第2章网络传输介质-后半部分

nullnull2.3 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 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。 null 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。null 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。 null 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。null ●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的场合。割开光缆需要再生和重发信号。null ●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。null2．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。null 但从用户在网络工程下，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。 null（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)。null “模”是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源，多模光纤则采用发光二极管做光源。 null 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。null 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。null 单模光纤PMD建议芯径为8~ 10 µm ,包括外包层，其直径为125 µm 。 null 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。null 多模光纤的纤芯直径一般为50至200 µm ，而包层直径的变化范围为125~230 µm ，国内计算机网络常用的光纤芯直径为62.5 µm ，包层为125 µm ，也就是通常所说的62.5/125 µm规格。 null 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。null图2-10 单模光纤和多模光纤的示意图null 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。null 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。null 光纤的类型是由模材料（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。 null● 8.3 µm 芯/ 125 µm 外层单模 ● 62.5 µm 芯/ 125 µm 外层多模 ● 50 µm 芯/ 125 µm 外层多模 ● 100 µm 芯/ 140 µm 外层多模null（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。null 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。null 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。 null图2-11 光在折射率分布类光纤中的传输过程null2.3.2 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。null ● 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。 null● 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。 null 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。null图2-12 光纤通信系统构成null● 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、质量小； ● 抗化学腐蚀能力强； ● 光纤制造资源丰富。null3．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 µm / 125 µm 规格的多模光纤（缆），有时也用50 µm / 125 µm 和100 µm / 140 µm 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）。null表2-9 光纤特性说明null表2-10 光纤使用温度范围null 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 ;null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。 null4．光缆的种类和机械性能 （1）单芯互联光缆 主要应用范围包括： 跳线； 内部设备连接； 通信柜配线面板；null 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。 null 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； null 900µm 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。 null 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 µm 符合ISO/IEC 1180标准。 null（2） 双芯互联光缆 主要应用范围包括： 交连跳线； 水平走线，直接端接； 光纤到桌面； 通信柜配线面板；null 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。 null 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。null图2- 13 双芯光缆null 对于互联光缆的机械性能用表2-11说明。null表2-11 互联光缆的机械性能null（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；null● 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。 null 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。null● 900µm 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。 null● 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 µ m 符合 ISO / IEC 11 8 0（1995标准）。 ●防护网可抵挡尖锐物损伤。 null 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。null图2-14 分布式光缆物理结构null 对于分布式光缆的机械性能用表2-12说明。null表2-12 分布式光缆的机械性能nullnull（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准。null● 900µm 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。 null● 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）null● 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。 null（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null● 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 null 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 ● 900µm 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null● 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）null● 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null 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。null图2-15 室外铠装型光缆物理结构（右）、 全绝缘型（左）null 对于室外光缆的机械性能如表2-13所示。null表2-13 室外光缆的机械性能null6.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。null● 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null● 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 null 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null● 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）null● 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 null 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。null图 2-16 室内/室外光缆null光缆的机械性能如表2-14所示。null表2-14 室内/室外光缆的机械性能2.4 无线传输 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。null 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机网络，作为网络中的一结点。 null 无线局域网已作为一般目的的网络连接来使用。null 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。 null 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。null2．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）。null 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。null 中央计算机，可用作与有线LAN的通信桥梁，用来存取其他有线客户端、互联网或是其他网络设备等。null 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。null 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。 null图2-17 无线局域网的拓扑结构null3.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。null 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，是以无线的方式与AP相连。null 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。 null 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。null 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。null 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。 null2.4.2 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。null 它们根本区别是在各节点之间传输信号时，使用的频率不同。 null1．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：900～928MHz，2400～2483.5GHz，2483.5～5725GHZ。null 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。 null 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。 null 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。null 扩频技术采用码分方式，易于实现多点通信，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。 null 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。null 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。 null 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5~40km。null 室外的全向天线可覆盖1.5~10km的半径范围，室内全向天线可覆盖半径为250~500米范围。电波穿透能力为几层墙体或两层楼板混凝土。 null2．激光和红外线技术 红外线（Infrared ,IR）频率要比射频（RF）高得多，最典型的红外频率不低于1000GHz。null 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。 null 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。 null3．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。null2.4.3 无线局域网的标准简介 1．IEEE802.11系列 IEEE 802.11是第一代无线局域网标准之一。null 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范围内建立互操作的网络设备。 null 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。 null 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。 null 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。 null 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。null 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。null 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。 null 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。null 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，需要等待多久的时间可以传数据，以防止发生碰撞。 null IEEE802.11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。null 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。 null 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。null IEEE802.11b使用动态速率漂移，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。 null 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。null 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。 null IEEE802.11g：由于IEEE 802.11a与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。null 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。null 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。 null2．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，以低于背景杂音值，然会将信号发送出去。 null 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。null 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。 null 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。null 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。null 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。null 仍无法确定哪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。 null3．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。null 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。null 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。 null 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。null4．HomeRF 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。null 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。null 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。null 在传输语音数据部分，HomeRF采用DECT（Digital Enhanced Cordless Telephone）标准，以时分多路访问(TDMA)模式传输语音数据。null 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。 null 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。null 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。null5．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。null 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。 null6．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。