CCNAExploration-網(wǎng)絡基礎知識8OSI物理層8.0本章簡介8.0.1本章簡介

第{{$PAGEVAR}}頁1:上層OSI協(xié)議會將以人為本網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)進行適當?shù)臏蕚涮幚?，以便將其傳輸?shù)侥康脑O備。物理層控制數(shù)據(jù)在通信介質(zhì)上的傳輸方式。OSI物理層的任務是將代表數(shù)據(jù)鏈路層幀的二進制數(shù)字編碼成信號，并通過連接網(wǎng)絡設備的物理介質(zhì)（銅纜、光纜和無線介質(zhì)）發(fā)送和接收這些信號。本章介紹了物理層的一般功能，以及管理通過本地介質(zhì)進行的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴屎蛥f(xié)議。在本章中，您將學會：說明物理層協(xié)議和服務在支持數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信方面的作用。描述物理層和信號在網(wǎng)絡中的用途。描述在通過本地介質(zhì)傳輸幀的過程中，用于表示比特的信號所扮演的角色。識別銅纜、光纜和無線網(wǎng)絡介質(zhì)的基本特征。說明銅纜、光纜和無線網(wǎng)絡介質(zhì)的常見用途。顯示視覺媒體8.1物理層-通信信號8.1.1物理層—用途

第{{$PAGEVAR}}頁1:OSI物理層通過網(wǎng)絡介質(zhì)傳輸構成數(shù)據(jù)鏈路層幀的比特。該層從數(shù)據(jù)鏈路層接收完整的幀，并將這些幀編碼為一系列信號，傳輸?shù)奖镜亟橘|(zhì)上。經(jīng)過編碼的比特構成了幀，這些比特可以被終端設備或中間設備接收。通過本地介質(zhì)傳輸幀需要以下一些物理層要素：物理介質(zhì)和關聯(lián)的連接器在介質(zhì)上表示比特數(shù)據(jù)編碼和控制信息網(wǎng)絡設備上的發(fā)送器和接收器電路在通信過程的這一階段，用戶數(shù)據(jù)已被傳輸層分段，并由網(wǎng)絡層放入了數(shù)據(jù)包，而且已被數(shù)據(jù)鏈路層封裝為幀。物理層的用途是創(chuàng)建電信號、光信號或微波信號，以表示每個幀中的比特。然后，將這些信號逐個發(fā)送到介質(zhì)上。物理層的任務還包括從介質(zhì)檢索這些單個的信號，將它們還原成比特來表示，然后將這些比特作為完整的幀傳送到數(shù)據(jù)鏈路層。顯示視覺媒體

8.1.2物理層—操作

第{{$PAGEVAR}}頁1:介質(zhì)不會將幀作為一個實體傳送。介質(zhì)會逐個傳送信號，這些信號代表構成幀的比特。表示數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡介質(zhì)存在三種基本形式：銅纜光纜無線介質(zhì)比特的表示（即，信號類型）視介質(zhì)類型而定。對于銅纜介質(zhì)，信號為電子脈沖模式。對于光纜，信號為光模式。對于無線介質(zhì)，信號為無線電傳輸模式。識別幀當物理層將比特編碼成特定介質(zhì)的信號時，必須甄別一個幀的結束位置和下一個幀的開始位置。否則，介質(zhì)設備無法識別什么時候收完幀了。在這種情況下，目的設備只是接收了一串信號，并不能正確地重建幀。正如上一章所述，表示幀的開始通常是數(shù)據(jù)鏈路層的功能。但是，在很多技術中，物理層可能會添加自己的信號來表示幀的開始和結尾。為了使接收設備清楚地識別幀邊界，傳輸設備會添加信號來指定幀的開始和結束位置。這些信號代表特定的比特模式，僅用于表示幀的開始或結束位置。本章的以下幾節(jié)中將詳細介紹把數(shù)據(jù)幀從邏輯比特編碼成介質(zhì)上的物理信號的過程，以及特定物理介質(zhì)的特征。顯示視覺媒體

8.1.3物理層—標準

第{{$PAGEVAR}}頁1:物理層由工程師開發(fā)的硬件組成，其形式為電子電路、介質(zhì)和連接器。因此，由相關的電氣和通信工程組織定義管制該硬件的標準是很合適的。而上層OSI協(xié)議和運行則通過軟件執(zhí)行，并由軟件工程師和計算機科學家設計。就像我們在前一章節(jié)中了解的，TCP/IP協(xié)議族中的服務和協(xié)議是由RFC中的Internet工程任務組(IETF)定義的。類似于數(shù)據(jù)鏈路層相關技術，物理層技術是由以下組織定義的：國際標準化組織(ISO)電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)美國國家標準學會(ANSI)國際電信聯(lián)盟(ITU)電子工業(yè)聯(lián)盟/電信工業(yè)協(xié)會(EIA/TIA)國有電信機構，例如美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:物理層技術和硬件由這些組織定義的技術包括四個領域的物理層標準：介質(zhì)的物理和電氣屬性連接器的機械性能（材料、尺寸和引腳輸出）通過信號表示的比特（編碼）控制信息信號的定義單擊圖中的“信號”、“連接器”和“電纜”按鈕可以查看硬件。網(wǎng)絡適配器(NIC)、接口和連接器、電纜材料和電纜設計等硬件組件都是按照與物理層關聯(lián)的標準規(guī)定的。顯示視覺媒體

8.1.4物理層基本原則

第{{$PAGEVAR}}頁1:物理層的三個基本功能是：物理組件數(shù)據(jù)編碼信號物理要素是電子硬件設備、介質(zhì)和連接器，它們用于傳輸和承載用于表示比特信號的設備。編碼編碼是一種將數(shù)據(jù)比特流轉化成預定義代碼的方法。這些代碼就是比特組，用于提供一種可預測模式，以便發(fā)送者和接收者均能識別。使用可預測模式有助于區(qū)別控制比特位和數(shù)據(jù)比特位，并提供良好的介質(zhì)錯誤檢測。除為數(shù)據(jù)創(chuàng)建代碼以外，物理層的編碼方法還提供起控制作用的代碼（例如識別幀的開始和結束位置）。源主機會傳輸特定模式的比特或代碼，以識別幀的開始和結束位置。信號物理層必須在介質(zhì)上生成代表“1”和“0”的電信號、光信號或無線信號。表示比特的方法稱為信號方法。物理層標準必須定義代表“1”和“0”的信號類型。這只需要對電信號、光脈沖或者更復雜的信號方法中的電平做出簡單更改。在下一節(jié)，您可以分析信號和編碼的不同方法。顯示視覺媒體8.2物理信號和編碼：表示比特8.2.1適用于介質(zhì)的信號比特

第{{$PAGEVAR}}頁1:最終，以人為本的網(wǎng)絡中的所有通信都變成了二進制數(shù)字，然后通過物理介質(zhì)逐個傳輸。盡管構成幀的所有比特在物理層中被表示為一個單元，但通過介質(zhì)傳輸幀時是作為比特流逐個發(fā)送的。物理層將幀中的每個比特表示為一個信號。放到介質(zhì)上的每個信號都分配有特定的占用介質(zhì)的時間。這段時間稱為比特時間。信號被接收設備處理后，又還原成用比特表示。在接收節(jié)點的物理層，信號被轉換回比特。接著，將檢查幀開始和幀結束的比特模式，以確定已經(jīng)收完整個幀。然后，物理層會將幀的所有比特傳送到數(shù)據(jù)鏈路層。成功傳送這些比特要求在發(fā)生器和接收器之間采用某些同步方法。系統(tǒng)必須在比特時間的特定時刻檢查代表比特的信號，以正確確定信號是代表“1”還是“0”。同步是使用時鐘來完成的。在LAN中，每個傳輸結尾都保持著自己的時鐘。許多信號方法在信號中采用了可預測跳變，以便在發(fā)送設備和接收設備的時鐘之間實現(xiàn)同步。信號方法通過更改信號的以下一個或多個特征在介質(zhì)上表示信號：幅度頻率相位介質(zhì)上代表比特的實際信號的性質(zhì)視使用的信號方法而定。某些方法可能使用信號的一種屬性表示信號0，而使用信號的另一種屬性代表信號1。例如，對于非歸零(NRZ)信號，0可能是由比特時間內(nèi)介質(zhì)上的一次電壓電平來表示的，而1可能是由比特時間內(nèi)介質(zhì)上的另一電壓來表示的。另外，也有通過跳變或者不跳變來表示邏輯電平的信號方法。例如，曼徹斯特編碼通過比特時間中間由高到低的電壓跳變來表示0。而用比特時間中間由低到高的電壓跳變來表示1。采用的信號方法必須符合某種標準，以便接收器可以檢測信號，并將它們解碼。標準中必須包含發(fā)生器和接收器之間關于如何表示1和0達成的協(xié)議。如果沒有信號協(xié)議（即，如果傳輸?shù)膬啥耸褂玫臉藴什煌ㄟ^物理介質(zhì)的通信將失敗。在介質(zhì)上表示比特的信號方法也可能很復雜。我們將使用兩種較簡單的技術來解說這一概念。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:NRZ信號首先，我們例舉一種簡單的信號方法，即非歸零(NRZ)法來進行研究。在NRZ中，比特流是作為一系列電壓值傳輸?shù)?，如圖所示。低電壓值代表邏輯0，而高電壓值代表邏輯1。電壓范圍取決于所采用的特定物理層標準。這些簡單的信號方法僅適用于低速數(shù)據(jù)鏈路。NRZ信號不能有效使用帶寬，并且易受電磁干擾。另外，當連續(xù)傳輸一長串0或1時，單個比特位之間的邊界可能會丟失。在這種情況下，不能檢測到介質(zhì)上的電壓跳變。因此，接收節(jié)點沒有可用于同步發(fā)送節(jié)點比特時間的跳變。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁3:曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼方案不是用簡單的電壓值脈沖來表示比特，而是用電壓跳變來表示比特值。例如，從低電壓到高電壓的跳變表示比特值1，而從高電壓到低電壓的跳變表示比特值0。如圖所示，電壓跳變必須在每個比特時間的中間發(fā)生。這種跳變可確保接收節(jié)點的比特時間與發(fā)送節(jié)點的比特時間同步。對于傳輸比特的每個時間單位，比特時間中間的跳變可以向上，也可以向下。對于連續(xù)比特值，比特邊界上的跳變會“建立”相應的比特時間的中間跳變來表示比特值。盡管曼徹斯特編碼在用于速度較高的信號時效率不夠，但它仍是10BaseT以太網(wǎng)（以10兆位每秒的速度運行的以太網(wǎng)）采用的信號方法。顯示視覺媒體

8.2.2編碼-分組比特

第{{$PAGEVAR}}頁1:在上一節(jié)中，我們說明了如何在物理介質(zhì)上表示比特的信號處理過程。在本節(jié)中，我們會使用“編碼”一詞來表示在將比特表達到介質(zhì)上之前，對它進行的符號分組。在將信號發(fā)送到介質(zhì)上之前先進行編碼處理，可以改善高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。采用較高的速度通過介質(zhì)時，數(shù)據(jù)有可能被損壞。通過使用代碼組，我們就可以更有效地檢測到錯誤了。另外，隨著對數(shù)據(jù)速度的要求與日俱增，我們需要找到通過介質(zhì)傳輸較少的比特來表達更多數(shù)據(jù)的方法。代碼組提供的方法可以實現(xiàn)這種數(shù)據(jù)表達。網(wǎng)絡設備的物理層必須能夠檢測合法的數(shù)據(jù)信號，并忽略物理介質(zhì)上可能存在的隨機非數(shù)據(jù)信號。信號流的傳輸需要接收器能夠識別幀的開始和結束。信號模式檢測幀的一種方法是每個幀都用物理層認為是幀開頭的比特信號模式開始，用表示幀結束的比特信號模式結束。沒有以這種方式構成幀的信號比特將被所采用的物理層標準忽略。有效的數(shù)據(jù)比特需組織成幀；否則，收到的數(shù)據(jù)比特將無任何上下文環(huán)境，無法將其意義傳遞給網(wǎng)絡模型的上層。這種構成幀的方法可以由數(shù)據(jù)鏈路層或物理層分別提供，也可以由二者共同提供。右圖描述了信號模式的一些用途。信號模式可表示：幀開始、幀結束和幀內(nèi)容。這些信號模式可以被解碼成比特。而比特又可以被解釋成代碼。代碼會指示幀的開始和結束位置。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:代碼組編碼技術使用的比特模式就稱為符號。物理層可以使用一組被編碼的符號（稱為代碼組）來表示編碼數(shù)據(jù)或控制信息。代碼組是連續(xù)的代碼比特，解釋并映射為數(shù)據(jù)比特模式。例如，代碼比特10101可以代表數(shù)據(jù)比特0011。如右圖所示，代碼組通常用作較高速度LAN技術的中間編碼技術。該步驟出現(xiàn)在物理層生成電壓信號、光脈沖信號或射頻信號之前。通過發(fā)送符號，發(fā)送設備和接收設備之間的錯誤檢測能力和時間同步功能均得到增強。這些是支持通過介質(zhì)高速傳輸時需要考慮的重要內(nèi)容。盡管使用代碼組會產(chǎn)生額外的比特開銷需要傳輸，但卻能提高通信鏈路的穩(wěn)定性。對于高速數(shù)據(jù)傳輸尤其如此。使用代碼組的優(yōu)點有：降低比特電平錯誤限制傳輸?shù)浇橘|(zhì)中的效能幫助甄別數(shù)據(jù)比特和控制比特更有效地檢測介質(zhì)錯誤降低比特電平錯誤要正確地檢測單個比特是0還是1，接收器必須了解如何及何時在介質(zhì)上取樣信號。這要求接收器和發(fā)送器之間的時間必須同步。在許多物理層技術中，介質(zhì)上的跳變均可用于該同步。如果傳輸?shù)浇橘|(zhì)上的比特模式不能創(chuàng)建頻率跳變，該同步可能會丟失，個別比特可能出錯。因此，人們便設計了代碼組，以便該符號促使介質(zhì)上產(chǎn)生足夠的比特跳變來同步該時間。它們通過使用符號來確保不在同一行中使用太多1或0，從而達到這一目的。限制發(fā)送的能量在很多代碼組中，該符號可以確保一串符號中1和0的數(shù)量均衡。平衡發(fā)送的1和0數(shù)量的過程稱為DC平衡。這可以避免在傳輸中將過多的能量注入介質(zhì)，從而減少介質(zhì)輻射的干擾。在許多介質(zhì)信號方法中，邏輯電平（例如1）是由發(fā)送到介質(zhì)中的能量來表示的；而相對邏輯電平（0）則用沒有該能量來表示。發(fā)送一長串1可能導致接收器中的傳輸激光和光電二極管過熱，有可能導致較高的錯誤率。甄別數(shù)據(jù)和控制代碼組提供三種類型的符號：數(shù)據(jù)符號—在向下將幀傳輸?shù)轿锢韺訒r，代表幀數(shù)據(jù)的符號?？刂品枴晌锢韺虞斎氲挠糜诳刂苽鬏?shù)奶厥獯a。其中包括幀結尾和空閑介質(zhì)符號。無效符號—含有介質(zhì)上不允許的模式的符號。接收到無效符號表示幀出錯。編碼到介質(zhì)上的符號都是唯一的。表示通過網(wǎng)絡發(fā)送的數(shù)據(jù)的符號與用于控制的符號，它們的比特模式不盡相同。它們之間的差異使物理層能夠在接收節(jié)點馬上區(qū)分數(shù)據(jù)信息和控制信息。更有效地檢測介質(zhì)錯誤除數(shù)據(jù)符號和控制符號外，代碼組中還包含無效符號。這些符號可能在介質(zhì)上創(chuàng)建長串的1或0；因而，發(fā)送節(jié)點不會使用它們。如果接收節(jié)點收到其中一種模式，物理層就可以斷定收到的數(shù)據(jù)有錯誤。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁3:4B/5B我們例舉代碼組4B/5B進行詳解?，F(xiàn)代網(wǎng)絡中目前使用的代碼組通常更為復雜。在該技術中，4比特數(shù)據(jù)被轉換成5比特代碼符號，以便通過介質(zhì)系統(tǒng)傳輸。在4B/5B中，每個要傳輸?shù)淖止?jié)均被分解為四比特片段或半字節(jié)，并被編碼為五比特值（即符號）。這些符號代表要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以及有助于控制介質(zhì)上傳輸?shù)囊唤M代碼。代碼中包含的符號表示幀傳輸?shù)拈_始和結束位置。盡管這一過程增加了比特傳輸?shù)拈_銷，但也增加了有助于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?B/5B可確保每個代碼中至少存在一次電平更改，以提供同步。4B/5B中使用的大多數(shù)代碼中每個符號的1和0的使用次數(shù)是均衡的。如圖所示，可能的32種代碼組合中有16種分配給了數(shù)據(jù)比特，剩下的代碼組被用于控制符號和無效符號。其中六種符號用于特殊功能，用于識別從空閑到幀數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流結束符的跳變。其余10種表示無效代碼。顯示視覺媒體

8.2.3數(shù)據(jù)傳送能力

第{{$PAGEVAR}}頁1:不同的物理介質(zhì)所支持的比特傳輸速度不同?？梢允褂靡韵氯N方式測量數(shù)據(jù)傳輸：帶寬吞吐量實際吞吐量帶寬介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的能力被描述為介質(zhì)的原始數(shù)據(jù)帶寬。數(shù)字帶寬可以測量在給定時間內(nèi)從一個位置流向另一個位置的信息量。帶寬通常以千位每秒(kbps)或兆位每秒(Mbps)作為計量單位。網(wǎng)絡的實際帶寬由以下因素共同決定：物理介質(zhì)的屬性，以及所選擇的用于信號處理和檢測網(wǎng)絡信號的技術。物理介質(zhì)屬性、當前技術和物理法則共同扮演確定可用帶寬的角色。右圖顯示了常用的帶寬單位。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:吞吐量吞吐量是給定時段內(nèi)通過介質(zhì)傳輸?shù)谋忍氐牧慷?。由于受各種因素影響，吞吐量經(jīng)常與物理層實施（例如以太網(wǎng)）中指定的帶寬不符。許多因素會影響吞吐量。其中包括被測網(wǎng)絡上的流量、流量類型和網(wǎng)絡設備的數(shù)量。在多路訪問拓撲（如以太網(wǎng)）中，節(jié)點將競爭訪問和使用介質(zhì)。因而，每個節(jié)點的吞吐量隨介質(zhì)使用量的增加而減少。在擁有多個網(wǎng)段的網(wǎng)際網(wǎng)絡或網(wǎng)絡中，吞吐量不能超過從源到目的之間路徑的最低鏈路速度?？v使這些網(wǎng)段全部或多數(shù)具備高速帶寬，它也只使用那段低吞吐量的路徑來創(chuàng)建整個網(wǎng)絡的吞吐量瓶頸。實際吞吐量為測量可用數(shù)據(jù)的傳輸而創(chuàng)建的第三個量度。該量度被稱為實際吞吐量。實際吞吐量是在給定時間內(nèi)傳輸?shù)目捎脭?shù)據(jù)的量度，它也是網(wǎng)絡用戶最感興趣的量度。如圖所示，實際吞吐量可測量應用層實體之間有效傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)，例如源Web服務器處理和目的Web瀏覽器設備。它們的不同之處在于，吞吐量測量的是比特傳輸，而不是可用數(shù)據(jù)的傳輸，實際吞吐量考慮了用作協(xié)議開銷的比特。實際吞吐量就是吞吐量減去建立會話、確認和封裝產(chǎn)生的流量開銷。例如，假設LAN上的兩臺主機正在傳輸文件。LAN的帶寬為100Mbps。由于存在共享和介質(zhì)開銷，兩臺計算機之間的吞吐量僅為60Mbps。包括封裝處理TCP/IP協(xié)議棧的開銷，目的計算機接收數(shù)據(jù)的實際速率（即實際吞吐量）只有40Mbps。顯示視覺媒體8.3物理層—連接通信8.3.1物理介質(zhì)的類型

第{{$PAGEVAR}}頁1:物理層與網(wǎng)絡介質(zhì)和信號有關。該層按電壓、射頻或光脈沖表示和組織比特。各種標準組織從不同數(shù)據(jù)通信可用介質(zhì)的物理屬性、電氣屬性和機械屬性等幾個方面對介質(zhì)進行了定義。這些規(guī)定可以保證電纜和連接器在不同的數(shù)據(jù)鏈路層物理實施中都能按預期工作。例如，銅介質(zhì)的標準定義如下：使用的銅纜類型通信帶寬使用的連接器類型連接至介質(zhì)的引腳和顏色標記介質(zhì)的最大距離該圖顯示了網(wǎng)絡介質(zhì)的某些特征。本節(jié)還將介紹常用銅介質(zhì)、光介質(zhì)和無線介質(zhì)的一些重要特征。顯示視覺媒體

8.3.2銅介質(zhì)

第{{$PAGEVAR}}頁1:數(shù)據(jù)通信最常用的介質(zhì)是電纜，它采用銅線在網(wǎng)絡設備之間傳送數(shù)據(jù)比特和控制比特。用于數(shù)據(jù)通信的電纜通常由一組單獨的銅線組成，這些銅線形成了專用于特定信號用途的電路。其它類型的銅纜（稱為同軸電纜）的電纜中心有一根導線，封裝在其它絕緣材料中。銅介質(zhì)類型是由鏈接兩個或多個網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)鏈路層所要求的物理層標準規(guī)定的。這些電纜可用于將LAN上的節(jié)點連接至中間設備，例如路由器和交換機。電纜還可以用于將WAN設備連接至數(shù)據(jù)服務提供商，例如電話公司。物理層標準規(guī)定了每個連接類型和附屬設備的電纜要求。網(wǎng)絡介質(zhì)一般都使用標準配套的插頭和插孔，連接和斷開連接都很方便。另外，一種類型的物理連接器可用于多種類型的連接。例如，RJ-45連接器可廣泛用于LAN中的一種介質(zhì)類型以及某些WAN中的另一種介質(zhì)類型。該圖中顯示了一些常用的銅介質(zhì)和連接器。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:外部信號干擾在銅纜中，通過電脈沖傳輸數(shù)據(jù)。目的設備網(wǎng)絡接口中的探測器接收的信號必須可成功解碼為與發(fā)送的信號相符。這些信號的時間和電壓值容易受到通信系統(tǒng)以外的干擾或“噪音”的影響。這些多余的信號會扭曲和損壞銅介質(zhì)傳送的數(shù)據(jù)信號。熒光燈、電動機以及其它無線電波和電磁設備都是潛在的噪音源。電線對屏蔽或絞合的電纜類型都是為了盡可能減少因電子噪音引起的信號衰減。以下方式也可以限制電子噪音對銅纜的影響：選擇在特定的網(wǎng)絡環(huán)境中最適用于保護數(shù)據(jù)信號的電纜類型或類別設計電纜基礎設施來規(guī)避建筑結構中已知和潛在的干擾源使用包括正確處理和端接電纜的電纜技術右圖顯示了一些干擾源。顯示視覺媒體

8.3.3非屏蔽雙絞線(UTP)電纜

第{{$PAGEVAR}}頁1:非屏蔽雙絞線(UTP)電纜用于以太網(wǎng)LAN，它由四對帶彩色標記的電線絞合在一起，然后包裹在一個柔軟的塑料護套中構成。如圖所示，彩色標記用于標識各對絞線和線對中的電線，以方便電纜端接。絞合電纜可以消除多余的信號。如果將電路中的兩條電線緊密排列，則外部電磁場在每條電線中產(chǎn)生的干擾相同。線對絞合是為了保證兩條電線盡可能緊密放置。如果常見干擾出現(xiàn)在雙絞線電線中，接收器可采用相等的相反信號方式來處理。這樣可以有效對消來外源電磁干擾產(chǎn)生的信號。該對消效果還有助于避免內(nèi)源干擾（稱為串擾）。串擾是由電纜中相鄰電線對周圍的磁場所產(chǎn)生的干擾。當電流流過電線時，它將在電線周圍產(chǎn)生圓形磁場。當電流以反方向流過同一對中的兩條電線時，磁場（即磁場相同，但作用力相反）之間就存在對消效果。此外，電纜中不同線對使用的每米絞合次數(shù)也不同，這是為了保護電纜不受電線對之間的串擾。UTP布線標準工作場所、學校和家庭的UTP布線通常采用電信工業(yè)協(xié)會(TIA)和電子工業(yè)聯(lián)盟(EIA)共同制定的標準。TIA/EIA-568A規(guī)定了LAN安裝的商業(yè)布線標準，它是LAN布線環(huán)境中最常用的標準。定義的一些要素有：電纜類型電纜長度連接器電纜端接測試電纜的方法電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)定義了銅纜的電特征。IEEE按照它的性能對UTP布線劃分等級。電纜分類的依據(jù)是它們承載更高速率帶寬的能力。例如，5(Cat5)類電纜通常用于100BASE-TXFastEthernet安裝。其它類別包括增強型5(Cat5e)類電纜和6(Cat6)類電纜。為了支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，人們設計和構造了更高類別的電纜。隨著新的千兆位以太網(wǎng)技術的開發(fā)和運用，如今已經(jīng)很少采用Cat5e類型的電纜，新建筑安裝推薦使用Cat6類型的電纜。有些人使用現(xiàn)有的電話系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。這些系統(tǒng)中的布線常常使用比目前的Cat5+標準更低一級UTP形式。安裝級別較低的布線雖然便宜，但可能使用周期不長，反而導致浪費。如果以后決定采用更快的LAN技術，可能要全盤更換安裝的電纜基礎設施。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:UTP電纜類型通過RJ-45連接器端接的UTP布線是網(wǎng)絡設備之間的連接所常見的基于銅的介質(zhì)，如帶有路由器和網(wǎng)絡交換機等中間設備的計算機。根據(jù)不同的布線約定，不同的場合可能需要使用不同的UTP電纜。這意味著要按照不同的順序將電纜中的單個電線連接到RJ-45連接器的不同引腳組中。以下是通過使用指定的布線約定得到的主要電纜類型：以太網(wǎng)直通電纜以太網(wǎng)交叉電纜全反電纜圖中顯示了這些電纜的典型應用和這三種類型電纜的比較。在設備間錯誤使用交叉電纜或直通電纜不會損壞設備，但也無法連通設備并進行通信。這是實驗室中的常見錯誤，如果沒有連通，首先應進行故障排除，檢查設備連接是否正確。顯示視覺媒體

8.3.4其它銅纜

第{{$PAGEVAR}}頁1:兩種常用的其它類型的銅纜：1.同軸電纜2.屏蔽雙絞線(STP)同軸電纜同軸電纜由一層柔軟的絕緣體包裹銅導體組成，如圖所示。絕緣材料的表皮是銅線編織或金屬箔，作用相當于電路中的第二條電線，而且還可作為內(nèi)部導體的屏蔽層。該第二層或屏蔽層還可減少許多外部電磁干擾。覆蓋屏蔽層的材料是電纜表皮。所有同軸電纜的要素均圍繞中心導體。因為它們都共享同一根軸，所以這種結構被稱為同軸或短軸。同軸電纜的使用同軸電纜設計可用于不同用途。同軸電纜是在無線電和電纜接入技術中使用的一種重要電纜。同軸電纜用于將天線連接到無線電設備。同軸電纜可傳送天線和無線電設備之間的射頻(RF)能量。同軸電纜還被廣泛應用于通過電線傳輸高射頻信號的介質(zhì)，尤其是有線電視信號。傳統(tǒng)的有線電視（專有單向發(fā)射）全部由同軸電纜構成。有線電視服務提供商目前正在將單向系統(tǒng)轉換為雙向系統(tǒng)，以便讓客戶連通Internet。為了提供這些服務，需要使用多層光纜取代部分同軸電纜和支持放大的元件。但是，到客戶所在地的最終連接和客戶駐地的布線仍采用同軸電纜。光纖和同軸電纜的結合應用稱為光纖同軸電纜混合網(wǎng)(HFC)。過去，同軸電纜用于以太網(wǎng)安裝。如今，UTP與同軸電纜相比，成本更低且?guī)捀撸虼艘讶《蔀樗幸蕴W(wǎng)安裝的標準。同軸電纜使用許多不同類型的連接器。右圖顯示了其中一些連接器的類型。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:屏蔽雙絞線(STP)電纜網(wǎng)絡中使用的另一種電纜是屏蔽雙絞線(STP)。如圖所示，STP使用的是四對整個包裹在金屬編織網(wǎng)或金屬箔中的電線。STP電纜屏蔽了電纜中的整捆電線和每個電線對。STP提供了比UTP電纜更好的噪音保護，但是價格明顯更高。多年來，STP是令牌環(huán)網(wǎng)絡安裝指定要用的布線結構。隨著令牌環(huán)使用的減少，對屏蔽雙絞線布線的需求也急劇下降。以太網(wǎng)的新10GB標準規(guī)定使用STP布線。這可能會使人們對屏蔽雙絞線布線重新產(chǎn)生興趣。顯示視覺媒體

8.3.5銅介質(zhì)安全性

第{{$PAGEVAR}}頁1:電氣危險銅介質(zhì)的一個潛在問題是銅線可能意外導電。這可致使人員和設備受到一系列的電氣危險。故障網(wǎng)絡設備可能將電流傳導至其它網(wǎng)絡設備的底盤上。此外，用于連接電源帶有不同接地電壓的設備時，網(wǎng)絡布線可能會產(chǎn)生意外電壓電平。使用銅線連接不同建筑物或不同樓層之間的網(wǎng)絡時，如果建筑物或樓層之間的電源設施不同,就可能出現(xiàn)這種情況。最后，銅線會傳導網(wǎng)絡設備遭受雷擊產(chǎn)生的電壓。意外電壓和電流會導致網(wǎng)絡設備和連接的計算機損壞，或人員損傷。因此，必須要根據(jù)有關規(guī)范和建筑規(guī)定正確安裝銅線，以避免潛在的危險和損害?；馂奈ｋU電纜絕緣體和表皮是易燃物，在加熱和焚燒時會產(chǎn)生有毒氣體。建設部門或組織會制定布線和硬件安裝的相關安全標準。顯示視覺媒體

8.3.6光纖介質(zhì)

第{{$PAGEVAR}}頁1:光纜使用玻璃或塑料光纖將光脈沖從源設備導至目的設備。通過光纜傳輸時，比特會被編碼成光脈沖。光纜能夠傳送很高的原始數(shù)據(jù)帶寬速率。目前，大多數(shù)傳輸標準都尚未接近該介質(zhì)的潛在帶寬。光纜與銅纜的比較如果光纖介質(zhì)中使用的纖維不是電導體，那么該介質(zhì)會抗電磁干擾，而且不會傳導接地問題導致的多余電流。因為光纖很細且具有相對低的信號丟失，并且它們的作用距離比銅介質(zhì)更長，并且無需再生信號。有些光纖物理層規(guī)范允許的長度高達數(shù)公里。光纖介質(zhì)實施問題包括：通過相同距離（但容量更大）的成本比銅介質(zhì)更昂貴（通常）端接和接頭電纜設施要求具備不同的技能和設備要比處理銅介質(zhì)還謹慎目前，在大多數(shù)企業(yè)環(huán)境中，光纖主要用作數(shù)據(jù)分布層設備間的高流量點對點連接和擁有多棟建筑物的校園建筑物互連的主干布線。光纖不會導電且信號丟失率低，因此非常適合這些場合應用。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:線纜結構光纖線纜由PVC表皮和一系列包裹著光纖及其涂層的加強材料組成。涂層實際包裹著玻璃或塑料光纖，以防光纖中的光丟失。因為光僅以單向通過光纖，如果支持全雙工操作，則需要兩根光纖。光纖跳線是將兩根光纖線纜捆綁在一起，并通過一對標準的單光纖連接器端接。有些光纖連接器可以在一個連接器上同時容納傳送和接收光纖。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁3:產(chǎn)生和檢測光信號用激光或發(fā)光二極管(LED)產(chǎn)生的光脈沖來表示介質(zhì)上以比特為單位的傳輸數(shù)據(jù)。電子半導體設備（稱為光電二極管）檢測光脈沖并將其轉換為可重現(xiàn)為數(shù)據(jù)幀的電壓。注：通過光纜傳輸?shù)募す鈺p傷人眼。操作時務必小心，不要直視活躍的光纜端。單模和多模光纖光纜通常可分為兩種類型：單模和多模。單模光纖傳送單束光線，通常是由激光發(fā)射的。由于激光是單向且沿著光纖的中心傳輸，此類光纖可將光脈沖傳輸?shù)礁h的距離。多模光纖通常使用LED發(fā)射器，它們不會產(chǎn)生單束相干光波。而是讓LED發(fā)出的光從不同角度進入多模光纖。因為以不同角度進入光纖的光沿著光纖傳輸所需要的時間不同，所以長距離的光纖傳輸會使脈沖在接收端變?nèi)?。這種效應被稱為模式色散，這限制了多模光纖部分的長度。多模光纖以及隨之使用的LED光源都比單模光纖便宜，并且采用的激光發(fā)射器技術。顯示視覺媒體

8.3.7無線介質(zhì)

第{{$PAGEVAR}}頁1:無線介質(zhì)以無線電和微波頻率傳送代表數(shù)據(jù)通信二進制數(shù)字的電磁信號。作為網(wǎng)絡介質(zhì)，無線不像銅介質(zhì)和光纖介質(zhì)那樣受限于導體或路徑。無線數(shù)據(jù)通信技術非常適合開放環(huán)境。但是，在樓宇和建筑物中使用的某些建筑材料以及當?shù)氐匦螌拗扑挠行Ц采w。此外，無線電易受干擾，可能會受到家庭無繩電話、某些類型的熒光燈、微波爐和其它無線通信裝置等常見設備的干擾。而且，無線通信覆蓋無需接入介質(zhì)和設備的物理接線，所以沒有獲得網(wǎng)絡訪問授權的用戶也可以訪問傳輸。因此，網(wǎng)絡安全是無線網(wǎng)絡管理的重要組成部分。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:無線網(wǎng)絡的類型無線數(shù)據(jù)通信的IEEE和電信行業(yè)標準包括數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。四種常用數(shù)據(jù)通信標準可適用于無線介質(zhì)：標準IEEE802.11-通常也稱為Wi-Fi，是一種無線LAN(WLAN)技術，它采用載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)介質(zhì)訪問過程使用競爭或非確定系統(tǒng)。標準IEEE802.15-無線個域網(wǎng)(WPAN)標準，通常稱為“藍芽”，采用裝置配對過程進行通信，距離為1到100米。標準IEEE802.16-通常稱為微波接入全球互通(WiMAX)，采用點到多點拓撲結構，提供無線帶寬接入。全球移動通信系統(tǒng)(GSM)-包括可啟用第2層通用分組無線業(yè)務(GPRS)協(xié)議的物理層規(guī)范，提供通過移動電話網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸。其它諸如衛(wèi)星通信之類的無線技術，則在無法使用其它連接的地方提供數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連通性。包括GPRS在內(nèi)的協(xié)議能使數(shù)據(jù)在地面基站和衛(wèi)星鏈路間傳輸。在上述各例中，物理層規(guī)范適用的領域包括：數(shù)據(jù)到無線信號編碼、傳輸頻率和功率、信號接收和解碼要求、以及天線設計和結構。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁3:無線LAN常見的無線數(shù)據(jù)實施能使設備通過LAN以無線方式連接。通常，無線LAN要求具備下列網(wǎng)絡設備：無線接入點(AP)-集中用戶的無線信號，并常常使用銅纜連接到現(xiàn)有基于銅介質(zhì)的網(wǎng)絡基礎架構，如以太網(wǎng)。無線NIC適配器-能夠為每臺網(wǎng)絡主機提供無線通信。隨著技術的發(fā)展，許多以太網(wǎng)WLAN標準應運而生。在購買無線設備時要格外小心，必須確保它的兼容性和互操作性。標準包括：IEEE802.11a-工作頻段為5GHz，速度高達54Mbps。由于此標準的工作頻率較高，因此它的覆蓋面積較小、透過建筑物體的效率較低。據(jù)此標準工作的設備不能和下文所描述的基于802.11b和802.11g標準的設備互操作。IEEE802.11b-工作頻段為2.4GHz，速度高達11Mbps。實施該標準的設備相距較遠，它比基于802.11a標準的設備具有更好的透過建筑物體的能力。IEEE802.11g-工作頻段為2.4GHz，速度高達54Mbps。實施該標準的設備可以在和802.11b相同的射頻和范圍內(nèi)工作，但有802.11a標準的帶寬。IEEE802.11n-IEEE802.11n標準目前正在起草中。提議的標準規(guī)定頻率為2.4Ghz或5GHz。預計數(shù)據(jù)速率為100Mbps至210Mbps、距離長達70米。無線數(shù)據(jù)通信技術的益處是顯而易見的，尤其是節(jié)省了昂貴的駐地布線，而且方便主機移動。但是，網(wǎng)絡管理員需要制定和應用嚴格的安全策略和流程保護無線LAN，防止網(wǎng)絡遭受不速之客的訪問和破壞。LAN交換和無線課程將詳細介紹這些無線標準和無線LAN實施。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁4:在本次練習中，您可以在家中或小型企業(yè)中使用典型的設置方式探索無線路由器連接ISP的方式。我們鼓勵您使用此類無線設備建立自己的模型。請單擊PacketTracer圖標了解詳細信息。顯示視覺媒體

8.3.8介質(zhì)連接器

第{{$PAGEVAR}}頁1:常見的銅介質(zhì)連接器不同的物理層標準規(guī)定使用不同的連接器。這些標準規(guī)定了連接器的機械尺寸和他們在不同實施中所采用的各種連接器的可接受電氣性能。雖然有些連接器外觀相同，但根據(jù)它們適用的物理層規(guī)范，它們具有不同的布線方式。ISO8877指定RJ-45連接器可用于各種物理層規(guī)范，以太網(wǎng)只是其中的一種。其它規(guī)范，如EIA-TIA568描述了以太網(wǎng)直通電纜和交叉電纜的電線顏色與引腳搭配（線序）。盡管可以預先購買各種類型的銅纜，但在某些情況下，尤其在LAN安裝中，仍可現(xiàn)場進行銅介質(zhì)端接。這些端接包括在Cat5介質(zhì)端壓接RJ-45水晶頭來來制作電纜，也包括在110配線面板和RJ-45插頭上進行壓線連接。右圖顯示了一些以太網(wǎng)布線組件。顯示視覺媒體

第{{$PAGEVAR}}頁2:正確的連接器端接每次端接銅纜后，都有可能丟失信號，并對通信電路產(chǎn)生噪音。以太網(wǎng)工作場所配線規(guī)范規(guī)定配線必須將計算機連接到活動的網(wǎng)絡中間設備。如果端接不正確，每