计算机网络技术计算机网络技术第二课第二课1复习计算机网络是计算机技术与通信技术紧密结合的产物计算机网络发展的四个阶段资源共享观点定义的计算机网络计算机网络的分类（按网络传输技术、按网络覆盖范围、按网络应用管理范围）“资源子网”和“通信子网”及其功能计算机网络的拓扑结构2第第2章章 数据通信的基础知识数据通信的基础知识3目录2.1基本概念2.2数据的传输2.3数据的编码和调制技术2.4数据交换技术2.5信道复用技术2.6传输媒体的类型与特点2.7差错控制技术42.1 基本概念2.1.1数据、信息和信号2.1.2通信系统的基本结构2.1.3通信信道的分类2.1.4数据通信的技术指标52.1.1 数据、信息和信号数据：对客观事实进行描述与记载的物理符号，如数值、文字、声音、图形、图像和动画等。l模拟数据：连续变化，如温度、压力。l数字数据：取值离散，如文字、整数值。6信息信息：对客观事物存在方式或运动状态的反映，是数据经过加工处理（说明或解释）后得到的。数据和信息的区别：l信息是数据的内涵，数据是信息的载体（表示形式）；l数据没有实际意义，信息有一定意义。7信号信号是数据的电、磁、光形式的编码。数据或信息要传播，必须先转换成能够在信道中传输的信号。模拟信号取值连续（渐变）数字信号取值离散（突变）82.1.2 通信系统的基本结构噪声源噪声源信信 道道信源信源信宿信宿信号变换器信号变换器信号变换器信号变换器(编码器/调制器)(译码器/解调器)信源：在通信过程中产生和发送信号的设备信宿：在通信过程中接收和处理信号的设备信道：信源和信宿之间的传输线路和传输设备（信号传输的通道）92.1.3 通信信道的分类物理信道和逻辑信道有线信道和无线信道模拟信道和数字信道专用信道和公共交换信道101. 物理信道和逻辑信道物理信道：用来传送信号或数据的物理通路，它由传输介质及有关通信设备组成。客观存在。逻辑信道：建立在物理信道基础上，根据信息内容的性质划分的信道（话音信道、控制信道）。主观定义。同一物理信道可以提供多个逻辑信道。112. 有线信道和无线信道根据传输介质是否有形划分有线信道：传输介质有形，包括电话线、双绞线、同轴电缆、光缆等。无线信道：传输介质无形，包括无线电、微波、卫星通信信道、激光和红外线等。123. 模拟信道和数字信道根据信道中传输信号的类型划分模拟信道：信道中传输的是模拟信号数字信道：信道中传输的是数字信号强调的是信道中传输的信号形式。至于信源发出和信宿接收的信号可以是数字信号、模拟信号或其他形式的信号。13(a)信源编码器译码器信宿(c)信源调制器解调器信宿(b)信源编码器译码器信宿数字信道数字信道模拟信道练习144. 专用信道和公共交换信道根据信道是共有还是私有划分专用信道：连接用户之间设备的固定“专线”，可以是自行架设的专门线路，也可以是向电信部门租用的专线。公共交换信道：通过公共交换机转接，为大量用户提供服务的信道。如公共电话交换网。152.1.4 数据通信的技术指标数据传输速率S(比特率)信号传输速率B(波特率)带宽F信道容量C误码率Pe吞吐量网络负荷量16码元和位在通信系统中，二进制数字常用时间间隔相同的波形来表示。一个波形单元也称为一个码元。若一个二进制符号对应一个码元，则一个码元就相当于一位（一个比特）。若n个二进制符号对应一个码元，则一个码元就相当于n位（n个比特）。10100111011000110001110+3V+1V-1V -3V+1V-1V17比特率和波特率信号传输速率B(波特率)：单位时间(1秒)内传输码元的个数，也称码元速率(传码率)。B=1/码元周期(码元宽度)单位：波特(Baud)数据传输速率S(比特率)：单位时间(1秒)内传输二进制代码的位(bit)数。S=Blog2NN为一个码元所取离散值的个数单位：每秒比特数(bit/s或bps)101001110110001100011100.1s0.1s18练习已知某数据传输系统中，每个码元持续0.001秒，且每个码元可以有8种表示状态，求波特率和比特率。B=1/T=1/0.001=1000(Baud)S=Blog2N=1000log28=3000(bit/s)19带宽和有效带宽带宽F：物理信道的频带宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差。单位：赫兹(Hz)。通常所说的带宽是指有效带宽。有效带宽：幅度衰减至原信号的1/(0.707)倍时，最高频率和最低频率之差。信号频率应在有效带宽之内。2010010.707带宽Hz20信道容量信道容量C：物理信道上能够传输数据的最大能力。它表示信道的最大数据传输速率（最大比特率）。单位：位/秒(bit/s或bps)。信道容量和数据传输速率的区别。理想信道（无噪声）：奈奎斯特公式Bmax=2F （最大波特率）C=Bmaxlog2N=2Flog2N高斯白噪声信道：香农公式C=Flog2(1+S/N)=Flog2(1+S/(n0F)S:信号功率N:噪声功率n0:噪声功率谱密度21练习已知某信道带宽为4kHz，每个码元可以取的离散值的个数为16。l假设信道为理想信道，求信道容量。l假设信道中存在高斯白噪声，且信噪比为1000，求信道容量。理想信道：奈奎斯特公式C=2Flog2N=24klog216=32kb/s高斯白噪声信道：香农公式C=Flog2(1+S/N)=4klog2(1+1000)40kb/s22误码率误码率Pe：二进制码元在数据传输中被传错的概率，也称为“出错率”。它是衡量通信系统在正常情况下传输可靠性的指标。设传输的二进制数据共有N位，其中有Ne位出错，则误码率表示为：Pe=Ne/N。计算机网络中，要求Pe10-6。0101P00=0.99接收端P11=0.99发送端P10=0.01P01=0.0123吞吐量和网络负荷量吞吐量：网络在单位时间内数据平均的流入量或流出量，相当于信道或网络在单位时间内传输的总信息量。单位：b/s或bps。网络负荷量：单位面积中数据在网络中的分布量，即数据在网络中分布密度。网络负荷量过小，吞吐量小，网络利用率过低；网络负荷量过大，易阻塞，网络吞吐量降低。242.2 数据的传输串行传输和并行传输单工通信、半双工通信、全双工通信基带传输和频带传输25串行传输和并行传输串行传输：一位一位地传送，从发送端到接收端只需一根传输线。采用串行传输的通信方式为串行通信。适用：远距离，传输速率要求不高。例：电话线。并行传输：可以一次传输若干比特的数据，从发送端到接收端需用若干根传输线。采用并行传输的通信方式为并行通信。适用：短距离，传输速度要求高。例：计算机内部的数据通信。26串行传输和并行传输（图）串行传输发送端串行通信信道接收端b7b6b5b4b3b2b1b0发送端b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b7b6b5b4b3b2b1b0并 行 通 信 信 道 并行传输27串行通信的工作方式根据数据在线路上的传输方向和特点划分单工通信：只允许数据在一个方向传输。例：广播、电视、遥控通信。半双工通信：允许数据两个方向上传输，但某一时刻只允许在一个方向上传输。例：对讲机。全双工：允许数据同时在两个方向上传输。例：电话系统。28单工、半双工和全双工29基带传输和频带传输电话网信源计算机信源计算机ModemModem模拟信号模拟信号数字信号数字信号数字信号也被称为“数字基带信号”，简称为“基带信号”。如果在线路上直接传输基带信号，就称为“数字信号基带传输”，简称为“基带传输”。例：局域网内用双绞线传输信号。将数字信号调制成具有较高频率的模拟信号后在模拟信道上传输，称为“频带传输”。例：利用电话网实现计算机之间的数字信号传输。30信源编码器译码器信宿数字信道信源调制器解调器信宿模拟信道基带传输频带传输基带传输和频带传输（图）31作业已知某数据传输系统中，每个码元持续0.0005秒，且每个码元可以有16种表示状态，求波特率和比特率。已知某信道带宽为6kHz，每个码元可以取的离散值的个数为4。l假设信道为理想信道，求信道容量。l假设信道中存在高斯白噪声，且信噪比为1000，求信道容量。32复习数据、信息和信号信道：物理信道和逻辑信道；有线信道和无线信道；模拟信道和数字信道；专用信道和公共交换信道技术指标：比特率S、波特率B、带宽F、信道容量C、误码率Pe、吞吐量、网络负荷量串行传输（通信）和并行传输（通信）单工通信、半双工通信和双工通信基带传输和频带传输33异步传输和同步传输异步传输：面向字符，每个字符独立传输，由起始位、数据位、校验位和停止位构成，也称起止式。同一个字符内相邻两位的间隔是固定的，而两个字符间的间隔是不固定的。数据位数据位校验位校验位停止位停止位1位位起始位起始位1位位1位位7位位字符字符1字符字符2字符字符3字符字符4任意间隔任意间隔任意间隔任意间隔任意间隔任意间隔34异步传输和同步传输（续）同步传输可以面向字符，也可以面向比特。面向字符：数据以字符串为单位传输，多个字符构成一个字符串，由一个或几个同步字符(SYN)为组头和组尾做同步标识；接收方识别出SYN后，即可接收数据组，直至组尾。面向比特：数据由任意比特组成数据块(帧)，在每个数据块的前后加上起始和结束标志序列(01111110)，以固定时钟节拍串行发送数据。字符字符1SYNSYNSYN字符字符2字符字符N字符串字符串01111110数据块数据块比特流比特流0111111035异步传输和同步传输比较传输方式传输单位优点缺点异步传输字符控制简单、成本低传输效率低、速度慢同步传输面向字符字符串传输效率高、速度快误码率较高、控制复杂面向比特比特流36异步传输和同步传输都是为了实现信号同步。异步传输和同步传输都是为了实现信号同步。同步：统一收发两端动作、保持收发步调一致的过程。接收方必须知道数据的起止时间和重复频率（1/码元宽度），以便准确区分和接受发送端发来的每一位数据。同步不是同时。收发双方频率一致，接收方相对于发送方有一定的延迟。2.2.4 数据传输的同步技术信源信道信宿x(t)y(t)y(t)=x(t-) 37位同步位同步：使接收端接收的每一位数据都要和发送端保持同步，即同步传输。任务是得到每个码元的起止时刻。l外同步法：同步信号由发送端专门提供。发送端在发送数据前先发送一串同步时钟脉冲，接收端按此频率接收信号。l自同步法：发送端不发送专门的同步信号，接收端能从收到的信号波形中提取同步信号。如曼彻斯特码。最小电平宽度码元宽度码元中间有跳变码元宽度=2最小电平宽度38群同步群：由若干比特组成的一个字符，在每个字符前后加上起始位、校验位、终止位。群同步：即异步传输，起始位（高电平低电平）指示字符的开始，字符长度收发双方已知，停止位用来作为字符间的间隔。0/158位数据位0/1奇偶校验位停止位或空闲位停止位空闲位00起始位终止位字符字符0/1数据位校验位停止位或空闲位停止位00起始位起始位字符字符终止位空闲区392.3 数据的编码和调制技术编码：将数据或信号转换成另一种形式的数据或信号，使之适合在信道中传输。三种编码方式l数字数据的模拟信号编码l数字数据的数字信号编码l模拟数据的数字信号编码解码：编码的逆过程，对数据或信号还原。402.3.1 数字数据的模拟信号编码调制：在发送端将数字信号转换成模拟信号，即数字数据的模拟信号编码。调制器：具有调制功能的设备。解调：在接收端将模拟信号还原成数字信号，是调制的逆过程。解调器：具有解调功能的设备。调制解调器（MODEM）：同时具备调制和解调双重功能的设备。信源调制器解调器信宿模拟信道41原理及分类在发送端将数字信号转换成模拟信号，根据原始数字信号改变正弦载波信号的参数（幅度、频率、相位）进行调制。移幅键控（ASK）移频键控（FSK）移相键控（PSK）l绝对移相键控l相对移相键控42ASK、FSK和PSK432.3.2 数字数据的数字信号编码数字数据可转换为数字信号直接用基带传输。单极性不归零码双极性不归零码单极性归零码双极性归零码信源编码器译码器信宿数字信道44单极性不归零码双极性不归零码单极性归零码双极性归零码0.501.00-1.01.00.501.00-1.01.011010010110100t00110100101101001ttt145曼彻斯特编码462.3.3 模拟数据的数字信号编码将模拟数据转换成数字信号。脉冲编码调制PCM常用于对声音进行数据编码。步骤：采样量化编码采样：以采样频率(Fs)提取出模拟信号的值，将时间上连续信号变为时间上离散信号。量化：把经过采样得到的信号幅度离散，即用一组规定的电平，把抽样值用最接近的电平值来表示。编码：将离散电平值变成一定位数的二进制数码。信宿信源编码器译码器数字信道47PCM采样量化-3-2-101234000001010011100101110111编码011111111111101100010001000000011完成482.4 数据交换技术网络中不可能所有设备都直接两两相连，数据从信源传送到信宿，要经过一系列交换结点。一个通信网络由许多交换结点互连而成。三种交换方式：l电路交换l报文交换l分组交换通信子网H3H4H5H1H2ABCDEF49通信子网H3H4H5H1H2ABCDEF2.4.1 电路交换通信双方首先通过交换结点在通信双方之间建立一条专用的通信信道，然后双方使用这条端到端的线路进行数据传输。如电话通信系统。50通信过程电路建立阶段数据传输阶段电路拆除阶段建立传输拆除交换结点A交换结点C交换结点E51特点传输速度快，可靠性高。存在电路建立和拆除时间，适用于大量数据传输。从电路建立到拆除的整个过程，用户双方独占此线路，即使不发送数据，其他用户也不能使用，因此线路利用率不高。522.4.2 报文交换将一次要发送的数据块加上目的地址、源地址，打包组成报文，在各交换结点实现存储转发。交换结点根据报文的目的地址，选择一条合适的空闲链路，将报文传送到下一结点（路由选择）。如E-mail。通信子网H3H4H5H1H2ABCDEF53通信过程报文从结点A传送到结点C，并存储在结点C中。结点C根据报文的目的地址选择一条合适的链路，准备将报文发出。如果在此链路上还有其它报文要发送，则需要排队等待。结点C将报文通过已选链路发往结点E。传输时延存储时延处理与排队时延报文报文报文交换结点A交换结点C交换结点E54特点报文较长，交换结点要有足够大的存储空间。采用存储转发方式，传送报文时一个时刻仅占用一段通道（两个结点之间）。一个报文仅在某个时段独占某个通道，多个报文可分时共享通道，电路利用率高。通信量大时仍可接受报文，但增加处理与排队时延。一个报文可发送到多个目的地（群发）。延迟时间长且不定，不能实时通信。若结点收到过多数据而无空间存储或不能及时转发时，不得不丢弃报文；报文不按序到达目的地。55计算机网络技术计算机网络技术第四课第四课56复习异步传输和同步传输位同步和群同步数据的编码和调制技术l数字数据的模拟信号编码l数字数据的数字信号编码l模拟数据的数字信号编码数据交换技术l电路交换l报文交换l分组交换572.4.3 分组交换将一个要传送的报文分成若干长度相同的段，对它们编号并加上分组头（包含源地址、目的地址和其它控制信息），打包组成分组，在各交换结点间实现存储转发。分组较小，存储空间可较小，减少了存储时延。多个分组，每个都有分组头，增加了开销。两种方式：数据报分组交换和虚电路分组交换。报文分组头分组1234567858数据报分组交换类似于报文交换，分组又称数据报。数据报中包含地址信息，结点据此选择出路。每个数据报独立进行传送，各数据报所走的路径不一定相同，不能保证按序到达目的地，最后要进行重组。分组可能被丢弃。面向无连接。通信子网H3H4H5H1H2ABCDEF59通信过程以长度较短的分组（数据报）作为传送单元，相当于流水线操作，减少了时延。处理与排队时延传输时延存储时延交换结点A交换结点C交换结点E分组1分组2分组3分组4分组5分组1分组2分组3分组4分组560虚电路分组交换类似于电路交换，需要建立一个逻辑通路（虚电路），存在虚电路建立和拆除阶段。分组头中包含虚电路标志符，提供路由信息，交换结点无需选择路由。所有分组沿着同一链路传输，顺序不变，不会丢失，可靠性高。虚电路可分时共享。面向连接。通信子网H3H4H5H1H2ABCDEFAC段和CE段可分时共享61通信过程数据传送前建立虚电路，所有分组沿着此虚电路进行传送，各结点无需路由选择（处理时延），传送结束后拆除虚电路。结合了电路交换和报文交换的优点。交换结点A交换结点C交换结点E传输时延存储时延排队时延建立传输拆除分组1分组2分组3分组1分组2分组362电路连接和虚电路连接相同l都面向连接，有链路建立和拆除阶段。l可靠性高。不同l电路连接：链路建立之后和拆除之前，链路供双方用户独享，线路利用率低。l虚电路连接：链路是分时共享的，只是建立虚电路的用户发送的数据仅沿着此虚电路传输，无需路由选择。63几种交换方式比较特点交换方式面向连接/无连接链路拆除、建立路由选择线路利用率时延可靠性电路交换连接需要无需低小（传输）高报文交换无连接无需需要高大（传输、存储、处理和排队）低数据报分组交换无连接无需需要高较大（传输、存储、处理和排队）低虚电路分组交换连接需要无需较高较小（传输、存储、排队）高642.4.4 高速交换技术帧中继ATMlATM即异步传输模式，是一种特殊的分组交换。l以信元作为传输单元，ATM信元是固定长度的分组，共53个字节。其中前5个字节为信头，主要完成寻址功能；后48个字节为信息段，用来装载来自不同用户、不同业务的信息。光交换技术652.5 信道复用技术信道多路复用技术是指在同一传输介质上“同时”传送多路信号的技术，也就是在一条物理信道上建立多条逻辑通信信道的技术。常用多路复用技术：频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用、空分多路复用。n路输入1 条物理信道n 条逻辑信道12nn路输出多路复用器多路解复用器12n66频分多路复用（FDM）把多个信号调制在不同的载波频率上，并将信道的可用频带分割成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频段，从而在一条物理信道上实现多路信号同时传送。到达接收端后再用滤波器将多路信号分开。（同时不同频）f/Hzt.子信道10 f10子信道3 f3子信道2 f2子信道1 f1警戒频带信道带宽10K11K12K13K19K20K67时分多路复用（TDM）将传输时间划分为许多时隙，轮流分配给多个用户。所有用户占用同一个频段。（同频不同时）时分复用帧ft /sA B C D A B C D A B C D A B C D可用频段时隙12034567 89 10 11 12 13 14 15 1668其它复用技术波分多路复用（WDM）：将光纤频域分割成若干频段，每个频段传送一路光波信号，从而在一根光纤上实现多个不同波长的光波信号的传播。它的本质就是光纤上频分复用技术。码分多路复用（CDM）：每个用户分配一个唯一的序列码，各序列码互不相关，接收端根据此序列码来区分不同用户。所有用户同时占用同一频段。空分多路复用（SDM）：利用空间分割构成不同的信道，如多根天线。692.6 传输媒体的类型与特点传输媒体是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，计算机网络中采用的传输媒体分有线和无线两大类。有线传输介质：在两个通信设备之间实现的物理连接部分，主要有双绞线、同轴电缆和光纤。无线传输介质：在两个通信设备之间不使用任何物理连接，而是通过空间传输，主要有微波、卫星、红外、激光。702.6 传输介质传输介质传输介质也称传输媒体，泛指计算机网络中用于连接各个计算传输介质也称传输媒体，泛指计算机网络中用于连接各个计算机的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理介质。机的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理介质。传输介质是构成物理信道的重要组成部分，计算机网络中使用传输介质是构成物理信道的重要组成部分，计算机网络中使用各种传输介质来组成物理信道。各种传输介质来组成物理信道。1传输介质的分类传输介质的分类传输介质包括有线传输介质和无线传输介质两大类。有线介质传输介质包括有线传输介质和无线传输介质两大类。有线介质将信号约束在一个物理导体之内，如双绞线、同轴电缆和光纤将信号约束在一个物理导体之内，如双绞线、同轴电缆和光纤等，故又被称作有界介质；而无线传输介质如无线电波、红外等，故又被称作有界介质；而无线传输介质如无线电波、红外线、激光等由于不能将信号约束在某个空间范围之内，故又被线、激光等由于不能将信号约束在某个空间范围之内，故又被称为无界介质。究竞选择哪一种传输介质，必须考虑到价格、称为无界介质。究竞选择哪一种传输介质，必须考虑到价格、安装难易程度、容量、抗干扰能力、衰减等方面的因素，同时安装难易程度、容量、抗干扰能力、衰减等方面的因素，同时还要根据具体的运行环境全面考虑。还要根据具体的运行环境全面考虑。712.6传输介质传输介质有线传输介质1. 双绞线双绞线TP（Twisted Pair）。“Twisted”表示在双绞线电缆的内部由若干对两两绞在一起的相互绝缘的铜导线组成，导线的典型直径为1mm（在0.4mm 1.4mm之间）。采用两两相绞的绞线技术可以抵消相邻线对之间的电磁干扰和减少近端串扰。双绞线既可以传输模拟信号，又能传输数字信号。用双绞线传输数字信号时，其数据传输率与电缆的长度有关。距离短时，数据传输率可以高一些。典型的数据传输率为10Mbps和100Mbps，也可高达1000Mbps。双绞线电缆一般由多对双绞线外包缠护套组成，其护套称为电缆护套。电缆的对数可分为4对双绞线电缆、大对数双绞线电缆（包括25对、50对、100对等）。722.6 传输介质传输介质双绞线按照是否有屏蔽层又可以分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。到目前为止，EIA / TIA已颁布了六类(Category，简写为Cat)线缆的标准。lCat1：适用于电话和低速数据通信；lCat2：适用于ISDN及T1/E1，支持高达16MHz 的数据通信；lCat3：适用于10Base-T或100Mbps的100Base-T4，支持高达20MHz的数据通信；lCat5：适用于100Mbps的100Base-TX和100Base-T4，支持高达100MHz的数据通信。lCat5e：既适用于100Mbps的100Base-TX 、100Base-T4，支持高达100MHz的数据通信；又适用于1000Mbps的1000Base-TX，支持高达1000MHz的数据通信。lCat6：适用于1000Mbps的1000Base-TX，支持高达1000MHz的数据通信。732.6 传输介质传输介质4对非屏蔽双绞线电缆结构图导线双绞线对外皮拉绳：外皮下面 超5类4对S-FTP截面图742.6 传输介质传输介质2. UTP电缆的颜色编码电缆的颜色编码双绞线电缆中的每一根绝缘线路都用不同颜色加以区分，双绞线电缆中的每一根绝缘线路都用不同颜色加以区分，这些颜色构成标准的编码，因此很容易识别和正确端接这些颜色构成标准的编码，因此很容易识别和正确端接每一根线路。每个线对都有两根导线。其中一根导线的每一根线路。每个线对都有两根导线。其中一根导线的颜色为线对的颜色加一个白色条纹，另一根导线的颜色颜色为线对的颜色加一个白色条纹，另一根导线的颜色是白色底色加线对颜色的条纹，即电缆中的每一对双绞是白色底色加线对颜色的条纹，即电缆中的每一对双绞线电缆都是互补颜色。线电缆都是互补颜色。（1）4对对UTP电缆的颜色编码电缆的颜色编码4对对UTP电缆的电缆的4对线具有不同的颜色标记，这四种颜对线具有不同的颜色标记，这四种颜色是蓝色、橙色、绿色、棕色。色是蓝色、橙色、绿色、棕色。具体的的颜色编码方案如表所示。具体的的颜色编码方案如表所示。752.6传输介质传输介质线对颜色编码简写线对1白-蓝W-BL蓝BL线对2白-橙W-O橙O线对3白-绿W-G绿G线对4白-棕W-BR棕BR表对UTP电缆颜色编码762.6 传输介质传输介质6类双绞线电缆为了减少线对间的串扰，通常在线对间采用了圆形、片形、十字星形、十字骨架等种类填充物。十字星形填充的双绞线对称电缆构造是在电缆中建一个十字交叉中心，把4个线对分成不同的信号区，这样就可以提高电缆的抗近端串扰性能，减少在安装过程中由于电缆连接和弯曲引起的电缆物理上的失真，十字骨架构造在保证前后位置精准方面做了更多的改进。772.6 传输介质传输介质6类双绞线结构图782.6 传输介质传输介质7类屏蔽双绞线对称电缆全屏蔽7类（Cat7）双绞线电缆远远超过7类/CLASSF级标准要求；传输带宽超过1.2GHz,可同时支持语音、高速网络、CATV等视频应用。被国际ISO/IEC组织选为非RJ457类标准接口.图 7类双绞线电缆截面图792.6 传输介质传输介质双绞线电缆连接硬件包括电缆配线架、信息插座和接插软线等。它们用于端接或直接连接电缆，使电缆和连接件组成一个完整的信息传输通道。常用的有RJ45头（俗称水晶头，如图所示）和信息插座（信息模块，如图所示）802.6 传输介质传输介质图3.23UTP电缆使用的8针插头UTP电缆使用的8针模块式插座812.6 传输介质传输介质3.GP45插头与插座2001年8月，在德国召开的ISO/IEC会议上，耐克森的连接件IEC60603-7-7被最终确认为7类接口标准。耐克森“GG45”保证100%向后兼容RJ45和超越600MHz的更高性能。(a) GP45插头 (b)GG45插座822.6 传输介质传输介质同轴电缆也像双绞线电缆那样，由两个导体组成，其结构是一个外部圆柱形空心导体围裹着一个内部导体。如图3.27所示。内部导体可以是单股实心线也可以是绞合线；外部导体可以是单股线也可以是编织线。内部导体的固定用规则间隔的绝缘环或者用固体绝缘材料，外部导体用一个罩或者屏蔽层覆盖。因为同轴电缆只有一个中心导体，所以它通常被认为是非平衡传输介质。中心导体和屏蔽层之间传输的信号极性相反，中心导体为正，屏蔽层为负。中心导体和电缆屏蔽层以同一个轴为对称中心构成了两个同心圆结构，可以保证中心导体处在中心位置，并保证它与屏蔽层之间的距离的准确性，这两个电缆部件用绝缘层隔开。832.6 传输介质传输介质 同轴电缆类型同轴电缆类型常用同轴电缆型号有下列几种：常用同轴电缆型号有下列几种：RG-8RG-8或或RG-11RG-11：即粗缆；：即粗缆；RG-58/URG-58/U或或RG-58C/URG-58C/U：即细缆；：即细缆；RG6/RG-59RG6/RG-59：是公用有线电视天线：是公用有线电视天线CATVCATV中使用的标准；中使用的标准；RG-62RG-62：ARCnetARCnet网络及网络及IBM3270IBM3270系统使用的电缆。系统使用的电缆。 同轴电缆结构截面图842.6传输介质传输介质同轴电缆连接器同轴电缆用同轴电缆连接器端接。一些常见的同轴电缆连接器有N型连接器、BNC连接器和F型连接器。同轴电缆连接器把中心导线与电缆金属箔和网状屏蔽层隔离开来，同时还为同轴电缆的金属箔和网状屏蔽层提供了连接。1.N型连接器N型连接器是用于50同轴粗缆的连接器，如图3.28所示。N型连接器是螺口连接器，它用于同轴电缆粗缆的端接。2.BNC型连接器BNC型连接器是和50细缆一起用的连接器，如图3.29所示。BNC型连接器是卡口式连接器。852.6 传输介质传输介质 N型连接器862.6传输介质传输介质（a） BNC头 （b） T型头 BNC型连接器872.6 传输介质传输介质光缆1.光纤的结构光纤是光缆的纤芯，光纤由光纤芯、包层和涂覆层三部分组成。最里面的是光纤芯，包层将光纤芯围裹起来，使光纤芯与外界隔离，以防止与其他相邻的光导纤维相互干扰。包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层，涂覆材料为硅酮树酯或聚氨基甲酸乙酯，涂覆层的外面套塑（或称二次涂覆），套塑的原料大都采用尼龙、聚乙烯或聚丙烯等塑料，从而构成光纤纤芯。 882.6传输介质传输介质（1） 光纤芯包层光线包层光纤芯光纤芯包层光线包层光纤芯光纤芯是光的传导部分，而包层的作用是将光封闭在光纤芯是光的传导部分，而包层的作用是将光封闭在光纤芯内。光纤芯和包层的成分都是玻璃，光纤芯的折射光纤芯内。光纤芯和包层的成分都是玻璃，光纤芯的折射率高，包层的折射率低，这样可以把光封闭在光纤芯内。率高，包层的折射率低，这样可以把光封闭在光纤芯内。如图所示。如图所示。 包层光线包层光纤芯 光纤中光的传输892.6 传输介质传输介质（2）涂覆层涂覆层是光纤的第一层保护，它的目的就是保护光纤的机械强度，是第一缓冲层（PrimaryBuffer），由一层或几层聚合物构成，厚度约为250m，在光纤的制造过程中就已经涂覆到光纤上。光纤涂覆层在光纤受到外界震动时保护光纤的光学性能和物理性能，同时又可以隔离外界水气的侵蚀。（3）缓冲保护层在涂覆层外面还有一层缓冲保护层，给光纤提供附加保护。在光缆中这层保护分为紧套管缓冲和松套管缓冲两类。902.6传输介质传输介质 紧套管缓冲：紧套管是直接在涂覆层外加的一层塑紧套管缓冲：紧套管是直接在涂覆层外加的一层塑料缓冲材料，约料缓冲材料，约650 m，与涂覆层合在一起，构成一个，与涂覆层合在一起，构成一个900 m的缓冲保护层。的缓冲保护层。紧套管缓冲光缆主要用于室内布线。由于它的尺寸较紧套管缓冲光缆主要用于室内布线。由于它的尺寸较小，所以使用灵活，并在安装过程中允许有大的弯曲半径，小，所以使用灵活，并在安装过程中允许有大的弯曲半径，使得安装起来比较容易。使得安装起来比较容易。 松套管缓冲：松套管缓冲光缆使用塑料套管作为缓松套管缓冲：松套管缓冲光缆使用塑料套管作为缓冲保护层，套管直径是光纤直径的几倍，在这个大的塑料冲保护层，套管直径是光纤直径的几倍，在这个大的塑料套管的内部有一根或多根已经有涂覆层保护的光纤。光纤套管的内部有一根或多根已经有涂覆层保护的光纤。光纤在套管内可以自由活动，并且通过套管与光缆的其他部分在套管内可以自由活动，并且通过套管与光缆的其他部分隔离开来。这种结构可以防止因缓冲层收缩或扩张而引起隔离开来。这种结构可以防止因缓冲层收缩或扩张而引起的应力破坏，并且可以充当光缆中的承载元件。的应力破坏，并且可以充当光缆中的承载元件。912.6 传输介质传输介质（4）光缆加强元件为保护光缆的机械强度和刚性，光缆通常包含有一个或几个加强元件。在光缆被牵引的时侯，加强元件使得光缆有一定的抗拉强度，同时还对光缆有一定支持保护作用。光缆加强元件有芳纶砂、钢丝和纤维玻璃棒等三种。（5）光缆护套光缆护套是光缆的外围部件，它是非金属元件，作用是将其他的光缆部件加固在一起，保护光纤和其他的光缆部件免受损害。922.6 传输介质传输介质2. 光纤的型号根据我国通信行业标准光缆型号命名方法（YD/T9081997）的规定，光缆型号由光缆型式代号和规格代号构成，用一空格分隔开。（2）型式光缆型式由5个部分构成，各部分均用代号表示。如图所示。（2）规格光缆规格由四大部分构成，如图所示。各部分均用代号表示，相邻的各大部分的代号都是数字时，用规定符号把它们隔开。 932.6传输介质传输介质光纤型号的构成 I II III IV V外护层护套结构特征加强构件分类942.6 传输介质传输介质光纤的规格光纤的规格952.6传输介质传输介质3. 光缆的种类（1）按照折射率分布不同来分通常采用的是均匀光纤（突变型光纤）和非均匀光纤（渐变型光纤）两种。均匀光纤光纤纤芯的折射率n1和包层的折射率n2都为一常数，且n1n2，在纤芯和包层的交界面处折射率呈阶梯型变化，这种光纤称为均匀光纤，又称为突变型光纤。非均匀光纤光纤纤芯的折射率n1随着半径的增加而按一定规律减小，到纤芯与包层的交界处为包层的折射率n2，即纤芯中折射率的变化呈近似抛物线型。这种光纤称为非均匀光纤，又称为渐变型光纤。962.6 传输介质传输介质（2）按照传输的总模数来分单模光纤SMF（Single Mode Fiber）单模光纤的纤芯直径很小，约为4m 10m，理论上只传输一种模态。在综合布线系统中，常用的单模光纤有8.3/125m突变型单模光纤，常用于建筑群之间的布线。多模光纤MMF（MultiModeFiber）多模光纤的纤芯直径一般在50m 75m，包层直径为100m 200m。多模光纤的光源一般采用LED（发光二极管），工作波长为850nm或1300nm。这种光纤的传输性能差，带宽比较窄，传输容量也较小。在综合布线系统中常用纤芯直径为50m、62.5m，包层均为125m，也就是通常所说的50m、62.5m。常用于建筑物内干线子系统、水平子系统或建筑群之间的布线。972.6 传输介质传输介质（3）按照结构分光缆按照结构分有中心束管式、层绞式和带状式。光纤用填充物阻水层（热熔胶）松套管钢丝加强件UV光纤铠装层PE护套中心束管式光缆982.6 传输介质传输介质铝带纵包层绞式光缆中心加强件UV光纤松套管LAP带扎带及填充带光纤用填充物PE护套缆芯用填充物992.6 传输介质传输介质中心金属加强件松套管光纤带光纤带填充膏缆芯填充膏阻水带钢带MDPE护套图3.37带状式光缆截面图1002.6 传输介质传输介质（4）按照敷设方式分光纤光缆按照敷设方式分为室内光缆、架空光缆、自承式（ADSS）光缆、直埋光缆、管道光缆、水底（海底）光缆和吹光纤等。综合布线系统中采用的光缆主要依据此分类方式。4.常用光缆在综合布线系统中常用的光缆有:n8.3/125m、单模。n62.5/125m、多模。n50/125m、多模。1012.6 传输介质传输介质光纤涂覆层紧套层加强件护套多模室内光缆结构图1022.6 传输介质传输介质架空光缆结构 UV固化光纤PBT松套管PE垫层光纤油膏非 金 属 加 强 构 件（FRP）光缆填充膏无纺布及扎带PE护套1032.6 传输介质传输介质光纤带金属加强芯纤膏松套管缆膏阻水带双面涂塑铝带PE内护层阻水层双面涂塑轧纹钢带PE外护层中心束管式直埋光缆1042.6 传输介质传输介质光纤带金属加强芯纤膏松套管缆膏阻水层双面涂塑铝带PE内护层阻水层双面涂塑轧纹钢带PE外护层层绞式直埋光缆1052.6传输介质传输介质管道光缆的结构图光纤金属加强芯纤膏松套管缆膏阻水层双面涂塑铝带PE护套1062.6 传输介质传输介质光纤金属加强芯纤膏松套管缆膏阻水层双面涂塑铝带PE内护套钢丝PE外护套 海底光缆结构图 1072.6 传输介质传输介质5.光纤通信的基本原理目前使用的光纤通信系统，普遍采用数字编码、强度调制和直接检波通信系统。光纤通信系统的基本构成如图3.44所示。光纤通信系统的基本构成1082.6 传输介质传输介质6. 光缆连接部件光纤配线设备作为光纤接入网技术的关键技术设备之一，主要分为室内配线和室外配线设备两大类。其中，室内配线包括机架式（光纤配线架、混合配线架）、机柜式（光纤配线柜、混合配线柜）和壁挂式（光纤配线箱、光缆终端盒、综合配线箱），室外配线设备包括光缆交接箱、光纤配线箱、光缆接续盒。这些配线设备主要由配线单元、熔接单元、光缆固定开剥保护单元、存储单元及连接器件组成，综合布线系统配线产品包含有相应的数字配线模块、音频配线模块。连接部件主要有配线架、端接架、接线盒、光缆信息插座、各种连接器（如ST、SC、FC等）以及用于光缆与电缆转换的器件。1092.6传输介质传输介质7. 光纤连接器光纤连接器光纤连接器是光纤通信中使用量最多的光无源器件，光纤连接器是光纤通信中使用量最多的光无源器件，大多数的光纤连接器是由三部分组成，两个光纤接头和一大多数的光纤连接器是由三部分组成，两个光纤接头和一个耦合器。耦合器是把两条光缆连接在一起的设备，使用个耦合器。耦合器是把两条光缆连接在一起的设备，使用时把两个连接器分别插到光纤耦合器的两端。耦合器的作时把两个连接器分别插到光纤耦合器的两端。耦合器的作用是把两个连接器对齐，保证两个连接器之间有一个低的用是把两个连接器对齐，保证两个连接器之间有一个低的连接损耗。耦合器多配有金属或非金属法兰，以便于连接连接损耗。耦合器多配有金属或非金属法兰，以便于连接器的安装固定。光纤连接器使用卡口式、旋拧式、器的安装固定。光纤连接器使用卡口式、旋拧式、“n”型型弹簧夹和弹簧夹和MTRJ等方法连接到插座上。光纤连接器件之等方法连接到插座上。光纤连接器件之间的连接关系如图间的连接关系如图3.45所示。所示。1102.6 传输介质传输介质1112.6 传输介质传输介质按照不同的分类方法，光纤连接器可以分为不同的种类。按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；按结构的不同可分为FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT等各种型式；按连接器的插针端面可分为FC、PC（UPC）和APC；按光纤芯数还有单芯、多芯之分。在实际应用过程中，一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。综合布线系统领域应用最多的光纤连接器是以2.5mm陶瓷插针为主的FC、ST和SC型，以LC、VF-45、MT-RJ为代表的超小型光纤连接器应用也正增长。以下简单介绍一些目前比较常见的光纤连接器。要传输数据，至少需要两根光纤。一根光纤用于发送，另一根用于接收。光纤连接器根据光纤连接的方式被分为两种：单连接器在装配时只连接一根光纤。双连接器在装配时要连接两个光纤。1122.6 传输介质传输介质(1) ST光纤连接器光纤连接器ST光纤连接器最早由光纤连接器最早由ATT开发出来，是双锥型连接开发出来，是双锥型连接器（器（Biconic Connector）。）。ST是StraightTip（直通式）的缩写。ST光纤连接器有一个直通和卡口式锁定机构。ST连接头使用一个坚固的金属卡销式耦合环和一个发散形状的凹弯使适配器的柱头可以方便地固定。双ST头可用于带护套光纤，一个用米色护套，一个用黑色护套，两种颜色使光纤易于识别，单个适用于带缓冲光纤的ST头。1132.6 传输介质传输介质（a） ST光纤连接器 （b） ST光纤适配1142.6 传输介质传输介质(2)SC光纤连接器SC光纤连接器是商业布线标准推荐的用于新的布线工程的连接器。由日本NTT公司开发，外形呈矩形，插针的断面多采用PC或APC型研磨方式。SC光纤连接器为插拔销闩型连接器，与耦合器相接时，通过压力固定，这样只需轻微的压力就可以插入或拔出SC适配器，不需旋转。SC光纤连接器既可以端接50/125m和62.5/125m的多模光缆，也可以端接单模光纤。工业布线标准推荐用棕色连接器端接多模光缆，用蓝色连接器端接单模光缆。适用于工作区、水平布线和管理区。1152.6 传输介质传输介质（a） SC光纤连接器 （b） SC光纤适配器1162.6传输介质传输介质(3)MU连接器MU（MiniatureUnitCoupling）连接器是一种直插式连接方式的连接器，实际上是SC型连接器的小型化，是以目前使用最多的SC型连接器为基础，由NTT研制开发出来的世界上最小的单芯光纤连接器，其体积约为SC型连接器的2/5。如图3.48(a)为MU光纤连接器，该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，能实现高密度安装。MU分单芯、双芯和8芯三类，互换性和重复性好，适用于DWDM系统，但在多芯插拔时需用专用工具。 1172.6传输介质传输介质（a） MU光纤连接器 （b） MU光纤适配器1182.6 传输介质传输介质(4) FC光纤连接器光纤连接器FC是是Ferrule Connector的缩写，表明其外部加强的缩写，表明其外部加强方式采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早的方式采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早的FC型的连接型的连接器，采用陶瓷插针的对接端面是平面接触方式（器，采用陶瓷插针的对接端面是平面接触方式（FC）。此）。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。现在能较为困难。现在FC型连接器对接端面呈球面的插针型连接器对接端面呈球面的插针（PC），外部结构没有变化，使得插入损耗和回波损耗性），外部结构没有变化，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。能有了较大幅度的提高。 1192.6 传输介质传输介质（a） FC光纤连接器 （b） FC光纤适配器1202.6 传输介质传输介质(5) SFF光纤连接器光纤连接器SFF光纤连接器是一种新型的连接器。光纤连接器是一种新型的连接器。SFF光纤连接光纤连接器可以在一个连接器内端接两芯或更多的光纤。整个连接器可以在一个连接器内端接两芯或更多的光纤。整个连接器在配线盘或者通信设备上占据的空间跟一个器在配线盘或者通信设备上占据的空间跟一个8线位组合线位组合式连接器差不多。式连接器差不多。 MTRJ SFF光纤连接器光纤连接器MTRJ SFF光纤连接器是光纤连接器是Tyco Electronics和和Siecor联合开发的。联合开发的。MTRJ SFF光纤连接器类似于光纤连接器类似于8线线位组合式连接器，位组合式连接器，MTRJ连接头双工光纤性能的所有优连接头双工光纤性能的所有优点组合进紧凑式点组合进紧凑式“RJ”型结构。可以端接型结构。可以端接50/125 m和和62.5/125 m的多模光缆。的多模光缆。 1212.6 传输介质传输介质MT-RJ SFF光纤连接器1222.6 传输介质传输介质 Volition VF-45连接器Volition VF-45连接器是由3M公司开发的，类似于8线位组合式连接器，是专门针对局域网应用，它用一种没有箍套的V型凹槽设计取代了箍套。 图VF-45连接器1232.6传输介质传输介质 LC连接器LC产品是一款新型的“SFF”产品，如图3.52所示。LC型连接器是著名Bell研究所研究开发出来的，采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成,其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm。这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度。具有ST、SC的一切特点以及更高的端接密度。现有单模和多模两款产品。LC多模光纤接头可端接62.5/125m及50/125m多模光纤 .1242.6 传输介质传输介质LC光纤连接器1252.6 传输介质传输介质不同连接口的耦合器1262.6 传输介质传输介质(4) 与光纤连接的设备与光纤连接的设备与光纤连接的设备目前主要有光纤收发器、网卡和光纤模块交换机等。 光纤收发器光纤收发器光纤收发器是一种光电转换设备，主要用于设备本身没有光纤收发器的情况，例如，普通的交换机和网卡。如图所示为一款光纤收发器。 光接口网卡光接口网卡有些服务器需要与交换机之间进行高速的光纤连接，这时，服务器中的网卡应该具有光纤接口。主要有Intel、IBM、3COM和D-Link等大公司的产品系列。127双绞线双绞线由两根相互绝缘的铜导线绞合而成，成为一条通信线路。将多条双绞线捆在一起，外面包上护套，构成双绞线电缆。物理特性：传导性能好。传输速率：10M100Mb/s。传输距离：100kb/s可达1km，10M100Mb/s可达100m。抗干扰性：低频强于同轴电缆，高频弱于同轴电缆。相对价格：很便宜。128同轴电缆同轴电缆由内导体铜芯线、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。价格高于双绞线，带宽大，传输距离长，抗干扰能力较强。类型传输距离速度或带宽特点基带同轴电缆10km300450MHz用于传输模拟信号，技术较复杂129光纤光纤是一种细小、柔韧的并能传输光信号的玻璃纤维，一根光缆中包含有多条光纤。分为多模光纤和单模光纤。传输速率：几Gb/s传输距离：几十公里抗干扰性：强相对价格：最贵四芯光缆剖面示意图外护套填充物光纤及其包层远程电源线加强芯包带层130多模光纤和单模光纤多模光纤：光波以多种模式（入射角度）传播。单模光纤：直径小到与光波波长相当（波导），光波无反射地直线传播。与多模光纤相比，高速度，长距离，高成本。多模光纤单模光纤吸收护套包层纤芯131无线电短波无线电短波是指波长在100m一下、10m以上的电磁波，频率为330MHz。电波通过高层大气的电离层进行折射或反射而回到地面达到远距离通信。频率较低，易受电磁干扰和地形地貌影响，并受电离层特性的影响。短波通信可以传送电报、电话、传真和广播等多种信息。132微波微波的频率范围为300M300GHz。波长短，频率高，视距（直线）传播，并能穿透电离层进入宇宙空间。微波通信包括地面微波接力通信和卫星通信。133地面微波接力通信微波沿着地面传输。由于地球表面是个曲面，需每隔几十公里建立一个中继站。中继站把前一站送来的信号经过放大再发送到下一站，故称为微波接力通信。地球表面134卫星微波通信卫星通常被定位在3600公里高空，将同步卫星作为中继站，传输距离远（几千至上万公里），抗干扰性强，但时延较长。卫星通信广泛用于远程计算机网络中。地球表面135红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播。传输距离有限，易受空气状态的影响（例如有烟雾等）。红外线和激光1362.7 差错控制技术（传输）差错：由于信道中噪声的干扰，使传输信号产生失真，接收数据与发送数据不一致。原因：噪声的存在。随机噪声：通信信道上固有的、持续存在的噪声，引起随机差错，影响的码元是孤立的。冲击噪声：由外界某种原因突发产生的噪声，引起突发差错，影响一串连续码元。差错控制：允许在通信过程中产生差错的前提下，有效地发现或纠正差错，从而提高通信质量的过程。包括检错和纠错。137差错控制编码：数据信息位在发送前先按照某种关系附加若干冗余位，构成一个码字后再发送。接收端收到码字后检查信息位和冗余位之间的关系，从而检查传输过程中是否有差错。差错控制编码可分为检错码和纠错码。l检错码：能自动发现错误。l纠错码：既能发现错误又能纠正错误。冗余度较大。编码效率：R=k/n=k/(k+r)lk：码字中的信息位位数lr：编码是加入的冗余位位数ln：编码后的码字总长度差错控制编码138一组数据中添加一位校验位。奇校验：使码组中“1”的个数为奇数。偶校验：使码组中“1”的个数为偶数。仅能检错，不能纠错，属检错码。仅能检测奇数个差错。10110111011010编码效率奇偶校验139偶校验101101010010101的个数为奇数传输过程中存在差错101101011010101的个数为偶数传输过程中不存在差错？产生一个差错产生两个差错140其它差错控制编码循环冗余校验CRC属检错码。海明码可纠正一位差错，属纠错码。141