1、第3章 物理層,1,復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容,物理層任務(wù) 在物理媒體(介質(zhì))上正確地、透明地傳送比特流。 物理層功能 建立和拆除物理連接、位流傳輸與管理。 物理層標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議） 規(guī)定了物理接口的各種特性（機(jī)械、電氣、功能、規(guī)程） 示例： RS-232、RS-449、V.24、 V.35、G.703/G.704,第3章 物理層,2,復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容,1、物理連接類型 點(diǎn)-點(diǎn)連接（主要應(yīng)用于WAN） 多點(diǎn)連接（主要應(yīng)用于LAN、MAN） 2、數(shù)據(jù)通信方式（信道通信方式） 全雙工、半雙工與單工方式 3、數(shù)據(jù)傳輸方式 串行傳輸方式、并行傳輸方式 4、數(shù)據(jù)傳輸類型 模擬傳輸、數(shù)字傳輸 5、數(shù)據(jù)同步方式 同步通信、異步

2、通信 6、數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo) 誤碼率、信息速率、信道容量、信道帶寬,第3章 物理層,3,3.2.3 物理層下面的傳輸介質(zhì)(媒體),傳輸介質(zhì)(媒體)：有線介質(zhì)和無線介質(zhì) 有線介質(zhì)中，光波、電磁波沿著物理通路呈導(dǎo)向性傳播，也稱導(dǎo)向傳輸媒體。 無線介質(zhì)可以傳播電磁波，但并不為它們導(dǎo)向。也稱非導(dǎo)向傳輸媒體。 有線介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜、光纖等 無線介質(zhì)：通常指自由空間（大氣、真空）,第3章 物理層,4,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用的主要傳輸介質(zhì),1、雙絞線 2、同軸電纜 3、光纖電纜 4、無線與衛(wèi)星通信信道,第3章 物理層,5,1. 雙絞線（Twisted-Pair Cable；TP） 屏蔽雙絞線 非屏蔽雙絞線,第3

3、章 物理層,6,雙絞線的特征？,雙絞線是由一對(duì)或多對(duì)絕緣銅導(dǎo)線組成，為減少信號(hào)傳輸中串?dāng)_及電磁干擾（EMI，Electro Magnetic Interference ）影響的程度，通常將絕緣銅導(dǎo)線按一定的密度(扭距)互相纏繞在一起。類別越高，扭繞得越緊密。 雙絞線的種類 非屏蔽雙絞線 UTP UTP, Unshielded Twisted Pair 屏蔽雙絞線 STP STP, Shielded Twisted Pair,第3章 物理層,7,UTP示意圖,第3章 物理層,8,常用的雙絞線品牌,安普（AMP）、百通(Belden) 朗訊（Lucent）、西蒙（Siemon）,第3章 物理層,9

4、,非屏蔽雙絞線（UTP）,由4對(duì)雙絞線和一層塑料護(hù)套構(gòu)成 完全依靠雙絞線對(duì)產(chǎn)生的消除效果來限制由電磁干擾和無線電頻率干擾而引起的信號(hào)退化 非屏蔽雙絞線必須遵守關(guān)于每英尺允許有多少次的絞合或交織的規(guī)定 CAT3：絞合長度是7.510cm CAT5：絞合長度是0.60.85cm。 絞距是一條曲線兩次出現(xiàn)在同一個(gè)平面上的直線距離，目數(shù)是一英寸(25.4MM)中有多少個(gè)絞距數(shù)，絞合系數(shù)概念類似如真圓度，條數(shù)越多越接近于1。 TIA/EIA為非屏蔽雙絞線定義了六種不同的質(zhì)量類別，常用的有3類、4類、5類、6類。 目前用的最多的是超5類，比普通5類衰減更小，近端串?dāng)_ （NEXT）更少，同時(shí)具有更高的衰減與

5、串?dāng)_的比值（ACR）和信噪比（SNR）及更小的時(shí)延誤差，性能得到了很大的提高。 6類帶寬在200MHz時(shí)具有較好的綜合衰減串?dāng)_比（PS-ACR）。提供的帶寬是5類的2倍。,第3章 物理層,10,7類 UTP（EIA）何時(shí)發(fā)布？,2002年開始討論EIA 7類UTP、ISO 8類STP 2006年發(fā)布增強(qiáng)型6類UTP，10GBASE-T，TIA 568-B 7類帶寬達(dá)到400 MHz ，在320 MHz時(shí)的信道ACR為0dB ，保留了目前的RJ45連接器，其重點(diǎn)是通過改善插入損耗，而不是NEXT(近端串?dāng)_)來改善ACR(衰減對(duì)串?dāng)_比值)性能和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，這表明與改善NEXT相比，改善插入損耗對(duì)

6、保留信號(hào)質(zhì)量的影響要更大。 布線結(jié)構(gòu)保持不變，但導(dǎo)線規(guī)格提高到20號(hào) ，與常用的24號(hào)導(dǎo)線相比，導(dǎo)線直徑從0.511毫米提高到0.813毫米，或者導(dǎo)線截面面積提高了253%。,第3章 物理層,11,7類 STP（EIA）成為新標(biāo)準(zhǔn)？,6類UTP標(biāo)準(zhǔn)之后應(yīng)該是7類UTP？?jī)烧咧g卻沒有延伸關(guān)系。 7類是一種全屏蔽的雙絞線系統(tǒng)STP，與6類采用完全不同的電纜結(jié)構(gòu)和連接器設(shè)計(jì)，其成本之高與6類UTP相距甚遠(yuǎn)。 由于7類電纜設(shè)有兩層屏蔽，并采用復(fù)雜的、不一定基于 RJ45 的連接器，以致其成本較6類 UTP 高出2至3倍。 盡管7類STP擁有6類 UTP不能處理的極高噪音及訊號(hào)靈敏度，但由于其成本與光

7、纖相近，誰愿意支付較6類高出數(shù)倍成本的企業(yè)用戶？著名布線產(chǎn)品廠商自然首選性能更高及噪音及干擾更低的光纖系統(tǒng) 7類的吸引力實(shí)在成疑？,第3章 物理層,12,CAT6 UTP&STP,第3章 物理層,13,CAT6、CAT7雙屏蔽層STP,第3章 物理層,14,UTP的優(yōu)、缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1、比其它類型的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)便宜； 2、無屏蔽外套，尺寸較小，節(jié)省空間； 3、重量輕、易彎曲，容易安裝； 4、可減少或消除串?dāng)_； 5、具有阻燃性； 6、獨(dú)立、靈活，適用于結(jié)構(gòu)化布線。 缺點(diǎn)： 1、易受電磁信號(hào)干擾； 2、傳輸距離短（100米以內(nèi)）,第3章 物理層,15,UTP的類別,第3章 物理層,16,UTP的性能指

8、標(biāo),衰減 衰減(Attenuation)是沿鏈路的信號(hào)損失度量，與線纜長度有關(guān)，越長衰減越大，單位是db。 近端串?dāng)_ 串?dāng)_分近端串?dāng)_(NEXT)和遠(yuǎn)端串?dāng)_(FEXT) NEXT是指來自一對(duì)導(dǎo)體的信號(hào)在另一對(duì)導(dǎo)體上發(fā)生的耦合現(xiàn)象。近端指的是耦合發(fā)生時(shí)被傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)入鏈路時(shí)又耦合到同一端的接收導(dǎo)體，即近端發(fā)送的信號(hào)被近端接收線收到。 直流電阻 雙絞線的直流電阻不得大于19.2 ，每對(duì)間的差異不能太大(小于0.1 ),否則表示接觸不良，會(huì)消耗信號(hào)的能量。 阻抗特性 包括電阻、頻率為1100MHz的電感及電容阻抗。有100 、120 、150 幾種。 衰減串?dāng)_比（ACR） 衰減串?dāng)_比越大，表示搞干擾能

9、力越強(qiáng)，一般要求大于10db,第3章 物理層,17,屏蔽雙絞線（STP）,屏蔽雙絞線結(jié)合了屏蔽技術(shù)和消除技術(shù) 4對(duì)線纜全由金屬薄片包圍著 優(yōu)點(diǎn)：屏蔽雙絞線能對(duì)所有類型的外界干擾更有效地進(jìn)行阻止 缺點(diǎn)：在安裝費(fèi)用和難度方面，它比非屏蔽雙絞線要昂貴和更困難,第3章 物理層,18,STP示意圖,第3章 物理層,19,UTP、STP的衰減與近端串?dāng)_比較,第3章 物理層,20,EIA/TIA-568標(biāo)準(zhǔn),1991年，美國電子協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industries Association）和電信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA聯(lián)合發(fā)布了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-568，即“商用建筑物電信布線標(biāo)準(zhǔn)”（Comme

10、rcial Building Telecommunications Cabling Standard） 1995年將布線標(biāo)準(zhǔn)更新 為EIA/TIA-568A、B,第3章 物理層,21,雙絞線制作及使用,雙絞線與水晶頭的連接方法有兩種國際標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA568A EIA/TIA568B 二種標(biāo)準(zhǔn)沒本質(zhì)區(qū)別，只是顏色區(qū)分不同而已。,第3章 物理層,22,RJ45連接器,RJ-45 連接器,1,8,8,Pair 4 R4,1,2,3,4,5,6,7,線對(duì) T 是 發(fā)送 R 是 接收,Pair 2 T2,Pair 2 R2,Pair 3 T3,Pair 1 R1,Pair 1 T1,Pair 3

11、R3,Pair 4 T4,管腳,第3章 物理層,23,直通電纜,電纜兩端線序相同,管腳標(biāo)識(shí) 1RD+ 2RD- 3TD+ 4NC 5NC 6TD- 7NC 8NC,10BaseT/100BaseT 直接連接,管腳標(biāo)識(shí) 1TD+ 2TD- 3RD+ 4NC 5NC 6RD- 7NC 8NC,服務(wù)器/路由器,1,8,直通電纜,8,集線器/交換機(jī),1,雙絞線兩端與水晶頭的連接使用相同標(biāo)準(zhǔn)，均為568A或者568B。,第3章 物理層,24,交叉電纜,電纜兩端部分線交叉,10BaseT/100BaseT 交叉連接,管腳標(biāo)識(shí) 1RD+ 2RD- 3TD+ 4NC 5NC 6TD- 7NC 8NC,管腳標(biāo)識(shí)

12、 1RD+ 2RD- 3TD+ 4NC 5NC 6TD- 7NC 8NC,交叉電纜,1,8,1,8,8,1,wg,g,w b,wo,b,o,br,wbr,集線器/交換機(jī),集線器/交換機(jī),雙絞線兩端與水晶頭的連接使用不同標(biāo)準(zhǔn)，一端為568A，另一端為568B。,第3章 物理層,25,只有一端端口被指定為X時(shí)使用直通電纜連接,1x,2x,3x,4x,1x,2x,3x,4x,1x,2x,3x,4x,當(dāng)兩端端口均指定為X時(shí)使用一根交叉電纜連接,第3章 物理層,26,用交叉電纜連接兩臺(tái)計(jì)算機(jī),1、制作網(wǎng)線 一端的RJ45頭1、3線交換，2、6線交換，另一端不變 制作工具：剝線鉗、壓線鉗 2、設(shè)置TCP/

13、IP 每臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址都不能相同，如第一臺(tái)計(jì)算機(jī)為192.168.215.1子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。第二臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址為192.168.215.2，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。 3、對(duì)線路進(jìn)行通斷測(cè)試 硬件測(cè)試方法：使用RJ-45測(cè)線儀，如：FLUCK測(cè)試儀 軟件測(cè)試方法：使用Ping 命令 ，如Cping 192.168.215.2,第3章 物理層,27,用直通電纜連接計(jì)算機(jī)和Hub,使用直通電纜，電纜兩端RJ45頭線序一致 其它設(shè)置方法與前面相同,SW/HUB,第3章 物理層,28,2. 同軸電纜(Coaxial Cable),結(jié)構(gòu)：內(nèi)導(dǎo)體、絕緣材料、外導(dǎo)體

14、（屏蔽層）、保護(hù)套 基帶同軸電纜(50 )、寬帶同軸電纜(75) 粗纜 連接距離長，可靠性高但安裝難度大，造價(jià)高 細(xì)纜 安裝較簡(jiǎn)單，造價(jià)也低，但需切斷電纜安裝網(wǎng)絡(luò)連接頭BNC，當(dāng)接頭多時(shí)容易產(chǎn)生接觸不良的現(xiàn)象,第3章 物理層,29,同軸電纜比較,同軸電纜規(guī)格按RG(射頻級(jí)測(cè)量單位)來度量 RG越高，銅芯導(dǎo)線越細(xì)，RG越低，銅芯導(dǎo)線越粗。,第3章 物理層,30,3. 光纖(Fiber Optics),光纖是一種可以傳輸調(diào)制的光信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì),由石英玻璃纖維或塑料制成。 優(yōu)點(diǎn)： 抗電磁干擾能力強(qiáng) 低損耗 高傳輸速率 缺點(diǎn)： 費(fèi)用高 不易安裝和維護(hù) 質(zhì)地脆易斷裂，機(jī)械性能差,第3章 物理層,31,光

15、纖結(jié)構(gòu),第3章 物理層,32,光纖特點(diǎn),纖芯：具有高折射率的純玻璃 包層：具有較低折射率的玻璃或塑料制成 護(hù)套：塑料制成的保護(hù)套 特點(diǎn)： 帶寬更寬 可靠性高 安全性好 信號(hào)衰減低 重量輕，體積小 成本高、分支比較困難,第3章 物理層,33,光線在光纖中的折射 光波在纖芯中的傳播,第3章 物理層,34,光纖模式類型,多模光纖MMF 不同的光線以不同的反射角傳播，可以認(rèn)為每一束光線有一個(gè)不同的模式 特點(diǎn)：存在色散現(xiàn)象，適于中短距離中小容量的通信 多模光纖的光源可使用便宜的發(fā)光二極管,第3章 物理層,35,光纖模式類型,單模光纖SMF 光纖的直徑被減小到一個(gè)光波波長大小，光在其中沒有反射，而是沿直線

16、傳播 特點(diǎn)：傳輸距離遠(yuǎn)；衰減小；傳輸速率高；但價(jià)格昂貴；適于大容量遠(yuǎn)距離通信 單模光纖的光源要使用昂貴的半導(dǎo)體激光器。,第3章 物理層,36,單模光纖與多模光纖的比較,第3章 物理層,37,光纖傳輸系統(tǒng),光源：LED(發(fā)光二極管)、ILD(注入式激光二極管) 光檢測(cè)器：光電二極管(PIN)、雪崩光電二極管(APD),第3章 物理層,38,LED與ILD比較,第3章 物理層,39,光纖規(guī)格(單位：1m=10-6m),第3章 物理層,40,4 、無線傳輸介質(zhì),大氣和外層空間是提供電磁信號(hào)傳輸?shù)臒o線介質(zhì)，它們不為信號(hào)提供導(dǎo)向，這種傳輸形式被稱為無線傳輸。 無線介質(zhì)的頻率范圍 無線電波 是頻率范圍為1

17、04Hz108Hz的電磁波 微波 微波是頻率在108Hz1011Hz之間的電磁波，微波的方向性好，頻帶較寬 紅外線 紅外線的穿透性比較差，多用在一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi) ， 1011Hz1014Hz 常用的無線傳輸： 地面微波 衛(wèi)星微波 紅外傳輸 自由空間光傳輸,第3章 物理層,41,地面微波通信是一種在對(duì)流層視距范圍內(nèi)，利用微波波段的電磁波進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?這種方式進(jìn)行長途通信時(shí)，需要在終端站之間建立中繼站，中繼站的功能是進(jìn)行變頻、放大和功率補(bǔ)償，其數(shù)量的多少則與傳輸距離和地形有關(guān)，如圖所示，也即微波。 微波天線完成信號(hào)的發(fā)送和接收工作，天線之間的最大距離計(jì)算公式為： d=7.14 d天線間距

18、離,km； h 天線的高度,m； K 調(diào)節(jié)因子，一般取4或3 若h=100m，則dmax=100km,（1）、地面微波通信概念,第3章 物理層,42,地面微波通信種類,視距傳播 電離層反射,第3章 物理層,43,地面微波通信特征,微波通信面臨的主要問題是傳輸損耗 產(chǎn)生損耗的主要原因是衰減 傳輸損耗可由下式計(jì)算： D=10lg(4d/)2 優(yōu)點(diǎn)： 頻帶寬，通信容量大；通信質(zhì)量好，可靠性高；建設(shè)費(fèi)用較低 缺點(diǎn)： 相鄰站點(diǎn)之間不得有障礙物 中繼站不便于建立和維護(hù) 通信保密性差,第3章 物理層,44,(2)、衛(wèi)星微波通信,衛(wèi)星微波通信是在地面微波技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 通信衛(wèi)星實(shí)際上就是一個(gè)無人值守的

19、微波通信中繼站，兩個(gè)或多個(gè)地球站通過它實(shí)現(xiàn)相互間的通信,定位于3.6*104km(3.6萬公里)的同步地球衛(wèi)星。 三顆相隔120度，即可實(shí)現(xiàn)全球通信。 衛(wèi)星傳輸?shù)淖罴杨l段在110GHz之間,第3章 物理層,45,衛(wèi)星微波通信示意圖,第3章 物理層,46,衛(wèi)星微波通信線路,第3章 物理層,47,衛(wèi)星微波通信,衛(wèi)星頻帶范圍,優(yōu)點(diǎn)： 覆蓋區(qū)域大，傳輸距離遠(yuǎn)； 以廣播方式工作，可實(shí)現(xiàn)多向多地址通信； 頻帶寬，通信容量大； 機(jī)動(dòng)靈活，不受地理?xiàng)l件的影響 缺點(diǎn)： 遠(yuǎn)距離傳輸導(dǎo)致延時(shí)過大； 發(fā)射功率高； 傳播時(shí)延大。,第3章 物理層,48,（3）、紅外傳輸,紅外線通信是以紅外線為載體將信息從發(fā)射端傳至接收端，從而實(shí)現(xiàn)信息傳遞的通信方式。 優(yōu)點(diǎn)： 便于基帶信號(hào)調(diào)制； 有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率； 接收裝置和發(fā)送裝置成本低廉等。 示例： 1、筆記本電腦現(xiàn)在一般都安裝有紅外傳輸?shù)木W(wǎng)卡。用于無線上網(wǎng)。 2、手機(jī)紅外傳輸，用于手機(jī)上網(wǎng)等。,第3章 物理層,49,（4）、自由空間光傳輸,自由空間光通信系統(tǒng)（FSO）是以大氣作為傳輸