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1、第二章 网络传输介质,网络通信分为有线通信和无线通信两大类 有线通信的线缆主要有铜缆和光纤两大类 铜缆又可分为同轴电缆和双绞电缆两种 光缆主要分为单模光纤和多模光纤,2.1 有线传输介质-双绞线,双绞线（ Twisted pair，T P）双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞合在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消。 双绞线可分为非屏蔽双绞线（ Unshiielded Twisted Pair，UTP）和屏蔽双绞线（ Shielded Twisted Pair，STP） 按美国线缆标准（American
2、 Wire Gauge，AWG），双绞线的绝缘铜导线线芯大小有22、24和26等规格，常用的是24AWG，直径为0.51mm，规格数字越大，导线越细。,1屏蔽双绞线,作用： 在双绞线电缆中增加屏蔽层就是为了提高电缆的物理性能和电气性能，减少电缆信号传输中的电磁干扰。该屏蔽层能将噪声转变成直流电。屏蔽层上的噪声电流与双绞线上的噪声电流相反，因而两者可相互抵消。 电缆屏蔽层的设计有如下几种形式： 屏蔽整个电缆 屏蔽电缆中的线对 屏蔽电缆中的单根导线 电缆屏蔽层由金属箔、金属丝或金属网几种材料构成,2非屏蔽双绞线 （UTP）,2非屏蔽双绞线,常用的双绞线电缆封装有4对双绞线，其它还有25对、50对和
3、100对等大对数的双绞线电缆， 常见UTP电缆型号： 1类双绞线-CAT1 2 类双绞线-CAT2 3 类双绞线-CAT3 4 类双绞线-CAT4 5 类双绞线-CAT5 超5类双绞线-CAT 5e 6类双绞线-CAT 6 7类双绞线-CAT 7,常见UTP电缆型号：,1类双绞线-CAT1 缆线最高频率带宽是750KHz，用于报警系统，或只适用于语音系统。 2类双绞线-CAT2 缆线最高频率带宽是1MHz，用于语音 3类双绞线-CAT3 指目前在ANSI和EIA/TIA 568标准中指定的电缆。该电缆的频率带宽最高为16MHz，最高传输速率为10Mbps，主要应用于语音、10Mbps的以太网和
4、4Mbps令牌环，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，目前已淡出市场。,常见UTP电缆型号：,4类双绞线-CAT4 缆线最高频率带宽为20MHz，最高数据传输速率为20Mbps，主要应用于语音、10Mbps的以太网和16Mbps令牌环，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。 5类双绞线-CAT5 该类电缆增加了绕线密度，外套为高质量的绝缘材料。在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。一般地说， 4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。缆线最高频率带宽为100MHz，最高传输速率为100Mbps，主要应用于语
5、音、100Mbps的快速以太网，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。,常见UTP电缆型号：,超5类双绞线-CAT 5e 超5类双绞线是增强型的5类双绞线，缆线最高频率带宽为100MHz，最高传输速率可达1000Mbps(4对全用) 主流产品。 6类双绞线-CAT 6 性能超过CAT 5e，缆线频率带宽为250MHz以上，通常可达600MHz。 7类双绞线-CAT 7 缆线频率带宽为600Hz以上。,电缆的频率带宽（MHz）与电缆的数据传输速率（Mbps）,数据传输速率: Mbps是衡量单位时间内线路传输的二进制位的数量 电缆的频率带宽（MHz） 是衡量单位时间内线路中电信号的震荡次数。
6、 数据传输速率由单位时间内线路中电信号的震荡次数与电信号每次震荡所携带二进制位(bit)的数量来决定.,双绞线颜色标示,4对UTP电缆的颜色分别为：蓝色、橙色、绿色和棕色。每对线中，其中一根的颜色为线对颜色加上白色条纹或斑点（或纯色），另一根的颜色为白底色加线对颜色的条纹或斑点。具体的颜色编码如下表所示。,大对数电缆,大对数电缆，即大对数干线电缆。 大对数电缆一般为25线对（或更多）成束的电缆结构，在外观上看，为直径更大的单根电缆。它也同样采用颜色编码进行管理，每个线对束都有不同的颜色编码，同一束内的每个线对又有不同的颜色编码。,2.1.2双绞线的电气特性参数,缆线链路长度 特性阻抗 : 衰减
7、（A，Attenuation） 近端串扰-N E X T（Near End Cross Talk ） 远端串扰-FEXT（Far-End Cross Talk） 衰减串扰比-ACR（Attenuation-to-crosstalk Ratio） 回波损耗-RL（ Returm loss） 传输延迟（Propagation Delay ）和延迟偏离(Delay skew),特性阻抗,假设一根均匀电缆无限延伸，发射端的在某一频率下的阻抗称为“特性阻抗”。 特性阻抗的测量单位为欧姆。在高频段频率不断提高时，特性阻抗会渐近于固定值。,衰减,衰减是信号沿链路传播损失度量。衰减与线缆的长度有关系，随着长度
8、的增加信号衰减也相应增加。 衰减用dB（分贝）做单位，表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。 由于衰减随频率的变化而变化，因此，测试双绞线的衰减，应测量在应用范围内的全部频率上的衰减。,近端串扰、远端串扰,当信号在一条通道中某线对传输时，由于平衡电缆互感和电容的存在，同时会在相邻线对中感应一部分信号，这种现象称为串扰。串扰分为近端串扰（Near End rosstalk，NEXT）和远端串扰（Far End Crosstalk，FEXT）两种。 近端串扰是指处于线缆一侧的某发送线对的信号对同侧的其他相邻(接收)线对通过电磁感应所造成的信号耦合。近端串扰与线缆类别、端接工艺和频率有关，双绞线的
9、两条导线绞合在一起后，因为相位相差180O而抵消相互间的信号干扰，绞距越紧抵消效果越好。在端接施工时，为减少串扰，打开绞接的长度不能超过13mm。,近端串扰 (NEXT),近端串扰是用近端串扰损耗值来度量的,近端串扰损耗定义为导致该串扰的发送信号值(dB)与被测线对上的近端串扰值(dB) 之差值(dB)。人们总是希望被测线对的被串扰的程度越小越好，某线对受到越小的串扰意味着该线对对外界串扰具有越大的损耗能力，也就是导致该串扰的发送线对的信号在被测线对上的测量值越小(表示串扰损耗越大)，这就是为什么不直接定义串扰，而定义成串扰损耗的原因所在。所以测量的近端串扰值越大，表示受到的串扰越小，测量的近
10、端串扰值越小，表示受到的串扰越大,近端串扰 (NEXT),近端串扰损耗的测量，应包括每一个线缆通道两端的设备接插软线和工作区电缆在内，近端串扰并不表示在近端点所产生的串扰，它只表示在近端所测量到的值，测量值会随电缆的长度不同而变化，电缆越长，近端串扰值越小，实践证明在40米内测得的近端串扰值是真实的，并且近端串扰损耗应分别从通道的两端进行测量，现在的测试仪都有能在一端同时进行两端的近端串扰的测量功能。,近端串扰的影响,类似噪声干扰 引入的信号可能足够大从而 破坏原来的信号 错误地被识别为信号 影响 站点间歇地锁死 网络的连接完全失败,近端串扰是频率的函数,极限值,综合近端串扰(Power Su
11、m NEXT，PSNEXT),近端串扰是一对发送信号的线对对被测线对在近端的串扰，实际上，在4对型双绞线电缆中，若其它三对线对都发送信号时都会对被测线对产生的串扰。因此如4对型电缆中，3个发送信号的线对向另一相邻接收线对产生的总串扰就称为综合近端串扰。 综合近端串扰值是双绞线布线系统中的一个新的测试指标，只有5e类和6类电缆中才要求测试PSNEXT，这种测试在用多个线对传送信号的100BASE-T4和1000BASE-T等高速以太网中非常重要。因为电缆中多个传送信号的线对把更多的能量耦合到接收线对，在测量中中综合近端串扰值要低于同种电缆线对间的近端串扰值，比如100MHz时，5e类通道模型下综
12、合近端串扰最小极限值为27.1 dB，而近端串扰最小极限值为30.1,衰减与串扰比(ACR),通信链路在信号传输时，衰减和串扰都会存在，串扰反映电缆系统内的噪声，衰减反映线对本身的传输质量，这两种性能参数的混合效应（信噪比）可以反映出电缆链路的实际传输质量，用衰减与串扰比来表示这种混合效应，衰减与串扰比定义为：被测线对受相邻发送线对串扰的近端串扰损耗值与本线对传输信号衰减值的差值(单位为dB)，即： ACR(dB)=NEXT(dB)- Attenuation (dB) 衰减串扰比越大越好，越大的ACR意味着干扰噪声强度与信号强度相比微不足道,Next、衰减和ACR的关系曲线,回波损耗(Retu
13、rn Loss),回波损耗是线缆与接插件构成布线链路阻抗不匹配导致的一部分能量反射。当端接阻抗（部件阻抗）与电缆的特性阻抗不一致偏离标准值时，在通信链路上就会导致阻抗不匹配。阻抗的不连续性会导致两个后果，一个是信号损耗，另一个是少部分能量会被反射回发送端。被反射到发送端的能量会形成噪声，导致信号失真，降低了通信链路的传输性能。,回波损耗计算公式：回波损耗=发送信号值/反射信号值,产生回波损耗的原因,信号B to A,系统 A,系统 B,线路生产过程 布线采用多家产品 施工中端接不规范、布线时牵引力过大，脚踩电缆等,传输延迟(Propagation Delay)和延迟偏离(Delay skew)
14、,传输延迟是信号在电缆线对中传输时所需要的时间。传输延迟随着电缆长度的增加而增加，测量标准是指信号在100m电缆上的传输时间，单位是纳秒（ns），它是衡量信号在电缆中传输快慢的物理量。 延迟偏离是指同一UTP电缆中传输速度最快的线对和传输速度最慢线对的传输延迟差值，它以同一缆线中信号传播延迟最小的线对的时延值作为参考，其余线对与参考线对都有时延差值。最大的时延差值即是电缆的延迟偏离。如果延迟偏离太大 接受端会丢失数据，产生误码。,传输时延,1 2 3 6,1 2 3 6,4 5 7 8,4 5 7 8,484 ns,486 ns,494 ns,481 ns,传输时延差,1 2 3 6,1 2
15、3 6,4 5 7 8,4 5 7 8,3 ns (484 ns),5 ns (486 ns),13 ns (494 ns),0 ns (481 ns),2.1.4 六类布线系统,6类国际标准在2002年已正式颁布。 要求的布线距离为：基本链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。 6类产品及系统的频率范围应当在1250MHz之间 与增强5类布线相比，6类布线系统具有更好的抗噪声性能，可提供更透明、更全能的传输信道，在高频率上尤其如此。 如果采用1000BAST-T 中采用的PAM-5编码技术，10G以太网需要至少625MHz的线性传输性能。大多数的增强5类电缆只有150MHz或25
16、0MHz，标准也只要求有100MHz。6类虽没有被强制其性能达到625MHz，但对于高带宽传输是更好的媒质；许多电缆制造商提供的电缆标称600MHz，正是预计到有应用需要更高的性能。,6类线缆的结构,2.2 有线传输介质-同轴电缆,同轴电缆（ coaxial cable）是由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成。柱体同导线用绝缘材料隔开，其频率特性比双绞线好，能进行较高速率的传输。由于它的屏蔽性能好，抗干扰能力强。目前同轴电缆常用在有线电视系统中，在计算机网络中运用已较少。,2.2 有线传输介质-同轴电缆,同轴电缆可分为两种基本类型:基带同轴电缆和宽带同轴电缆。 目前常用的基带同轴电缆(计算机通信)，其屏蔽线是用铜做成网状的，特征阻抗为50。 常用的宽带电缆(有线电视)，其屏蔽层通常是用铝冲压成的。特征阻抗为75。,2.3 有线传输介质-光纤,光导纤维是一种传输光束的细而柔韧的媒质。光导纤维线缆由一捆光导纤维组成，简称为光缆。 计算机网络中的光纤主要是采用石英玻璃制成的，横截面
