數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版副標(biāo)題樣式,第,4,章,傳輸介質(zhì)及其應(yīng)用,4.1,有線傳輸介質(zhì)及其特性,4.2,無線傳輸媒體及其特性,4.3,傳輸介質(zhì)的選擇與應(yīng)用,4.4,小結(jié),習(xí)題,傳輸媒體是通信網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)送方和接收方之間的物理通路，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸媒體可分為有線傳輸介質(zhì)（硬介質(zhì)）和無線傳輸介質(zhì)（軟介質(zhì)）兩大類傳輸媒體的分類見圖,4-1,圖,4-1,幾種主要的傳輸介質(zhì),傳輸介質(zhì),有線傳輸介質(zhì),無線傳輸介質(zhì),雙絞線,同軸電纜,光纜,微波,衛(wèi)星微波,無線電波,紅外線,屏蔽雙絞線,無屏蔽雙絞線,基帶同軸電纜,寬帶同軸電纜,單模光纖,多模光纖,4.1,有線傳輸介質(zhì)及其特性,4.1.1,雙絞線（,Twisted-Pair Cable,）,雙絞線由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導(dǎo)線組成，線對(duì)扭在一起可以減少相互間的輻射電磁干擾雙絞線早就用于電話通信中的模擬信號(hào)傳輸，也可用于數(shù)字信號(hào)的傳輸雙絞線又分為兩種，屏蔽雙絞線和無屏蔽雙絞線1.,無屏蔽雙絞線（,UTP,，,Unshielded Twisted-Pair Cable,）,無屏蔽雙絞線是目前電信中最常使用的傳輸媒體它的頻率范圍對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)和聲音都很適合，一般在,100Hz,5MHz,之間。

雙絞線由兩個(gè)導(dǎo)體（通常是銅線）組成，外面是不同顏色的絕緣層，兩根導(dǎo)線扭在一起再包一層絕緣層，組成電話線纜見圖,4-2,EIA,標(biāo)準(zhǔn)將,UTP,分成了五種類型：,（,1,）,1#UTP,，基本雙絞線，應(yīng)用在電話系統(tǒng)，通話質(zhì)量較好，但是通信的速率較低2,）,2#UTP,，適合于傳輸聲音和數(shù)據(jù)，傳輸速率在,4Mbps,以上3,）,3#UTP,，主要用在電話系統(tǒng)中，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率在,10Mbps,以上4,）,4#UTP,，傳輸速率可以達(dá)到,16Mbps,5,）,5#UTP,，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率在,100Mbps,以上2.,屏蔽雙絞線（,STP,，,Shielded Twisted-Pair Cable,）,在雙絞線的外面包上了用金屬絲編織的屏蔽層，改善了雙絞線的抗電磁干擾性能STP,是將雙絞線放在由金屬導(dǎo)線包裹，用于吸收干擾的外包材料內(nèi)，然后再將其包上橡膠外皮，比無屏蔽雙絞線的抗干擾能力更強(qiáng)，傳送數(shù)據(jù)更可靠見圖,4-3,圖,4-3,屏蔽雙絞線,3.,雙絞線的主要特性,（,1,）從物理特性上來看，雙絞線芯一般是銅質(zhì)的，能提供良好的傳導(dǎo)率2,）從傳輸特性上來看，雙絞線既可以用于傳輸模擬信號(hào)，也可以用于傳輸數(shù)字信號(hào)，雙絞線帶寬可達(dá),268kHz,，而一條全雙工語音通道的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是,300Hz,4kHz,，因而可以使用頻分多路復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)語音通道的復(fù)用。

局域網(wǎng)中常用的,3,類雙絞線和,5,類雙絞線電纜均由,4,對(duì)雙絞線組成，其中,3,類雙絞線通常用于,10BASE-T,，,5,類雙絞線通常用于,100BASE-T,3,）從連通性上來說，雙絞線普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以用于多點(diǎn)的連接4,）從地理范圍來看，在,100kbps,速率下傳輸距離可達(dá),1,公里，但在,10Mbps,和,100Mbps,傳輸速率下傳輸距離均不超過,100,米5,）抗干擾性在低頻傳輸時(shí)，雙絞線的抗干擾性相當(dāng)于或高于同軸電纜，但如果頻率超過,10,100kHz,時(shí)，雙絞線的抗干擾能力較低6,）從價(jià)格上來講，雙絞線的價(jià)格是比較低的4.1.2,同軸電纜（,Coaxial Cable,）,1.,同軸電纜的結(jié)構(gòu),同軸電纜由一對(duì)導(dǎo)體組成，與雙絞線相比，可以攜帶較高頻率范圍的載波信號(hào)，其頻率范圍在,100KHz,500MHz,之間，同軸電纜是按“同軸”的形式構(gòu)成線對(duì)，最里層是內(nèi)芯，向外依次為絕緣層、屏蔽層，最外層則是起保護(hù)作用的塑料外套，內(nèi)芯和屏蔽層構(gòu)成一對(duì)導(dǎo)體其結(jié)構(gòu)見圖,4-4,圖,4-4,同軸電纜,同軸電纜分為基帶同軸電纜（阻抗,50,）和寬帶同軸電纜（阻抗,75,）基帶同軸電纜用于直接傳輸基帶數(shù)字信號(hào)；在局域網(wǎng)中使用這種基帶同軸電纜，可以在,2500m,內(nèi)（需加,4,個(gè)中繼器），以,10Mbit/s,傳送基帶的數(shù)字信號(hào)。

寬帶同軸電纜用于頻分多路復(fù)用的模擬信號(hào)傳輸，也可用于不使用頻分多路復(fù)用的高速數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)傳輸2.,同軸電纜的主要特性,（,1,）物理特性同軸電纜可以工作在較寬的頻率范圍內(nèi)2,）傳輸特性基帶同軸電纜僅用于數(shù)字傳輸，并使用曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá),10Mips,寬帶同軸電纜既可用于模擬信號(hào)傳輸又可用于數(shù)字信號(hào)傳輸3,）連通性同軸電纜適用于點(diǎn)到點(diǎn)和多點(diǎn)連接4,）地理范圍基帶電纜的最大傳輸距離限制在幾公里，寬帶電纜的傳輸距離則可達(dá)幾十公里5,）抗干擾性同軸電纜的抗干擾性能比雙絞線強(qiáng)6,）價(jià)格同軸電纜的價(jià)格比雙絞線貴，比光纖低4.1.3,光纜（,Optical Fiber,）,1.,光纖的結(jié)構(gòu),光纖是一種光傳輸介質(zhì)，是光導(dǎo)纖維的簡稱，它由能傳導(dǎo)光波的石英玻璃纖維（或塑料纖維）外加保護(hù)層構(gòu)成用光纖傳輸電信號(hào)時(shí)，在發(fā)送端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，在接收端又要由光檢測器還原成電信號(hào)2.,光纖的主要特性,（,1,）物理特性在網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖組成傳輸系統(tǒng)2,）傳輸特性光纖通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號(hào)，與雙絞線和同軸電線相比，光纜傳送數(shù)據(jù)的速度相當(dāng)快光纜最低傳送速率是,100Mbit,s,，一般可達(dá),Gbps,，而同軸電纜的最大傳送速度是,100Mbit,s,。

雙絞線或同軸電纜傳送電信號(hào)，而光纜傳送光信號(hào)，其中一種光源是發(fā)光二極管（,LEO,），另一種光源是激光光纜頻帶很寬，傳送速率極高，因此能夠傳送大量的數(shù)據(jù)3,）連通性光纖普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路4,）地理范圍光纜可以在,6,8,公里的距離內(nèi)不用中繼器傳輸，因此光纖適合于在幾個(gè)建筑物之間通過點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)絡(luò)5,）抗干擾性光信號(hào)不受電磁干擾或噪聲影響，光波也不會(huì)互相干擾，因此光纜不存在信號(hào)衰減問題，可以在長距離內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)；光纜中光的匹配好，使人很難在光纜上竊取數(shù)據(jù)，所以安全性好6,）價(jià)格光纖的價(jià)格比雙絞線和同軸電纜都要貴4.2,無線傳輸媒體及其特性,無線傳輸媒體通過空間傳輸，不需要架設(shè)或鋪設(shè)電纜或光纖，包括：無線電波、微波、紅外線和激光等4.2.1,無線電波,無線電波是全向傳播，不同的頻段可以用于不同的無線電通信例如無線電廣播，包括調(diào)頻（,FM,）廣播和調(diào)幅（,AM,）廣播等，調(diào)幅廣播（,AM,）比調(diào)頻廣播（,FM,）使用的頻率低得多，頻率低的信號(hào)更易受到大氣的干擾，但傳送的距離遠(yuǎn)；短波和民用波段無線電廣播也都使用很低的頻率，能夠遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)；電視臺(tái)則用較高的頻率傳送圖像和聲音的混合信號(hào)，電視頻道不同就是傳送信號(hào)的頻率不同，電視機(jī)在每個(gè)頻道以不同頻率接收不同的信號(hào)。

1,）頻率范圍在,30-300KHz,的是低頻長波；,（,2,）頻率范圍在,300KHz-3MHz,的是中頻中波，通常用于中波通信；,（,3,）頻率范圍在,3MHz-30MHz,的是高頻短波，用于短波通信它是利用地面發(fā)射無線電波，通過電離層的多次反射到達(dá)接收端的一種通信方式4,）頻率范圍在,30MHz-300MHz,的是甚高頻（,VHF,）5,）頻率范圍在,300MHz-3000MHz,的是特高頻（,UHF,），電磁波可穿過電離層，不會(huì)因反射而引起干擾，可用于數(shù)據(jù)通信4.2.2,微波,微波傳送是單向的，并且信號(hào)沿直線傳播所以傳送信號(hào)時(shí)一個(gè)微波站的天線必須指向另一個(gè)微波站，這樣才能發(fā)送和接收信號(hào)微波信號(hào)受天氣環(huán)境（如雨雪等）和微波站之間障礙物的影響較大1.地面微波,地球上兩個(gè)微波站之間的微波傳送方式叫地面微波傳送微波通信的載波頻率很高，可同時(shí)傳送大量信息，利用無線電波在對(duì)流層的視距范圍內(nèi)沿直線傳播的由于地球表面是曲面，使得微波在地面的傳播距離有限通?？梢岳锰炀€提高傳輸距離，天線越高傳播距離越遠(yuǎn)，一般兩個(gè)微波站之間的通信距離為30,50,km，,超過一定距離就要用微波中繼站2.衛(wèi)星微波,衛(wèi)星是天空中的大型微波發(fā)送器和接收器，衛(wèi)星通信利用地球同步衛(wèi)星做中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)，克服了地面微波通信距離的限制，一個(gè)同步衛(wèi)星可以覆蓋地球的1/3以上表面，原則上三個(gè)這樣的衛(wèi)星就可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域，地球上的各個(gè)地面站之間都可互相通信。

地面站與衛(wèi)星之間的微波傳送也用視線法則，衛(wèi)星在與地球相對(duì)靜止的同步軌道上運(yùn)行，固定在地球上方的某一位置，從衛(wèi)星上發(fā)出的信號(hào)只能到達(dá)地面特定的區(qū)域，微波的視線傳送到地球表面產(chǎn)生一個(gè)覆蓋區(qū)，地面站只有在覆蓋區(qū)內(nèi)才能接收衛(wèi)星傳送的信號(hào)衛(wèi)星將地面上地對(duì)空通信的信號(hào)由轉(zhuǎn)發(fā)器接收、放大，改變頻率后再將信號(hào)傳送回地面4.2.3,紅外線技術(shù),紅外通信和激光通信也像微波通信一樣，有很強(qiáng)的方向性，都是沿直線傳播的這三種技術(shù)都需要在發(fā)送方和接收方之間有一條視線（,Lind of Sight）,通路，故它們統(tǒng)稱為視線媒體所不同的是，紅外通信和激光通信把要傳輸?shù)男盘?hào)分別轉(zhuǎn)換為紅外光信號(hào)和激光信號(hào)直接在空間傳播這三種視線媒體由于都不需要鋪設(shè)電纜，對(duì)于連接不同建筑物內(nèi)的局域網(wǎng)特別有用這三種技術(shù)對(duì)環(huán)境氣候較為敏感，例如雨、霧和雷電4.3 傳輸介質(zhì)的選擇與應(yīng)用,4.3.1 傳輸介質(zhì)的選擇,1.容量：,支持所期望的局部網(wǎng)絡(luò)通信量2.可靠性：,滿足可用的要求3.支持的數(shù)據(jù)類型：,根據(jù)應(yīng)用特定的4.環(huán)境范圍：,在所要求的環(huán)境范圍內(nèi)提供服務(wù)5.費(fèi)用：,同軸電線的費(fèi)用介于雙絞線和光纜之間6.速度：,雙絞線的傳送速度最低，其次是同軸電纜和微波，光纜的速度最快。

7.出錯(cuò)率：,雙絞線和同軸電纜更容易受電磁和電流波動(dòng)的影響，微波傳送可以被惡劣的天氣中斷8.安全性：,雙絞線和同軸電纜易被竊聽從光纜上竊取數(shù)據(jù)很困難無線電或微波傳送不安全4.3.2 傳輸介質(zhì)的制作與應(yīng)用,1.雙絞線的制作與應(yīng)用,將兩根具有絕緣保護(hù)層的導(dǎo)線按一定的密度互相絞在一起形成一個(gè)線對(duì)，降低信號(hào)的干擾常用的雙絞線是由4個(gè)線對(duì)反時(shí)針相互扭轉(zhuǎn)在一起，銅導(dǎo)線的直徑為0.41,mm，,扭絞方向?yàn)榉磿r(shí)針，絞距為3.8114,cm，,這些線對(duì)被標(biāo)示了不同的顏色2.同軸電纜的制作與網(wǎng)絡(luò),首先根據(jù)需要剪裁一定長度的同軸電纜，使用剝線鉗剝?nèi)ミm當(dāng)長度的外皮，屏蔽層、絕緣層等部分，并將,BNC,連接器裝在同軸電纜的端口，然后插在,T,型頭上設(shè)備連接完成后，在同軸電纜的兩端一定要加上端接匹配器3.光纖的制作,常用的光纜有,8.3,m,芯125,m,外層單模；62.5,m,芯125,m,外層多模；50,m,芯125,m,外層多模；100,m,芯140,m,外層多模連接每條光纜時(shí)都要磨光端頭，通過電燒烤或其它方法與光學(xué)接口連在一起，確保光通道不被阻塞，光纖不能拉得太緊，也不能形成直角連接方法：1,）永久性連接（又叫熱熔），使用放電的方法將兩根光纖的連接點(diǎn)融化并連接在一起。

2,）應(yīng)急連接（又叫冷溶），應(yīng)急連接是將兩根光纖固定并粘接在一起3,）活動(dòng)連接，利用各種光纖連接器件（插頭和插座），將站點(diǎn)與站點(diǎn)或站點(diǎn)與光纜連接起來4.4 小結(jié),本章主要介紹用于傳輸?shù)母鞣N介質(zhì)，傳輸介質(zhì)的分類，以及數(shù)據(jù)如何在介質(zhì)中傳輸?shù)炔煌膫鬏斀橘|(zhì)具有不同的傳輸特性，而傳輸介質(zhì)的特性又影響著數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸媒體可分為有線傳輸介質(zhì)（硬介質(zhì)）和無線傳輸介質(zhì)（軟介質(zhì)）兩大類雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種有線傳輸媒體；無線電通信、微波通信、紅外通信以及激光通信的信息載體等都屬于無線傳輸媒體傳輸介質(zhì)的選擇是由許多因素決定的，也受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的約束設(shè)計(jì)者在選擇傳輸介質(zhì)時(shí)必須考慮到介質(zhì)的費(fèi)用、傳送速度、使用這種介質(zhì)的出錯(cuò)率和安全性等一些相關(guān)因素習(xí)題,4-1,根據(jù)你所使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)。