计算机网络(三)物理层(2)线缆

1、计算机网络（计算机网络（三三） 关于物理层关于物理层信息科学与技术学院信息科学与技术学院 .w描述物理层的功能描述物理层的功能w理解线缆的规范和连接方式理解线缆的规范和连接方式w制作和测试线缆制作和测试线缆.一、物理层概述w物理层的功能：实现在传输介质上传输比特流w物理层定义了建立、维护和拆除物理链路的规范和标准w定义了物理层接口通信的标准，包括：机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。Ethern

2、et802.3V.35 物理层物理层EIA/TIA-232二、物理层中的传输媒体w有线同轴电缆双绞线光纤 w无线卫星无线红外通信激光通信微波 二、物理层中的传输媒体无线传输媒体无线传输媒体可以在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信就是无线传输。地球上的大气层为大部分无线传输提供了物理通道,就是常说的无线传输介质。1. 微波微波数据通信系统有两种形式：地面系统和卫星系统。使用微波传输要经过有关管理部门的批准，而且使用的设备也需要有关部门允许才能使用。由于微波是在空间直线传播，如果在地面传播，地球表面是一个曲面，其传播距离受到限制，采用微波传输的站必须安装在视线内，传输的频率为4GHz6GHz

3、和21GHz23GHz，传输距离一般只有50km左右。采用卫星微波，卫星在发送站和接收站之间反射信号，传输的频率为11GHz14GHz。二、物理层中的传输媒体2. 激光通信激光通信激光通信的优点是带宽更高、方向性好、保密性能好等。激光通信多用于短距离的传输。激光通信的缺点是其传输效率受天气影响较大。3. 红外线红外线红外线通信不受电磁干扰和射频干扰的影响。红外无线传输建立在红外线光的基础上，采用光发射二极管、激光二极管或光电二极管来进行站点与站点之间的数据交换。红外无线传输既可以进行点到点通信，也可以进行广播式通信。但这种传输技术要求通信节点之间必须在直线视距之内，不能穿越墙。红外线传输技术数

4、据传输速率相对较低，在面向一个方向通信时，数据传输率为16Mbps。如果选择数据向各个方向上传输时，速度将不能超过1Mbps。二、物理层中的传输媒体固定终端点（基站）和终端之间是无线链路BS基站 用户计算机和终端BS基站覆盖的无线电区域F1, F2, F3 = 使用的频率1.无线传输.4.地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球几种媒体的传输频带几种媒体的传输频带双绞线电话业务同轴电缆AM 无线电FM 无线电和 TV地面微波接力光纤102 Hz 1031041051061071081091010101110121013101410151016无线电红外线紫外线可见光微波同轴电缆（了

5、解）CATV有线电视网专用同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料。有两种广泛使用的同轴电缆。一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输，即宽带同轴电缆。这种区别是由历史原因造成的，而不是由于技术原因或生产厂家。1、基带同轴电缆 使用有线电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统被称为宽带同轴电缆。“宽带”这个词来源于电话业，指比4kHz宽的频带。然而在计算机网络中，“宽带电缆”却指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。 由于宽带网使用标准的有线电视技术，可使用的频带高达300MH

6、z（常常到450MHz）；由于使用模拟信号，需要在接口处安放一个电子设备，用以把进入网络的比特流转换为模拟信号，并把网络输出的信号再转换成比特流。2、宽带同轴电缆服务器服务器客户机客户机客户机客户机客户机客户机BNC TBNC T型连接器型连接器 终端终端电阻电阻终端终端电阻电阻图 N型连接器（a） BNC头 （b） T型头 BNC型连接器.v什么是近端串扰什么是近端串扰 当电流在一条导线中流通时，会产生一定的电磁场，干当电流在一条导线中流通时，会产生一定的电磁场，干扰相邻导线上的信号。频率越高这种影响就越大。双绞线就扰相邻导线上的信号。频率越高这种影响就越大。双绞线就是利用两条导线绞合在一起

7、后，因为相位相差是利用两条导线绞合在一起后，因为相位相差180180度的原因度的原因而抵消相互间的干扰的。绞距越紧则抵消效果越佳，也就越而抵消相互间的干扰的。绞距越紧则抵消效果越佳，也就越能支持较高的数据传输速率。能支持较高的数据传输速率。近端串扰是指在与发送端处于同一边的接收端处所感应到的从发送近端串扰是指在与发送端处于同一边的接收端处所感应到的从发送线对感应过来的串扰信号。在串扰信号过大时，接收器将无法判别信号线对感应过来的串扰信号。在串扰信号过大时，接收器将无法判别信号是远端传送来的微弱信号还是串扰信号。是远端传送来的微弱信号还是串扰信号。屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP)

8、 以箔屏蔽以减少 干扰和串音3类、5类双绞线外没有任何附加屏蔽Side 1Side 2Side 112345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕Side 2Side 1Side 2Side 1Side 212345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕1=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕1=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕光缆( Fiber Opt

9、ics)光线在光纤中的折射 折射角入射角 包层（低折射率的媒体） 包层（低折射率的媒体） 纤芯（高折射率的媒体） 包层纤芯光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光缆n光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下几个优点：n频带较宽n电磁绝缘性能好n衰减较小n中继器的间隔较大n只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一个临界角度，就可产生全反射。因此，可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤(如图3-12(a)所示)。若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次

10、反射。这样的光纤就称为单模光纤(图3-12(b)。输入脉冲输出脉冲单模光纤SMF（Single Mode Fiber）多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤MMF（MultiModeFiber）光纤传送模式光纤传送模式多模 输入电信号输出电信号单模 波长: 1300,1550 nmh1h2波长 : 850,1300 nmh2h1芯/封套特性光纤的直径减小到一个光波波长典型的光缆典型的光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳光纤收发器光缆 3.2 物理层中的传输媒体FCPC型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图SCPC型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图ST-P

11、C型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图FC/PCSC/PC型光尾纤外形图型光尾纤外形图SC/PC型光连接器型光连接器ST型光连接器型光连接器FC/PC型光连接器型光连接器BNC型光连接器型光连接器MTRJ型光连接器型光连接器 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.广域网线缆WAN物理层规范wWAN物理层协议定义了DTE和DCE之间的接口规范和标准DTEDTEDTEDTEWANWANDCEDCEDCEDCE异步 & 同步串口w异步串口两种异步串口：异步串口分为设置成异步方式的同/异步串口和专用异步串口异步串口可以设为专线方式和拨号方式，常用的是拨号方式w同步串口可

13、以工作在DTE和DCE两种方式可以外接多种类型电缆支持多种链路层协议支持IP和IPX网络层协议show interface serial命令可显示同步串口的信息wDB50（路由器端）-DB25（外接网络端）w可工作在同步和异步两种方式下w异步工作方式下最高传输速率是115200bpsw同步方式下最高传输速率为 64000bpsV.24电气特性、传输速率和距离w在路由器中使用的有WAN、AUX、8AS、Consolew符合标准的RS-232电平：12Vw传输速率和距离波特率（波特率（bps） 最大传输距离（米）最大传输距离（米）2400604800609600301920030384002064

14、0002011520010ISDN BRI接口wBRI 接口：2B+DU口 使用两芯的RJ-11或者RJ-45连接器S/T口 使用四芯的RJ-45连接器wPRI接口在Quidway R系列路由器上以CE1/PRI接口的形式出现CE1/PRI接口w带BNC头的连接器用于接75欧姆非平衡同轴电缆的网络端w带RJ-45水晶头的电缆用于接120欧平衡屏蔽双绞线的网络端DB15 maleMagnetic coreLabelCable tieBNC connectorBlack heat-shrinkable tubingwDB50（路由器端）-DB25（外接网络端）w可工作在同步和异步两种方式下w异步工

15、作方式下最高传输速率是115200bpsw同步方式下最高传输速率为 64000bpswDB34（外接网络端）-DB50（路由器端）wDTE端为34针型插头wDCE端为34孔型插头V.35电气特性、传输速率和距离波特率（bps） 最大传输距离（米）最大传输距离（米）240012504800625960031219200156384007856000606400050204800030w控制信号遵从标准RS-232电平标准：12Vw数据与时钟遵从电平标准：w同步方式下最大传输速率是：2048000 bpswEIA/TIA-V.35 电缆的速率和传输距离网线的制作w准备工作：RJ45卡线钳一把水晶头

16、双绞线w制作步骤：共有四步，可以简单归纳为四个字：“剥”，“理”，“插”，“压”步骤一 剥线n剥线的长度为13mm15mm，不宜太长或太短 步骤一步骤一 剥线剥线l剥线的长度为13mm15mm，不宜太长或太短 步骤二步骤二 理线理线l按顺序整理平，遵守规则，否则不能正常通信 步骤三步骤三 插线插线l一定要平行插入到线顶端，以免触不到金属片步骤四步骤四 压线压线l压过的水晶头的金属脚比没压要低 线缆检测线缆检测l发射器和接收器两端的灯同时亮为正常铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 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