物理层传输媒体与拓扑结构课件

第7讲物理层之四传输媒体与拓扑结构传输数据的传输媒体连接各种设备的拓扑结构共享资源的媒体访问控制方法光子是光的基本构成单元。光纤在长距离的玻璃纤维里将光信号当作通信媒体使用。一、传输媒体1.什么是媒体?媒体是用于负载传输信息的物理性媒体。保真度：表示将接收到的信号与发出的信号进行比较，两者之间的差异有多大。铜光纤和铜线都需要一根线缆连接计算机玻璃电磁频谱及在通信中的使用2.传输媒体的特点媒体的容量用带宽来衡量。传输特性包括使用模拟信号还是数字信号发送、调制技术。连通性表明点到点还是多点连接；最大距离指网上各站点间的最大距离。费用每种媒体的费用应与它提供的性能及可用的资源进行权衡。安装不同媒体的安装不尽相同。容量及传输特性衰减电磁信号的强度在传输过程中会逐渐减弱。在媒体中经过的时候，要么被吸收，要么传向错误方向(辐射)。电磁干扰(EMI)连通性与最大距离“噪声(即电磁干扰)”、“窃听”3.传输媒体的分类引导性媒体(有线媒体)电磁波沿着一个固态媒体传播例如：金属导体、玻璃或plastic）。提供了传输电磁信号的手段，但不加以引导。非引导性媒体(无线媒体)例如大气层、外层空间。1类、2类3类4类5类非屏蔽双绞线(UTP，UnshieldedTwistedPair)

UTP的类别数据传输率＜4Mbps最高传输率为16Mbps数据传输率达20Mbps数据级电缆

UTP的连接Hub费用安装传输特性节点容量衰减EMI

UTP的特点很易受到电磁干扰的影响。可传输模拟、数字信号；数据传输率1～155Mbps；每段电缆最长为100m;信号通过铜芯电线传输衰减很快。比同轴电缆和光纤低安装简单取决与连接设备费用安装传输特性节点容量衰减EMI

屏蔽双绞线(STP，ShieldedTwisted-Pair)在电线与外部塑料套之间有一个屏蔽层。以便减少干扰和串音。

UTP的特点比UTP和细同轴电缆高，但低于粗同轴电缆。可传模拟、数字信号；理论速度达到500Mbps；单段电缆最长100m；降低了由EMI造成的影响。无法彻底排除EMI的影响。网卡收发器(transceiver)连接单元接口(AUI)电缆终止器粗同轴电缆收发器终止器以太网粗缆AUI电缆包含一个电阻连接着电缆中的中心线与屏蔽物。当电子信号到达终止器时，这个信号被丢弃。包含处理通信数字方面的电路（差错检测和地址确认）把信号从NIC送到媒体，并从媒体接收信号到NIC。安装及运行比粗缆便宜不需要AUI电缆连接网卡与通信媒体不需要外部收发器。使用BNC连接器直接连接每台计算机以太网细缆BNC连接器细同轴电缆费用

安装传输特性节点容量衰减

EMI同轴电缆特点同轴电缆传送的信号仍会衰减，但衰减的速度比双绞线慢。细缆段最多节点数为30，单段电缆最长185m；粗缆段最多节点数为100，单段电缆最长500m；50Ω电缆仅用于数字传输；曼彻斯特编码；数据率10M；有线电视电缆可发模拟和数字信号；采用终止措施；细缆＜STP和第五类UTP；粗缆＞STP和第五类UTP；但均＜光纤；一条光纤包含了多种电磁波模式光纤分类单模光纤一条光纤只包含了一种电磁波模式。多模光纤接收到光脉冲后，由PIN二极管或光电管将其变回电子信号。光电信号的转换发送端接收端单模式光纤用“注入型激光二极管(ILD)”生成光脉冲；多模式光纤用“发光二极管(LED)”生成光脉冲；费用安装传输特性节点容量衰减

EMI特点“色散”问题抗衰能力强。不易受到电磁干扰；不会向外泄漏信号。在多模光缆中，不同波长(频率)的光波在玻璃纤维里按不同的方式传输；不同光脉冲在线缆里传送时，它们的特性会有所变化，即“色散”。类似于彩虹的效果—白光分散出了不同的颜色。可全方向广播，也可定向广播。7.无线电频率范围在10kHz~1GHz之间。射频信号的能量可由天线和收发器决定。基站覆盖的无线电区域基站

能穿透墙壁，也可到达普遍网络线无法到达的地方。受雪、雨天气的干扰小。特点地面系统

利用定向抛物线在较低的GHz范围内收发信号。地球50km50km8.微波微波通信利用了电磁频谱的较低GHz级频率(1GHz~1THz)。卫星微波系统在定向抛物线和天线之间传输信号。uplinkdownlink50000km“传送延迟”优点9.红外线利用红外光波传送信号。采用电磁频谱的THz（1012）范围。发光二极管或激光二极管用于发射信号；光电管则能接收信号。信号不能穿透墙壁或其他物体；易受强烈光源的影响。能获得高数据吞吐量；可使信号在墙壁和天花板上漫射；无需得到无线电管制委员会的批准。缺点影响选择媒体的因素：成本、数据速率&带宽、距离传输媒体引导性双绞线同轴电缆非引导性光纤UTPSTP5070单模多模无线电微波红外线网卡、收发器、终止器、T型连接器作业1·031·071·81·152·012·032·042·11AAAAAA

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C

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C集中式轮询控制站依次询问总线上的站点是否有信息发送;每个站可以发送信息的大小或时间长短由控制站决定;媒体访问控制策略每个站随机地试图访问媒体。这是分布式控制策略。典型代表为CSMA/CD

竞争技术(contention)

轮询(polling)分布式轮询这是一种tokenpassing。token：特殊格式的编码字。只有拥有token的站才能发信息。传输技术同轴电缆的LAN传输技术基带(baseband)宽带(broadband)数字信令模拟信令全部带宽被单个信号可FDM—多个信道占用—无FDM用于数据、音频和视频双向单向总线拓扑总线或树型拓扑范围可达几公里范围可达几十公里

基带系统包被双向传送包被吸收包被吸收曼彻斯特或差分曼彻斯特编码；不能频分复用；传输是双向的；总线拓扑；基带指以信号原有的形式，不经调制进行传输。基带同轴电缆系统使用特定的50Ω电缆。10BASE510BASE2数据速率10Mbps10Mbps段的最大长度500m185m网络覆盖范围2500m1000m每段的节点数10030节点间的间隔2.5m0.5m电缆直径0.4in0.25inIEEE802.3关于10Mbps基带同轴电缆LAN总线的规范中继器物理上的星型，逻辑上的总线宽带能比基带达到更大的距离(数十公里)；单向媒体，加入媒体的信号只能沿一个方向传播；

宽带系统宽带指具有比话音信道(4KHz)带宽更宽的信道。一般指有能力进行FDM传输的系统。需要两条数据通路，这两条通路在网络的某一点上被连接在一起，该点称之为头端

(headend)。所有站沿着一条指向头端(入站)的通路上发送；头端将传来的信号沿另一条背离头端(出站)的通路传播；所有站都在该出站通路上进行接收；分频(Split)宽带系统：入站和出站通路是同一电缆上的不同频带。将模拟信号恢复成数字数据，然后再在新的频带上发送这种经过“净化”(再生)的数据。变频器模拟装置（frequencytranslator）将信号转换到一个新的频带上再发送。数字装置（remodulator）头端频率转换器在f2上接收在f1上发送入站和出站通路都是单独的电缆；头端只是连接两根电缆的无源连接器；站的发送和接收都在相同的频率上进行。无源头端在f1上接收在f1上发送双电缆(Dual)宽带系统：

只需很短的电缆长度；可靠性高易于扩充总线是无源元件，从硬件的观点看，十分可靠。增加新的站点，只需在总线的任何点将其加入；如需增加长度，可通过中继器加上一个附加段。总线拓扑的优点减少了安装费用，易于布线和维护；可构建简单、可靠的小型网络，易于使用和掌握；网络过载将放慢网络的速度BNC连接器削弱电子信号

故障诊断困难故障隔离困难中继器配置终端必须是智能的总线拓扑的缺点2.环形拓扑(RingTopology)环共享媒体中继器每个站点通过中继器与网络连接；

中继器工作原理当一帧绕环通过其他站点时，目标站点识别出自己的地址将帧拷贝至自己的缓冲区；该帧继续绕环传送，回到源站点，被移出环。单向的，并且都沿同一方向（顺时针或逆时针）。逐位地从一条链路上接收数据；并以同样的速率把数据传送到另一条链路上。链路帧的传送“有源”网络无需“终止”措施特点例：C给A发送一帧A(a)C发送(b)B忽略ABBCCAA(c)A拷贝(d)C吸收ACACABBA数据插入

中继器作为数据插入的设备连接点。数据接收根据帧包含的目标地址确定是否拷贝。数据清除由目的站清除由发送站清除环的基本功能好处：第一允许自动确认，第二允许组播；缺点：浪费环的频带。中继器的功能和状态把所有经过的数据向下传递为连接的站点发送和接收数据提供访问点监听态发送态旁路态环中只有一个token在循环发送；任何一个站要发送数据必须等待循环的token经过该站；从环中删除数据可在目的站进行，或者在发送站进行。媒体访问控制策略令牌环(TokenRing)：“令牌传递(tokenpassing)”机制。Token：一个特殊的短报文，它围绕环传递。直至到达希望向其他站点发送信息的某个站点。相关问题当站点获得token后能发送的报文数目控制token的形式和位置发送站何时将token释放给下一站点例如：C给A发送一帧token(a)C等待token的到来(b)C发送帧AtokenCACABB(c)A拷贝(d)C吸收并释放tokenAtokenAtoken

token在直径为200m环内每秒可循环10000圈BBCACA例1：FDDI(fiberdistributeddatainterface)自恢复网络反旋转环公平性稳定性传输距离长所需电缆长度短适用于光纤媒体多样性容易解决地址冲突差错隔离和故障恢复简单优点可靠性差难以进行故障诊断不易重新配置网络规模受到限制初始化和恢复时延抖动缺点优化环结构软件“装满钥匙的口袋”:需要对每个节点进行检测才能找到故障点锁相环弹性缓冲所有计算机都通过线缆连到一个中心位置，在这个中心位置用一个设备（星形耦合器）将所有线缆连接起来。转发给其他计算机(广播