网络基础课件NET第章物理层.ppt

1、第3章 物理层,1,复习上次课内容,1、物理连接类型 点-点连接（主要应用于WAN） 多点连接（主要应用于LAN、MAN） 2、数据通信方式（信道通信方式） 全双工、半双工与单工方式 3、数据传输方式 串行传输方式、并行传输方式 4、数据传输类型 模拟传输、数字传输 5、数据同步方式 同步通信、异步通信 6、数据通信性能指标 误码率、信息速率、信道容量、信道带宽,第3章 物理层,2,3.2.3 物理层下面的传输介质(媒体),传输介质(媒体)：有线介质和无线介质 有线介质中，光波、电磁波沿着物理通路呈导向性传播，也称导向传输媒体。 无线介质可以传播电磁波，但并不为它们导向。也称非导向传输媒体。

2、有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤等 无线介质：通常指自由空间（大气、真空）,第3章 物理层,3,计算机网络常用的主要传输介质,1、双绞线 2、同轴电缆 3、光纤电缆 4、无线与卫星通信信道,第3章 物理层,4,1. 双绞线（Twisted-Pair Cable；TP） 屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线,第3章 物理层,5,双绞线的特征？,双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为减少信号传输中串扰及电磁干扰（EMI，Electro Magnetic Interference ）影响的程度，通常将绝缘铜导线按一定的密度(扭距)互相缠绕在一起。类别越高，扭绕得越紧密。 双绞线的种类 非屏蔽双绞线 UTP UT

3、P, Unshielded Twisted Pair 屏蔽双绞线 STP STP, Shielded Twisted Pair,第3章 物理层,6,UTP示意图,第3章 物理层,7,常用的双绞线品牌,安普（AMP）、百通(Belden) 朗讯（Lucent）、西蒙（Siemon）,第3章 物理层,8,非屏蔽双绞线（UTP）,由4对双绞线和一层塑料护套构成 完全依靠双绞线对产生的消除效果来限制由电磁干扰和无线电频率干扰而引起的信号退化 非屏蔽双绞线必须遵守关于每英尺允许有多少次的绞合或交织的规定 CAT3：绞合长度是7.510cm CAT5：绞合长度是0.60.85cm。 绞距是一条曲线两次出现

4、在同一个平面上的直线距离，目数是一英寸(25.4MM)中有多少个绞距数，绞合系数概念类似如真圆度，条数越多越接近于1。 TIA/EIA为非屏蔽双绞线定义了六种不同的质量类别，常用的有3类、4类、5类、6类。 目前用的最多的是超5类，比普通5类衰减更小，近端串扰 （NEXT）更少，同时具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（SNR）及更小的时延误差，性能得到了很大的提高。 6类带宽在200MHz时具有较好的综合衰减串扰比（PS-ACR）。提供的带宽是5类的2倍。,第3章 物理层,9,7类 UTP（EIA）何时发布？,2002年开始讨论EIA 7类UTP、ISO 8类STP 2006年发布增

5、强型6类UTP，10GBASE-T，TIA 568-B 7类带宽达到400 MHz ，在320 MHz时的信道ACR为0dB ，保留了目前的RJ45连接器，其重点是通过改善插入损耗，而不是NEXT(近端串扰)来改善ACR(衰减对串扰比值)性能和数据传输质量，这表明与改善NEXT相比，改善插入损耗对保留信号质量的影响要更大。 布线结构保持不变，但导线规格提高到20号 ，与常用的24号导线相比，导线直径从0.511毫米提高到0.813毫米，或者导线截面面积提高了253%。,第3章 物理层,10,7类 STP（EIA）成为新标准？,6类UTP标准之后应该是7类UTP？两者之间却没有延伸关系。 7类是

6、一种全屏蔽的双绞线系统STP，与6类采用完全不同的电缆结构和连接器设计，其成本之高与6类UTP相距甚远。 由于7类电缆设有两层屏蔽，并采用复杂的、不一定基于 RJ45 的连接器，以致其成本较6类 UTP 高出2至3倍。 尽管7类STP拥有6类 UTP不能处理的极高噪音及讯号灵敏度，但由于其成本与光纤相近，谁愿意支付较6类高出数倍成本的企业用户？著名布线产品厂商自然首选性能更高及噪音及干扰更低的光纤系统 7类的吸引力实在成疑？,第3章 物理层,11,CAT6 UTP&STP,第3章 物理层,12,CAT6、CAT7双屏蔽层STP,第3章 物理层,13,UTP的优、缺点,优点： 1、比其它类型的网

7、络介质便宜； 2、无屏蔽外套，尺寸较小，节省空间； 3、重量轻、易弯曲，容易安装； 4、可减少或消除串扰； 5、具有阻燃性； 6、独立、灵活，适用于结构化布线。 缺点： 1、易受电磁信号干扰； 2、传输距离短（100米以内）,第3章 物理层,14,UTP的类别,第3章 物理层,15,UTP的性能指标,衰减 衰减(Attenuation)是沿链路的信号损失度量，与线缆长度有关，越长衰减越大，单位是db。 近端串扰 串扰分近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT) NEXT是指来自一对导体的信号在另一对导体上发生的耦合现象。近端指的是耦合发生时被传输的信号进入链路时又耦合到同一端的接收导体，即近端

8、发送的信号被近端接收线收到。 直流电阻 双绞线的直流电阻不得大于19.2 ，每对间的差异不能太大(小于0.1 ),否则表示接触不良，会消耗信号的能量。 阻抗特性 包括电阻、频率为1100MHz的电感及电容阻抗。有100 、120 、150 几种。 衰减串扰比（ACR） 衰减串扰比越大，表示搞干扰能力越强，一般要求大于10db,第3章 物理层,16,屏蔽双绞线（STP）,屏蔽双绞线结合了屏蔽技术和消除技术 4对线缆全由金属薄片包围着 优点：屏蔽双绞线能对所有类型的外界干扰更有效地进行阻止 缺点：在安装费用和难度方面，它比非屏蔽双绞线要昂贵和更困难,第3章 物理层,17,STP示意图,第3章 物理

9、层,18,UTP、STP的衰减与近端串扰比较,第3章 物理层,19,EIA/TIA-568标准,1991年，美国电子协会EIA（Electronic Industries Association）和电信工业协会TIA联合发布了一个标准EIA/TIA-568，即“商用建筑物电信布线标准”（Commercial Building Telecommunications Cabling Standard） 1995年将布线标准更新 为EIA/TIA-568A、B,第3章 物理层,20,双绞线制作及使用,双绞线与水晶头的连接方法有两种国际标准 EIA/TIA568A EIA/TIA568B 二种标准没本

10、质区别，只是颜色区分不同而已。,第3章 物理层,21,RJ45连接器,RJ-45 连接器,1,8,8,Pair 4 R4,1,2,3,4,5,6,7,线对 T 是 发送 R 是 接收,Pair 2 T2,Pair 2 R2,Pair 3 T3,Pair 1 R1,Pair 1 T1,Pair 3 R3,Pair 4 T4,管脚,第3章 物理层,22,直通电缆,电缆两端线序相同,管脚标识 1 RD+ 2 RD- 3 TD+ 4 NC 5 NC 6 TD- 7 NC 8 NC,10BaseT/ 100BaseT 直接连接,管脚标识 1 TD+ 2 TD- 3 RD+ 4 NC 5 NC 6 RD-

11、 7 NC 8 NC,服务器/路由器,1,8,直通电缆,8,集线器/交换机,1,双绞线两端与水晶头的连接使用相同标准，均为568A或者568B。,第3章 物理层,23,交叉电缆,电缆两端部分线交叉,10BaseT/ 100BaseT 交叉连接,管脚标识 1 RD+ 2 RD- 3 TD+ 4 NC 5 NC 6 TD- 7 NC 8 NC,管脚标识 1 RD+ 2 RD- 3 TD+ 4 NC 5 NC 6 TD- 7 NC 8 NC,交叉电缆,1,8,1,8,8,1,w g,g,w b,w o,b,o,br,w br,集线器/交换机,集线器/交换机,双绞线两端与水晶头的连接使用不同标准，一端

12、为568A，另一端为568B。,第3章 物理层,24,只有一端端口被指定为X时使用直通电缆连接,1x,2x,3x,4x,1x,2x,3x,4x,1x,2x,3x,4x,当两端端口均指定为X时使用一根交叉电缆连接,第3章 物理层,25,用交叉电缆连接两台计算机,1、制作网线 一端的RJ45头1、3线交换，2、6线交换，另一端不变 制作工具：剥线钳、压线钳 2、设置TCP/IP 每台计算机的IP地址都不能相同，如第一台计算机为192.168.215.1子网掩码为255.255.255.0。第二台计算机的IP地址为192.168.215.2，子网掩码为255.255.255.0。 3、对线路进行通断

13、测试 硬件测试方法：使用RJ-45测线仪，如：FLUCK测试仪 软件测试方法：使用Ping 命令 ，如Cping 192.168.215.2,第3章 物理层,26,用直通电缆连接计算机和Hub,使用直通电缆，电缆两端RJ45头线序一致 其它设置方法与前面相同,SW/HUB,第3章 物理层,27,2. 同轴电缆(Coaxial Cable),结构：内导体、绝缘材料、外导体（屏蔽层）、保护套 基带同轴电缆(50 )、宽带同轴电缆(75) 粗缆 连接距离长，可靠性高但安装难度大，造价高 细缆 安装较简单，造价也低，但需切断电缆安装网络连接头BNC，当接头多时容易产生接触不良的现象,第3章 物理层,2

14、8,同轴电缆比较,同轴电缆规格按RG(射频级测量单位)来度量 RG越高，铜芯导线越细，RG越低，铜芯导线越粗。,第3章 物理层,29,3. 光纤(Fiber Optics),光纤是一种可以传输调制的光信号的网络介质,由石英玻璃纤维或塑料制成。 优点： 抗电磁干扰能力强 低损耗 高传输速率 缺点： 费用高 不易安装和维护 质地脆易断裂，机械性能差,第3章 物理层,30,光纤结构,第3章 物理层,31,光纤特点,纤芯：具有高折射率的纯玻璃 包层：具有较低折射率的玻璃或塑料制成 护套：塑料制成的保护套 特点： 带宽更宽 可靠性高 安全性好 信号衰减低 重量轻，体积小 成本高、分支比较困难,第3章 物

15、理层,32,光线在光纤中的折射 光波在纤芯中的传播,第3章 物理层,33,光纤模式类型,多模光纤MMF 不同的光线以不同的反射角传播，可以认为每一束光线有一个不同的模式 特点：存在色散现象，适于中短距离中小容量的通信 多模光纤的光源可使用便宜的发光二极管,第3章 物理层,34,光纤模式类型,单模光纤SMF 光纤的直径被减小到一个光波波长大小，光在其中没有反射，而是沿直线传播 特点：传输距离远；衰减小；传输速率高；但价格昂贵；适于大容量远距离通信 单模光纤的光源要使用昂贵的半导体激光器。,第3章 物理层,35,单模光纤与多模光纤的比较,第3章 物理层,36,光纤传输系统,光源：LED(发光二极管

16、)、ILD(注入式激光二极管) 光检测器：光电二极管(PIN)、雪崩光电二极管(APD),第3章 物理层,37,LED与ILD比较,第3章 物理层,38,光纤规格(单位：1m=10-6m),第3章 物理层,39,4 、无线传输介质,大气和外层空间是提供电磁信号传输的无线介质，它们不为信号提供导向，这种传输形式被称为无线传输。 无线介质的频率范围 无线电波 是频率范围为104Hz108Hz的电磁波 微波 微波是频率在108Hz1011Hz之间的电磁波，微波的方向性好，频带较宽 红外线 红外线的穿透性比较差，多用在一个较小的区域内 ， 1011Hz1014Hz 常用的无线传输： 地面微波 卫星微波

17、 红外传输 自由空间光传输,第3章 物理层,40,地面微波通信是一种在对流层视距范围内，利用微波波段的电磁波进行信息传输的通信方式 这种方式进行长途通信时，需要在终端站之间建立中继站，中继站的功能是进行变频、放大和功率补偿，其数量的多少则与传输距离和地形有关，如图所示，也即微波。 微波天线完成信号的发送和接收工作，天线之间的最大距离计算公式为： d=7.14 d天线间距离,km； h 天线的高度,m； K 调节因子，一般取4或3 若h=100m，则dmax=100km,（1）、地面微波通信概念,第3章 物理层,41,地面微波通信种类,视距传播 电离层反射,第3章 物理层,42,地面微波通信特征

18、,微波通信面临的主要问题是传输损耗 产生损耗的主要原因是衰减 传输损耗可由下式计算： D=10lg(4d/)2 优点： 频带宽，通信容量大；通信质量好，可靠性高；建设费用较低 缺点： 相邻站点之间不得有障碍物 中继站不便于建立和维护 通信保密性差,第3章 物理层,43,(2)、卫星微波通信,卫星微波通信是在地面微波技术的基础上发展起来的 通信卫星实际上就是一个无人值守的微波通信中继站，两个或多个地球站通过它实现相互间的通信,定位于3.6*104km(3.6万公里)的同步地球卫星。 三颗相隔120度，即可实现全球通信。 卫星传输的最佳频段在110GHz之间,第3章 物理层,44,卫星微波通信示意

19、图,第3章 物理层,45,卫星微波通信线路,第3章 物理层,46,卫星微波通信,卫星频带范围,优点： 覆盖区域大，传输距离远； 以广播方式工作，可实现多向多地址通信； 频带宽，通信容量大； 机动灵活，不受地理条件的影响 缺点： 远距离传输导致延时过大； 发射功率高； 传播时延大。,第3章 物理层,47,（3）、红外传输,红外线通信是以红外线为载体将信息从发射端传至接收端，从而实现信息传递的通信方式。 优点： 便于基带信号调制； 有较高的数据传输速率； 接收装置和发送装置成本低廉等。 示例： 1、笔记本电脑现在一般都安装有红外传输的网卡。用于无线上网。 2、手机红外传输，用于手机上网等。,第3章 物理层,48,（4）、自由空间光传输,自由空间光通信系统（FSO）是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送