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物理层之传输媒体

网络基础 彭东稳 3119次浏览 已收录 0个评论

一、导向传输介质

双绞线

双绞线(Twist-pair:是布线工程中最常用的一种传输介质,模拟信号和数字信号都可以传输,把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起,然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线。绞合可减少相邻导线的电磁干扰。其传输距离一般为几到几公里,距离太长就需要加放大器以便将衰减了的信号放大到合适的值(对于模拟信号传输),或者加上中继器以便将失真了的数字信号进行整形。导线越粗其通信距离就越远。

双绞线总共有8根,两两绞合在一起。其次还分为屏蔽双绞线STP(工作在有电磁干扰的工作环境)和非屏蔽双绞线UTP。屏蔽双绞线铜线外包裹一层金属网膜,用于电磁环境非常复杂的工业环境中。非屏蔽双绞线用于电磁干扰相对较弱的环境,如图:

物理层之传输媒体

1991年,美国电子工业协议EIA和电信行业协会TIA联合发布了一个标准EIA/TIA-568,它的名称是“商用建筑物电信布线标准”。用于室内传送数据的屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的标准定义了从1-7类,类号越大、版本越新、质量越好的价格越贵,目前前四类已经很少见了,常见的还有以下几类。

5类线(cat 5):主要应用于 100M 网络,常见的标准有 10Base-T 100Base-T

5类线(cat 5e): 它的衰减更小, 串扰更少, 但其线对的带宽仍然为 1~100MHz

6类线(cat 6):适用于传输速率为 1000M 网络,其带宽性能为 1~300MHz

7类线(cat 7):最高带宽可达 600MHz,采用双层屏蔽的双绞线,而且在网络连接方式上也有很大变化,因此,它与传统的 RJ-45 接口完全不兼容。

EIA/TIA对其线序标准如下:

TIA-568A线序1-8分别为:白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕

TIA-568B线序1-8分别为:白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕

双绞线有八根线组成对应的序号,用途以及颜色如下图:

物理层之传输媒体

在制作双绞线的时候可以选择其中一种568A568B的标准来制作,另外一根网线的两端如果都使用568A/568B来制作,那么它就是“标准线“也称直通线,如果两端有一端使用568A而另外一端使用568B来做,那么它就是”交叉线“。那么如果在直通线的基础上把568A/568B的线序一头使用1-8,另外一头使用8-1。那么它就是”交叉线“(一般用于串口Console口的连接)。对于直通线和交叉线的使用规则如下图(但是现在的设备连接都可以适用,也不太区分是直通线还是交叉线):

物理层之传输媒体

同轴电缆

同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成。如下图:

物理层之传输媒体

由于外导体屏蔽层的作用,同轴电缆具有很好的抗干扰特性,被广泛用于传输较高速率的数据。目前同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。同轴电缆的带宽取决于电缆的重量。目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz

光纤

通信发展的速度比计算机发展还快,从70年代的56kb/s提高到现在的几个到几十个Gb/s(光纤通信技术),光纤通信就是利用光导仟维传递光脉冲来进行通信,有光脉冲相当于1,而没有光脉冲相当于0。其传输带宽高、距离远、抗干扰能力强。光脉冲在光纤中的传输时利用了光的反射原理。如图:

物理层之传输媒体

传输带宽高:目前,目前,光纤传输技术带宽可以超过 50000GHz,而且今后还可能更高。当前 10Gb/s 的传输瓶颈是因为光电信号转换速度跟不上导致的。如果实现了完全的光交叉和光互联(即全光网络),网络的速度将成千上万倍的增加。

传输距离远:最大传输距离早已超过 100 公里,纤芯直径等参数会影响光纤的传输距离。

抗干扰能力强:第一、它本身是由绝缘体构成,不受电磁干扰,因此在室外传输时,不受雷电和高压电产生的强磁干扰的影响;第二、由于光纤的传输是光信号,因此不会像电信号那样产生电磁场而使信号相互抵消。

光纤又分为多模光纤(光纤的纤芯直径较粗、成本低)和单模光纤(直径减小到只有光波波长大小只能传输一种模的光、成本高)

多模光纤:“模”即为光纤的入射角度。如果光纤纤芯的直径较粗,则光纤中可能存在多种入射角度,将具有这种特性的光纤称为多模光纤。纤芯较粗:其直径一般在 50~100um,制造成本较低,光源质量较差,且传输过程中的损耗比较大,因此传输距离一般在几百米到几公里

单模光纤:如果将光纤纤芯直径减小到只有光波波长大小, 则光纤中只能传输一种“模”的光,这样的光纤称为单模光纤。纤芯很细,其直径只有几微米,制造成本较高。光源采用昂贵的半导体激光器,而不能使用较便宜的发光二极管,光源质量较高,传输过程中损耗较小,在 10Gb/s的速率下可传输数十甚至上百公里。

由于光纤非常细,连包层一起的直径也不到0.2mm。因此必须将光纤做成很结实的光缆,一根光缆少则需要一根光纤,多则可包括数白根,再加上加强芯和填充物就可以大大提高机械强度。必要时还可放入远供电源线。最后加上包带层和外护套。就可以使抗拉强度达到几公斤。完全可以满足工程施工的强度要求。

二、非导向传输媒体

无线电波的传输由于不适用具体的物理连接物,也就将其称为“非导向传输媒体”。无线电通信这十几年来发展的也特别快,以至于现代生活中在我们身边可以说是到处充斥着无线电通信,数据传输。

无线传输可使用的频段很广,从下图可以看出,人们现在以及利用了好几个波段进行通信。紫外线和更高的波段目前还不能用于通信。

物理层之传输媒体

图的最下面还给出了ITU对波段取得正式名称。例如:LF波段的波长是从1km10km(对应30kHz300kHz)。LF,MFHF的中文名字分别是低频、中频和高频。跟高的频段中的VUSE分别对应于veryultrasuperextremely,相对的频段的中文名字分别是甚高频、特高频、超高频和极高频,最高的一个频段中的Ttremendously,目前尚无标准译名。

短波通信(即高频通信)主要是靠电离层的反射。但电离层的不稳定所产生的衰落现象和电离层反射所产生的多径效应,使得短波信道的通信质量较差。因此,党必须使用短波无线电台传送数据时,一般都是低速传输,即速率为一个标准模拟话路传几十至几百比特/秒。只有在采用复杂的调制解调技术后,才能使数据的传输速率达到几千比特/秒。

无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300MHz-300GHz(波长1m-10m),但主要是使用2~4GHz的频率范围。微波在空间主要是直线传播。由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间,因此他不像短波那样可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。传统的微波通信主要有两种主要的方式;即“地面微波接力通信”和“卫星通信”。

由于微波在空间是直线传播,而地球表面是个曲面,因此其传播距离受到限制,一般只有50km左右。但弱采用100m高的天线塔,则传播距离可增大到100km。为实现远距离通信必须在一条无线电通信信道的两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前一站送来的信号经过放大后在发送到下一站。大多数长途电话业务使用4-6GHz的频率范围。

常用的卫星通信方法是在地球站之间利用位于约36千公里高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。对地静止通信卫星就是在太空的无人值守的微波通信的中继站。卫星通信的最大特点是通信距离远,同步地球卫星发射出的电磁波能辐射到地球上的通信覆盖区的跨度达18千多公里,面积约占全球的三分之一。

三、接口

RJ-45

RJ-45 接口:俗称水晶头,一般在 5 类、超 5 类、6 类布线中使用。如下图:

物理层之传输媒体

PS:还以一种叫RJ-11的水晶头比RJ-45小一点,是用于电话接口的。

光纤接口

光纤接口:光纤接口一般有FC圆形带螺纹光纤接头,ST卡接式圆形光纤接头,SC方形光纤接头,LC窄体方形光纤接头。其中SC 光纤接口主要用于局域网交换环境,在一些高性能千兆交换机和路由器上提供了这种接口,它与 RJ-45 看上去很相似,不过 SC 接口更扁些,其明显区别还是里面的触片,如果是八条细的铜触片,则是 RJ-45,如果是一根铜柱则是 SC 光纤接口。如图:

物理层之传输媒体

信息插座

信息插座:通常由信息模块、面板和底座组成。根据实际应用环境可分为:墙上型、地上型和桌上型,其中最常用的是墙上型。如图:

物理层之传输媒体

四、网线制作

网线的制作一般需要这几个条件,分别是RJ-45水晶头、双绞线(5类线比较软;6类线比较硬)、压线钳、连通测试仪以及双绞线连接标准的熟悉,如要做直通线、交叉线、全返线,选择什么568A还是568B(常用568B)。

物理层之传输媒体

网线具体制作方法:

1. 将双绞线的外皮剥去适当长度。

2. 将每条线按照568A/B线序调整好。

3. 将调整好的线头剪齐。

4. 将双绞线插入RJ-45接头。

5. RJ-45放进压线钳压紧。

6. 将做好的网线两端分别插入连通测试仪进行测试。

五、信息插座制作

1. 将双绞线从底盒中拉出,留出合适的长度。

2. 用剥线器拨开双绞线的外皮。

3. 4对线分开,按照信息模块标示的顺序用打线器将8根线一一压到线槽内,压线时压线器垂直向下,将线压实,并剪掉模块外多余的线。

如图:

物理层之传输媒体

六、布线系统

对于一个工程师来说,光掌握了网络的知识以及工具的制作外,还需要学会对整个网络的设计规划。如设备的选型,施工材料,网络规划,综合布线等等。先来说说综合布线。

对于网络规划和综合布线来说,能够达到这几个标准即可:

一是结构清晰,以便于管理维护。

二是材料统一先进,适应今后的发展。

三是灵活性强,适应不同的需求。

四是便于扩充,即节约费用又提高了可靠性。

对于网络规划方面就需要有足够的知识储备,能够做到根据应用场景和需求的不同而做出方案。对于综合布线来说可以根据综合布线系统来规划。如下图:

物理层之传输媒体

工作区子系统:又称为服务区子系统,它由RJ跳线与信息插座所连接的设备(终端或工作站)。其中,信息插座有墙上型、地面型、桌上型的呢过多种类型。

水平子系统:水平干线子系统,它是从工作区的信息插座开始到管理子系统的配架。水平子系统连接管理子系统至工作区,包括水平布线、信息插座、电缆终端及交换。

垂直子系统:也称垂直干线子系统或主干线系统、它连接通信室,设备间和入口设备、包括主干电缆、中间交换和主交换、终端盒用于主干到主干交换的接插线或插头。主干布线要采用星型拓扑结构,接地应符合EIA/TIA 607的规定。

管理子系统:由交换、互连和I/O组成。管理间是楼层的配线间、管理子系统为其他子系统提供手段。它是连接垂直干线子系统和水平干线子系统的设备,主要设备是配线架、交换机等网络设备、以及机柜或办公室。

设备间子系统:由电缆、连接器和相关支持硬件组成,它把各种公共系统的多种不同设备互联起来,其中包括光缆、双绞线电缆、同轴电缆。程控交换机等。

建筑群(楼宇)子系统:通常有光缆和相应设备组成,提供外部建筑物于大楼内布线的接连点。

对于网络设备和施工材料来说,能够做到选用合适的设备类型,能够熟悉所要使用的设别和材料和材料的不浪费。一个项目大概会使用到以下网络设备和施工材料:计算机、交换机、路由器、双绞线、RJ-45水晶头(压线钳)、防火墙、服务器、系统、软件、机柜、电源、信息模块、电话机(打线钳)、线槽、桥架、配线架、测试仪、(拓扑结构、走线图、布线系统、)等等。


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