計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(三)物理層(2)線纜

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（三三） 關(guān)于物理層關(guān)于物理層信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 .w描述物理層的功能描述物理層的功能w理解線纜的規(guī)范和連接方式理解線纜的規(guī)范和連接方式w制作和測(cè)試線纜制作和測(cè)試線纜.一、物理層概述w物理層的功能：實(shí)現(xiàn)在傳輸介質(zhì)上傳輸比特流w物理層定義了建立、維護(hù)和拆除物理鏈路的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)w定義了物理層接口通信的標(biāo)準(zhǔn)，包括：機(jī)械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過(guò)程特性 指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。Ethern

2、et802.3V.35 物理層物理層EIA/TIA-232二、物理層中的傳輸媒體w有線同軸電纜雙絞線光纖 w無(wú)線衛(wèi)星無(wú)線紅外通信激光通信微波 二、物理層中的傳輸媒體無(wú)線傳輸媒體無(wú)線傳輸媒體可以在自由空間利用電磁波發(fā)送和接收信號(hào)進(jìn)行通信就是無(wú)線傳輸。地球上的大氣層為大部分無(wú)線傳輸提供了物理通道,就是常說(shuō)的無(wú)線傳輸介質(zhì)。1. 微波微波數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有兩種形式：地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)。使用微波傳輸要經(jīng)過(guò)有關(guān)管理部門的批準(zhǔn)，而且使用的設(shè)備也需要有關(guān)部門允許才能使用。由于微波是在空間直線傳播，如果在地面?zhèn)鞑ィ厍虮砻媸且粋€(gè)曲面，其傳播距離受到限制，采用微波傳輸?shù)恼颈仨毎惭b在視線內(nèi)，傳輸?shù)念l率為4GHz6GHz

3、和21GHz23GHz，傳輸距離一般只有50km左右。采用衛(wèi)星微波，衛(wèi)星在發(fā)送站和接收站之間反射信號(hào)，傳輸?shù)念l率為11GHz14GHz。二、物理層中的傳輸媒體2. 激光通信激光通信激光通信的優(yōu)點(diǎn)是帶寬更高、方向性好、保密性能好等。激光通信多用于短距離的傳輸。激光通信的缺點(diǎn)是其傳輸效率受天氣影響較大。3. 紅外線紅外線紅外線通信不受電磁干擾和射頻干擾的影響。紅外無(wú)線傳輸建立在紅外線光的基礎(chǔ)上，采用光發(fā)射二極管、激光二極管或光電二極管來(lái)進(jìn)行站點(diǎn)與站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。紅外無(wú)線傳輸既可以進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)通信，也可以進(jìn)行廣播式通信。但這種傳輸技術(shù)要求通信節(jié)點(diǎn)之間必須在直線視距之內(nèi)，不能穿越墻。紅外線傳輸技術(shù)數(shù)

4、據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，在面向一個(gè)方向通信時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率為16Mbps。如果選擇數(shù)據(jù)向各個(gè)方向上傳輸時(shí)，速度將不能超過(guò)1Mbps。二、物理層中的傳輸媒體固定終端點(diǎn)（基站）和終端之間是無(wú)線鏈路BS基站 用戶計(jì)算機(jī)和終端BS基站覆蓋的無(wú)線電區(qū)域F1, F2, F3 = 使用的頻率1.無(wú)線傳輸.4.地球同步衛(wèi)星與地面站相對(duì)固定位置使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球幾種媒體的傳輸頻帶幾種媒體的傳輸頻帶雙絞線電話業(yè)務(wù)同軸電纜AM 無(wú)線電FM 無(wú)線電和 TV地面微波接力光纖102 Hz 1031041051061071081091010101110121013101410151016無(wú)線電紅外線紫外線可見(jiàn)光微波同軸電纜（了

5、解）CATV有線電視網(wǎng)專用同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導(dǎo)體環(huán)繞，網(wǎng)外又覆蓋一層保護(hù)性材料。有兩種廣泛使用的同軸電纜。一種是50歐姆電纜，用于數(shù)字傳輸，由于多用于基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜；另一種是75歐姆電纜，用于模擬傳輸，即寬帶同軸電纜。這種區(qū)別是由歷史原因造成的，而不是由于技術(shù)原因或生產(chǎn)廠家。1、基帶同軸電纜 使用有線電視電纜進(jìn)行模擬信號(hào)傳輸?shù)耐S電纜系統(tǒng)被稱為寬帶同軸電纜?！皩拵А边@個(gè)詞來(lái)源于電話業(yè)，指比4kHz寬的頻帶。然而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，“寬帶電纜”卻指任何使用模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)碾娎|網(wǎng)。 由于寬帶網(wǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)的有線電視技術(shù)，可使用的頻帶高達(dá)300MH

6、z（常常到450MHz）；由于使用模擬信號(hào)，需要在接口處安放一個(gè)電子設(shè)備，用以把進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的比特流轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并把網(wǎng)絡(luò)輸出的信號(hào)再轉(zhuǎn)換成比特流。2、寬帶同軸電纜服務(wù)器服務(wù)器客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)BNC TBNC T型連接器型連接器 終端終端電阻電阻終端終端電阻電阻圖 N型連接器（a） BNC頭 （b） T型頭 BNC型連接器.v什么是近端串?dāng)_什么是近端串?dāng)_ 當(dāng)電流在一條導(dǎo)線中流通時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng)，干當(dāng)電流在一條導(dǎo)線中流通時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng)，干擾相鄰導(dǎo)線上的信號(hào)。頻率越高這種影響就越大。雙絞線就擾相鄰導(dǎo)線上的信號(hào)。頻率越高這種影響就越大。雙絞線就是利用兩條導(dǎo)線絞合在一起

7、后，因?yàn)橄辔幌嗖钍抢脙蓷l導(dǎo)線絞合在一起后，因?yàn)橄辔幌嗖?80180度的原因度的原因而抵消相互間的干擾的。絞距越緊則抵消效果越佳，也就越而抵消相互間的干擾的。絞距越緊則抵消效果越佳，也就越能支持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。能支持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。近端串?dāng)_是指在與發(fā)送端處于同一邊的接收端處所感應(yīng)到的從發(fā)送近端串?dāng)_是指在與發(fā)送端處于同一邊的接收端處所感應(yīng)到的從發(fā)送線對(duì)感應(yīng)過(guò)來(lái)的串?dāng)_信號(hào)。在串?dāng)_信號(hào)過(guò)大時(shí)，接收器將無(wú)法判別信號(hào)線對(duì)感應(yīng)過(guò)來(lái)的串?dāng)_信號(hào)。在串?dāng)_信號(hào)過(guò)大時(shí)，接收器將無(wú)法判別信號(hào)是遠(yuǎn)端傳送來(lái)的微弱信號(hào)還是串?dāng)_信號(hào)。是遠(yuǎn)端傳送來(lái)的微弱信號(hào)還是串?dāng)_信號(hào)。屏蔽雙絞線 (STP) 非屏蔽雙絞線 (UTP)

8、 以箔屏蔽以減少 干擾和串音3類、5類雙絞線外沒(méi)有任何附加屏蔽Side 1Side 2Side 112345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/綠綠4=藍(lán)藍(lán)5=白白/藍(lán)藍(lán)6=綠綠7=白白/棕棕8=棕棕Side 2Side 1Side 2Side 1Side 212345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/綠綠4=藍(lán)藍(lán)5=白白/藍(lán)藍(lán)6=綠綠7=白白/棕棕8=棕棕1=白白/橙橙2=橙橙3=白白/綠綠4=藍(lán)藍(lán)5=白白/藍(lán)藍(lán)6=綠綠7=白白/棕棕8=棕棕1=白白/橙橙2=橙橙3=白白/綠綠4=藍(lán)藍(lán)5=白白/藍(lán)藍(lán)6=綠綠7=白白/棕棕8=棕棕光纜( Fiber Opt

9、ics)光線在光纖中的折射 折射角入射角 包層（低折射率的媒體） 包層（低折射率的媒體） 纖芯（高折射率的媒體） 包層纖芯光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷涔饫|n光纜是數(shù)據(jù)傳輸中最有效的一種傳輸介質(zhì),它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：n頻帶較寬n電磁絕緣性能好n衰減較小n中繼器的間隔較大n只要從纖芯中射到纖芯表面的光線的入射角大于某一個(gè)臨界角度，就可產(chǎn)生全反射。因此，可以存在許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。這種光纖就稱為多模光纖(如圖3-12(a)所示)。若光纖的直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光纖就像一根波導(dǎo)那樣，它可使光線一直向前傳播，而不會(huì)產(chǎn)生多次

10、反射。這樣的光纖就稱為單模光纖(圖3-12(b)。輸入脈沖輸出脈沖單模光纖SMF（Single Mode Fiber）多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖MMF（MultiModeFiber）光纖傳送模式光纖傳送模式多模 輸入電信號(hào)輸出電信號(hào)單模 波長(zhǎng): 1300,1550 nmh1h2波長(zhǎng) : 850,1300 nmh2h1芯/封套特性光纖的直徑減小到一個(gè)光波波長(zhǎng)典型的光纜典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼光纖收發(fā)器光纜 3.2 物理層中的傳輸媒體FCPC型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖SCPC型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖ST-P

11、C型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖FC/PCSC/PC型光尾纖外形圖型光尾纖外形圖SC/PC型光連接器型光連接器ST型光連接器型光連接器FC/PC型光連接器型光連接器BNC型光連接器型光連接器MTRJ型光連接器型光連接器 Caption: Optical fiber cables connected to an ATM switch. Caption: Optical fiber connections into an ATM NIC; this computer also has an AUI Ethernet connection just below the orange optic

12、al fiber cable. Caption: Optical fiber and connectors; the small black covers protect the end of the connector when the connector is not in use.廣域網(wǎng)線纜WAN物理層規(guī)范wWAN物理層協(xié)議定義了DTE和DCE之間的接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)DTEDTEDTEDTEWANWANDCEDCEDCEDCE異步 & 同步串口w異步串口兩種異步串口：異步串口分為設(shè)置成異步方式的同/異步串口和專用異步串口異步串口可以設(shè)為專線方式和撥號(hào)方式，常用的是撥號(hào)方式w同步串口可

13、以工作在DTE和DCE兩種方式可以外接多種類型電纜支持多種鏈路層協(xié)議支持IP和IPX網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議show interface serial命令可顯示同步串口的信息wDB50（路由器端）-DB25（外接網(wǎng)絡(luò)端）w可工作在同步和異步兩種方式下w異步工作方式下最高傳輸速率是115200bpsw同步方式下最高傳輸速率為 64000bpsV.24電氣特性、傳輸速率和距離w在路由器中使用的有WAN、AUX、8AS、Consolew符合標(biāo)準(zhǔn)的RS-232電平：12Vw傳輸速率和距離波特率（波特率（bps） 最大傳輸距離（米）最大傳輸距離（米）2400604800609600301920030384002064

14、0002011520010ISDN BRI接口wBRI 接口：2B+DU口 使用兩芯的RJ-11或者RJ-45連接器S/T口 使用四芯的RJ-45連接器wPRI接口在Quidway R系列路由器上以CE1/PRI接口的形式出現(xiàn)CE1/PRI接口w帶BNC頭的連接器用于接75歐姆非平衡同軸電纜的網(wǎng)絡(luò)端w帶RJ-45水晶頭的電纜用于接120歐平衡屏蔽雙絞線的網(wǎng)絡(luò)端DB15 maleMagnetic coreLabelCable tieBNC connectorBlack heat-shrinkable tubingwDB50（路由器端）-DB25（外接網(wǎng)絡(luò)端）w可工作在同步和異步兩種方式下w異步工

15、作方式下最高傳輸速率是115200bpsw同步方式下最高傳輸速率為 64000bpswDB34（外接網(wǎng)絡(luò)端）-DB50（路由器端）wDTE端為34針型插頭wDCE端為34孔型插頭V.35電氣特性、傳輸速率和距離波特率（bps） 最大傳輸距離（米）最大傳輸距離（米）240012504800625960031219200156384007856000606400050204800030w控制信號(hào)遵從標(biāo)準(zhǔn)RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)：12Vw數(shù)據(jù)與時(shí)鐘遵從電平標(biāo)準(zhǔn)：w同步方式下最大傳輸速率是：2048000 bpswEIA/TIA-V.35 電纜的速率和傳輸距離網(wǎng)線的制作w準(zhǔn)備工作：RJ45卡線鉗一把水晶頭

16、雙絞線w制作步驟：共有四步，可以簡(jiǎn)單歸納為四個(gè)字：“剝”，“理”，“插”，“壓”步驟一 剝線n剝線的長(zhǎng)度為13mm15mm，不宜太長(zhǎng)或太短 步驟一步驟一 剝線剝線l剝線的長(zhǎng)度為13mm15mm，不宜太長(zhǎng)或太短 步驟二步驟二 理線理線l按順序整理平，遵守規(guī)則，否則不能正常通信 步驟三步驟三 插線插線l一定要平行插入到線頂端，以免觸不到金屬片步驟四步驟四 壓線壓線l壓過(guò)的水晶頭的金屬腳比沒(méi)壓要低 線纜檢測(cè)線纜檢測(cè)l發(fā)射器和接收器兩端的燈同時(shí)亮為正常銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層無(wú)屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP Caption: The end of a twisted

17、pair Ethernet cable with an RJ-45 connector. Caption: The back of a personal computer with an Ethernet network interface card. The card is located in the far right slot and has connectors for twisted pair, thick and thin Ethernet type cabling. Caption: A 10/100 megabit twisted pair Ethernet interfac

18、e in a personal computer. The link indicator is illuminated indicating that the interface is connected to an active Ethernet network. The 10 Mbit/s indicator is lit, while the 100 Mbit/s indicator is not. This shows that the network is operating in the slower 10 megabit mode. Caption: Punch-down connections for 10Base-T on a patch panel that allows flexible interconnections between 10Base-T twisted-pair cables. Caption: A cl