數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)課件

People

PublicInfrastructure

1

DataandComputer

Communications

傳輸媒體

4.TransmissionMedia

導(dǎo)向媒體（雙徭/、⑥觸電能、光纖）

無(wú)線傳輸（處而微猿、2星、廣插羌名也、G外）

無(wú)線電傳播方式

視距傳輸

Overview

/Guided-wire

/Unguided-wireless

/Characteristicsandqualitydeterminedby

mediumandsignal

Forguided,themediumismoreimportant

Forunguided,thebandwidthproducedby

theantennaismoreimportant

/Keyconcernsaredatarateanddistance

3

信道與傳輸媒體

c信道通常是抽象的描述,

傳輸媒體即是物理信道。

#

#雙絞線TwistedPair

r有線媒體同軸電纜CoaxialCable

媒Guided光纖OpticalFiber

於<

無(wú)線電Radio

種〔無(wú)線媒體微波Microwave

美衛(wèi)星SatelliteMicrowave

Unguided

紅外Infrared

4

DesignFactors

/Bandwidth帶寬

>Higherbandwidthgiveshigherdatarate

/Transmissionimpairments傳輸損傷

>Attenuation,etc.

/Interference干擾

>Intermodulationnoise

>Crosstalk

/Numberofreceivers接收器數(shù)目

>Inguidedmedia

>Morereceivers(multi-point)introducemoreattenuation

5

頻譜及其可用于通信的頻段

6

ElectromagneticSpectrum

特低頻音頻甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻極高頻特高頻紅外線可見(jiàn)光

Frequency

inspace

(meters)

ELF=ExtremelylowfrequencyMF=MediumfrequencyUHF=Ultrahighfrequency

VF=VoicefrequencyHF=HighfrequencySHF=Superhighfrequency

VLF=VerylowfrequencyVHF=Ver>,highfrequencyEHF=Extremelyhighfrequency

LF=Lowfrequency

Overview

/GuidedTransmissionMedia導(dǎo)向媒體

；>（雙絞線、同軸電纜、光纖）「

/WirelessTransmission無(wú)線傳輸

>（地面微波、衛(wèi)星、廣播無(wú)線電、紅外）

/WirelessPropagation無(wú)線電傳播方式

/Line-of^SightTransmission視星巨傳輸

8

導(dǎo)向傳輸媒體

GuidedTransmissionMedia

導(dǎo)向媒體

雙絞線同軸電纜光纜

TransmissionCharacteristics

ofGuidedMedia

FrequencyTypicalTypicalRepeater

RangeAttenuationDelaySpacing

Twistedpair0to3.5kHz0.2dB/km@50ps/km2km

(withloading)1kHz

Twistedpairs0to1MHz0.7dB/km@5ps/km2km

(multi-pair1kHz

cables)

Coaxialcable0to500MHz7dB/km@104ps/km1to9km

MHz

Opticalfiber186to3700.2to0.55ps/km40km

THzdB/km

10

典型的美國(guó)線規(guī)(AWG)特性

AWG線芯直徑歐姆/km

線規(guī)號(hào)英寸毫米

100.1012.5883.3

120.0802.0535.2

140.0641.6288.3

160.0501.29113.2

180.0401.02420.9

200.0310.81133.3

220.0250.64353.0

240.0220.57384.2

260.0160.404133.9

TwistedPair

ConductorWire.

/PhysicalStructure?Twovarieties

/ApplicationsDielectric?unshielded

FoilShieldI?shielded

/ProsandconsBraidShield^_

Jacket

，UTPandSTP

/UTPCategories

/TransmissionCharacteristics

/MediaSpecifications

/UTPPractice

12

雙絞線(T\wisted-pair)

由兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線,用規(guī)則的方法扭絞起來(lái)構(gòu)成。

Twisted-paircable

TwistedPair-TwistLength

twist

length

一St*paratehinsulated

——Twistedtogether

—Often"bundled**int(icables

—Usuallyinstalledinbuilding

duringconstructi<in(a)Twistedpair

14

TwistedPair-Applications

/Mostcommonmedium

/Telephonenetwork

>Betweenhouseandlocalexchange(subscriber

loop)

“Withinbuildings

>Toprivatebranchexchange(PBX)

Forlocalareanetworks(LAN)

>10Mbpsor100Mbps

15

TwistedPair-ProsandCons

/Cheap

/Easytoworkwith

/Lowdatarate

/Shortrange

16

TwistedPair-Transmission

Characteristics

/Analog

>Amplifiersevery5kmto6km

'Digital

>Useeitheranalogordigitalsignals

>repeaterevery2kmor3km

vLimiteddistance

/Limitedbandwidth(1MHz)

，Limiteddatarate(100MHz)

/Susceptibletointerferenceandnoise

NearEndCrosstalk

/Couplingofsignalfromonepairtoanother

/Couplingtakesplacewhentransmitsignal

enteringthelinkcouplesbacktoreceiving

pair

/i.e.neartransmittedsignalispickedupby

nearreceivingpair

UnshieldedandShieldedTP

/UnshieldedTwistedPair(UTP)X

>Ordinarytelephonewire

>Cheapest

>Easiesttoinstall

ASuffersfromexternalEMinterference

/ShieldedTwistedPair(STP)

>Metalbraidorsheathingthatreduces

interference

>Moreexpensive

>Hardertohandle(thick,heavy)19

UTP(UnshieldedTwisted-Pair)電纜

20

PhysicalUTP

?Doesnotincludeanyextra

shieldingaroundthewire

pairs

?Ordinarytelephonelineand

commonlyusedforlocalarea

network

?Leastexpensive,easytowork

andsimpletoinstall

?Subjecttoexternal

electromagneticinterference

?Limitedlength

21

STP(ShieldedTwisted-Pair)電纜

22

STPPhysicalStructure

ConductorWire

Dielectric

襯鉗FoilShield

BraidShield

23

PhysicalSTP

?Coveredwithafoilshieldto

reduceinterferenceand

crosstalk

?Betterperformance,but

moreexpensiveanddifficult

toworkthanUTP

24

UTPCategories

/Cat3

>upto16MHz

>Voicegradefoundinmostoffices

>Twistlengthof7.5cmto10cm

/Cat4

>upto20MHz

/Cat5

>upto100MHz

>Commonlypre-installedinnewofficebuildings

>Twistlength0.6cmto0.85cm

/Cat5E(Enhanced)-seetables

/Cat6

/Cat7

UTP電纜的分類

（EIA/TLV568標(biāo)準(zhǔn)中定義了前五類）

類別用途

1語(yǔ)首或56kbps以下的低速數(shù)據(jù)，不用于局域網(wǎng)

2速率為1Mbps以下的數(shù)據(jù)傳輸和低速局域網(wǎng)

3數(shù)據(jù)率16Mbps,10BASE-T和4MbpsTokenRing

4數(shù)據(jù)率20Mbps,10BASE-T和16MbpsTokenRing

5數(shù)據(jù)率100Mbps,100BASE-T和FDDI

5e數(shù)據(jù)率350Mbps,1000BASE-T和622MbpsATM

26

ComparisonofShieldedandUnshielded

TwistedPair

Attenuation(dBper100m)Near-endCrosstalk(dB)

■FrequencyCategory3Category5150-ohmCategory3Category5150-ohm

(MHz)UTPUTPSTPUTPUTPSTP

12.62.01.1416258

45.64.12.2325358

1613.18.24.4234450.4

25——10.46.2—4147.5

100—22.012.3—3238.5

300————21.4——31.3

TwistedPairCategoriesand

Classes

Category3Category5CategoryCategory6Category7

XClassD5EClassEClassF

■Bandwidth二100MHz100MHz200MHz600MHz

CableTypeUTPUTP/FTPUTP/FTPSSTP

LinkCost0.711.21.52.2

(Cat5=1)

^ayaGigaspee^UT^Wires

10BASE-T

100BASE-TX/T4

1000BASE-T

UTP連接器

-conductor6-conductor

RJ-11

30

AvayaRJ-45Jackes

31

AvayaUTPInsideofRJ45Jack

32

4對(duì)線的UTP與RJ-45的連接

對(duì)2

線對(duì)

對(duì)3對(duì)1對(duì)RJ-45UTP

Iii、＞I41引腳線顏色

TRTRTRTR1綠白

123456782綠

3橙白

4藍(lán)

5藍(lán)白

6橙

7棕白

8棕

33

4對(duì)線的UTP與RJ-45的另一種連接

對(duì)3

對(duì)2對(duì)4RJ-45UTP線對(duì)

色

對(duì)1顏

引腳線

白

橙

TRTRTRTR1

橙

123456782

綠白

3

藍(lán)

4

藍(lán)

白

5

綠

6

棕

白

7棕

8

34

雙絞線的網(wǎng)線制作

RJ-45接頭

（水晶頭）

35

舞I微制作曾罩相引

交叉線接法：計(jì)算機(jī)IT計(jì)算機(jī)直連線接法?集線器（交換機(jī)）的級(jí)連

集線器-T集線器服務(wù)器一I集線器（交換機(jī)）

交換機(jī)--交換機(jī)集線器（交換機(jī)）--計(jì)算機(jī)

一端：從左到右另一,端:從左到右一端：從左到右另一端：從左到右

雙絞線接線標(biāo)準(zhǔn)

較齊線頭，插入插頭用壓線鉗夾緊，使用測(cè)試儀測(cè)試

37

RJ-45

/制作

38

同軸電纜（CoaxialCable）

由單股實(shí)心或多股線合的銅質(zhì)芯線（內(nèi)導(dǎo)體）、絕緣層、

網(wǎng)狀編織的屏蔽層（外導(dǎo)體）以及保護(hù)外層所組成

Coaxialcable

100KHz500MHz

CoaxialCable

—Outerconductorisbraidedshield

—Innercimductorissolidmvlal

—Separatedbyinsulatingmaterial

-Coveredbypadding

40

CoaxialCableApplications

/Mostversatilemedium

/Televisiondistribution

>ArieltoTV

>CableTV

/Longdistancetelephonetransmission

>Cancarry10,000voicecallssimultaneously

>Beingreplacedbyfiberoptic

/Shortdistancecomputersystemslinks

VLocalareanetworks

41

CoaxialCable-Transmission

Characteristics

/Analog

>Amplifierseveryfewkm

>Closerifhigherfrequency

>Upto500MHz

/Digital

>Repeaterevery1km

>Closerforhigherdatarates

42

CategoriesofCoaxialCables

?Functionallygroupedinto

Baseband

frequencybandoccupiedbyasingleor

compositesignalinitsoriginalor

unmodulatedform.Thecableisdedicate

foronlyonechannel

Broadband

usinghighfrequencytransmissionover

medium,severalstreamsofdatacan

betransmitted(atdifferentfrequencies)

simultaneously.

43

同軸電纜的種類

①粗同軸電纜

簡(jiǎn)稱粗纜，用于傳送基帶數(shù)字信號(hào).

②細(xì)同軸電纜

簡(jiǎn)稱細(xì)纜，也用于傳送基帶數(shù)字信號(hào)。

最大傳輸距離不及粗纜，但因比粗纜

便宜而被廣泛使用。

③TV電纜

用于模擬傳輸系統(tǒng)，它是社區(qū)天線電

視系統(tǒng)(CATV)中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜。

采用的是頻分復(fù)用的寬帶信號(hào)。

44

10BASE5MediaSpecification

45

10BASE5

46

10BASE2

47

OpticalFiber（光纖）

/光纖的基本知識(shí)

?光及其自然特性

?光纖的物理結(jié)構(gòu)■

A光纖的導(dǎo)光原理

/光纖的應(yīng)用

A光纖的優(yōu)點(diǎn)

?光纖的應(yīng)用場(chǎng)合

/光纖的傳輸特性

?光纖傳輸模式

?損耗特性與色散特性

?最佳波長(zhǎng)窗口48

光纖的基本知識(shí)（一）

,光

A光是一種電磁能量形式

?在真空中傳播最快，300000km/s

A光速與傳輸媒質(zhì)密度成反比

/光的自然特性

A折射

A全反射角

?反射（全反射）

49

BendingofLightRay

?巧=angleofincidence

?4二angleofreflection

?ot=angleofrefraction

refractionindex:n=c/v

50

Refraction（折射）

,在均勻物質(zhì)中光以直線形式傳播。

,當(dāng)一束光線由某種密度的媒質(zhì)傳播到不同密度

的另一種媒質(zhì)時(shí)，光線會(huì)在兩種媒質(zhì)的界面處

向垂直的法線方向折射。

/折射光線發(fā)生的角度變化取決于媒質(zhì)發(fā)生的密

度變化的大小（如斯涅爾定律所描述）

＞光線從密度較低的媒質(zhì)穿入較高密度的媒質(zhì)中時(shí)，

折射角小于入射角

＞光線從密度較高的媒質(zhì)穿入較低密度的媒質(zhì)中時(shí),

折射角大于入射角

51

Refraction

Lessdensemedium(air)Lessdensemedium(air)

Moredensemedium

(waterorglass)

a.Fromlessdensetob.Frommoredenseto

moredensemediumlessdensemedium

折射角R比入射角I小折射角R比入射角I大

52

CriticalAngle（全反射角）

,從高密度媒質(zhì)進(jìn)入到低密度媒質(zhì)的光線，隨著

入射角增大，折射角也增大，并逐漸遠(yuǎn)離垂直

軸而靠近水平軸

/入射角的變化使折射角增大到90度，折射光線

完全成了沿媒質(zhì)界面?zhèn)鞑ニ焦饩€，此時(shí)的入

射角稱為臨界角，或稱全反射角。

53

Reflection（反射）

,對(duì)于從高密度媒質(zhì)到低密度媒質(zhì)的光線，當(dāng)

入射角大于全反射角時(shí)，就產(chǎn)生了反射

/光線再不會(huì)進(jìn)入低密度媒質(zhì)，此時(shí)反射光線

與法線之間的夾角稱為反射角

/在此情況下，入射角總是等于反射角

斯涅爾反射定律01=。/(1)

斯涅爾折射定律n^inG^ngsinOg(2)

、圾為不同媒質(zhì)的折射率

［法線

電磁場(chǎng)理論

中的斯涅爾定

媒質(zhì)II0折射光線理描述了入射

光線與反射光

媒質(zhì)I9191線、折射光線

反射光線之間的關(guān)系

入射線

光的反射與折線55

光纖的基本知識(shí)（二）

/光纖的物理構(gòu)成

》光纖由三部分組成:纖芯、覆層和防護(hù)罩。

core、cladding、jacket

56

FiberConstruction

57

OpticalFiber

-Glassorplasticcore

—Las€rorlightemittingdi<Kle

—Speciallydesignedjacketciriticalangleis

—Smallsizenndweightabsorbedinjacket

58

TypicalFiberCable

Singlecore

OpticalPlasticojatingOptical?Materialsforcladdingand

cladding.cora/core:

IwUL

?glasscladding/glasscore

-n

?plasticcladding/glasscore

?plasticcladding/plasticcore

Multicore

CableStructures

StrengthOuterJacket

Elements

Jacket

Central

Strength

Elements

cladding

core

60

光纖的基本知識(shí)（三）

/光纖的導(dǎo)光原理■

A光纖利用全反射將光線在信道內(nèi)定向傳輸

?光纖中心是密度較高的石英玻璃（二氧化硅）

或塑料的纖芯，外面覆蓋著密度較小的石英

玻璃或塑料的包層

?兩種材料的密度差異必須保證能夠使纖芯中

的光線只能反射回來(lái)而不能折射入包層

61

光纖的纖芯和包層材料兩者的折射率不同。

設(shè)纖芯的折射率為n1，包層的折射率為ri2,則要

求有n/n小纖芯和包層構(gòu)成橫低面很小的雙層同

心圓柱體,該圓柱體稱為裸光纖。

62

多模光纖中光線傳播的方式

帶

本吟村曲

費(fèi)國(guó)去科/本

弗由留小照

#

K

率*也

v

4必

案、朱

I

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滿不枚區(qū)中裁

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B

茯汨枇代<

漸變型光纖纖芯的折射率ni是半徑r的函數(shù),/隨

r的增加而按一定規(guī)律減小,到達(dá)與包層的交界面為

如，而包層的折射率恒為出，這種光纖的導(dǎo)光原理與

上述不同。由于3隨r的增加按一定規(guī)律減小,因此

可根據(jù)3(r)的不同,將纖芯分成若干層。.

OpticalFiber-Benefits

/Greatercapacity

>DataratesofhundredsofGbps

'Smallersize&weight

vLowerattenuation

'Electromagneticisolation

，Greaterrepeaterspacing

>10s(Tens)ofkmatleast

66

OpticalFiber-Applications

vLong-haultrunks

/Metropolitantrunks

VRuralexchangetrunks

/Subscriberloops

,LANs

67

光纖的傳播模式

/多模傳播

多束光線從光源經(jīng)由芯材通過(guò)不同的光路傳

播；按折射率分布的不同分為兩種類型：

A階躍模式四、%都為常數(shù)且

A漸變模式％為常數(shù)且四隨r增加而有規(guī)律

減小。

/單模傳播

A階躍模式，因纖芯直徑很小，入射角與反射

角很大，幾乎是沿軸線直線傳播

按

照

折

射

率

分

布

的

不

同

來(lái)

分

類

種

的

纖

光

69

按

照

傳

.

線

光

個(gè)

一

輸輸

傳

能

只

纖

光

模果

如

式為

稱

纖

(SingleMode

光

，

式

模

的個(gè)

多

的

中

稱

。

線

fiber,簡(jiǎn)SM）

光

多許