向通信，就要使用双根光纤。光缆必须成对出现，用于输入和输出。,光纤的类型是由模材料

5、（玻璃或塑料纤维）制成的芯和外层尺寸决定，芯的尺寸大小决定光的传输质量。常用的光纤制成的光缆。,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,（2）折射率分布类 折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤两种。,跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是常数。在纤芯和保护层的交界面折射率呈阶梯型变化。,渐变式光纤纤芯的折射率随着光纤半径的增加而按一定规律减小，到纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化是近似抛物线型的。传输示意图如图2-11 所示。,图2-11 光在折射

6、率分布类光纤中的传输过程,2.3.2 光纤通信系统1光纤通信系统 光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式。通信方式起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。,光源-光源是光波产生的根源。光纤-光纤是传输光波的导体。光发送机-光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号 导入光纤。,光接收机-光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并将它转变成电信号。,经解码后再作相应的处理。光纤通信系统的基本构成如图2-12所示。,图2-12 光纤通信系统构成,传输频带宽、通信容量大，短距离时可达到几千兆的传输速率；线路损耗低、传输距离远；抗干扰能力强，应用范围广；线径细、质

7、量小；抗化学腐蚀能力强；光纤制造资源丰富。,3计算机通信网常用光缆 在计算机通信网络工程中，一般采用的是62.5 m/125 m 规格的多模光纤（缆），有时也用50 m/125 m 和100 m/140 m 规格的多模光纤（缆）。户外布线大于2 k m时可选用单模光纤（缆）。,表2-9 光纤特性说明,表2-10 光纤使用温度范围,对直径、质量、拉力和弯曲半径解释如下：直径：单位用m m;质量：单位用k g/k m;,拉力：单位用N（牛顿），对拉力分两种 情况说明，安装时最大为2700N，约合609l bf。弯曲半径：指光缆安装由直线方向转为 弯曲时的弯曲半径。,4光缆的种类和机械性能（1）单芯

8、互联光缆 主要应用范围包括：跳线；内部设备连接；通信柜配线面板；,墙上信息点出口到计算机网络工作站的连接；水平拉线，直接方式端接；适于使用环氧树脂或LIGHT CRIMP连接头的端接。,主要性能及特点如下：高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准；,900m 紧密缓冲外衣易于连接与剥除；Aramid抗拉线增强组织提高对光纤的保护。,UL/CAS验证符合OFNR和OFNP性能要求；设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC 793-1/794-1标准；扩展级别62.5/125 m 符合ISO/IEC 1180标准。,（2）双芯互联光缆主要应用范围包括：交连跳线；水平走线，直

9、接端接；光纤到桌面；通信柜配线面板；,墙上信息点出口到计算机网络工作站的连接；适于使用环氧树脂或L I G H T C R I M P连接头的端接。,双芯互联光缆除具备单芯互联光缆所有的性能优点之外，还具有光纤之间易于区分的优点。物理结构如图2-1 3所示。,图2-13 双芯光缆,对于互联光缆的机械性能用表2-11说明。,表2-11 互联光缆的机械性能,（3）分布式光缆主要应用范围：多点信息口水平布线；垂直布线；大楼内主干布线；,从设备间到无源跳线间的连接；从主干线分支到各楼层应用；适于胶水型光纤连接头以及LIGHTCRIMP 光纤头端接。,主要性能优点：高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标

10、准。,900m 紧密缓冲外衣易于连接与剥除。按照EZA标准色码标识。UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。,设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC 7 9 3-1/7 9 4-1标 准。扩展级别6 2.5/1 2 5 m 符合 ISO/IEC 11 8 0（1995标准）。防护网可抵挡尖锐物损伤。,分布式光缆分为多单元分散型光缆和多单元分散式光缆两种。其物理结构如图2-14所示。,图2-14 分布式光缆物理结构,对于分布式光缆的机械性能用表2-12说明。,表2-12 分布式光缆的机械性能,（4）分散式光缆 主要应用范围：高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标

11、准。,900m 紧密缓冲外衣易于连接与剥除。4mm独立光纤辅单元，允许带套连接头 端接。UL/CSA 验证符合OFNR和OFN P性能要 求。,设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准扩展级别6 2.5/125符合ISO/IEC 11 8 0 1（1995标准）,走线方式灵活 Aramid抗拉线增强组织对光纤的保护 分散式光缆有4芯、6芯、8芯、1 2 芯。,（5）室外光缆主要应用范围：园区中楼宇之间的连接 长距离网络 主干线系统,本地环路和支路网络 严重潮湿、温度变化大的环境 架空连接（和悬缆线一起使用）、地 下管道或直埋、悬吊缆/服务缆,主

12、要性能优点：高性能的单模和多模光纤符合所有的 工业标准 900m 紧密缓冲外衣易于连接与剥除 套管内具有独立T L A彩色编码的光纤,轻质单通道结构节省管内空间，管内 灌注防水凝胶，以防止水渗入 设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801（1995标准）,Aramid抗拉线增强组织提高对光纤的 保护 聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环 境有保护作用 低磨擦外皮使之轻松穿过管道，完全 绝缘或铠装结构，撕剥线使剥离外表 方便,室外光缆有4芯、6芯、8芯、1 2芯，分铠装型和全绝缘型，其物理结构如图2-15所示。,图2-15 室外铠

13、装型光缆物理结构（右）、全绝缘型（左）,对于室外光缆的机械性能如表2-13所示。,表2-13 室外光缆的机械性能,6.室内/室外两用光缆 室内/室外两用光缆，产品设计为单管全绝缘型。其主要应用范围包括。,不需任何互联下，由户外延伸入户 内，线缆具有阻烯特性 园区中楼宇之间的连接本 地线路和支路网络,严重潮湿、温度变化大的环境 架空连接（和悬吊缆线一起使用）地下管道或直埋 悬吊缆/服务缆,主要性能优点：高性能的单模和多模光纤符合所有的 工业标准 LSZH的设计符合低毒、无烟要求 套管内具有独立T L A彩色编码的光纤 灌注防水凝胶，注胶芯完全由聚酯带 包裹,设计和测试均根据Bellcore GR

14、-20-CORE标准 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801（1995标准）,Aramid抗拉线增强组织提高对光纤的 保护 聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环 境有保护作用 低磨擦的外皮与完全绝缘或铠装结构,室内/室外两用光缆有4/6/8/12/24/32芯。其物理结构如图2-16所示。,图 2-16 室内/室外光缆,光缆的机械性能如表2-14所示。,表2-14 室内/室外光缆的机械性能,2.4 无线传输,2.4.1 无线计算机网络1无线计算机网的诞生 无线网络是指采用无线电技术传输数据，以无线信道作传输媒介的计算机网络。,这里所说无线联网是指将某个计算机站点以无线方式联入一个计算

15、机网络，作为网络中的一结点。,无线局域网已作为一般目的的网络连接来使用。,无线联网方式是有限联网方式的一种补充，它是在有限网的基础上发展起来的，使计算机具有可移动性，能够快速、方便的解决有线方式不易实现的网络通信的连通问题。,无线联网两个功能：通信信道的实现与性能保证；达到与有线网络系统那样的网络服务功能。,2无线局域网的拓扑结构 一般只有星形和网状两种拓扑结构。星形拓扑是目前最常见的一种，这种架构包含一个通信用的中央计算机（Access Point，AP）。,数据封包由源节点发出后，由中央计算机接收，并且转发到确定的另一个无线网络目标节点上。,中央计算机，可用作与有线LAN的通信桥梁，用来存

16、取其他有线客户端、互联网或是其他网络设备等。,应用软件桥接器（Bridge），使无线用户不需要使用特殊的硬件或AP就可以和有线客户端与服务端通信。配备有无线网卡的计算机都可以担任桥接器的任务。,若使用网状拓扑，则不存在中央计算机，每节点都可与同在一个网段的其他计算机实现自由连通，如图2-17 所示。,图2-17 无线局域网的拓扑结构,3.无线局域网的主要要素及工作方式 无线局域网中有两种主要要素：无线接入站（AP）和无线网卡，实现接收和转换数据。,无线网卡安装在PC中，在2.4GHz的无线电频率上工作，将接收到的无线电信号转换为PC能够理解和执行的数字信息，无线网卡如同普通网卡一样，是以无线的

17、方式与AP相连。,AP则同以太网连接，管理着以太网同无线局域网之间的数据传输，如同无线集线器。,无线局域网的用户端有两种基本的工作方式：对等模式（Peer to Peer）和构架模式。,对等模式计算机安装基于802.11b标准的无线产品，以协作工作或共享文件。构架模式用户通过AP来发送或接收无线电信号。,AP通过线缆（cable）连接在有线网上，从客户端接收无线电信号，然后将其转换为网络或服务器能够理解和执行的数字格式。,2.4.2 无线网络的传输技术 使用无线技术发送和接收数据的技术主要有三种：扩展频谱无线电技术、红外线技术、窄带无线电技术。,它们根本区别是在各节点之间传输信号时，使用的频率

18、不同。,1扩展频谱无线电技术 以微波频段为媒介，占用了三个微波频段：900928MHz，24002483.5GHz，2483.55725GHZ。,扩展频谱技术主要有两种形式：直接序列散布频谱（Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS）和频率跳跃(（Frequency Hopping Spread Spectrum,FHSS）方式。,直接序列散布频谱技术指的是不仅可以发送单一频率，而且能够发送包括几个频谱频率段在内的一种调制信号。,其扩频编码位长为216，射频带宽达26MHz。它具有传输速率高，发射功率小，保密性号，抗干扰能力强的特点。,扩频技术采用码分方式，易于

19、实现多点通信，多个用户可以使用相同的通信频率，设置不同的表识码ID，即可产生不同的伪随机码来控制扩频调制，互不干扰同时通信。,这样配置的接收设备必须能识别出发送设备所产生信号的精确模式，从而提高安全性。,频率跳跃技术是使调制信号从一个频率跳到另一个频率。接收点必须与发送点保持同步，而且必须知道发送点使用的频率序列。,微波扩频的通信距离和覆盖范围视所选用的天线不同而异,定向传输在540km。,室外的全向天线可覆盖1.510km的半径范围，室内全向天线可覆盖半径为250500米范围。电波穿透能力为几层墙体或两层楼板混凝土。,2激光和红外线技术 红外线（Infrared,IR）频率要比射频（RF）高

20、得多，最典型的红外频率不低于1000GHz。,红外线可以紧紧聚焦在一起成为一束，然后用于点对点通信，或成散播形式，覆盖一定范围内的空间。,采用红外线技术的突出主要问题是传输距离较短，由于任何障碍物（比如墙壁）都可阻止信号达到接收节点，相对比较安全，可用于防窃听。红外线不会受到电子干扰。,3窄带无线电技术 窄带无线电技术同无线站点使用的无线传输技术类似，发送方和接收方通过调谐把频率调整到某个位置，可跨越长距离。,2.4.3 无线局域网的标准简介1IEEE802.11系列 IEEE 802.11是第一代无线局域网标准之一。,该标准定义了物理层和媒体访问控制协议的规范，允许无线局域网及无线设备在一定

21、范围内建立互操作的网络设备。,与IEEE 802.3相比，802.11有如下特点：在物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法。定义了两个射频(RF)传输方法和一个红外线传输方法，即传输技术。RF传输标准是直接序列扩频和跳频扩频。,由于在无线网络中冲突检测比较困难，媒体访问控制层采用避免冲突(CA)协议，而不是冲突检测（CD），以减少冲突。,802.11物理层的无线媒体(WM)决定了它与现有的有线局域网的MAC不同，后者具有独特的媒体访问控制机制，以CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)的方式共享无线媒体。,

22、CSMA/CA通信方式将时间域的划分与数据帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一个站点发送，实现网络系统的集中控制。,因为传输介质的不同，CSMA/CD与CSMA/CA的检测方式也不一样。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化。,但在无线传输中感测载波及碰撞侦测都是不可靠的，感测载波比较困难。,另外，通常无线电波经天线送出去时，本身是无法监视的，因此碰撞检测实质上也难以做到。,基于这两种原因，在802.11中感测载波是由两种方式来完成，第一是实际去听是否有电波在传；第二是虚拟的感测载波，通知需要等待多久的时间可以传数据，以防止发生碰撞。,IEE

23、E802.11主要用于解决办公室局域网和校园、企业网中，用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率可达到2Mb/s或以上。,由于IEEE802.11在速率和传输距离上都不能完全满足应用需求，IEEE小组又相继推出IEEE802.11b和IEEE802.11a两个新标准。三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。,IEEE802.11b物理层支持5.5Mb/s和11Mb/s两个速率，IEEE802.11标准在扩频时使用11位调制芯片，而IEEE802.11b标准采用新的调制技术(Complementary Code Keying,CCK)来完成。,IEEE802.11b使用动态速

24、率漂移，可根据环境变化，在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s之间切换，并且在2Mb/s、1Mb/s速率时与IEEE802.11兼容。,IEEE 802.11a工作在5GHz U-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层达25Mb/s。,采用正交频分复用（OFDM）的独特的扩频技术；可提供25Mb/s的无线ATM（Asynchronous Transfer Mode）接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；在一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。,IEEE802.11g：由于IEEE 802.11a与

25、802.11b之间，频段与调变方式不同，使得其互相之间不能够相通，802.11g就是为这段过渡时间所发展的规格。,它建构在IEEE 802.11b实体层与媒体层标准基础上，选择2.4 GHz频段、传输速率较11Mbps高，使拥有802.11b产品的用户能以802.11g的产品达到速度升级的需求，传输速率达54Mbps，比通用的802.11b快5倍。,因为802.11b标准和802.11g标准都在2.4GHz频率范围内，所以是兼容的。,2直接序列展频 直接序列展频是通过展频码（Spreading Code），也称为虚拟噪音码。将原本窄频高能量的信号扩展为原本的数倍带宽，将能量变小，以低于背景杂音

26、值，然会将信号发送出去。,当接收端收到此信号时，使用展频码计算，将信号还原成窄频高能量，获取传送的信息。,这个过程可以这样理解：先将要传送的数据，分割成许多小片段，再将分别以不同频率的无线电波发送出去。,使用直接序列展频的机制有两个好处：抗干扰因展频获得信号能量低于背景杂音值，当接收端收到此信号时，使用展频码将信号还原，同时将背景杂讯能量降低，再通过滤波器将能两地的杂音滤除，取得传输信息。,防窃听因展频后的信号能量比背景杂音能量更低，一般的接收器会将其视为杂音而滤除。,为防止信号被拦截，通常在直接序列展频发送信号过程中加入几个频率传送错误数据，所以即使被具有展频功能的接收器接收。,仍无法确定哪

27、个频率的电波经过展频、同时也不能确定哪些频道是错误的数据，无从确定原始数据所采用的分割方法和发送序列，窃取传送的数据非常困难。,3跳频式展频 跳频式展频是利用一个很宽的频带，将其细分为若干个小频道，然或把数据放入频道送出去，并且每次传送数据所使用的频道不一样。,在传送数据之前，先由连线的两端协商好要使用哪些频道，然后轮流使用这些频道传送数据。,跳频式的传输方式，大大降低被窃听的危险。因为每传送一段数据后，即改换频道，只有接收端知道，外界无从得知。,展频的概念：数据传送时虽然将整个频带分割成许多小频道，不断在期间跳跃传送数据，但因其跳跃速度极快，且频道密集，感觉上是在使用整个频率的带宽。,4Ho

28、meRF HomeRF（Home Radio Frequency）是国际电信协会所推行的家用无线网络标准，其目的是为了提供低成本、低性能，可同时传输语音和数据信息的家庭网络。,HomeRF以共享无线访问协议（Shared Wireless Access Protocol,SWAP）为基础，此协议能将语音与数据信息整合传输。,在传输数据信息部分，HomeRF采用IEEE802.11 FHSS的传输技术，即在2.4GGHz的公用频带内，利用跳频式展频技术传送数据，数据传输速率为2Mb/s。,在传输语音数据部分，HomeRF采用DECT（Digital Enhanced Cordless Telep

29、hone）标准，以时分多路访问(TDMA)模式传输语音数据。,在共享无线访问协议的系统里，共可提供6个全双工的数字语音频道，每个频道带宽为32Kb/s。,HomeRF还有以下特点：覆盖范围达50m;支持128个节点；可与“蓝牙”设计在同一个设备中。,高速HomeRF 2.0 的新特征：传输速率最高达10Mb/s，同时向下兼容5、1.6、0.8 Mb/s；兼容HomeRF 1.2的设备；耗电量比目前任何无线设备低，最多可有8条连线。,5无线局域网的安全与私密性 无线网络同有线网络相比，安全性较差。这是因为无线网卡使用空气作为数据传输介质，对越权存取和窃听的行为不易防备。,由于无线网络不需要物理连接，渗透比较容易。802.11标准中制定了无线安全等级协议（WEP），以保护网络私密性。,6无线局域网的发展前景 无线局域网与传统有线局域网相比有明显优势：由于其不可替代的优点，应用于需要在移动中连网和在网间漫游的场合，在不易布线的地方和远距离数据处理节点提供网络支持。,