1.3.1传输介质(课件）-《计算机网络技术基础》同步教学（高教版）

传输介质 之前的课程中，我们介绍了计算机的组成。那计算机网络主要是由 硬件 软件 和协议三个部分组成。那本节课开始，我们了解下网络硬件中关于传输介质的具体知识。 1 同轴电缆 01 双绞线 02 光纤 03 目录 CONTENTS 2 01 认识同轴电缆 在通信网络中，首先遇到的就是通信线路和传输问题。 通信分为有线通信和无线通信，有线通信中的信号主要是电信号和光信号，负责传输电信号或光信号的各种线缆的总称，就是通信线缆。 目前，在通信线路中，常使用的传输介质有双绞线和光纤。 认识网络线缆 主机A 主机B 物理介质 同轴电缆 介质-同轴电缆 以太网标准 电缆类别 最长有效传输距离 10BASE5 粗同轴电缆 500米 10BASE2 细同轴电缆 185米 同轴电缆是一种早期使用的传输介质，同轴电缆的标准分为两种，10BASE2和10BASE5。这两种标准都支持10Mbps的传输速率，最长传输距离分别为185米和500米。一般情况下，10Base2同轴电缆使用BNC接头，10Base5同轴电缆使用N型接头。 现在，10Mbps的传输速率早已不能满足目前企业网络需求，因此同轴电缆在目前企业网络中很少应用。 10BASE5和10BASE2是早期的两种以太网标准，它们均采用同轴电缆作为传输介质。10BASE5和10BASE2所使用的同轴电缆的直径分贝为9.5mm和5mm，所以前者又称为粗缆，后者又称为细缆。一般情况下，10BASE5的同轴电缆使用N型接头，10BASE2的同轴电缆使用BNC接头。10BASE5和10BASE2都支持10Mbps的传输速率，最长有效传输距离分别是500米和185米。 目前，这两种以太网已基本被淘汰，企业网中也几乎不再使用它们。 02 认识双绞线 双绞线（twisted pair，TP）是综合布线工程中最常用的传输介质，是由多对的两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。 与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。 双绞线 双绞线图 灵石县第一职业高级中学 双绞线最早于 1881 年由 Alexander Graham Bell 开发，双绞线有两根导体，通常由铜制成，每根导体都有绝缘层。这两个导体绞合在一起，因此得名双绞线电缆。双绞线是为了消除电缆中的串扰,双绞线电缆减少了来自外部源或有时来自相邻线对的信号干扰。 与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。 屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）：屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率，但成本较高。 非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）：非屏蔽双绞线没有金属屏蔽层外套。非屏蔽双绞线电缆成本低、重量轻、易弯曲，易安装，得到广泛应用。 双绞线分类 双绞线分为两种类型，分别是屏蔽双绞线 (STP) 和非屏蔽双绞线 (STP)。两种类型就差一个字，那么屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线到底有啥区别呢？ 屏蔽双绞线 (STP) STP 在每对电线周围都有额外的屏蔽，然后在所有四对电线周围再增加一层屏蔽，这有助于抑制和隔离信号通过电线传输时产生的电磁噪声。 也就是说，如果屏蔽层的任何部分损坏，或者如果电线在连接的任何一侧都没有完全接地，则屏蔽层可以充当天线并引入来自杂散无线电波和 Wi-Fi 信号的额外电磁噪声空气。 此外，STP 线还必须与带屏蔽的 8P8C 连接器耦合，以确保在线的整个端到端频谱范围内提供额外的屏蔽。 非屏蔽双绞线 (UTP) UTP 没有任何金属屏蔽层，仅外覆一层绝缘橡胶。 UTP和STP的应用 屏蔽双绞线 (STP) 布线通常用于高效信息传输，与非屏蔽双绞线（UTP）相比，它提供更高的传输性能，常应用在干扰较大或电磁要求苛刻的环境中。 非屏蔽双绞线 (UTP) 布线更常用于大多数局域网 (LAN)，因为它具有成本效益高、灵活性高以及易于安装和维护等优点，双绞线网线由一定长度的双绞线和RJ45水晶头组成。 类型数字越大、版本越新，技术越先进、带宽也越宽，当然价格也越贵。这些不同类型的双绞线标注方法是这样规定的，如果是标准类型则按CATx方式标注，如常用的五类线和六类线，则在线的外皮上标注为CAT 5、CAT 6。而如果是改进版，就按xe方式标注，如超五类线就标注为5e（字母是小写，而不是大写）。 双绞线分类 不同类线的外皮标识 双绞线的不同标准被指定为各种类别，常见有cat 5/5e、cat 6 类型数字越大、版本越新，技术越先进、带宽也越宽，当然价格也越贵。这些不同类型的双绞线标注方法是这样规定的，如果是标准类型则按CATx方式标注，如常用的五类线和六类线，则在线的外皮上标注为CAT 5、CAT 6。而如果是改进版，就按xe方式标注，如超五类线就标注为5e（字母是小写，而不是大写）。 双绞线分类 超五类线结构图 六类线结构图 五类线（CAT5）：该类电缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。 超五类线（CAT5e）：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（SNR）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。 六类线（CAT6）：六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的主要不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，六类线中会有十字骨架， EIA/TIA 568A的线序定义依次为：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕； EIA/TIA 568B的线序定义依次为：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕 线序标准 双绞线色标和排列顺序图 在双绞线标准中应用最广的是ANSI/EIA/TIA-568A和ANSI/EIA/TIA-568B。这两个标准最主要的不同就是芯线序列的不同。 EIA/TIA 568A的线序定义依次为：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕； EIA/TIA 568B的线序定义依次为：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕 双绞线连接方法分为正常连接和交叉连接，因此分为直连网线和交叉网线。 直连网线 网线水晶头两端都是按照T568B标准制作。 用于不同级设备之间的连接，例如交换机连路由器，交换机连电脑。 交叉网线 网线水晶头一端是T568B,另一端是T568A。 用于相同的设备之间，比如电脑连接电脑，交换机连接交换机。 双绞线的连接方法 双绞线连接方法分为正常连接和交叉连接，因此分为直连网线和交叉网线。 直连网线 网线水晶头两端都是按照T568B标准制作。 用于不同级设备之间的连接，例如交换机连路由器，交换机连电脑。 交叉网线 网线水晶头一端是T568B,另一端是T568A。 用于相同的设备之间，比如电脑连接电脑，交换机连接交换机。 双绞线的连接方法 水晶头排线示意图 目前，通信设备的RJ-45接口基本都能自适应，遇到网线不匹配的情况，可以自动翻转端口的接收和发射。所以，当前一般只使用直连网线即可。 03 认识光纤 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。实用的光纤是比人的头发丝稍粗的玻璃丝，通信用光纤的外径一般为125~140 μm。 光纤基本结构模型是指光纤层状的构造形式，由纤芯、包层和涂覆层构成，呈同心圆柱形。 光纤 光纤外观 灵石县第一职业高级中学 光纤是一种传输光束的细而软的介质（略大于人的头发），在实际的光纤通信线路中，为了保证光纤能够在各种播放条件下，在各种环境下长期使用，必须形成光缆，因为光纤必须被多种覆盖使用前层层保护结构，被包覆的光缆称为光缆。所以光纤是光缆的核心部分，光纤通过一些从属保护层的保护元件构成光缆。 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。实用的光纤是比人的头发丝稍粗的玻璃丝，通信用光纤的外径一般为125~140 μm。 光纤基本结构模型是指光纤层状的构造形式，由纤芯、包层和涂覆层构成，呈同心圆柱形。 光纤：由光学透明的介电介质制成的非常细的中心管，承载着光发射器和接收器，纤芯直径从5um到100um不等。 缓冲层：围绕纤芯的外部光学材料，其反射率低于纤芯，包层有助于在全内反射现象中将光保持在纤芯内。 保护层：是一种保护光纤的塑料涂层，由硅橡胶制成，涂层后光纤的典型直径为 250-300 um。 光纤结构 灵石县第一职业高级中学 光缆和同轴电缆类似，只是没有网状屏蔽，中心是光传输的玻璃芯。 外层的保护结构保护光纤免受周围环境的影响，光缆包括： 光纤：由光学透明的介电介质制成的非常细的中心管，承载着光发射器和接收器，纤芯直径从5um到100um不等。 缓冲层：围绕纤芯的外部光学材料，其反射率低于纤芯，包层有助于在全内反射现象中将光保持在纤芯内。 保护层：是一种保护光纤的塑料涂层，由硅橡胶制成，涂层后光纤的典型直径为 250-300 um。 光纤传输的原理是“光的全反射”。 当光线从纤芯n1射向包层n2时，由于n1>n2，当入射角大于全反射临界角，按照几何光学全反射原理，射线在纤芯和包层的交界面会产生全反射，于是把光闭锁在光纤芯内部向前传播，这样就保证光能够在光纤中一直传输下去，即使经过略微弯曲的路由，光线也不会射出光纤之外。 光纤传输原理 光纤全反射原理图 灵石县第一职业高级中学 光纤的工作原理是全内反射，光线可以用来传输大量的数据，但是这里有一个问题——光线是直线传播的，因此，除非我们有一根完全没有任何弯曲的长直线，否则利用这一优势将非常乏味。相反，光缆的设计使其将所有光线向内弯曲（使用 TIR），光线连续传播，从光纤壁上反弹并传输端到端数据。尽管光信号会随着距离的增加而降低，但取决于所用材料的纯度，损失比使用金属电缆要小得多。 按传输的模式数目分单模光纤和多模光纤。 光纤分类 多模光纤（Multi Mode Fiber） 支持多种模式传输 纤芯直径是50µm和62.5µm，包层直径为125µm 短距离传输，常用的应用场景为机房内跳纤 光源为LED光源 采用橙色或水绿色外护套 单模光纤（Single Mode Fiber）： 一种模式传输 纤芯直径是8和10µm，包层直径为125µm 传输距离5km以上，适于长距离传输 光源为激光光源 采用黄色外护套 灵石县第一职业高级中学 根据光纤传输光信号模式的不同，光纤又可分为单模光纤和多模光纤。 单模光纤：纤芯直径较小 (9µm)，仅允许一种模式的光传播，漏光量减少并使衰减最小化，使信号能够传播更远的距离。通常，单模光纤被电信和有线电视服务提供商、政府机构以及拥有大型校园和网络的主要企业和大学用于超过数百米的距离。 多模光纤：具有比单模光纤更大的纤芯直径（50µm 或 62.5µm），允许多模光的传播，通过核心的光量增加，从而使更多的信息能够在任何时候通过，由于较高的色散率和衰减率，信号质量在较长距离内会显着降低，因此多模光纤通常部署用于数据中心、局域网 (LAN) 和其他类似网络内的短距离应用，与单模和其他通信光纤类似，多模光纤类型的子集存在于构造/构造（阶跃折射率、渐变折射率等）的基础上，并针对特定距离（OM2、OM3、OM4）的不同带宽速率而存在。 按传输的模式数目分单模光纤和多模光纤。 光纤分类 单模光纤与多模光纤的对比图 灵石县第一职业高级中学 如图所示，就是单模光纤与多模光纤的对比图 单模光纤按ITU-T官方定义，常见分类有： G.651光纤 (渐变型多模光纤) G.652光纤 (常规单模光纤)：1310 nm零色散点，1550 nm传输损耗最低 G.653光纤 (色散位移光纤)：1550 nm零色散点，1550 nm传输损耗最低 G.654光纤 (衰减最小光纤)：1550 nm处衰减最小，用于长距离海底传输 G.655光纤 (非零色散位移光纤)：适于长途传输 单模光纤分类 灵石县第一职业高级中学 单模光纤按ITU-T官方定义，常见分类有： G.651光纤 (渐变型多模光纤) G.652光纤 (常规单模光纤)：1310 nm零色散点，1550 nm传输损耗最低 G.653光纤 (色散位移光纤)：1550 nm零色散点，1550 nm传输损耗最低 G.654光纤 (衰减最小光纤)：1550 nm处衰减最小，用于长距离海底传输 G.655光纤 (非零色散位移光纤)：适于长途传输 光缆(optical fiber cable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质，并可以单独或成组使用的通信线缆组件。 光缆 光缆外观图 灵石县第一职业高级中学 光缆(optical fiber cable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质，并可以单独或成组使用的通信线缆组件。 按传输性能、距离和用途分类：可分为长途光缆、城域光缆、海底光缆和入户光缆； 按光纤的种类分类：可分为多模光缆、单模光缆； 按光纤套塑方法分类：可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆； 按光纤芯数多少分类：可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆和二十四芯光缆等； 按敷设方式分类：光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆； 光缆分类 灵石县第一职业高级中学 按传输性能、距离和用途分类：可分为长途光缆、城域光缆、海底光缆和入户光缆； 按光纤的种类分类：可分为多模光缆、单模光缆； 按光纤套塑方法分类：可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆； 按光纤芯数多少分类：可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆和二十四芯光缆等； 按敷设方式分类：光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆； 室内光缆是敷设在建筑物内的光缆。由于室内环境比室外环境要好很多，不需要考虑自然的机械应力和雨水因素，所以室内光缆是紧套、干式、阻燃、柔韧性的光缆。 室内光缆通常由光纤、加强件和护套组成。 室内光缆 室内光缆结构图 灵石县第一职业高级中学 室内光缆是敷设在建筑物内的光缆。由于室内环境比室外环境要好很多，不需要考虑自然的机械应力和雨水因素，所以室内光缆是紧套、干式、阻燃、柔韧性的光缆。 室内光缆通常由光纤、加强件和护套组成。 室外光缆要经受风吹日晒和天寒地冻，因此外包装厚，具有耐压、耐腐蚀、抗拉等一些机械特性、环境特性。通常为铠装（即金属皮包裹）。 一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，光缆的基本结构是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件 室外光缆 光缆结构图 灵石县第一职业高级中学 室外光缆要经受风吹日晒和天寒地冻，因此外包装厚，具有耐压、耐腐蚀、抗拉等一些机械特性、环境特性。通常为铠装（即金属皮包裹）。 一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，光缆的基本结构是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件 松套管中光纤及松套管颜色从表中自左向右依次选择：兰、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、青绿。 光缆全色谱及标识 光缆全色谱及标识 灵石县第一职业高级中学 松套管中光纤及松套管颜色从表中自左向右依次选择：兰、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、青绿。 光缆种类繁多，不同光缆之间的材质、结构、用途也有所差异，为了便于区分和使用，人们对光缆进行了统一编码。 光缆型号一般由七部分组成，即： 1分类+2加强构件+3光缆结构特性+4护套+5外护层+6光纤芯数+7光纤类型 光缆型号识别 灵石县第一职业高级中学 光缆种类繁多，不同光缆之间的材质、结构、用途也有所差异，为了便于区分和使用，人们对光缆进行了统一编码。 光缆型号一般由七部分组成，即： 1分类+2加强构件+3光缆结构特性+4护套+5外护层+6光纤芯数+7光纤类型 谢谢 $$