《数据通信与网络》PPT课件.ppt

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1、第第4章章 传输介质及其应用传输介质及其应用4.1 有线传输介质及其特性有线传输介质及其特性 4.2 无线传输媒体及其特性无线传输媒体及其特性 4.3 传输介质的选择与应用传输介质的选择与应用 4.4 小结小结习题习题传输媒体是通信网络传送数据时发送方和接收方之间传输媒体是通信网络传送数据时发送方和接收方之间的物理通路，计算机网络中采用的传输媒体可分为的物理通路，计算机网络中采用的传输媒体可分为有线传输介质（硬介质）和无线传输介质（软介质）有线传输介质（硬介质）和无线传输介质（软介质）两大类。传输媒体的分类见图两大类。传输媒体的分类见图4-1。图图4-1 几种主要的传输介质几种主要的传输介质传

2、输介质有线传输介质无线传输介质双绞线同轴电缆光缆微波卫星微波无线电波红外线屏蔽双绞线无屏蔽双绞线基带同轴电缆宽带同轴电缆单模光纤多模光纤4.1 有线传输介质及其特性有线传输介质及其特性4.1.1 双绞线（双绞线（Twisted-Pair Cable）双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成，线对双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成，线对扭在一起可以减少相互间的辐射电磁干扰。双绞线早扭在一起可以减少相互间的辐射电磁干扰。双绞线早就用于电话通信中的模拟信号传输，也可用于数字信就用于电话通信中的模拟信号传输，也可用于数字信号的传输。双绞线又分为两种，屏蔽双绞线和无屏蔽号的传输。双绞线又分为两种，

3、屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。双绞线。1.无屏蔽双绞线（无屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted-Pair Cable）无屏蔽双绞线是目前电信中最常使用的传输媒体。它无屏蔽双绞线是目前电信中最常使用的传输媒体。它的频率范围对于传输数据和声音都很适合，一般在的频率范围对于传输数据和声音都很适合，一般在100Hz5MHz之间。双绞线由两个导体（通常是铜之间。双绞线由两个导体（通常是铜线）组成，外面是不同颜色的绝缘层，两根导线扭在线）组成，外面是不同颜色的绝缘层，两根导线扭在一起再包一层绝缘层，组成电话线缆。见图一起再包一层绝缘层，组成电话线缆。见图4-2。EIA标准将标准将UTP分成

4、了五种类型：分成了五种类型：（1）1#UTP，基本双绞线，应用在电话系统，通话，基本双绞线，应用在电话系统，通话质量较好，但是通信的速率较低。质量较好，但是通信的速率较低。（2）2#UTP，适合于传输声音和数据，传输速率在，适合于传输声音和数据，传输速率在4Mbps以上。以上。（3）3#UTP，主要用在电话系统中，对于数据传输，主要用在电话系统中，对于数据传输，其传输速率在其传输速率在10Mbps以上。以上。（4）4#UTP，传输速率可以达到，传输速率可以达到16Mbps。（5）5#UTP，对于数据传输，其传输速率在，对于数据传输，其传输速率在100Mbps以上。以上。2.屏蔽双绞线（屏蔽双绞

5、线（STP，Shielded Twisted-Pair Cable）在双绞线的外面包上了用金属丝编织的屏蔽层，改善在双绞线的外面包上了用金属丝编织的屏蔽层，改善了双绞线的抗电磁干扰性能。了双绞线的抗电磁干扰性能。STP是将双绞线放在是将双绞线放在由金属导线包裹，用于吸收干扰的外包材料内，然由金属导线包裹，用于吸收干扰的外包材料内，然后再将其包上橡胶外皮，比无屏蔽双绞线的抗干扰后再将其包上橡胶外皮，比无屏蔽双绞线的抗干扰能力更强，传送数据更可靠。见图能力更强，传送数据更可靠。见图4-3。图图4-3屏蔽双绞线屏蔽双绞线3.双绞线的主要特性双绞线的主要特性（1）从物理特性上来看，双绞线芯一般是铜质的

6、，能提供良好）从物理特性上来看，双绞线芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。的传导率。（2）从传输特性上来看，双绞线既可以用于传输模拟信号，也）从传输特性上来看，双绞线既可以用于传输模拟信号，也可以用于传输数字信号，双绞线带宽可达可以用于传输数字信号，双绞线带宽可达268kHz，而一条全双，而一条全双工语音通道的标准带宽是工语音通道的标准带宽是 300Hz4kHz，因而可以使用频分多，因而可以使用频分多路复用技术实现多个语音通道的复用。局域网中常用的路复用技术实现多个语音通道的复用。局域网中常用的3类双类双绞线和绞线和5类双绞线电缆均由类双绞线电缆均由4对双绞线组成，其中对双绞线组成，其中3类双

7、绞线通类双绞线通常用于常用于10BASE-T，5类双绞线通常用于类双绞线通常用于100BASE-T。（3）从连通性上来说，双绞线普遍用于点到点的连接，也可以）从连通性上来说，双绞线普遍用于点到点的连接，也可以用于多点的连接。用于多点的连接。（4）从地理范围来看，在）从地理范围来看，在100kbps速率下传输距离可达速率下传输距离可达1公里，公里，但在但在10Mbps和和100Mbps传输速率下传输距离均不超过传输速率下传输距离均不超过 100米。米。（5）抗干扰性。在低频传输时，双绞线的抗干扰性相当于或高）抗干扰性。在低频传输时，双绞线的抗干扰性相当于或高于同轴电缆，但如果频率超过于同轴电缆，

8、但如果频率超过10100kHz时，双绞线的抗干扰时，双绞线的抗干扰能力较低。能力较低。（6）从价格上来讲，双绞线的价格是比较低的。）从价格上来讲，双绞线的价格是比较低的。4.1.2 同轴电缆（同轴电缆（Coaxial Cable）1.同轴电缆的结构同轴电缆的结构同轴电缆由一对导体组成，与双绞线相比，可以携带同轴电缆由一对导体组成，与双绞线相比，可以携带较高频率范围的载波信号，其频率范围在较高频率范围的载波信号，其频率范围在100KHz500MHz之间，同轴电缆是按之间，同轴电缆是按“同轴同轴”的形式构成的形式构成线对，最里层是内芯，向外依次为绝缘层、屏蔽层，线对，最里层是内芯，向外依次为绝缘层

9、、屏蔽层，最外层则是起保护作用的塑料外套，内芯和屏蔽层最外层则是起保护作用的塑料外套，内芯和屏蔽层构成一对导体。其结构见图构成一对导体。其结构见图4-4。图图4-4 同轴电缆同轴电缆同轴电缆分为基带同轴电缆（阻抗同轴电缆分为基带同轴电缆（阻抗50）和宽带同轴）和宽带同轴电缆（阻抗电缆（阻抗75）。基带同轴电缆用于直接传输基）。基带同轴电缆用于直接传输基带数字信号；在局域网中使用这种基带同轴电缆，带数字信号；在局域网中使用这种基带同轴电缆，可以在可以在2500m内（需加内（需加4个中继器），以个中继器），以10Mbit/s传传送基带的数字信号。宽带同轴电缆用于频分多路复送基带的数字信号。宽带同轴

10、电缆用于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的高速数字信号和模拟信号传输。的高速数字信号和模拟信号传输。2.同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性（1）物理特性。同轴电缆可以工作在较宽的频率范）物理特性。同轴电缆可以工作在较宽的频率范围内。围内。（2）传输特性。基带同轴电缆仅用于数字传输，并）传输特性。基带同轴电缆仅用于数字传输，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可达使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可达10Mips。宽带同轴电缆既可用于模拟信号传输又可用于数字宽带同轴电缆既可用于模拟信号传输又可用于数字信号传输。信号传输。（3）连

11、通性。同轴电缆适用于点到点和多点连接。）连通性。同轴电缆适用于点到点和多点连接。（4）地理范围。基带电缆的最大传输距离限制在几公）地理范围。基带电缆的最大传输距离限制在几公里，宽带电缆的传输距离则可达几十公里。里，宽带电缆的传输距离则可达几十公里。（5）抗干扰性。同轴电缆的抗干扰性能比双绞线强。）抗干扰性。同轴电缆的抗干扰性能比双绞线强。（6）价格。同轴电缆的价格比双绞线贵，比光纤低。）价格。同轴电缆的价格比双绞线贵，比光纤低。4.1.3 光缆（光缆（Optical Fiber）1.光纤的结构光纤的结构光纤是一种光传输介质，是光导纤维的简称，它由能光纤是一种光传输介质，是光导纤维的简称，它由能

12、传导光波的石英玻璃纤维（或塑料纤维）外加保护层传导光波的石英玻璃纤维（或塑料纤维）外加保护层构成。用光纤传输电信号时，在发送端先要将其转换构成。用光纤传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，在接收端又要由光检测器还原成电信号。成光信号，在接收端又要由光检测器还原成电信号。2.光纤的主要特性光纤的主要特性（1）物理特性。在网络中均采用两根光纤组成传输系统。）物理特性。在网络中均采用两根光纤组成传输系统。（2）传输特性。光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码）传输特性。光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号，与双绞线和同轴电线相比，光缆传送数据的速的光信号，与双绞线和同轴电线相比，光缆

13、传送数据的速度相当快。光缆最低传送速率是度相当快。光缆最低传送速率是100Mbits，一般可达，一般可达Gbps，而同轴电缆的最大传送速度是，而同轴电缆的最大传送速度是100Mbits。双绞线。双绞线或同轴电缆传送电信号，而光缆传送光信号，其中一种光或同轴电缆传送电信号，而光缆传送光信号，其中一种光源是发光二极管（源是发光二极管（LEO），另一种光源是激光。光缆频带），另一种光源是激光。光缆频带很宽，传送速率极高，因此能够传送大量的数据。很宽，传送速率极高，因此能够传送大量的数据。（3）连通性。光纤普遍用于点到点的链路。）连通性。光纤普遍用于点到点的链路。（4）地理范围。光缆可以在）地理范围。

14、光缆可以在68公里的距离内不用中继器传公里的距离内不用中继器传输，因此光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路输，因此光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网络。连接局域网络。（5）抗干扰性。光信号不受电磁干扰或噪声影响，光波也不）抗干扰性。光信号不受电磁干扰或噪声影响，光波也不会互相干扰，因此光缆不存在信号衰减问题，可以在长距会互相干扰，因此光缆不存在信号衰减问题，可以在长距离内传输数据；光缆中光的匹配好，使人很难在光缆上窃离内传输数据；光缆中光的匹配好，使人很难在光缆上窃取数据，所以安全性好。取数据，所以安全性好。（6）价格。光纤的价格比双绞线和同轴电缆都要贵。）价格。光纤的

15、价格比双绞线和同轴电缆都要贵。4.2 无线传输媒体及其特性无线传输媒体及其特性无线传输媒体通过空间传输，不需要架设或铺设电缆或无线传输媒体通过空间传输，不需要架设或铺设电缆或光纤，包括：无线电波、微波、红外线和激光等。光纤，包括：无线电波、微波、红外线和激光等。4.2.1 无线电波无线电波无线电波是全向传播，不同的频段可以用于不同的无线无线电波是全向传播，不同的频段可以用于不同的无线电通信。例如无线电广播，包括调频（电通信。例如无线电广播，包括调频（FM）广播和）广播和调幅（调幅（AM）广播等，调幅广播（）广播等，调幅广播（AM）比调频广播）比调频广播（FM）使用的频率低得多，频率低的信号更易

16、受到）使用的频率低得多，频率低的信号更易受到大气的干扰，但传送的距离远；短波和民用波段无线大气的干扰，但传送的距离远；短波和民用波段无线电广播也都使用很低的频率，能够远距离传送信号；电广播也都使用很低的频率，能够远距离传送信号；电视台则用较高的频率传送图像和声音的混合信号，电视台则用较高的频率传送图像和声音的混合信号，电视频道不同就是传送信号的频率不同，电视机在每电视频道不同就是传送信号的频率不同，电视机在每个频道以不同频率接收不同的信号。个频道以不同频率接收不同的信号。（1）频率范围在）频率范围在30-300KHz的是低频长波；的是低频长波；（2）频率范围在）频率范围在300KHz-3MHz

17、的是中频中波，通常的是中频中波，通常用于中波通信；用于中波通信；（3）频率范围在）频率范围在3MHz-30MHz的是高频短波，用于的是高频短波，用于短波通信。它是利用地面发射无线电波，通过电离短波通信。它是利用地面发射无线电波，通过电离层的多次反射到达接收端的一种通信方式。层的多次反射到达接收端的一种通信方式。（4）频率范围在）频率范围在30MHz-300MHz的是甚高频的是甚高频（VHF）。）。（5）频率范围在）频率范围在300MHz-3000MHz的是特高频的是特高频（UHF），电磁波可穿过电离层，不会因反射而引），电磁波可穿过电离层，不会因反射而引起干扰，可用于数据通信。起干扰，可用于数

18、据通信。4.2.2 微波微波微微波波传传送送是是单单向向的的，并并且且信信号号沿沿直直线线传传播播。所所以以传传送送信信号号时时一一个个微微波波站站的的天天线线必必须须指指向向另另一一个个微微波波站站，这这样样才才能能发发送送和和接接收收信信号号。微微波波信信号号受受天天气气环环境境（如雨雪等）和微波站之间障碍物的影响较大。（如雨雪等）和微波站之间障碍物的影响较大。地地球球上上两两个个微微波波站站之之间间的的微微波波传传送送方方式式叫叫地地面面微微波波传传送送。微微波波通通信信的的载载波波频频率率很很高高，可可同同时时传传送送大大量量信信息息，利利用用无无线线电电波波在在对对流流层层的的视视距

19、距范范围围内内沿沿直直线线传传播播的的。由由于于地地球球表表面面是是曲曲面面，使使得得微微波波在在地地面面的的传传播播距距离离有有限限。通通常常可可以以利利用用天天线线提提高高传传输输距距离离，天天线线越越高高传传播播距距离离越越远远，一一般般两两个个微微波波站站之之间间的的通通信信距离为距离为305050kmkm，超过一定距离就要用微波中继站。超过一定距离就要用微波中继站。卫星是天空中的大型微波发送器和接收器，卫星通信卫星是天空中的大型微波发送器和接收器，卫星通信利用地球同步卫星做中继来转发微波信号，克服了利用地球同步卫星做中继来转发微波信号，克服了地面微波通信距离的限制，一个同步卫星可以覆

20、盖地面微波通信距离的限制，一个同步卫星可以覆盖地球的地球的1/3以上表面，原则上三个这样的卫星就可以以上表面，原则上三个这样的卫星就可以覆盖地球上全部通信区域，地球上的各个地面站之覆盖地球上全部通信区域，地球上的各个地面站之间都可互相通信。地面站与卫星之间的微波传送也间都可互相通信。地面站与卫星之间的微波传送也用视线法则，卫星在与地球相对静止的同步轨道上用视线法则，卫星在与地球相对静止的同步轨道上运行，固定在地球上方的某一位置，从卫星上发出运行，固定在地球上方的某一位置，从卫星上发出的信号只能到达地面特定的区域，微波的视线传送的信号只能到达地面特定的区域，微波的视线传送到地球表面产生一个覆盖区

21、，地面站只有在覆盖区到地球表面产生一个覆盖区，地面站只有在覆盖区内才能接收卫星传送的信号。卫星将地面上地对空内才能接收卫星传送的信号。卫星将地面上地对空通信的信号由转发器接收、放大，改变频率后再将通信的信号由转发器接收、放大，改变频率后再将信号传送回地面。信号传送回地面。4.2.3 红外线技术红外线技术红红外外通通信信和和激激光光通通信信也也像像微微波波通通信信一一样样，有有很很强强的的方方向向性性，都都是是沿沿直直线线传传播播的的。这这三三种种技技术术都都需需要要在在发发送送方方和和接接收收方方之之间间有有一一条条视视线线（Lind of Sight）通通路路，故故它它们们统统称称为为视视线

22、线媒媒体体。所所不不同同的的是是，红红外外通通信信和和激激光光通通信信把把要要传传输输的的信信号号分分别别转转换换为为红红外外光光信信号号和和激激光光信信号号直直接接在在空空间间传传播播。这这三三种种视视线线媒媒体体由由于于都都不不需需要要铺铺设设电电缆缆，对对于于连连接接不不同同建建筑筑物物内内的的局局域域网网特特别别有有用用。这三种技术对环境气候较为敏感，例如雨、雾和雷电。这三种技术对环境气候较为敏感，例如雨、雾和雷电。4.3 传输介质的选择与应用传输介质的选择与应用4.3.1 传输介质的选择传输介质的选择1.容量：容量：支持所期望的局部网络通信量。支持所期望的局部网络通信量。2.可靠性：

23、可靠性：满足可用的要求。满足可用的要求。3.支持的数据类型：支持的数据类型：根据应用特定的。根据应用特定的。4.环境范围：环境范围：在所要求的环境范围内提供服务。在所要求的环境范围内提供服务。5.费用：费用：同轴电线的费用介于双绞线和光缆之间。同轴电线的费用介于双绞线和光缆之间。6.速速度度：双双绞绞线线的的传传送送速速度度最最低低，其其次次是是同同轴轴电电缆缆和和微波，光缆的速度最快。微波，光缆的速度最快。7.出出错错率率：双双绞绞线线和和同同轴轴电电缆缆更更容容易易受受电电磁磁和和电电流流波波动的影响，微波传送可以被恶劣的天气中断。动的影响，微波传送可以被恶劣的天气中断。8.安安全全性性：

24、双双绞绞线线和和同同轴轴电电缆缆易易被被窃窃听听。从从光光缆缆上上窃窃取数据很困难。无线电或微波传送不安全。取数据很困难。无线电或微波传送不安全。4.3.2 传输介质的制作与应用传输介质的制作与应用将将两两根根具具有有绝绝缘缘保保护护层层的的导导线线按按一一定定的的密密度度互互相相绞绞在在一一起起形形成成一一个个线线对对，降降低低信信号号的的干干扰扰。常常用用的的双双绞绞线线是是由由4个个线线对对反反时时针针相相互互扭扭转转在在一一起起，铜铜导导线线的的直直径径为为0.41mm，扭扭绞绞方方向向为为反反时时针针，绞绞距距为为3.8114cm，这些线对被标示了不同的颜色。这些线对被标示了不同的颜

25、色。首首先先根根据据需需要要剪剪裁裁一一定定长长度度的的同同轴轴电电缆缆，使使用用剥剥线线钳钳剥剥去去适适当当长长度度的的外外皮皮，屏屏蔽蔽层层、绝绝缘缘层层等等部部分分，并并将将BNC连连接接器器装装在在同同轴轴电电缆缆的的端端口口，然然后后插插在在T型型头头上上。设设备备连连接接完完成成后后，在在同同轴轴电电缆缆的的两两端端一一定定要要加上端接匹配器。加上端接匹配器。常常用用的的光光缆缆有有m m芯芯125125mmmm芯芯125125m m外外层层多多模模；5050m m芯芯125125m m外层多模；外层多模；100100m m芯芯140140m m外层多模。外层多模。连连接接每每条条

26、光光缆缆时时都都要要磨磨光光端端头头，通通过过电电烧烧烤烤或或其其它它方方法法与与光光学学接接口口连连在在一一起起，确确保保光光通通道道不不被被阻阻塞塞，光光纤不能拉得太紧，也不能形成直角。连接方法：。纤不能拉得太紧，也不能形成直角。连接方法：。（1 1）永永久久性性连连接接（又又叫叫热热熔熔），使使用用放放电电的的方方法法将将两两根光纤的连接点融化并连接在一起。根光纤的连接点融化并连接在一起。（2 2）应应急急连连接接（又又叫叫冷冷溶溶），应应急急连连接接是是将将两两根根光光纤纤固定并粘接在一起。固定并粘接在一起。（3 3）活活动动连连接接，利利用用各各种种光光纤纤连连接接器器件件（插插头头

27、和和插插座座），将站点与站点或站点与光缆连接起来。，将站点与站点或站点与光缆连接起来。4.4 4.4 小结小结本本章章主主要要介介绍绍用用于于传传输输的的各各种种介介质质，传传输输介介质质的的分分类类，以以及及数数据据如如何何在在介介质质中中传传输输等等。不不同同的的传传输输介介质质具具有有不不同同的的传传输输特特性性，而而传传输输介介质质的的特特性性又又影影响响着着数数据据的的传传输输质质量量。网网络络中中采采用用的的传传输输媒媒体体可可分分为为有有线线传传输输介介质质（硬硬介介质质）和和无无线线传传输输介介质质（软软介介质质）两两大大类类。双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆和和光光纤纤是是常常

28、用用的的三三种种有有线线传传输输媒媒体体；无无线线电电通通信信、微微波波通通信信、红红外外通通信信以以及及激光通信的信息载体等都属于无线传输媒体。激光通信的信息载体等都属于无线传输媒体。传传输输介介质质的的选选择择是是由由许许多多因因素素决决定定的的，也也受受网网络络拓拓扑扑结结构构的的约约束束。设设计计者者在在选选择择传传输输介介质质时时必必须须考考虑虑到到介介质质的的费费用用、传传送送速速度度、使使用用这这种种介介质质的的出出错错率和安全性等一些相关因素。率和安全性等一些相关因素。习题习题4-1 4-1 根根据据你你所所使使用用的的网网络络环环境境，分分析析所所选选用用的的传传输输介介质的类型。质的类型。4-2 4-2 比较一下不同传输介质的特性。比较一下不同传输介质的特性。4-3 4-3 传输介质的特性对数据传输有什么影响？传输介质的特性对数据传输有什么影响？4-4 4-4 在在网网络络连连接接时时，双双绞绞线线如如何何进进行行连连接接？其其线线序序如如何？何？4-54-5在在网网络络连连接接时时，如如果果只只连连接接两两台台计计算算机机，则则其其线线序如何连接？序如何连接？