教学材料《网络》-第三章

3.1传输基础

在人类社会中，人与人之间经常需要交换信息。很早以前，人们通过烟雾或火光信号来跨越距离地发送信息。而在今天，随着科学技术的发展，人们用电信号或电磁波来快速而又准确地传送信息。用任何方法、通过任何媒介将信息从一地传送到另一地均可称为通信，其中发送信息的地方称信源，接收信息的地方称信宿，传输信息的通路称信道或通信媒体(又叫通信介质)。数据通信是随着计算机技术的发展特别是计算机间通信需求而新兴的一种通信技术，所谓数据是指能够被计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。信号是数据在信道中传输时的具体表现形式，一般表现为电信号，它从某种程度上代表数据的内容和所要表达的信息。本节所要讨论的传输都是基于该意义上的。下一页返回3.1传输基础3.1.1模拟信号和数字信号

在电子技术中，电流在导体中的传输即代表信号的传输，故电流的大小可反映信号的强弱;而电流的强度又与电压成正比。因此，当人们谈及信号的强度时通常是指信号电压的高低。信号的类型是数据传输的一个重要指标，在通信系统中，信号分为模拟信号和数字信号，并能以任一种进行发送和传输。这两种信号的本质区别是电压产生信号的方式不同。上一页下一页返回3.1传输基础1.模拟信号

所谓模拟信号是指信号电压随时间做不间断变化即连续变化，如图3-2所示，该图反映了一个信号电压随时间变化的波形。人们打电话时声音在电话线上的传输、电视机接收到的电视信号等都是模拟信号的例子。

上一页下一页返回3.1传输基础和其他波形一样，模拟信号有4个基本特性:振幅、频率、波长和相位。振幅是任意时间点上波强度的度量，其中最大振幅表示模拟信号的强度。频率是在一个固定时间内波的周期数，它反映信号变化的快慢，用赫兹(Hz)表示，如电话线传送的讲话声的频率通常在300一3300Hz范围内。在一个波的周期上对应两点间的距离称为波长，波长用长度单位米表示，波长与频率成反比，换句话说，频率越高，波长越短。相位指的是在一个固定点，随着时间推移波的进度。假设两个独立的波有相同的振幅和频率，如果一个波从它的波谷开始，同时第二个波从波峰开始，这两个波有不同的相位，图3-3给出了同振幅和频率的两个波的相位偏移为90°。上一页下一页返回3.1传输基础

采用模拟信号传输数据的方式叫模拟传输，这是一种不考虑其内容的传输方式，它的一个优点是用更少的能量传送更精细的信息，而且灵活多变。但是，由于模拟信号的电压是多变且不精确的，再加上噪音的干扰，会使信号产生退化，因而模拟信号在传输过程中容易产生传输错误，如在听广播时，会从收音机里听到劈啪响的声音和固定的噪音。2.数字信号

所谓数字信号是指信号电压随时间做间断地变化即跳跃性变化，类似于人的脉搏跳动，故又称脉冲信号，如图3-4所示给出了一个数字信号的脉冲波形。数字信号是由精密脉冲、正电压和0电压组成。一个正电压的脉冲代表一个1，一个0电压(换句话说，没有电压)的脉冲代表一个0，用0,1序列表示信息是二进制系统的一个重要特征。数字信号中的每一个脉冲称作1个二进制位或叫比特(bir)，不难看出1个比特可以有两个可能值:1或0。上一页下一页返回3.1传输基础

采用数字信号传输数据的方式叫数字传输，与模拟传输不同的是它关心信号的内容。由于数字传输只发送和接收由精密脉冲表示的0,l序列，因而它比依靠可变波来传输的模拟传输更可靠。此外，噪音对数字传输的影响也不严重。而另一方面，相同量的信息，模拟信号只用一个波就可传送，而数字传输需要许多脉冲。然而，数字传输的高可靠性使得这些额外的信号传输变得有价值。总之，数字传输比模拟传输更有效，因为它产生更少的错误、需要更少的额外开销去弥补错误。正因为有如此多的优点，在长距离传输中，数字传输已逐步取代模拟传输。上一页下一页返回3.1传输基础3.1.2数据调制

虽然在大多数情况下计算机网络中的数据是采用数字传输。但是，在某些情况，网络只能用模拟信号通信。例如，使用电话线拨号上网时，计算机发送的数据信息在连到电话线前必须转化为模拟信号。然后，当它们到达互联网服务提供商(ISP)访问服务器时，信号又转回成数字信号。这里采用调制解调器(Modem)来完成这种转换。调制解调器这个名称反映了它有两个功能即调制器(Modulator)和解调器(Demodulator),即它首先在发送端将数字信号调制成模拟信号，然后在接收端再将模拟信号解调成数字信号。上一页下一页返回3.1传输基础

数据调制技术用来修改模拟信号，使它们更适合在通信线路上传输数据。在调制过程中，利用一个称作载波的简单波与被传输的模拟信号波结合产生一个独特的信号波从信源端传到信宿端。载波有预置的属性(包括频率、振幅和相位)，其目的是帮助传送信息，换句话说，载波只是一个信息使者。而被传输的信号作为信息波或数据波被添加到载波上。当信息波被添加，它改变载波一个属性(例如，频率、振幅或相位)。结果是一个新的混合信号包含了载波和添加数据的属性。当信号到达目的地时，接收器将数据信号从载波中分离出来。下一页返回3.1传输基础

利用调制手段，可以使信号符合某种特殊的路径或线路的传输要求来进行传输。调制技术又分为:调频、调幅和调相。调频过程中，载波信号的频率按照数据信号的频率要求更改;在调幅过程中，载波振幅按照数据信号的要求更改;在调相过程中，载波的相位按照数据信号的要求更改。以上各种调制技术可以适当地组合使用，最常见的是调相与调幅的组合，这种组合能使被传输的信号具有更高的信号质量和更快的数据速率。图3-5给出了一个载波、一个数据波和通过调频后所得到的合成波。另外，通过调制手段还可以将多个信号发送到同一个物理信道上传输并使各个信号相互之间不发生干扰(即下面将要介绍的多路复用技术)，因为信号发生干扰的条件是频率相同、相差恒定，而这点利用调频技术完全可以做到。上一页下一页返回3.1传输基础3.1.3传输方向和多路复用不管是模拟信号还是数字信号，数据传输都可以用信号通过介质的方向来划分。1.单工、半双工与全双工如图3-6所示对单工、半双工与全双工传输进行了比较。单工传输也叫做单方向通信，即信号只能从一个方向传输，如广播、电视等信号的传输方式。半双工传输是指信号可以从两个方向通过介质，但是在同一个时间只能是一个方向。半双工系统只包含一个通信信道，那个信道必须为多个节点共享以交换信息，但在某一时刻只能为一个节点传输信息，如警察手中的对讲机就是采用半双工方式通信的。上一页下一页返回3.1传输基础全双工传输是指信号可以自由地同时从两个方向通过一个介质，全双工也可称作双向传输。电话在通话时就是一个全双工的例子，因为在声音信号传给对方的同时，对方的声音信号也可同时从相反方向传来，换句话说，两人都可以同时谈和听。全双工传输目前被广泛地用在网络上。采用全双工传输时，同一个介质可以被划分成多条子信道。信道是一个个节点间独立的通信路径，有点类似于一条宽阔的公路被划分成许多车道一样。信道可以分为逻辑信道或物理信道，逻辑信道将在下面介绍。一个物理信道的例子是:网络电缆中，一条线用来发送，另一条线用来接收。在这个例子中，介质中每个独立的线路都允许半双工传输，将这两根线路合并到一根电缆中，它们形成的介质提供全双工传输。全双工的能力提高了数据在网络中传输的速率。在某些情况下，必须采用全双工的数据网络，如互联网电话服务。上一页下一页返回3.1传输基础

对于许多网络设备，可以指定该设备是用半双工还是用全双工通信，如调制解调器和卡(NIC)。在安装网络设备之前，了解网络支持什么类型的传输方式是很重要的。例如，如果将一台计算机的网卡设置为全双工，而网络中其他计算机采用半双工，则这台计算机就不能在网络上通信。上一页下一页返回3.1传输基础2.多路复用

允许多个信号同时通过一个介质的传输方式叫做多路复用。为了传输多个信号，介质的信道被逻辑地划分为多个更小的子信道，多个信号可以同时在这些子信道上传输，从而大大提高了线路的利用率和传输效率。有许多不同种类的多路复用，在特定条件下使用何种复用方式是根据介质、传输装置和接收装置工作方式来决定的。对于每一种多路复用方式，在信道发送端都有一个可以在一个信道上合并多个信号的设备，叫做多路复用器。在信道接收端，一个分离器将合并的信号分解并按它们原来的方式重新生成。上一页下一页返回3.1传输基础常用的多路复用技术有:频分多路复用(FrequencyDivisionMultiplexing,FDM)、时分多路复用(TimeDivisionMultiplexing,TDM)、波分多路复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)。上一页下一页返回3.1传输基础(1)频分多路复用

频分多路复用技术就是将物理信道的总带宽分割成若干个与传输的单个信号带宽相同(或略宽)的子信道来传输一路信号。所谓带宽是指线缆能传输信号的上限频率与下限频率的差值，即若某信号的频率超出这个上限或下限，则不能在该线缆上传输。多路的原始数据信号在频分复用前首先要通过调频技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，即相应的子信道上进行传输。例如，某条电话线能传输的信号频率范围在60~108KH:之间，则该电话线的带宽为48KHz，而人的话音频率大约在0.3~3.4KH:之间，这样可以确定一条话频信道的带宽为4KHz(用户实际使用中间的3KH:带宽，并在两边各留有0.5KH:的隔离频带，以防相邻频带的串扰)，于是将该电话线从逻辑上划分为:60~64KHz,64~68KHz…以此类推，共12条子信道，再利用调频手段把人的话频搬移到相应的频段上，分别在各自的子信道上传输且不会发生相互干扰。这样该电话线可以同时传输12路话音，极大地提高了物理信道的利用率。上一页下一页返回3.1传输基础(2)时分多路复用

所谓时分多路复用就是将一条物理信道按时间划分成若干个时间片或叫时间槽，轮换地为多个信号使用，然后为网络上每一个节点分配一个独立的时间槽，只有在相应的时间槽，对应的节点才能传输数据。例如，如果用一根线将5个工作站连到一个网络中，信道的5个不同的时间槽就确定了。工作站A可以分到时间槽1，工作站B是时间槽2，工作站C是时间槽3,以此类推。时间槽为指定的节点预备，不管该节点是否有数据要传输。如果这个节点没有数据发送，那么在它的时间槽内网络中的其他节点也不发送数据。如果网络中一些节点很少发送数据，那么这种安排是低效的。如图3-7所示给出了一个时分多路复用的模型。上一页下一页返回3.1传输基础统计时分多路复用是对时分多路复用的一种改进，它不是连续地将一个独立的时间槽分给每个节点，而是根据优先级和需要，采用灵活动态的方法来给节点分配时间槽。这种方法比时分复用更有效，因为对于统计时分复用，时间槽不会一直空闲。首先，统计复用像时分复用一样，每个节点都分配了一个时间槽。但是，如果一个节点在它的时间槽内不使用，统计复用设备将重新识别，并将它的时间槽分配给另一个需要发送数据的节点。对时间槽的争夺可以根据使用情况或优先级来决定，更复杂的情况是根据网络情况来决定。如图3-8所示给出了一个简单的统计时分多路复用系统。下一页返回3.1传输基础(3)波分多路复用由于波长与频率一一对应，所以波分多路复用与频分多路复用在本质是一样的，只不过二者所采用的技术与设备不同而已。波分复用是用在光纤上的频分复用。在光纤传输过程中，数据用光脉冲表示，而不是电脉冲。波分复用使一个光纤通路同时传输多个光信号，利用波分复用技术，一根光纤可以同时传输2千万路的电话会谈的信息。波分复用可以用在任何形式的光纤上。上一页下一页返回3.1传输基础

波分复用的第一步，是利用衍射光栅将一束光波划分为40个不同的载波，每个光波都有不同的波长(因而有不同的颜色)。每个波长表示一个独立的传输信道，信道最高传输能力可达10Gbit/s。在传输之前，每个载波用一个不同的数据信号调制，然后，通过一个非常狭窄的光束(衍射光栅可以做到这一点)，激光器将独立的调制好的波发送到多路复用器，多路复用器合并所有的波。同样，棱镜可以接收不同波长的光束并将它们集中成单独一束自光。接下来，另一个激光器将这个复用的光束发送给一束光纤中的一根纤维，那根光纤将多路复用的光波发送给一个接收器，这个接收器连到一个分离器。分离器就像棱镜一样将合并的信号根据不同波长(或颜色)分离，然后将分离的波发送到目的地。为防止信号在多路复用器和分离器间能量丢失，可以用放大器提升它的能量。如图3-9所示描绘了波分多路复用的传输过程。上一页下一页返回3.1传输基础

现在大部分光纤网络用的波分复用都是密集波分复用(DWDM)，DWDM中，一根光缆中的单独一根光纤可以容纳80~160个子信道。它之所以能提高传输能力，是因为它采用更宽的波长来传输信号。换句话说，在DWDM中可用的载波区分度比原始的WDM更低。由于其超常能力，DWDM通常用于高带宽或长距离的广域网传输，如大型网络服务提供商(ISP)与它的网络服务提供者间的连接。上一页下一页返回3.1传输基础3.1.4数据传输方式1.基带传输基带传输是一种数字传输方式，在这种方式中，线路采用直流电脉冲来发送数字信号。这个直流电占用了全部线路的传输能力，也就是说表示信号的二进制数字序列以原来的。或1形式直接在信道中传输，结果，基带系统同一时间只能传输一个信号或一个信道。基带系统中每个设备共享相同信道。当基带系统中一个节点正在传输数据时，网络中其他所有节点都必须等它传输结束之后才能发送数据。基带传输支持半双工，这意味着计算机在一条线路上不可以同时发送和接收信息。在有些情况下，基带也支持全双工。基带传输简单、设备费用小，但传输距离有限。上一页下一页返回3.1传输基础

以太网是建立在许多局域网上的基带系统的一个例子。在以太网中，网络上每个设备都可以在线路上传输，但在一个时间段内只能是一个设备。例如，如果想将一个文件保存到服务器，网卡提交请求，使用线路，如果此时没有其他设备使用线路发送数据，这个工作站将排到前面，如果线路正在使用，则工作站必须等待并稍候再次尝试申请线路。当然，这个再尝试过程瞬间发生，用户甚至不会注意到等待过程。2.频带传输

频带传输是远距离传输最常使用的方式，它用电话线或双绞线作为传输介质，这种线缆一般只适用于传输模拟信号，如音频信号。因而基带信号不适合直接在这样的介质上传输，故需先将基带的数字信号经调制变换成模拟信号后才能在线缆上传输，接收后将其解码再还原成数字信号。上一页下一页返回3.1传输基础3.宽带传输宽带传输是一种模拟传输方式，采用频带传输技术。在这种方式中，用不同频段将数据信号调制成多个不同的模拟信号在一个物理信道上进行传输。和基带不同，宽带不用将信息编码成数字脉冲。且宽带传输比基带传输可以跨越更长距离。说明:在计算机网络领域内，许多术语有不止一个含义，有时要根据上下文来决定它的意思。“宽带”就是这样一个术语，宽带原指传输系统通过同轴电缆上的多信道来传送模拟信号，如有线电视所用的信号，这个定义是宽带原始的意思。但是，如今已经演变成任何用数字信号高速传输数据的各种类型的网络都可称为宽带网络。上一页下一页返回3.1传输基础3.1.5影响传输的因素1.吞吐量和带宽

在网络中反映数据传输效率的一个最重要的特性是吞吐量，这也是影响网络传输的一个重要因素。吞吐量表示固定时间内的数据传输量，也称作通信能力或带宽(其实带宽与吞吐量是不同的)。带宽用在模拟传输中表示信道能传输信号的上限与下限频率的差值，反映模拟信道的容量;而在数字通信中用数据速率来描述数字信道的容量，但在大多数场合下也借用带宽来描述数字信道的容量。带宽通常表示为每秒传输的比特位数，附带前缀用来指定不同吞吐量单位，例如，1Kbit/s,lOMbit/s,1Gbit/s等。通常，术语“带宽”与“吞吐量”交替使用。上一页下一页返回3.1传输基础

注意:当提到吞吐量时，注意不要混淆位和字节，当表示不同的数据量时，用b表示位;当表示为字节时，用B表示字节。如一个调制解调器数据传输速率可能是56.6Kbit/s，一个数据文件大小可能是56KB。数据存储和数据吞吐量单位间的另一个不同是数据存储量的前缀kilo表示210，即1024，而不是1000。上一页下一页返回3.1传输基础2.节点间的关系

前面介绍了吞吐量和带宽对网络传输的影响，另外一个影响信号传输的重要因素是发送者和接收者的数目以及它们间的关系。通常，数据通信中发送者和接收者之间可能存在一对一、一对多、多对一或多对多关系。如果数据传输过程中只有一个发送者和一个接收者，那它被看做是点对点传输。在这种情况下，发送者只给指定的一个接收者发送他要用的数据。与点对点传输相反，广播传输包括一个发送者和多个接收者。上一页下一页返回3.1传输基础例如，一个电视台不加选择地从电视塔向数千家庭的电视天线发送信号，这个传输就是广播传输。广播传输向所有的接收者发送数据，不管用户是否使用。因为其简捷的特点，广播传输常常用在网络中。它可以用来识别某些节点或给某些节点发送数据(即使每个节点都能获取数据，只有目标节点会实际处理)或给所有节点发送通知。另外一个网络广播传输的例子是给网络上多个观众发送视频信号，这种广播方式叫网播。图3-10分别给出了一个点对点传输和广播传输的例子。上一页下一页返回3.1传输基础3.1.6传输缺陷信号在从发送者发出到它们被接收的过程中，无论是模拟信号和还是数字信号都容易衰减。噪音是影响信号传输的一个最常见因素。1.噪音上一页下一页返回3.1传输基础

噪音是传输介质本身所固有的并无法克服的一种属性，如导体内部的分子热运动会对传输信号产生一定的干扰。广义上讲，任何不想要的对数据传输产生的影响都是噪音。噪音有许多类型，不同类型的噪音都可能影响传输。一个常见的噪声源是电磁干扰，如电子设备或带电电缆本身发出的电波，电动机、输电线、电视、打印机、荧光灯、工厂机器和其他电气活动(包括雷电)都能产生电磁干扰。这种影响可能导致信号的衰减或扭曲，如当电磁干扰噪音影响模拟信号时，这个扭曲可能导致错误的数据传输。但是，这种噪声对数字信号的影响要弱很多。因为数字信号不依靠精密的振幅或频率变化来交流信息，它们更易被读取，除非有电磁干扰噪声引起了信号扭曲。上一页下一页返回3.1传输基础

另一种影响数据传输的噪声形式是交叉干扰。当信号在一根线路或电缆上传输时会产生电磁辐射，从而破坏相邻线路或电缆的信号传输引起交叉干扰。例如，在打电话的同时，常能听到第二根线路传来的对话，这就是交叉干扰的效果。在这个例子中，第二根线路中携带信号的电流对打电话的线路信号施加了影响。如图3-11所示，如此产生的噪音或交叉干扰是第二根线路信号的一部分。在数据网络中，交叉干扰有时可能极其严重，会妨碍数据的精确传输。

为了避免噪声对信号的影响，人们已经设计了多种方法来防止噪声降低信号质量。一种简单的方法就是确保信号能量大于噪声能量。合理的电缆设计和安装对防止噪声影响也是至关重要的。所有类型的噪声都用分贝(dB)来度量。上一页下一页返回3.1传输基础2.衰减

衰减是传输的另一个缺陷，即当信号在介质中传输时，随着信号远离发射源时它的能量会逐渐丢失。为了补充衰减所造成的能量损失，不管是模拟信号还是数字信号在发送中都要加强能量，以便传输更远的距离。但是，模拟信号和数字信号的能量加强技术是不同的。模拟信号是通过一个放大器(一种提高信号电压或能量的电子设备)来实现的，但模拟信号被放大的同时，噪声也被放大了。这种没有区分的放大器会使信号更差。经过多级放大器的串联叠加可能导致信号失真，从而无法解码。图3-12显示了一个模拟信号被噪声扭曲，随后经过了一次放大。上一页下一页返回3.1传输基础

当数字信号被传输时，每隔一定的距离不是采用放大器来放大衰减和失真的信号，而是采用转发器来代替放大器。在此过程中，转发器能识别并恢复其原来的0和1模式，并重新产生一个新的完全消除了衰减和畸变的信号传输出去，即数字信号实际上是以原来的格式重传，没有它们先前积聚的噪声，这个过程叫做重建。重新生成数字信号的设备叫中继器或转发器。图3-13显示了一个被噪声扭曲的数字信号，随后用中继器重新生成。放大器和中继器属于OSI模型中的物理层，都用来扩展网络长度。但是，由于大部分网络是采用数字传输的，因而网络中通常都用中继器。上一页下一页返回3.1传输基础3.延迟

在理想环境下，不管发送者和接收者之间有多远，网络都可以在瞬间传输数据。但是，在现实中，信号在发送和到达过程中都要受到网络延迟的影响。例如，当在本地计算机上传输一个文件到远程服务器上时，文件必须通过网卡、网线、一个或多个连接设备、更多的电缆和服务器的网卡之后才能到达目的端服务器的磁盘上。尽管电流传播速度非常快，但在整个传输过程中，信号每经过一个设备时都要被处理，这些处理都需要相应的时间，再加上传送过程和服务器接收数据时的简短的延缓，从而会导致信号从源端到目的端产生一个延缓，这个延缓就叫延迟。上一页下一页返回3.1传输基础

如上所述，电缆长度对延迟有影响，任何连接设备都存在延迟，如路由器、网关等。不同设备对延迟有不同程度的影响。例如，调制解调器由于对输入和输出信号都必须调制，因此连接延迟远比集线器大，集线器只是简单地重发信号。数据网络中度量延迟最常用的方法是计算一个数据包的往返时间(RTT)，或一个数据包从发送者到接收者然后返回的时间长度，RTT通常用毫秒度量。上一页下一页返回

当一个接收端节点期待某些通信时，如果接收端已开始接收数据，正期待剩下的数据到来时，延迟会引发一系列问题。如果该节点在一定时间内没有收到数据流的剩余部分，它就假设没有数据会来。这种假设可能引起网络传输错误，如丢弃数据包。当信号传输要跨越多个网段时，由于网段的增加而延长了发送者到接收者间的距离，网络延迟就会变得更严重。为了限制延迟，避免由它引起错误，每种电缆都有限定的最大连接网段数，每种传输方法也限定了最大网段长度。另外，也可以通过链路层、网络层、传输层等各种协议来解决延时问题。上一页返回3.1传输基础3.2常见的介质特性

前面介绍了信号及其传输的有关知识，另外，还有一个对信号传输有着重要影响的因素就是传输所用的介质。在网络中，对传输介质的选择并不是任意的，而是要根据网络的需求和介质特性间的匹配关系来决定选用哪种传输介质。下面将要介绍更多有关信号与传输介质的知识，包括吞吐量、成本、尺寸和可扩展性、连接器以及抗噪性。下一页返回3.2常见的介质特性1.吞吐量

在选择传输介质时考虑的最重要的因素是吞吐量。所有介质都受物理条件限制，信号传播速度不可能超过光速。除此之外，吞吐量也受传输中所采用的信号类型、所采用的传输方法和多路复用技术的限制。利用光纤比用铜线或无线连接具有更快的吞吐速度。噪声和连到传输介质上的各种设备对吞吐量有更多的限制。有噪声的电路要花更多的时间来处理噪声，因而用来传输数据的资源就更少了。上一页下一页返回3.2常见的介质特性2.成本

计算一种电缆或无线连接的成本通常很难做到精确。例如，尽管某种电缆价格相对便宜，但如果要用这种电缆作为传输介质，还需要升级网络中的一些硬件，因而实际上要花费比买电缆本身更多的钱。传输介质的开销不仅由网络中存在的硬件决定，而且也由网络的规模以及以后日常的维修、维护来决定。上一页下一页返回3.2常见的介质特性3.尺寸和可扩展性

确定网络介质的尺寸和可扩展性有3种技术规范:每段最大节点数、最大段长、最大网络长度。在组网和布线中，上述各规范是基于线路的物理属性和数据传输的电子特性的。每段最大节点数决定于衰减和延迟。添加到网段中的每个设备都会轻微增加信号的衰减和等待时间。正因如此，为了保障信号清晰、高强和及时，必须限制网段节点数。

最大网段长度由衰减、等待时间和网段类型决定。一个网络可以包括两种类型的网段:高密度网段和非高密度网段。高密度网段(PopulatedScgmcnt)也叫组装网段，是包含终端节点的网络部分。例如，用集线器连接教室中的计算机，用户就是一个组装网段。一个非高密度网段，也叫做连接网段(LinkScgmcnt)是不包含终端节点的网络部分，只是简单地连接两个像集线器一样的网络设备。上一页下一页返回3.2常见的介质特性

网段长度是受限制的，因为超过一定长度，信号会丢失太多能量，从而不能正确解码。信号可以解码的最大传输长度等于网段的最大长度。超过这个长度，数据很容易丢失。每段最大节点数，网段最大长度根据电缆类型有所不同。数据丢失的原理也可以用到网络长度中，即网段长度的总和。4.连接器和介质转换器

连接器是将线路连接到网络设备的硬件，设备可以是文件服务器、工作站、交换机或打印机。每一种网络介质都需要特定的连接器。使用不同类型的连接器会影响网络安装和维护成本，同时也决定是否便于在网络中添加新网段或节点以及是否需要专业技术知识来维护网络。上一页下一页返回3.2常见的介质特性

连接器专门针对某一类介质，但这并不妨碍一个网络上用多种介质。一些连接设备被设计成可以接受不止一种介质。如果使用的连接设备不能连接两种介质，那么可以用介质转换器将它们整合。介质转换器是使运行在不同介质上的网络或网段互联和交换信号的一种硬件。例如，假设一个从数据中心到工作组的网段用光纤电缆，而工作组集线器只能接受双绞线(铜质)电缆。在此情况下，可以用一个介质转换器将集线器和光纤电缆互连。介质转换器完成物理连接同时将铜线电缆的电子信号转换成可以在光纤中传播的光波信号，反过来也可以。如图3-14所示即为这样的一个介质转换器。上一页下一页返回3.2常见的介质特性

介质转换器是一类收发器，一种发送和接收信号的设备。由于发送和接收信号也是网卡的一个重要功能，因此网卡也可以认为是收发器。5.抗干扰性

前面已经介绍过，噪声可以扭曲数据信号。噪声对信号的影响程度部分是由传输介质决定的。某些介质更容易产生噪声，最不容易产生噪声的介质是光纤，因为它用光波来传导信号，而不用电流。上一页下一页返回3.2常见的介质特性

对大多数网络而言，噪音是一个潜在的威胁，所以应该采取措施来限制它对网络信号传输所造成的影响。例如，应在远离强大磁场的地方安装电缆。但如果周围环境仍然使网络脆弱，就应该选择一种受周围环境影响最小的传输介质来尽量减少噪声的干扰。其次，无线信号比电缆上的信号更容易被电磁干扰或扭曲，这时可以使用抗噪声算法来保护数据不受噪音破坏。如果这些措施不能抵御干扰，需要使用一个金属导线或管道来包住电缆从而屏蔽电磁干扰。上一页返回3.3同轴电缆同轴电缆(CoaxialCable)简称电缆，早在20世纪70年代就是以太网传输的主要介质。然而，随着传输技术的发展和新材料的出现，在现代局域网中双绞线和光纤已经取代了同轴电缆。但是，对于一个建立多年的网络，由于各种原因，还是不得不用同轴电缆。同轴电缆包括绝缘体包围的中央铜芯、编织金属屏蔽(编织套)，以及一个表皮(外壳或外套)。图3-15显示了一个典型的同轴电缆。铜芯由一束铜线或多束细铜线构成。铜芯传送电磁信号，编织金属屏蔽遮蔽噪声，避免信号受到外界干扰，绝缘体层通常由塑料材料如聚氯乙烯(PVC)或聚四氟乙烯构成。它防止铜芯与金属屏蔽的接触，因为如果这两个接触会引起短路。外套保护电缆不受物理损坏，可以是聚氯乙烯(PVC)或更昂贵的防火塑料。下一页返回3.3同轴电缆由于有屏蔽，大部分同轴电缆都有很高的抗噪声性。在必须放大信号之前，它也比双绞线能传输更远的信号(但没有光纤远)。另一方面，同轴电缆也比双绞线贵，因为它需要比双绞线多得多的原材料。同轴电缆有数百个技术指标，尽管有时只看到两三类同轴电缆在数据网络中使用。在任何情况下，所有类型都被分派一个RG规格号(RG代表“无线管理”)。不同电缆的最主要的区别就是所使用的中芯，它会影响阻抗(或控制信号的电阻)、吞吐量和用途。从历史上看，用同轴电缆传输数据有两种物理层技术规范:上一页下一页返回3.3同轴电缆1.粗电缆(粗线以太网)

它是原始的以太网介质。粗电缆使用RG-8同轴电缆，直径大约1厘米，包含一根铜芯。IEEE把粗电缆命名为10BASE-5以太网。10表示它的吞吐量是10Mbit/s,BASE表示基带传输，5表示粗电缆的最大段长度是500m。粗电缆采用总线型拓扑结构。在新兴的网络上可能找不到粗电缆，但可以在老式的网络中找到。上一页下一页返回2.细电缆(细线以太网)

细电缆是在20世纪80年代以太网、局域网中常用的介质。细电缆用RG-58a/u同轴电缆。它的直径是0.64cm，这使得它比粗电缆更灵活、更容易处理和安装，它的芯通常由几股细铜线做成。IEEE把细电缆定义为10BASE-2以太网。其中10表示数据传输率是l0Mbit/s,BASE表示基带传输，2表示最大段长185m(约等于200m)，细电缆采用总线拓扑结构。和粗电缆一样，尽管可能在20世纪80年代安装的网络中遇到，但现代网络几乎不用上一页下一页返回3.3同轴电缆3.3同轴电缆如果正在建立一个用宽带电缆载波(如Comcast或Charter)连接到互联网的网络，还可以用到同轴电缆。从载波到设备间的电缆是RG6同轴电缆。这个电缆连到一个电缆调制解调器——一个用F头连接器调制、解调宽带信号的设备。一个F头连接器如图3-16所示，F头连接器有线状图案装饰，像坚果和螺丝一样拧在一起，连接器上的针是同轴电缆传导核心。上一页返回3.4双绞线双绞线(TwistedPair)由多对标色的绝缘铜线组成，每条线直径为0.4~0.8mm(大约是针的直径)。每两条线相互绞在一起形成对，包在塑料外壳中。如图3-17所示，电缆中对的数量可能不同，这是由电缆类型决定的。在一对线中，每英尺缠绕越多，越能防止串扰。更高质量、更贵的双绞线每英尺包含更多的绕线。每米或每英尺绕线数量称作缠绕率。但是，由于缠绕越紧密需要越多的电缆，高缠绕率会引起更大的衰减。为了得到最佳性能，应该在减小串扰和降低衰减中取得平衡。目前双绞线被广泛地应用在各种环境中，并能满足多种需要，因此它有数百种不同设计。这些设计主要有以下几种不同的技术指标:缠绕率、包含的绞线对的数量、使用的铜线等级、屏蔽层的类型(如果有的话)和用来屏蔽的材料。一根双绞线可能包含1~4200对线。现代网络中常用包含4对线的双绞线，其中一对线用来发送数据，另一对线用来接收数据。下一页返回3.4双绞线

在1991年，两个标准组织TIA/EIA制定了双绞线的技术规范标准，称作TIA/EIA568标准。自此，这个团体为新改进的传输介质修订了多种国际标准。它的标准现在覆盖了从布线介质到设计、安装等一系列技术规范。TmiEm56g标准将双绞线划分为多类。最常听到的UTP类型是1类电缆(电话线的原始类型),3类(CAT3).4类(CAT4),5类(CAT6)、5e类(CAT5).6类(CAT6).6e类(CAT6e)和7类(CAT7)电缆。所有这些类电缆都归入TIA/EIA568标准。现代局域网用5类或更高的电缆。上一页下一页返回

双绞线是现在局域网中最常用的电缆格式，它相对便宜、柔韧、容易安装，在用到中继器之前可以跨越相当长的距离。双绞线容易与多种拓扑结构搭配，尽管它最常用星型或混合星型拓扑结构。此外，双绞线还可以处理当前采用的更快的网络传输率。由于它被广泛使用和接受，将来它可能会继续被更新，以便处理未来将出现的更快的传输率。所有双绞线可分为两类:屏蔽双绞线(ShieldedTwistcdPair,STP)、非屏蔽双绞(UnshieldedTwistedPair,UTP)。上一页下一页返回3.4双绞线3.4双绞线3.4.1屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线1.屏蔽双绞线

屏蔽双绞线STP包含的双绞线不仅各自绝缘，而且还被一层像金属薄片样的金属物质包围。某些STP用编织铜网屏蔽，屏蔽层作为屏障来阻挡外部电磁辐射，防止它们影响线内的信号传输，同时也防止信号内部相互串扰的影响。屏蔽层可以被接到地上，从而提高保护效果。STP的屏蔽效果由环境噪音的等级和类型、屏蔽的厚度和材料、接地装置、屏蔽层的对称性和一致性决定。图3-18显示了一个STP电缆。上一页下一页返回3.4双绞线2.非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP包含一个或多个包在塑料外壳中的绝缘线对。顾名思义，UTP的双绞线对没有额外的屏蔽层。因此，UTP比STP便宜的同时也比STP抵抗噪声的能力差。图3-19显示了一个典型的UTP电缆。前面提到了TIA/EIA组织定义了双绞线的标准。为了更好地管理和使用网络电缆，我们应该熟悉现代网络中使用的标准，特别是CAT3和CAT5或更高的标准，以下列出了常用的几类双绞线标准:

3类线(CAT3)。UTP的一种，包含4对线，吞吐量可达10Mbit/s，带宽16MHz。CAT5来CAT3主要用在10Mbir/s以太网或4Mbir/s令牌环网中。目前网络管理员正在用替换现存的CAT3以便配合更高的吞吐量(但电话线中仍用到CAT3)。上一页下一页返回3.4双绞线

4类线(CAT4)。UTP的一种，包含4对线可用在18Mbir/s令牌环网或10Mbir/s以太网上支持最高为16Mbit/s的吞吐量。CAT4它能保证信号的带宽为20MHz，并比CATl,CAT2,CAT3能更好地防止串扰和衰减。

5类线(CAT5)。UTP的一种，包含4对线，支持最高吞吐量为1000Mbit/s和100MH:的信号带宽。图3-20显示了一个典型的CAT5UTP电缆，图中的双绞线被解剖开了，能看见相匹配的颜色标示。例如，全黄色的电线与黄自相间的电线缠绕以形成发送数据的电线对。上一页下一页返回3.4双绞线增强型5类线(CAT5e)。CAT5的更高版本，用的是高质量铜线，有高缠绕率，利用先进方法来降低串扰。增强型CAT5可以支持高达350MH:的信号传输率，比一般的CAT5高出3倍多。6类线(CAT6)。包含4对线的双绞线电缆，每对线都有金属薄片制成的绝缘体包裹。额外的金属薄片绝缘体覆盖在每束线上，第二层覆盖着防火塑料。金属薄片绝缘体能很好地防止串扰并使CAT6能支持250MHz的信号传输率，而且有一般CAT5至少6倍的吞吐量。上一页下一页返回3.4双绞线

增强型6类线(CAT6e)。CAT6的更高版本，低衰减和串扰并有超过传统网段长度极限的潜能。CAT6e有550MHz传输率并且每秒能传输数千兆的数据。7类线(CAT7)。包含数对线的双绞线电缆，每对都被自己的屏蔽层围绕，然后整个被外壳下的额外屏蔽层包围。尽管CAT7的标准还没有确定，但目前市场有销售这种电缆的，而且许多机构也在安装它。CAT7的一个优点是它可以支持最高达1GHz的信号传输率。但是，它也要用到与其他UTP不同的连接器，因为它的绞线对间必须有更好的隔离性以防止串扰。由于它有额外的屏蔽层，CAT7没有其他版本的UTP电缆柔韧，因而现代网络中不常用。但随着它的标准的确定和网络设备的更新，它将来可能会流行。上一页下一页返回3.4双绞线

注意:一般很难区分4对线的CAT3电缆与4对线的CAT5电缆或CAT5e电缆。可从纹线缠绕率来加以区分:CAT5的纹线缠绕率比CAT3的更高，CAT3每英寸①有3圈绕线，而CAT5每英寸至少有12圈。3.STP与UTP的特性比较

STP与UTP有许多相同属性，下面对它们进行比较，以便对STP与UTP能有个更全面的了解。

吞吐量。STP与UTP都能以10,100或1000Mbit/s(1Gbit/s)的速率传输数据，这具体要由使用的电缆等级和传输方法来决定。上一页下一页返回3.4双绞线开销。STP与UTP在价格上不同，由使用的铜线等级和类别来决定。通常，STP比UTP更贵，因为它用的材料更多，而且市场需求也较少。但是，高等级的UTP也非常贵。例如，每英尺CAT6比每英尺CAT5电缆要贵。今连接器。STP与UTP用RJ-45模块连接器(水晶头)和数据插座，看起来像使用RJ-11标准的模拟信号电话使用的连接器和插座。如图3-21所示为RJ-45连接器的特写镜头，这个连接器连到的电缆有4对线。为了比较，图中也显示了一个传统的RJ-11电话线连接器。抗干扰性。由于有屏蔽，STP比UTP对噪音有更好的抗干扰性。另一方面,UTP采取过滤和补偿技术来弥补噪声对信号传输的影响。上一页下一页返回3.4双绞线

尺寸和可测量性能。在BASE-T和100BASE-T网络中，STP与UTP最大段长均为100m，最大可容纳1024个节点(但是，在一个网段上附加这么多节点是不现实的，这会减慢数据流通，并且也给网络管理带来不便和困难)。3.4.2以太网标准1.10BASE-T

10BASET是一种常用的以太网标准，现已取代了以前的10BASE2和10BASE-5技术。10表示最大吞吐量为10Mbit/sE表示使用基带传输，T表示双绞线作为介质。在10BASE-T网中，UTP电缆中的一对线用来发送数据，另一对用来接收。这样两对线使10BASET网络可提供全双工传输。一个10BASE-T网络需要CAT3或更高级的UTP电缆作为传输介质。上一页下一页返回3.4双绞线

10BASE-T以太网上节点用星型结构连到一个中央集线器或中继器上。作为一个典型的星型拓扑结构，单独一根电缆只连接两台设备。这个特性使10BASE-T网络容错性强于10BASE-2或10BASE-5(它们采用总线拓扑结构)。容错性是系统或部件受到损伤或发生故障后仍能工作的一种能力。这种星型拓扑结构也可以使10BASE-T网络更容易排除故障，因为当每个设备分别连到局域网中时，可以更容易地隔离故障。上一页下一页返回3.4双绞线

10BASE-T遵守网络的“5-4-3”规则。这个规则是说，在两个通信节点间，网络中不能超过5个网段、4台转发设备和3个高密度网段(至少两个不是高密度的)。10BASE-T网段最大长度可传输100m。为了超过这个距离，以太网星型网段必须连接额外的集线器或交换机以形成更复杂的拓扑结构。这种安排可以连接最多5个连续网段，整个距离就是500m。如图3-22所示为一个最大段长为500m:的10BASE-T以太网。上一页下一页返回3.4双绞线2.BASE-T(快速以太网)

随着网络的范围越来越大，数据传输量也急剧增加，以太网一直存在1OMbit/s的限制就成了瓶颈，这对用户的请求和响应时间产生了不利影响。人们需要更快的局域网，同时又可以利用与现有的10BASE-T相同的基础设施。10BASE-T也正是在这种情况下出现的，10BASE-T也叫做快速以太网，可以满足上述需求。10BASE-T由IEEE802.3u标准定义，它使局域网数据传输率可达100Mbit/s，比10BASE-T增长了10倍，而且还不需要投资太多来买新基础设施100BASE-T利用基带传输并和l0BASE-T一样是星型拓扑结构。它也用RJ-45模块连接器。根据使用的10BASE-T技术类型，它可能用到CAT3,CAT5或更高级的UTP。上一页下一页返回3.4双绞线

像10BASE-T一样，100BASE-T网络上节点也采用星型拓扑结构。多个集线器连接形成连接网段。但是与10Mbit/s以太网不同，100BASE-T网络不遵守5-4-3规则。由于它能更快响应请求，为避免数据出错，它要求通信节点更近。100BASE-T总线可以支持最多3个网段、用两个转发设备连接，每个段长度限制为100m。因此，节点间整个长度最大为300m，如图3一23所示。

由于各个机构都在用100Mbit/s技术，100BASE-T的两种技术规范一100BASE-T4有100BASE-TX很快就会流行。100BASE-TX是最常见的版本。它通过快to倍的速度发送信号并压缩数字脉冲间的时间来提升速度。100BASE-TX需要CATS或更高级的UTP。因此，像10BASE-T一样，100BASE-TX也使用全双工传输。全双工可以使100BASE-T网络带宽增加到200Mbit/s。上一页下一页返回3.4双绞线3.1000BASE-T(千兆位以太网)由于数据量的急增和希望更快访问网络的用户数的增加，即使100Mbit/s也不能满足某些网络吞吐量的需要。于是出现了千兆位以太网，凡设计以1Gbit/s传输数据的以太网技术统称为千兆位以太网。1000BASE-T吞吐量是铜线快速以太网的10倍，在IEEE802.3ab标准中描述。1000BASE-Tx中，1000表示1000Mbir/s或1Gbait/s,BASE表示基带传输，T表示使用双绞线。上一页下一页返回3.4双绞线1000BASE-T通过使用CATS或更高级别电缆中的所有4对线来发送和接收信号以提高吞吐量，而100BASE-T只使用4对线中的两对。1000BASE-T与100BASE-T编码方式也不一样。但是，这几个标准可以在同一个网络上合并，并且可以购买同时支持10Mbir/s,l00Mbir/s和1Gbait/s的网卡。由于这种兼容性，事实上，1000BASE-T可以利用现存的CATS电缆，1Gbit/s技术也可以用最小的代价逐渐添加到现存的100Mbit/s网络中。1000BASE-T最大段长为100米，它只允许用一个中继器。因此，100BASE-T网络中通信节点间距离最长为200米。上一页下一页返回3.4双绞线4.1000BASE-CX(双股电缆上传输的千兆位以太网)

另一个提供1Gbit/s吞吐量的标准是1000BASE-CX。这个标准用STP或类似于同轴电缆的双股电缆，与同轴电缆不同的是双股电缆中心是用两个铜导体。还要一个与此相配的特殊连接器，叫做HSSDC。1000BASE-CX只允许很短的网段长一最高可达25米。它是为连接短距离服务器或连接设备设计的，在实际中它很少被使用。上一页返回3.5光缆

光导纤维也称为光缆。在它的中心部分包括了一根或多根玻璃纤维，通过从激光器或发光二极管发出的光波穿过中心纤维来进行数据传输。在光纤的外面，是一层玻璃或塑料称之为包层。包层与线上的玻璃或塑料密度不同。它将光反射回中心，反射的方式根据传输模式的不同而不同。这种反射允许纤维的拐角处弯曲而不会降低通过光传输的信号的完整性。在包层外面，有一层塑料缓冲区保护内部的中心线。由于它是不透明的，它能吸收可能溢出的任何光。为防止电缆拉伸，进一步保护内部中心线，一层塑料的网状的Kevlar(一种高级的聚合纤维)包在塑料缓冲区外面。最后一层塑料封套覆盖在网状屏蔽物上。图3-24显示了多根绝缘纤维。下一页返回3.5光缆

如同双绞线和同轴电缆，光缆依据它的设计用途及生产了商，也存在许多不同的形式和标准。例如，用于连接大型电话和数据载波的光缆可以包括1000股光纤，并且被裹上厚厚的外罩以防止周围恶劣环境对它产生损害。另一方面，用于局域网的光缆仅仅包括两股光纤，因而可以轻易缠绕在手上。各种类型的光缆最终分成两大类:单模式和多模式。上一页下一页返回3.5光缆3.5.1单模光缆与多模光缆1.单模光缆(Single-ModeFiber,SMF)

单模光缆用一根细中心纤维(直径小于10um)来传送激光器产生的光，几乎没有反射。由于没有反射，光线不会分散。这种连贯性使它适用于高带宽和长距离传输(不需要中继器)。单模光缆可用于连接载波的两个设施。但是这种光缆开销太大，因此不被考虑用于一般的数据网络。图3-25简单描述了光信号如何在单模光缆上进行传输。上一页下一页返回3.5光缆2.多模光缆(Multi-ModeFiber,MMF)

多模光缆包含一根比单模光缆更大直径的中心纤维(直径50~115mn:之间，常用62.5mm)，由激光器和发光二极管(LED)产生的光脉冲以不同角度，在它上面传导。多模光缆通常用于连接路由器和交换机或者是连接骨干网络。图3-26简单描述了如何在多模光缆中传输光信号。由于光缆的可靠性，它目前主要用来连接多个网段，光缆和铜电缆相比有以下优点:几乎没有限制的吞吐量。非常高的抗噪声性。出色的安全性。在用中继器之前可以传播比铜线更远的距离。高速网络的工业标准。上一页下一页返回3.5光缆

使用光缆最大的缺点是高成本，另一个缺点是光缆需要特殊装置来连接，这就意味着在一定条件(很少的时间和资源)下维修光缆是很困难的。光缆的特性总结如下:

吞吐量。已证明，光缆可以以每秒10GB的速度可靠地传输数据，光缆惊人的吞吐量与光在玻璃纤维上传输的物理特性有关。与电脉冲通过铜线不同，光实际上不会遇到阻抗，因此能以比电脉冲更快的速度进行可靠的传输。实际上，纯的玻璃纤维束每秒可接收高达10亿个激光脉冲。但是，由于成本太高，光缆目前还只是用于主干线。尽管如此，它的高吞吐量能力也使它适用于拥有大量通信业务量的情形，如电视或电话会议。上一页下一页返回3.5光缆

成本。光缆是一种最昂贵的网络传输介质。将光缆连接到每个台式机上的成本在目前几乎是负担不起的。不仅光缆本身比金属电缆昂贵得多，它的网络接口卡和集线器的价格也比设计用于UTP网络的网络接口卡和集线器的价格高出许多倍。除此之外，光缆的安装人员也需经过特殊的培训，这也是一笔不小的花费。上一页下一页返回3.5光缆

连接器。光缆可以使用任意10种不同类型的连接器。图3-27显示了4种连接器:ST(直顶连接头),SC(方形连接头或标准连接头)、LC和MT-RJ连接头。这些连接器都能用在单模或多模光缆上。过去光纤网络主要用ST或SL'连接头，但最新的光纤技术用LC和MT-RJ连接头。LC和MT-RJ连接头比ST和SC更受欢迎，因为它们尺寸更小，因而可以有更高的密度来连接每个终端节点。MT-RJ连接头很特别，因为它在一个套圈内包含两束多模光纤，套圈是用来包围光纤并使它们合理的排列。由于在一个套圈内有两束光纤，MT-RJ连接头支持全双工数据传输。上一页下一页返回3.5光缆抗噪性。光缆不用电流传输信号，因而不受电磁辐射的影响和干扰。它的强抗噪性也是光缆能传输如此长距离的一个原因。尺寸和可扩展性。根据所用的光缆不同，网段可以在150~40000m间变化。跨度。由光缆组成的网络段能跨越1000m，这种限制主要是由于光损耗或光信号传输一定距离后的衰减。光损耗随着距离和连接点的增多而增加。连接时的灰尘和污油也会加剧光损耗。像双绞线一样，IEEE确立了使用光缆的网络的物理层标准。第3.5.2节将介绍常用的标准。上一页下一页返回3.5光缆3.5.2光纤网标准1.10BASE一F

在10BASE-F标准中，10表示最大吞吐量为10Mbit/s,BASE表示用基带传输，F表示它用的介质是光缆。实际中，有至少3种不同的10BASE-F。它们都需要两束多模光纤，一束用来发送数据而另一束用来接收数据，这表明20BASE-F是一种全双工的技术。上一页下一页返回3.5光缆

10BASE-F的一种版本是10BASE-FL。10BASE-FL是IEEE802.3标准，与其他10Mbit/s标准的区别是它使用光缆。10BAnSE-FL用来将用户连接到一个局域网或连接两个中继器。而另外两个10BASE-F标准是为骨干网连接设计的。10BASE-FL也可根据它利用光缆重发技术的能力来区分。没有中继器时，10BASE-FL最大网段长度为1000m;利用中继器时，最长可达2000m。10BASE-FI网络包含不超过两个中继器。10BASE-T,10BASE-FL采用星型拓扑结构，中继器通过总线连接。由于10BASE-F技术用到了光纤(成本较高)，仅仅只有10Mbit/s吞吐量(而光纤介质有更高吞吐量的能力)，因而在现代网络中一般很少用。上一页下一页返回3.5光缆2.100BASE-FX

100BnSE-FX标准规定了一个10Mbit/s吞吐量的网络电缆，它使用光纤为介质并采用基带传输。在100BASE-FX中至少用到两束多模光纤，在半双工模式下，一束用来发送数据，而另一束用来接收;在全双工模式下，两束同时发送和接收数据。如果用半双工，100BASE-FX最大段长为412m;如果用全双工，100BASE-FX最大段长为2000m，标准允许最多一个中继器来连接网段。100BASE-FX标准采用星型拓扑结构，中继器通过总线连接。上一页下一页返回3.5光缆

与100BASE一T一样，100BASE一FX也被认为是快速以太网，IEEE802.3u标准对其做出了具体描述。从UTP到光纤介质，通过交换和转移数据，可以将100BASE-TX和100BASE-FX合并成一个网络。为实现这个目的，计算机中的中继器和连接设备必须都有RJ-45和SC,ST,LC和MT-RJ端口。一个从100BASE-TX到100BASE-FX的介质转换器可以用在网络中的任何点，来连接不同介质并将信号从一个标准转换成另一个标准。上一页下一页返回3.5光缆3.1000BASE-LX

在IEEE802.3z标准中，规定使用光缆传输并据此定义了3种不同类型的1000BASE以太网技术或称作千兆位以太网技术。前面介绍的1000BASE-CX标准就是这个标准体系的其中一个。上一页下一页返回3.5光缆

目前最常用的1Gbit/s以太网是1000BASE-LX。1000表示1000Mbit/s或1Gbit/s吞吐量,BASE表示基带传输，LX表示它采用1300nm的长波。1000BASE-LX比现在可用的1Gbit/s技术能达到更远距离，它依赖单模或多模光纤。如果用多模光纤，最大网段长550m,而用单模光纤时，最大可达5000m。1000BASE-LX网络可以用一个中继器连接网段，由于它的长度存在很大的可扩展性，1000BASSE-LX是长骨干网的一个非常好的选择一连接城域网中的大厦，例如，连接网络服务提供商(ISP)和他的电信服务提供商。上一页下一页返回3.5光缆4.1000BASE-SX

1000BASE-SX最大吞吐量为1Gbit/s，在这点上类似于1000BASE-LX。但是，它只用单模光缆作为它的介质。这使它的成本比1000BASE-LX便宜。另一个不同是1000BASE-SX利用波长为850nm的短波，因此，SX表示“短”。1000BASE-SX最大段长由两个因素决定:光纤直径和模态带宽。模态带宽是在一段距离多模光纤可以支持的最高频率，用MHz/km来度量。它与多个光脉冲的失真相关，尽管同时发出，到达光纤末端的时间稍有不同。模态带宽越高，多模光纤可以传输的距离越长。上一页下一页返回3.5光缆

当使用每个直径是50mm的光纤，并用最高模态带宽时，1000BASE一SX网络最大段长为550m;当使用直径为62.5mm光纤和最高模态带宽时，其最大段长为273m，段间只能用一个中继器。因此，1000BASE-SX最适合比1000BASE-LX更短的网络一例如，连接办公楼中的数据中心和电信机柜。上一页下一页返回3.5光缆5.10G光纤标准光缆的吞吐潜能是超常的，并且人们还在不断地将它进行扩展。现在，所有以10G光纤传输数据的标准都在IEEE802.3ae标准中描述。所有10G标准都采用星型拓扑结构并只允许一个中继器。它们根据信号传输方法和最大网段长度来加以区分。一种10G标准是10GBASE-sR,10G表示最大吞吐量10Gbit/s,BASE表示基带传输，SR表示“短到达”。10BASE-SR用多模光纤并且以850nm波长传输信号。作为1G标准,10GBASE-SR网络最大段长由光纤直径决定，也由模态带宽决定。例如，如果用50mn:直径的光纤并用最大模态带宽，最大网段长为300m;如果用62.5mm的光纤，并用最大模态带宽，最大段长为66m。上一页下一页返回3.5光缆

IEEE802.Sac定义的第二个标准是10GBASE-LR,10G表示最大吞吐量为10Gbit/s,BASE表示基带传输，LR表示“长到达”。10GBASE-SR用单模光纤并且以1310nm波长传输信号，最大段长为10000m。第三个可选10G标准是10GBASE-ER,ER表示“延伸到达”。如10GBASE-LR，这个标准用单模光纤并且以1550nm波长传输信号，最大段长可达40000m。上一页下一页返回3.5光缆3.5.3物理层标准总结通过前面的介绍，我们已经了解了同轴电缆、双绞线和光纤作为网络传输常用的介质，它们处在OSI模型的最底层即物理层，都有着各自的物理特性。为了便于对它们有一个全面的了解，表3-1总结了物理层网络标准的属性和局限性。上一页返回3.6布线设计和管理目前，许多网络组织、机构以及一些企业都非常关注于构成企业内部网络的电缆装置，即网络的布线系统。合理的布线设计和有效的电缆管理能够让他们有更少的网络问题、更平滑的网络扩充和更简单的网络故障排除方法。

1991年，TIA/EIA发布了"568商业大厦联合布线标准”，也被称为结构化布线标准，用于规范和统一企业级多元布线系统。结构化布线建议怎样安装网络才能使性能最优并且维护最少。结构化布线不是根据介质类型和传输技术来确定标准的，即结构化布线能使某介质在10BASE-T网络上与在1000BASE-LX网络上工作一样好。结构化布线是一种基于层次设计的思想，它将电缆分割成6个子系统，下面通过列表和图例做详细介绍。下一页返回3.6布线设计和管理入口设备。即大厦内部电缆设备的开始处。入口设备将局域网与广域网分开，并指定了网络服务提供商(如本地电话公司或专用提供商)负责的外线的布接点，也称作外网与内网划分的分界点。主干电缆。主干电缆提供机柜与入口设备间的互连。在一个局域网中，主干不仅包括建筑物内部的楼层之间的纵向连接器和设备之间横向(水平)连接的电缆，而且还包括各建筑物之间的电缆。TIA/EIA标准指定了不同电缆类型的主干线的最大距离限制，如表3-2所列。在现代网络中，主干线通常由光缆或UTP电缆组成，交叉连接是主干布线的中央连接点。TIA/EIA结构化布线子系统如图3-28所示。设备间。一些重要的网络硬件，例如服务器和主机都放在这里。连接到设备间的电缆通常都是连接到电信机柜。在一个局域网中，每一幢建筑物可以有自己的设备间。上一页下一页返回3.6布线设计和管理

电信机柜。电信机柜包括了所在地区的工作站组的连接和到设备间的交叉连接。大型机构和企业在每个楼层都可能有多个电信机柜。电信机柜一般包括了信息插头模块、信息插座模块、集线器或交换机以及其他的连接硬件。信息插座模块是一种接收面板，从工作站出来的水平电缆可以插入信息插座模块的插孔中。信息插头模块是一种安装在墙壁上的数据接收面板，可以接入从信息插座模块出来的电缆。图3-29显示了一个插头，图3-30显示了一个插座。最后，电缆将插头连接到集线器或交换机上。电信机柜通常较小且密封，因此一个好的冷却和通风系统对于维持电信机柜处于常温状态是非常重要的。上一页下一页返回3.6布线设计和管理水平电缆。用于连接所在区域工作站和电信机柜的电缆。对于水平电缆，TIA/EIA的标准主要有3种不同的类型:STP,UTP或光缆。水平电缆允许的最大距离为100m，这个距离包括了从电信机柜连接到墙上数据插孔的距离加上从墙上数据插孔连接到工作站的距离。图3-31显示了一个水平电缆的配置。工作区。该区包括将工作站、打印机和其他网络设备从它们的网络接口卡连接到电信机柜所必须的所有装配电缆和水平电缆。装配电缆是一种相对较短的双绞线电缆(通常在1~15m范围内)，在它的两端各有一个连接器用以连接网络设备和数据插孔。TIA/EIA标准要求每个墙壁插座应至少包括一个话音插孔和一个数据插孔，如图3-32所示。在现实情况中，将会遇到各种不同的墙壁插座。上一页下一页返回3.6布线设计和管理

坚持标准化分级布线只是好的电缆管理策略的一部分。一个有经验的网络管理员也应该为本机构所使用的电缆类型制定标准，并制定一张维护表，同时也要对电缆设备创建文档，内容包括安装电缆的地点、长度和级别，并将文档保存在一个安全保险的地方(别忘了在改动网络时也要更新相应的文档)。另外最好为每个数据插座、插孔和连接器做标签，对不同用途的电缆使用不同的颜色。这样当需要在网络中移去或添加电缆时就会变得轻松、容易，同时也为今后的网络升级或更新作好准备。上一页返回3.7安装电缆

前面已介绍了用于网络介质的各种电缆以及它们的特性。然而，要从上百种不同的电缆中正确选择出一种，并将它正确地安装在网络中发挥作用却是很困难的。但是，只要用户遵循生产了商的安装指南和TIA/EIA标准，就能起到事半功倍的效果。许多网络问题都是由拙劣的电缆安装技术造成的。例如，假设一个安装人员没有在RJ-45连接器的正确位置弯曲双绞线，电缆将不能发送或接收数据(或两者都不能，在这种情况下，电缆根本无效)。使用的电缆级别不一样，也可能会使网络失败或使整个网络显得脆弱，因而更易于遭受损害。下一页返回3.7安装电缆随着网络采用更高的传输速度，遵循安装指南成为尤为关键的一个问题。对于以10Mbit/s速率正确传输数据的5类UTP，若把它安装在要求速率达到100Mbit/s的网中，就可能会造成传输错误或数据丢失。下面以UTP电缆为例，介绍安装UTP电缆最通用的方法，并指出可能导致网络不稳定的一些错误布线方法。前面已介绍了TIA/EIA结构化布线标准的6个子系统。典型的UTP网络都使用模块化安装以区别每个子系统中的电缆。如图3-33所示是一个模块化电缆安装的概略图。上一页下一页返回3.7安装电缆

在这个例子中，装配电缆连接网络设备(例如一台工作站)和墙壁插座，更长的电缆又将墙壁插座与电信机柜中的插座模块连接在一起;从信息插座模块引出的装配电缆连接到信息插头模块上;从信息插头模块引出更多的装配电缆连接到集线器或中继器上，继而根据网络规模再依次连接到设备间或主干线上。所有这些电缆段使得网络更易于移动和添加设备，这些电缆段也使得电信机柜的布局更加合理有序。上一页下一页返回3.7安装电缆

用户虽然不需要自己制作装配电缆，但有时可能需要更换一个RJ-45连接器。TIA/EIA制定两种不同的方法将UTP双绞线插入RJ-45插头:TIA/EIA568A和TIA/EIA568B,两者功能上没有区别，只需确定在同一个网络中每个RJ-45插头和插座上用相同标准即可，这样数据就可以正确地传输和接收。图3-34给出了TIA/EIA568A标准用于以太网上的管脚号数目及其任务，图3-35描述了TIA/EIA568B标准的管脚号数目及其任务。上一页下一页返回3.7安装电缆

如果在装配电缆两端按照TIA/EIA568标准安装同样的RJ-45插孔，则可以生成一根直通线。如此称呼是因为它允许信号在两终端间直接通过。但是，在某些情况下，有时要反转某些线插孔位置，例如若不想用连接设备来连接两个工作站或者想要通过数据端口连接两个集线器时，则可以用反转线将发送和接收端线的位置反转装配成电缆，如图3-35所示。在这个例子中，TLA/ELA568B标准用在左边，而TIA/EIA568A标准用在右边。注意只有第2对线和第3对线是可以交换的，因为它们是发送和接收数据的线对。关于正确布线的技巧有很多，下面是一些有关布线的提示和技巧，以供在实践操作中参考。上一页下一页返回3.7安装电缆应注意所使用的电缆对弯曲半径的限制。弯曲半径是弯曲一根电缆时，不产生数据传输错误的最大弧的半径。一般来说，电缆的弯曲半径不能超过电缆直径的4倍，当心不要超过这个限定。在安装电缆中，要经常使用电缆测试仪测试布线的每段电缆，以确保每段电缆是通畅的，这也省去了以后