网络传输介质

null第三章 网络传输介质 第三章 网络传输介质 本章学习目标 本章对综合布线中常用的介质做了较为详尽的介绍，读者应掌握以下基本内容： l     认识局域网的拓扑结构，能在具体的应用场合中选用正确的结构 l     能理解传输介质的性能参数的含义 l     重点掌握同轴缆、双绞线及相应连接器的性能 l      了解光纤的特性，并能掌握不同连接器的应用场合 l     了解微波通信系统与红外通信系统的组成，并能认识相应的硬件设备 3.1 概述 3.1 概述 学习目标：认识局域网的拓扑结构， 能在具体的应用场合中选用正确的结构， 理解传输介质的性能参数的含义。 学习重点：各种拓扑结构的结构、优点、缺点。 学习难点：传输介质的性能参数的含义。 一、网络的拓扑结构 总线型网络 环型网络 星型网络 基本网络拓扑结构1．总线型（bus topology）：指网络上的计算机挂接在同一物 理链路上。 工作原理：载波监听多路访问/冲突监测（CSMA/CD）技术， 有结点利用总线发送信号时，其它结节不能发送， 只能处于等待的状态，这时总线上流动的是发送 null图3-1 总线拓扑结构 结点所发送的帧的比特流，总线上的其它结点全 部都能侦听到这个数据帧，通过适配器接收后， 进行分析，如果目标地址不是自己则将其丢弃， 如果是发给自己的，则接收此数据帧。 结构如图3-1所示：null缺点：⑴ 故障诊断困难； ⑵ 故障隔离比较困难； ⑶ 实时性不强； ⑷ 总线长度有限制，扩展麻烦。 优点:(1)结构简单灵活； (2)可靠性高 ； (3)设备少，费用低；(4)安装容易，使用方便； (5)共享资源的能力强，便于广播式工作； (6)在总线的任何地方都可以增加新计算机。 应用：小型办公环境 2．环型网络：指整个网络的物理链路构成一个闭环，所有的 计算机节点都挂接在这个环上。如图3-2所示。 图3-2 总线型拓扑结构 null工作原理 ：令牌控制机制令牌 ：决定环上的哪个站可以发送信息的特殊信息包 优点：（1）简化路径的选择； （2）电缆长度短； （3）网络的实时性好； （4）适合于光纤网，传输速度快，避免电磁干扰。 缺点：（1）对环接口要求高；（2）故障的诊断困难； （3）网络扩展困难；（4）接点过多时，传输速度慢。 应用：（1）工厂环境； （2）研究有许多大型机的场合。 3．星型网络(Star topology)：所有的计算机结点都连接在一 个中心结点上。如图3-3所示。 图3-3 星型拓扑 集线器：是一种将各个单独的电缆段或单独的局域网连接为一个网络的中央设 备。null优点：（1）结构简单，便于管理； （2）控制容易，组网简单； （3）连接的故障不影响整个网络； （4）集中控制，故障的检测和隔离方便； （5）延迟时间短，传输的误码率低。 缺点：（1）对中央节点的可靠性要求很高； （2）费用比较高，要大量的电缆，维护、安装难； （3）扩展困难：加电缆和中央节点的接口； （4）点对点连接，共享数据能力差； （5）专用通信电缆，利用率不高。 4．星型总线型拓扑结构：骨干网络是总线型，节点网络是星型 的网络结构。如图3-4所示。 图3-4 星型总线型拓扑结构 null5. 树型拓扑结构：是一种分层结构，适用于分级管理和控制 系统。如图3-5所示。 图3-5 树型拓扑结构 应用：园区网 null二、 常见的技术名词 1．Wire map 导通性主要包括：线序是否正确、是否存在断路或短路、 阻抗。 2．Length（指电子长度）：信号传输时所经过的距离。 线缆长度：物理路径长度、电子长度 3．Attenuation 在接收端接收到的信号能量一定会比发送端发送的信号能 量小。经过损耗的信号能量与干扰信号相当，就无法分辨原先 所传送的信号。 4．NEXT：(Near End Cross-talk) 电信号在线缆及连接器上传送时，在导体周围产生一个电磁 场。这个电磁场辐射到相邻线对上，就会对其信号传输造成不 良干扰。近端串扰表征了这种干扰对同在近端的传送线对与接 收线对所造成的影响。 5．PSNEXT（Power Sum Cross-talk） 综合近端串扰表明四对线缆中三对线缆传输信号时对另一对 在近端所造成的影响。 null6．ELFEXT：（Equal Level Far End Cross-talk） 平衡等级远端串扰是传送端的干扰信号对相邻线对在远端 所造成的影响。 7．PSELFEXT （Power sum ELFEXT） 综合平衡等级远端串扰表明三对线缆处于通信状态时，对 另一对线缆在远端所造成的干扰。 8．ACR：（Attenuation to cross-talk ratio） 衰减串扰比是在某一频率上测得的串扰与衰减的比值。 ACR为负值，则说明噪音的强度高于所传送的信号强度。 9．PSACR：（Power Sum Attenuation to Cross-talk Ratio） 综合衰减串扰比反映了三对线同时进行信号传输时对另一对 线所造成的综合影响。 10．Return Loss 电信号在遇到端接点阻抗不匹配时，部分能量会反射回传 送端。 null11．Delay Skew 传输时延差是不同线对的传输时延的差值，以传输时延的 最小值为基准点，其余线对的时延与之的差值即为传输时延差。 12．Channel、Link： 信道（Channel）是从发送输出端到接收输入端之间传送 信息的通道。综合布线系统中的有线信道和链路如图3-6所示， 从图3-6中可看出信道不包括两端设备。 图3-6 信道与链路（注：D为设备，T为终端。） null上述名词解释中关于“综合”一词的含义如图3-7所示。 图3-12 Power Sum 三、网络传输介质的选择 1．选择介质考虑的因素： （1）数据传输速度。（2）在某网络拓扑结构中的使用。 （3）距离要求。 （4）电缆和电缆组件的成本。 （5）要求的其他网络设备。 （7）可防止外界干扰。 （6）安装的灵活性和方便性。（8）升级选择。 null通过表3-1来直观地体现传输频率与传输速率的区别 表3-1 传输频率与传输速率 2．传输频率与传输速率的区别： 线缆的频带带宽(MHZ)：表示的是单位时间内线路中的信号 振荡的次数，是一个表征频率的物理量。 线缆上传输的数据速率(Mbps)：表示的是单位时间内线路 中传输的二进制位的数量，是一个表征速率的物理量。 传输频率表示传输介质提供的信息传输的基本带宽，带宽取决 于所用导线的质量、每一根导线的精确长度及传输技术。 传输频率表征了器件或介质对信息进行传输的带宽，衡量器件 或介质传输性能时，可以采用采用带宽。null小结：本节主要学习了网络的拓扑结构， 传输介质的性能参数。 作业：1．什么是网络的拓扑结构？基本拓扑结构有哪几种？ 2．试说明企业网采用层次结构的好处。 3．综合布线中的传输介质主要性能参数有哪些？ 4．“Power Sum”在描术性能参数时的含义是什么？ 3.2 同轴电缆 3.2 同轴电缆 同电缆优点：屏蔽好、带宽高和衰减低及安装方便等 一般构成形式 ：用一条导体线传输信号，导体周围裹一层 绝体和一层同心的屏蔽网，屏蔽层和内部导体共轴。 一、概述 1．基带同轴电缆 同轴电缆：以硬铜线为芯，外包一层用密织的网状导体环 绕的绝缘材料。网状导体外又覆盖一层保护性 材料。用于数字传输。 特性：（1）高带宽； （2）极好的噪声抑制。 同轴电缆的带宽取决于电缆长度。 线缆中间还须要使用中继器。 应用：（1）有线电视； （2）某些局域网。 2．宽带同轴电缆 宽带同轴电缆：使用有限电视电缆进行模拟信号传输的同 轴电缆系统。 null二、 常见的同轴电缆 图3-8 同轴缆结构 3. 宽带系统与基带系统的区别：覆盖的区域广。主要电气参数：⑴ 特性阻抗； ⑵ 衰减； ⑶ 传播速度； ⑷ 直流回路电阻。 主要物理参数：⑴ 中心导体直径； ⑵ 屏蔽层的内外径； ⑶ 外部隔离材料的材质⑷ 最小弯曲半径。 null常用的同轴电缆型号参见表3-2。 表3-2 常见同轴缆 null三、 同轴细缆 1．硬件配置 布线硬件 BNC接口的以太网卡 网络接口适配器 便协式适配器 PCMCIA卡BNC-T型连接器终端匹配电阻（50殴）细同轴电缆：中心有一个铜的或敷铜箔膜的铝导线， 中轴上包围着一层绝缘泡沫材料。 10Base2 ：“10”代表了它的数据传输速度为10Mbps， “Base”代表了它使用基带传输， “2”代表了最大段长度为185（或粗略为200）米。 电缆系统: 细缆(RG-58 A/U) （5毫米， 50欧姆） BNC连接器插头（安装在两端） BNC桶型连接器 （连接两段细缆） BNC 终端匹配器（50欧姆） 中继器（最多四个） null细缆以太网的连接如下图所示: 图3-9 同轴细缆网络 2．技术参数：（1）最大的干线段长度:185米； （2）最大网络干线电缆长度:925米； （3）每条干线段支持的最大结点数:30； （4）BNC-T型连接器之间的最小距离:0.5米。  3．特点：（1）容易安装； （2）造价较低； （3）抗干扰能力强；（4）维护和扩展困难； （5）断点多，可靠性差。 null四、同轴粗缆 4．网络实施时的注意事项：（1）不应绞结； （2）弯角半径应大于20cm； （3）各工作站点间的距离应大0.5米； （4）接头安装要牢靠，防止信号短路； （5）走线在电缆槽内，防止电缆损坏； （6）铺设时，不可用力拉扯，防止拉断； （7）两端一定要安装终端器，一个要接地； （8）一般不可在室外，在室外的加装套管。 同轴粗缆：中心为铜导体或敷铜箔膜的铝导体。 10 Base 5：“10””代表10Mbps的吞吐量， “Base”代表是基带传输， “5”代表了粗缆网的电缆最大网段长度为500米。 1．粗缆以太网硬件 硬件设备：网络接口适配器（AUI接口的以太网卡、PCMCIA卡） 收发器(Transceiver) （以太网(IEEE802.3)类型） 收发器电缆 （AUI电缆） null粗缆以太网的硬件连接图如下： 图3-10 同轴粗缆网络 电缆系统：粗缆(RG-11 A/U)： （10毫米，50欧姆） N-系列连接器插头：（安装在两端） N-系列桶型连接器：（连接两段） N-系列终端匹配器：（50欧姆） 中继器：（干线段的长度不超过500米，最多四个） 2．主要技术参数：（1）最大干线段长度：500米。 （2）最大网络干线电缆长度：2500米。 （3）每条干线段支持的最大结点数：100。 （4）收发器之间最小距离：2.5米。 （5）收发器电缆的最大长度：50米。  null3．主要特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强； （2）地理覆盖范围大，最长距离可达2500米； （3）安装、维护和扩展困难； （4）造价高。  4．实施时应注意的问题 （1）自然平直铺设； （2）弯角半径应大于30厘米； （3）各工作站点间的距离应大于2.5米； （4）接头要牢靠，防止信号短路； （5）走线在电缆槽内，防止电缆损坏； （6）拉线时不可用力过猛，防止扭曲； （7）可用连结器，总长度不可大于500米， （8）一定要安装终端匹配电阻，一个接地； （9）可安装在室外，要防护措施。 小结：本节主要学习了同轴电缆的性能及应用。 作业：常见同轴缆有哪些？综合布线中什么情况下会用到 同轴细缆？ 3.3 双绞线 3.3 双绞线 一、 概述 双绞线电缆 （是否屏蔽） 屏蔽双绞线电缆（STP） 非屏蔽双绞线电缆（UTP） 1. 屏蔽双绞线 影响屏蔽作用的因素 环境噪声的级别和类型 屏蔽层的厚度和所使用的材料 接地方法 屏蔽的对称性和一致性 结构如图3-11所示 图3-11 双绞线结构 学习目标：掌握双绞线的性能，能应用双绞线组网 学习重点：五类、六类布线的性能参数 学习难点：双绞线的性能参数的理解 null2. 非屏蔽双绞线 “X Base T” “X”代表最大数据传输速度为X Mbps， “Base”代表采用基带传输方法传输信号， “T”代表UTP。 结构如下图所示： 图3-12 非屏蔽双绞线结构 3．屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的比较 null二、 常见双绞线的型号 null三、 超五类布线系统 RJ45接头中的8个PIN分布如图3-13所示： 图3-18 RJ45引脚步分布 1．四大优点：（1）坚实的网络基础； （2）多对数应用，低偏差和低串扰总值； （3）为将来的网络应用提供了解决； （4）充足的性能余量，安装和测试方便。 3．超五类双绞线的应用 null2．主要性能与测试（100米长度、100MHZ时）： 频率范围：100MHZ 电缆插入损耗：22.0dB 连接器插入损耗：0.4dB 线对间的近端串扰：35.3 dB 线对间综合近端串扰：32.3 dB 连接器线对间的近端串扰：40.3dB 连接器线对间的综合近端串扰：40.0dB 信道近端串扰：30.1dB 信道的综合近端串扰：27.1dB 衰减串扰比：6.1dB 综合衰减串扰比：3.1dB 电缆远端串扰：23.8dB 电缆综合远端串扰：20.8dB 连接器的远端串扰：35.1 dB 连接器的综合远端串扰：32.1 dB 信道远端串扰：17.4 dB 信道综合远端串扰：14.4 dB 电缆回波损耗：20.1 dB 连接器回波损耗：20.0 dB 信道回波损耗：10.0 dB 缆线最大延时：538ns 连接器最大延时：2.5ns 信道最大延时：548ns 缆线最大延时差：45ns 连接器最大延时差：1.25ns 信道最大延时差：50ns null四、 六类布线系统 1．六类系统与五类系统的主要区别 ⑴ 结构变化 新中增加：电信布线系统原理 安装准则与现场测试 组件、传输性能、系统模型 用于验证电信布线系统的测量程序 光纤电信布线系统的组件规范和传输要求 ⑵ 关键新项目  插入损耗：表示链路与信道上的信号损失量 ⑶ 永久链路替代基本链路  ⑷ 测试参数的变化 ⑸ 推动高速应用  传播时延差：最快线对与最慢线对发送信号延时差的尺度 传播时延：传播信号延长时间 新增加的两个参数为传播时延、传播时延差 null2 .六类产品 产品主要有：六类双绞线、六类RJ45连接器、 六类布线架、六类信息插座等。 图3-14 六类布线产品 null3．六类系统的安装注意事项 六类布线系统施工时应该注意： ⑴ 在管线设计时，一般内径20mm的线管以放2根六类线为宜。 ⑵ 桥架设计合理，保证合适的线缆弯曲半径。 ⑶ 放线过程中主要是注意对拉力的控制。 ⑷ 拉线工序结束后，两端留出的冗余线缆要整理和保护好， 做好标注，提醒其他人员勿动勿踩。 ⑸ 在整理、绑扎、安置线缆时，冗余线缆不要太长， 不要让线缆叠加受力，线圈顺势盘整，固定扎绳不要勒得过紧。 ⑹ 在整个施工期间，流程及时通报。 小结：本节主要学习了双绞线的性能和应用 作业：1．IEEE对双绞线是如何分类的？试比较各类双绞线 的性能。 2．什么是RJ45直通线和交错线？各自应用于什么场合？ 3.4 光纤 3.4 光纤 学习目标：了解光纤的特性，掌握不同连接器的应用 学习重点：不同连接器的应用 学习难点：光纤的性能 一、什么是光纤 光纤：即光导纤维，是一种传输光束的细而柔韧的媒质。 主要性能指标：衰减、许可角、数值孔径、色散。 图3-15衰减与光能量损失百分数之间的关系 1.衰减：作为数据载体的信号（这里是光信号）在功率上的 损失或减弱。它的单位是分贝。如图3-15 2.许可角：许可角是指特定的光纤能 接受光信号作为其入射角 信号的角度。如图3-16 图3-16 许可角示意图 null图3-17 NA值高低的区别。 数值孔径NA：表示一根特定的光纤网线容纳光信号能力。 如图3-17 色散：是指不同波长的光穿过光纤时的散射开的现象。 如图3-18 图3-18 单模光纤的色散 二、 光纤通信 光纤通信系统的组成：光源、光纤、光发送机和光接收机。 1．主要：光源、光纤、光发送机和光接收机 如图3-25）所示。 ⑴ 光源—光源是光波产生的根源； ⑵ 光纤—光纤是传输光波的导体； null ⑶ 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； ⑷ 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，经解码后再作相应处理。 图3-19 光通信系统结构 2．主要特点:（1) 传输频带宽、通信容量大，； （2) 线路损耗低、传输距离远； （3) 抗干扰能力强，应用范围广； （4) 线径细、质量小； （5) 抗化学腐蚀能力强； （6) 光纤制造资源丰富。 3．缺点：质地较脆、机械强度低 null三、 光缆分类 按照模数分：单模、多模； 按照折射率分布分：跳变式光纤 、渐变式光纤 1. 单模/多模（SMF：Single Mode Fibre） 单模光纤中光的传输如图3-26所示： 图3-26 单模光纤 TIA/TIS-568A规范规定的单模光纤电缆的主要特征如表3-3 表3-3 标准中的单模光纤规格 null图3-21 多模光纤 多模光纤(MMF：Multi Mode Fibre)中光的传输如图3-27： TIA/TIS-568A规范规定的多模光纤电缆的主要特征如表3-4： null2. 折射率分布 3 其它分类方法 表3-5 常见的网络类型与光纤的型号对照表 null.4 .光缆的标号 光缆型号及规格标注形式如图3-22所示。 图3-22 光缆型号标注形式 光缆型号中常见代号见表3-6。 四、光纤在综合布线中的应用 光纤应用于结构化布线中的数据干线优点： （l）干线用缆量不大 （2）干线升级容易 （3）防电磁干扰。 （4）弱电井布放，安装难度较小 null表3-6 光缆型号中的常见符号 null五、 光纤连接器 1．光纤连接器的一般结构 ：采用高精密组件（由两个插针 和一个耦合管共三个部分组成）实现光纤的对准连接。 2．光纤连接器的性能 ⑴ 光学性能：主要是插入损耗和回波损耗这两个最基本的 参数。 插入损耗（Insertion Loss）：是指因连接器的导入而引 起的链路有效光功率的损耗。 回波损耗（Return Loss, Reflection Loss）是指连接器 对链路光功率反射的抑制能力， ⑵ 互换性、重复性 ⑶ 抗拉强度（不低于90N） ⑷ 温度 （-40oC ~ +70oC）⑸ 插拔次数（1000次以上） 3．部分常见光纤连接器 按传输媒介分；单模光纤连接器和多模光纤连接器； 按结构分：FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT； 按连接器的插针端面分：FC、PC（UPC）和APC； 按光纤芯数分：单芯、多芯。 null 目前比较常见的光纤连接器： ⑴ FC型光纤连接器（Ferrule Connector） ⑵ SC型光纤连接器 ⑸ MT-RJ型连接器 ⑶ 双锥型连接器（Biconic Connector） ⑷ DIN47256型光纤连接器 ⑹ LC型连接器 ⑺ MU型连接器(Miniature unit Coupling) 4．影响连接器的性能的因素 纤芯（或模场）尺寸失配：如图3-23所示。发射光纤纤 芯直径为DS，接收光纤纤芯直径的Dr， DS！=DR （2）数值孔径失配：数值孔径失配产生的插入损耗如图3-24 图3-23 纤芯尺寸失配 图3-24 数值孔径失配 null（3）折射率分布失配：g为折射率分布指数，折射率分布失 配产生的插入损耗如图3-25所示。（4）端面间隙：因为端面不重合而造成的损耗。如图3-26。（5）轴线倾角：因为插入的两端轴线不同轴且不平行而造成 的损耗。 如图3-27。图3-27 轴线倾角过大图3-25 折射率分布失配 图3-26 端面间隙过大null（7）菲涅尔反射：光信号在端面形成反射而造成的信号损失。（6）横向偏移或同心度：因为插入的两端轴线不同轴， 但处于平行状态时而造成的损耗。如图3-28所示。图3-28 横向偏移 图3-29 菲涅尔反射 小结：本节主要学习了光纤的特性，边接器的应用 作业：1．按照光在光纤中的传播模式来分，光纤可分 为哪几类？各有什么特点？按照光纤适于传 输的光的波长来分，光纤可以分为哪几类？ 2．光纤通信有哪些特点？ 3．常见的光纤连接器有哪些？ 3.5 无线介质 3.5 无线介质 一、 无线网络的概念 学习目标：了解微波通信系统与红外通信系统的组成， 能认识相应的硬件设备 学习重点：微波通信系统与红外通信系统的组成 学习难点：微波通信系统与红外通信系统的组成 所谓无线网络就是利用无线介质作为信号的传输介质， 1．拓扑结构：无中心或叫对等式（PEER TO PEER）拓扑、 有中心（HUB－BASED）拓扑。 2．网络接口：可以选择在OSI参考模型的物理层或数据链路层。 3．对移动计算网络的支持 移动计算网络应的功能： ⑴ 小区内的站点可移动； ⑵ 不同小区内站点可经过网络接入点及主干网进行通信； ⑶ 站点由移动时，通过越区切换协议或算法，被切换至 新的小区。在新的小区中该站点仍和在以前小区时一样； ⑷ 站点可通过主干网上的路由器访问公共网或被公共网访问。 null二、无线通信技术 无线通信技术主要有：无线电波(Radio)、微波(Microwave)、 红外(Infrared)、激光(Laser)三、微波通信(Microwave Communication)1.微波的传播 微波通信过程如图3-30所示。 图3-30 微波中继传输 null2.微波通信的基本原理 微波通信主要采用扩频通信的原理， 微波扩频通信技术特点:是利用伪随机码对输入信息进行 扩展频谱编码处理，然后在某个载频上进行调制以便传输。 常用的微波频段及其代号如下，我国微波通信广泛应用 L、S、C、X诸频段。 null3. 数字微波通信的接入方式 数字微波系统按接入方式分为点对点、点对多点两种。 点对点方式是指连接的双方用一对微波扩频传输设备相连。 点对多点方式是指扩频系统含一个中心点和若干分布接入点， 若干分布接入点以竞争方式或固定分配方式分享中心点提供的 总信道带宽。 4．微波通信技术的特点 无需申请、带宽较高、建设周期短； 一次性投资、建设简便、组网灵活、易于管理； 抗噪声和干扰能力强，极强的抗窄带瞄准式干扰能力； 信息传输可靠性高； 保密性强； 多址复用； 设备使用寿命较长； 能与传统的调制方式共用频段； 下面给出一个局域网用微波通信互连的例子。如图3-31所示。 null图3-31无线应用实例 null四、 红外通信 红外传输是指利用红外线作为传输手段的信号传输 1. 红外通信的传输方式 红外通信系统中红外线的传输方式主要有两种： 一是点对点方式，二是广播。 使用点对点红外介质可以减少衰减，使偷听更困难。 实施时，注意保证发射器和接收器处于同一直线。如图3-32： 图3-32点对点红外应用 null图3-32 广播式红外传输系统2．广播 红外广播系统向一个广大的区域传送信号，并且允许多 个接收器同时接收信号如图3-32所示： 红外广播系统的速度一般被限制在1Mbps以下。 3. 特点:总体价格低、高带宽、安装简单、高可靠性、轻便。 4. 应用：掌上计算机、笔记本计算机、个人数字助理设备和 桌面计算机之间的文件交换； 计算机装置之间传送数据、控制电视、盒式录像机和其它设备。 null五、无线局域网标准 美国IEEE802委员会制定了关于无线网物理层和链路层 的802.11协议。 表3-8 无线局域网标准比较 null小结：本节学习了无线通信、微波通信、红外通信， 主要把握无线通信。 作业：1. 什么是无线网络？ 2．微波通信系统由哪几部分组成？综合布线中， 微波通信主要适合于什么场合？ 3．红外通信系统同哪几部分组成？综合布线中， 红外通信主要适用于什么场合？