3.2物理传输媒体（教学设计）-《计算机网络基础(第2版)》同步教学(机械工业出版社）

课题 第3章 3.2物理传输媒体 授课人 课型 新课 课 时 2课时 教学目标    通过本节的学习，掌握常用的物理传输媒体，从而为构建计算机网络时选择合适的传输媒体打好基础。 教学重点 3光纤通道 2无线传输介质 1有线传输介质 教学难点 1有线传输介质 教学方法 以课堂讲授为主，对本节难点进行讨论 教学手段和教具 微机 板 书 设 计 课 后 记 教学过程 教师活动 学生活动 组织教学 复习提问、导入新课 讲授新课 物理传输媒体是通信中实际传送信息的载体。计算机网络中的物理传输媒体可分为有线和无线两大类。 3.2.1有线传输介质 1．双绞线 双绞线（twisted pair）是一种经常使用的物理传输媒体。相对于其它有线物理传输媒体（同轴电缆和光纤）来说，它的价格便宜也易于安装和使用。它使用一对或多对相互缠绕在一起的铜芯电线来传输信号。由于两个平行的导体会产生相互串扰，所以双绞线通过将两个铜线均匀绞接来抵销信号的干扰。双绞线一般用于星型网的布线连接，两端安装有RJ-45头(水晶头)，连接网卡与集线器，最大网线长度为100米左右。 双绞线电缆由绝缘的彩色铜线对组成，每根铜线的直径在0.4mm～0.8mm，两根铜线互相缠绕在一起。将两根铜线缠绕在一起有助于减少噪声影响。在一对电线中，每英寸的缠绕越多，对所有形式的噪声的抗噪性就越好，但缠绕率高也将导致信号的更大的衰减。 图3-5展示了双绞线的一个现实产品。 图3-5双绞线电缆 双绞线电缆可以分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两大类。 （1）非屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair）电缆包括一对或多对塑料套包裹的绝缘线对。图3-5所示为4对非屏蔽双绞线，其截面结构如图3-6所示。 图3-6 非屏蔽双绞线截面图 UTP(非屏蔽双绞线)主要分为3类/4类/5类/超5类/6类几种，一般网络主要使用的是5类双绞线，5类双绞线外层保护胶皮厚，胶皮上标注“CAT5”字样。超5类双绞线属非屏蔽双绞线，与普通5类双绞线比较，超5类双绞线在传送信号时衰减更小，抗干扰能力更强，在100M网络中，用户设备的受干扰程度只有普通5类线的1/4，其也是目前应用的主流。 （2）屏蔽双绞线 STP的双绞线内有一层金属隔离膜作为屏蔽层（如图3-7和图3-8所示），在数据传输时可减少电磁干扰，所以它的稳定性较高。而UTP内没有这层金属膜，所以它的稳定性较差，但它的优势就是价格便宜。其中STP(屏蔽双绞线)主要分为3类和5类两种线，现在比较新的是7类每对屏蔽双绞线，如图3-9所示。 图3-7 屏蔽双绞线示意输图 图3-8屏蔽双绞线实物图 图3-9 七类每对屏蔽双绞线 （3）双绞线的选购 双绞线唯一的缺点就是传输距离较短，只能达到100米，所以在布线的时候，如果使用星型拓朴结构，覆盖的范围只能达到200*200米。 从性价比和可维护性出发，现在大多数局域网都使用非屏蔽双绞线（UTP），大家平时所购买的网线就是这种非屏蔽双绞线（UTP）。 国际通行的EIA/TIA-568网线标准将双绞线分为3类、4类、5类、超5类、6类、7类等6种。3类、4类双绞线适合应用于老式10Mbps标准网 络，而5类是目前100Mbps网络的标配产品，超5类则可以应用于1000Mbps网络。而且5类、超5类等都兼容低级网络。 我们推荐大家选购超5类网线方便未来使用1000Mbps网络。不过目前市场上有很多用3类或4类网线假冒的5类和超5类网线，也有一些冒牌货出现。要分辨它们大致有下面的几种方法： ①外包装的质量。市场上的双绞线都是成箱出售的，每箱为300米。真品双绞线的包装纸箱应该材料较好而且印刷得比较清晰，而且大多数情况下纸箱外都有防伪标签。 ②双绞线外壳的做工。 双绞线的绝缘皮上应当印有产地、执行标准、产品类别、线长等信息。五类线的标识是“cat5”，超五类线的标识是“cat5e”，六类线的标识是 “cat6”。而外皮上印有“CAT5”、“5E”等包含大写字母字样的产品往往是比较可疑的。如果您用力搽一下可疑双绞线表面印刷的字样，很可能会把这些字的颜色搽掉。 ③双绞线能否轻易弯折。正规厂商在制作网线时会考虑到网线需要弯曲，在制造中他们会让双绞线的外皮比较柔韧、可以伸展。生产劣质线的奸商为了节省成本往往会偷工减料，而这样做的后果就是网线弯折后难以复原。将一根网线对折，如果它可以弹出原状则表明它就是真品。 ④外皮是否有阻燃性。为了保证安全，双绞线是普通火焰点不燃的。用打火机点好火直接对着外皮，好网线的外皮会在烧烤之下逐渐熔化变形，但不会燃起来。 ⑤双绞线的绞合方式。品质良好的双绞线不但每一线对都按逆时针方式绞合，而且四对线之间还会按逆时针方式绞合。平均绞合一圈的线长称为绞合密度，一般超5类线比5类线的绞合密度大，5类线的绞合密度则比3类大。假线绞合密度小，会看上去比较松。 ⑥双绞线中芯线的颜色。如果我们剥开双绞线的外层胶皮，我们就可以看见里面的4对8根芯线，它们分别是白橙、橙、白绿、绿、白蓝、蓝、白棕和棕色的。3 类线只有4根芯线，只有将部分芯线染色才能把它伪装成8根芯线的5类线。所以，假冒伪劣线的芯线用力去搽会掉色。 ⑦回家实测。在家里电脑与电脑之间通过“网上邻居”拷贝文件，由于3类线所能达到的最快LAN速率是20Mbps（2.5Mbps），所以只要拷贝速率大于2.5MBps就可以证明网线是否支持100Mbps网络了。 （4）双绞线的网线制作 要制作网线，我们需要准备的器具主要有压线钳和测试仪。压线钳可以用来剥外皮，剥离外皮的长度应大于安装水晶头用的1.5cm，我们一般建议剥离3到4cm。等网线处理好了，再修剪。 如图3-10所示。 图3-10 用压线钳来剥外皮 现在将4对线芯分别解开、理顺、扯直，然后按照规定的线序排列整齐。双绞线芯有两种排列标准：EIA/TIA568A（默认排序）以及 EIA/TIA568B（交互排序）。而双绞线分为直通和交叉两种，直通指两端都是EIA/TIA568A或EIA/TIA568B，而交叉指一端 EIA/TIA568A、另一端EIA/TIA568B。在网络设备没有加入自动翻转功能之前，该做直通线还是交叉线有严格的规矩。现在除了机器连机器用交叉线之外，一般都用两端都按EIA/TIA568B缠绕的直通线。 从水晶头底部看过去，EIA/TIA568A标准双绞线芯的排列方式是：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕。EIA/TIA568B标准双绞线芯的 排列方式是：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。展开双绞线之后默认得到的排列就是EIA/TIA568A标准，而将1和3、2和6两对线对调得到的排列就是EIA/TIA568B标准。如图3-11所示。 图3-11 两种接线标准 裁剪之后，大家应该尽量把线芯按紧，并且应该避免移动或者弯曲网线。接下来我们可以用压线钳的剪线刀口把线芯顶部裁剪整齐，现在就只需要为安装水晶头保留1.5cm了。如图3-12所示。 图3-12 裁剪好的网线 下一步是将网线插入水晶头。要将水晶头有塑料弹簧的一面向下，有针脚的一方向上，使有针脚的一端远离自己，有方型孔的一端对着自己。这样一来，最左边的就 是第1脚，最右边的就是第8脚。插入的时候需要缓缓用力把8条线芯同时沿水晶头内的8个线槽插入，一直插到线槽顶端。做完之后还需要确认一下，看是否每一组线芯都紧紧地顶在水晶头的末端。如图3-13所示。 图3-13 插入水晶头 最后要做的就是压线。把水晶头插进压线钳的槽内，用力握紧线钳，将水晶头凸出的针脚全部压入头内。如果听到清脆的一声“啪”，网线就做好了。如图3-14和图3-15所示。 图3-14 压线 图3-15 制作完成 做好了网线，拿测试仪看看。将网线两端分别插入测试仪，这时测试仪上的两组指示灯都会闪动。若测试的线缆为正常的直通线的话，在测试仪上的8个指示灯就会同步闪动出绿光。如图3-16所示。如果红色或黄色灯亮，就存在问题，我们只能将网线剪开重做了。 图3-16 测试网线 2．同轴电缆 （1）同轴电缆简介 同轴电缆曾经是局域网中使用最普遍的一种电缆，它多用于设备到设备的连接或总线型拓扑结构的网络中，安装方便，易于使用。但随着网络速度的不断增加，同轴电缆已经不能满足用户的需求了，它逐渐被高性能的双绞线和光纤等新型传输介质代替。 同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料，其结构如图3-17(a)和图3-17(b)所示。 有两种广泛使用的同轴电缆。一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆，主要用于构建计算机网络；另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输，即宽带同轴电缆，主要用于有线电视网络。 图3-17（a） 同轴电缆实物 图3-17（b） 同轴电缆结构示意图 同轴电缆（Coaxial Cable）是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。由于它在主线外包裹绝缘材料，在绝缘材料外面又有一层网状编织的屏蔽金属网线，所以能很好的阻隔外界的电磁干扰，提高通讯质量。 基带同轴电缆，根据电缆直径的粗细分为粗缆和细缆两种。一般情况下，粗缆最大段长度为500m，每段最多可以容纳100个结点，网络最大长度约为2500m；而细缆最大段约为200m（实际上是185m），每段最多可容纳30个结点，网络最大长度为925m。 （2）基带同轴电缆（细缆）网线的制作 粗缆的连接使用AUI接头，细缆使用BNC、T型连接器将电缆与网络设备相连。下面以细缆网线的制作为例进行说明。 制作网线的材料有：电缆线、BNC接头、BNC T型接头、BNC桶型接头、金属套头、铜制针头金属套环和50欧姆的终端电阻。工具有：剥线钳，压线钳、斜口钳、尖嘴钳、三用电表、烙铁焊锡等。 线材和和工具都准备好之后，就可以制作串联各台计算机的网络了，制作步骤如下：     ①将BNC接头的金属套环套到电缆线上。 ②利用剥线钳将同轴电缆的黑色外皮剥下一下段，长度稍小于BNC接头的长度，注意不要切断金属皮下的金属丝网。 ③将金属丝拨开，露出绝缘体。 ④用剥线钳将绝缘体剥下一小段，长度稍小于BNC接头中铜制针头后段较粗的部分。 ⑤将铜制针头套到同轴电缆最里边的导体芯上，为避免松动，用烙铁将铜制针头与导体芯焊牢。 ⑥将铜制针头插入BNC接头的金属套头中。 ⑦将步骤①中套到电缆上的金属套环向BNC接头方向推到底，金属丝网太长时，要加以修剪，以不露出金属套环为宜。 ⑧用三用电表测试铜制针头与BNC接头的外壳是否短路。如果短路，要重新制作，知道正常为止。 ⑨用压线钳将金属环套夹紧在金属套环上，再执行上一步骤以确认无短路现象，制作其他BNC街头的方法与此相同。 3．光缆 （1）光缆简介 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。如图3-18、3-19所示。 光纤电缆简称光缆，主要由石英、多组分玻璃纤维、塑料等制作而成。 微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。 在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。 图3-18 光缆 图3-19 光纤剖面结构示意图 （2）光纤的分类 根据光在光缆中的传输方式，可以将光纤分为两类：单杠光纤和多模光纤。 ①单模光纤 如果光纤导芯直径小到只有一个光的波长，光纤就成了一种导波管，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。光信号可以沿着光纤轴向传播，因此光信号的损耗很小，离散也很小。于是单模光纤的传输距离远，网段长度为30km。单模光纤采用注入式激光二极管作为光源，产生的激光定向性好，但价格较贵。 ②多模光纤 只要达到光纤表面的光线入射角大于临界角，便产生全反射，因此可以有多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播，这种光纤称为多模光纤。多模光纤在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能要差一些。对于多模光纤，网段长度就限制为2km。多模光纤采用发光二极管作为光源，价格便宜。多模光纤中的光线是以波浪式传输的，多种频率共存。光在单模光纤和多模光纤中的传输情况如图3-20所示。 图3-20 光线在光纤中的传输 （3）光纤连接 在网络结构化布线系统中，光纤的应用越来越广泛，但是它的连接制作技术却不易普及。光纤的连接常用熔接方法或光纤连接器，也可以使用机械方式连接。光纤的熔接是将两根光纤利用特定的仪器将其熔合到一起，其衰减较小，但需要专业人员使用专业仪器来完成，做好后不能轻易改变；使用机械方式连接，将两根切割好的光纤放在一个管套中，然后钳起来，这种方法大概要损失10%左右的光；利用光纤连接器可以方便地更改光纤的连接，不过其衰减较大，连接器的接头部分仍需专业人员利用专业设备来完成。光纤连接器与光纤连接头如图3-21和图3-22所示。 SHAPE \* MERGEFORMAT 图3-21 光纤连接器 图3-22 光纤连接头 光纤连接器是光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中 去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小，这是光纤连接器的基本要求。在一定程度上，光纤连接器也影响了光传输系统的可靠性和各项性能。 光纤连接器按传输媒介的不同可分为常见的硅基光纤的单模、多模连接器，还有其它如以塑胶等为传输媒介的光纤连接器；按连接头结构形式可分为：FC、SC、 ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各种形式。其中，ST连接器通常用于布线设备端，如光纤配线架、光纤模块等；而SC和MT连接器通常用于网络设 备端。按光纤端面形状分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC；按光纤芯数划分还有单芯和多芯（如MT-RJ）之分。光纤连接器应用广泛，品种繁 多。在实际应用过程中，我们一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。 3.2.2无线传输介质 在计算机网络中，无线传输可以突破有线网的限制，利用空间电磁波实现站点之间的通信。最常用的无线传输介质有：无线电波、微波和红外线。 1．无线电波 无线电波的频率在 -- Hz之间，它很容易产生，传播是全方向的，能从源向任意方向进行传播。在较低频率上，它很容易穿过建筑物，被广泛地应用于现代通信中。由于它的传播是全方向的，所以发射和接收装置不必在物理上很准确地对准。无线电波容易受电子设备的干扰，所以它不是一种好的传输介质。 2．微波传输 微波通信通常是指利用在1GHz范围内的电波来进行通信。高频的微波和低频的无线电波不同，它的一个重要特性是沿着直线传播，而不是向各个方向扩散。 在星载微波系统中，发射站和接收站设置于地面，卫星上放置转发器。地面站首先向卫星发送微波信号，卫星在接收到该信号后，由转发器将其向地面转发，供地面各站接收。星载系统覆盖面积极大，理论上一棵同步卫星可以覆盖地球1/3的面积，3棵同步卫星就可以覆盖全球。 3．红外传输 红外通信是利用红外线进行的通信，已广泛应用于短距离通信。电视机的遥控器就是应用红外通信的例子。它要求有一定的方向性，即发送器直接指向接收器。红外线亦可用于数据通信和计算机网络。红外线不能穿透物体，包括墙壁，但这对防止窃听和相互间的串扰有好处。此外，红外传输也不需要申请频率分配，即不需授权即可使用。 4．激光 激光能直接在空中传输而无需通过有形的光导体，并有能在很长的距离内保持定向的特点，也可以作为物理传输媒体。它和微波通信在直线传输上有相似性，但是和红外通信一样也不必经过政府管理部门授权分配频率。激光对雨雪和雾都比较敏感，这限制了它的应用。 目前，一种新的短距离无线通信技术--蓝牙技术发展很快，它工作在2.4GHz，分79个带宽为1Mbps的信道，适用于10m以内的网络。产品有蓝牙鼠标和带蓝牙技术的手机。 3.2.3光纤通道 类似于以太网和ATM，光纤通道是利用专用设备进行数据高速传输的一种网络标准，光纤通道主要用于连接服务器的干线（backbones）以及把服务器连接到存储设备上。 光纤通道（Fibre Channel）其实是对一组标准的称呼，这组标准用以定义通过铜缆或光缆进行串行通信从而将网络上各节点相连接所采用的机制。光纤通道标准由美国国家标准协会（American National Standards Institute，ANSI）开发，为服务器与存储设备之间提供高速连接。早先的光纤通道专门为网络设计的，随着数据存储在带宽上的需求提高，才逐渐应用到存储系统上。光纤通道是一种跟SCSI或IDE有很大不同的接口，它很像以太网的转换开头。光纤通道是可以提高多硬盘存储系统的速度和灵活性而设计的高性能接口。 光纤通道具有以下优点： ①连接设备多，最多可连接126个设备 ②低CPU占用率 ③支持热插拔，在主机系统运行时就可安装或拆除光纤通道硬盘 ④可实现光纤和铜缆的连接 ⑤高带宽，在适宜的环境下，光纤通道是现有产品中速度最快的。 ⑥通用性强 ⑦连接距离大，连接距离远远超出其它同类产 小结 作业 3-2-1选择题 3-2-2填空题 3-2-3简答题 1) 简述双绞线的网线制作步骤。 2) 简述基带同轴电缆（细缆）网线的制作步骤。 3）光纤连接有哪几种方法？ 抗拉线 学科网（北京）股份有限公司 $$