计算机网络基础谢希仁第五版2章use.ppt
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1、计算机网络(第 5 版),第 2 章 物理层,第 2 章 物理层,2.1 物理层的基本概念 2.2 物理层下面的传输媒体 2.2.1 导向传输媒体 2.2.2 非导向传输媒体 2.3 数据通信的基础知识 2.3.1 数据通信系统的模型 2.3.2 有关信道的几个基本概念 2.3.3 信道的极限容量 2.3.4 信道的极限信息传输速率,第 2 章 物理层(续),2.4 信道复用技术 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.2 波分复用 2.4.3 码分复用 2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网(HFC 网) 2.6.3 F
2、TTx 技术,2.1 物理层的基本概念,物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性,即: 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。,通信分为有线通信和无线通信两种。 有线通信是利用电缆、光缆或电话线来充当传输导体的。 无线通信是利用卫星、微波、红外线来充当传输导体。 在通信线路上常用的有线传输介质有双绞线、大对数线和光缆。,2.2 物理层下面的传输媒体,2.2 物理层下面的传输媒体,
3、无线电,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线,射线,双绞线,同轴电缆,卫星,地面微波,调幅 无线电,调频 无线电,海事 无线电,光纤,电视,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移动 无线电,电信领域使用的电磁波的频谱,2.2.1 导向传输媒体,双绞线 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线
4、UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 50 同轴电缆 75 同轴电缆 光缆,各种电缆,铜线,铜线,聚氯乙烯 套层,聚氯乙烯 套层,屏蔽层,绝缘层,绝缘层,外导体屏蔽层,绝缘层,绝缘保护套层,内导体,无屏蔽双绞线 UTP,屏蔽双绞线 STP,同轴电缆,双绞线缆线,2.2.1 导向传输媒体,双绞线缆线 计算机网络工程使用4对非屏蔽双绞线导线,物理结构如图1-6所示。 1非屏蔽双绞线电缆的优点 非屏蔽双绞线电缆的优点如下。 1)无屏蔽外套,直径小,节省所占用的空间。 2)质量小、易弯曲、易安装。 3)将串扰减至最小或加以消除。 4)具有阻燃性。 5)具有独立性和灵活性
5、,适用于结构化综合布线。,双绞线缆线 2双绞线的绞距 在双绞线电缆内,不同线对具有不同的绞距长度。一般地说,4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内,按逆时针方向扭绞,一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。 3双绞线的生产制造过程 铜棒拉丝单芯覆盖绝缘层两芯绞绕4对绞绕覆盖绝缘层印刷标记成卷。 4双绞线施工影响原因 1)网络双绞线配线端接工程技术。 2)布线拉力。 3)布线曲率半径。 4)布线绑扎技术。 5)电磁干扰。 6)工作温度。,大对数双绞线 大对数双绞线是由25对具有绝缘保护层的铜导线组成的。它有3类25对大对数双绞线,5类25对大对数双绞线,为用户提供更多的可用线对,并被设计为扩展的传
6、输距离上实现高速数据通信应用,传输带宽为100MHz。导线色彩由蓝、橙、绿、棕、灰和白、红、黑、黄、紫编码组成。 同轴电缆 同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成,如图1-8所示。柱体同导线用绝缘材料隔开,其频率特性比双绞线好,能进行较高速率的传输。,同轴电缆 同轴电缆可分为两种基本类型:基带同轴电缆和宽带同轴电缆。目前基带常用的电缆,其屏蔽线是用铜做成网状的,特征阻抗为50 ,如RG-8、RG-58等;宽带常用的电缆,其屏蔽层通常是用铝冲压成的,特征阻抗为75 ,如RG-59等。 同轴电缆根据其直径大小可以分为粗同轴电缆与细同轴电缆。 细缆的直径为0.26cm,最大传输
7、距离为185m,细缆的阻抗是50 。 粗缆(RG-11)的直径为1.27cm,最大传输距离达到500m,粗缆的阻抗是75 。 为了保持同轴电缆的正确电气特性,电缆屏蔽层必须接地,同时两头要有终端来削弱信号反射作用。,,水晶头与信息模块 1水晶头 水晶头,专业术语为RJ-45连接器(RJ-45是一种网络接口规范,类似的还有RJ-11接口,就是我们平常所用的电话接口,用来连接电话线)。之所以把它称为水晶头,是因为它的外表晶莹透亮的原因,如图1-15所示。,水晶头与信息模块 2信息模块 信息模块是网络工程中经常使用的一种器材,分为6类、超5类和3类,且有屏蔽和非屏蔽之分。信息模块如图1-17所示。,
8、面板、底盒 1面板 常用面板按面板外形尺寸可分为国标86型和120型;按上面集成接口数量可分为单口面板和双口面板;按应用场合不同又可分为地弹插座面板、墙面插座面板和桌面型面板。 2底盒 网络信息点插座底盒按照材料一般分为金属底盒和塑料地盒,按照安装方式一般分为暗装底盒和明装底盒,按照配套面板规格分为86系列和120系列。,配线架 配线架是管理子系统中最重要的组件,是实现干线和配两个子系统交叉连接的枢纽,一般放置在管理区和设备间的机柜中。在网络工程中常用的配线架有双绞线配线架和光纤配线架。 理线器 理线器为电缆提供了平行进入RJ-45模块的通路,使电缆在压入模块之前不再多次直角转弯,减少了自身的
9、信号辐射损耗,同时也减少了对周围电缆的辐射干扰。,机柜 机柜是存放设备和缆线交接的地方,机柜以U为单元区分(1U=44.45mm)。 标准的机柜端接设备宽度为600mm,一般情况下,服务器机柜的深度大于800mm,而网络机柜的深度小于800mm。,机柜 网络机柜可分为两种:常用服务器机柜和壁挂式网络机柜。,双绞线安装工具 15对110打线钳 该工具是一种简便快捷的110型连接端子打线工具,是110配线(跳线)架卡接连接块的最佳手段,如图1-29所示。 2单对110打线钳 该工具适用于缆线、110型模块及配线架的连接作业。 3RJ-45+RJ-11双用压线钳 该工具适用于RJ-45和RJ-11水
10、晶头的压接。一把钳子包括了双绞线切割、剥离外护套、水晶头压接等多种功能,如图1-31所示。,双绞线安装工具 4RJ-45单用压线钳 在双绞线网线制作过程中,压线钳是最主要的制作工具,如图1-32所示。 5剥线器 6扎带 扎带分尼龙扎带与金属扎带。综合布线工程中使用的是尼龙扎带。尼龙扎带按紧固方式分为4种:可松式扎带、插销式扎带、固定式扎带和双扣式扎带。还可使用线扣将扎带和缆线等进行固定,它分粘贴型和非粘贴型两种。,信息模块端接技术,信息模块的端接有两种标准:EIA/TIA568A和EIA/TIA568B。如图所示为两种标准规定的导线排列顺序。,信息模块端接技术,二、信息模块端接技术要点 下面介
11、绍IBDN GigaFlex模块压接的具体操作步骤。 剥除线缆外皮; 剥除线缆至末端10cm处; 剪除线缆的外皮及抗拉线; 将线对插入模块的槽帽内; 压紧槽帽并整理线对; 线缆及槽帽一起压入模块插座; 将各线对压入模块各槽位内; 使用打线工具加固线对与插座的连接。 如下图所示:,信息模块端接技术要点,1,2,3,4,5,6,7,8,信息插座安装要求,模块端接完成后,接下来就要安装到信息插座内,以便工作区内终端设备的使用。下面以IBDN EZ-MDVO插座安装为例,介绍信息插座的安装步骤。 模块卡接到面板插槽内; 面板与底盒接合在一起; 用螺丝固定插座面板; 在插座面板上安装标签条。,1,4,R
12、J45-RJ45跳线端接技术,1.RJ45-RJ45跳线简介 RJ45-RJ45跳线是由一根双绞线电缆与两个RJ45连接头端接而成的,如图所示。RJ45-RJ45跳线根据连接系统性能的要求分为5类、超5类、6类跳线。只有设备之间级联时才会使用反序跳线连接,即两端线序的1、2线对分别与3、6线对连接。下面主要介绍常用的直通RJ45-RJ45跳线端接技术。,RJ45-RJ45跳线,RJ45-RJ45跳线端接技术,2. RJ45-RJ45跳线端接技术要点 在综合布线施工中,RJ45接头端接也要遵循一定的标准规范。 RJ45接头端接具体步骤如下: 切开电缆直至距端头20mm; 4对导线解钮并平行排列;
13、 将导线排列整齐并修整; 将导线插入RJ45接头; 使用压线压接RJ45接头; 重复以上步骤,在双绞线的另一端压接另一个RJ45接头,最终得到一根完整的RJ45-RJ45跳线。,RJ45-RJ45跳线端接技术,1,2,5,110配线系统安装技术,一、110配线系统构成 IBDN 110配线系统主要由配线架、连接块、线缆管理槽、标签、胶条等组成。 (1)100对或300对110配线架,如图所示; (2)4线对连接块、5线对连接块,如图所示。,100对或300对110配线架,4对或5对连接块,110配线系统构成,(3)胶条和标签条,用于标注各连接块的信息,如图所示。 (4)线缆管理槽和线缆管理环,
14、安装在配线架上用于整理和固定线缆,如图所示。,胶条和标签条,线缆管理环和线缆管理槽,110配线系统安装技术要点,下面详细介绍使用110配线系统构建4对UTP电缆交叉连接管理系统的步骤: (1)在墙上标记好110配线架安装的水平和垂直位置,如图所示。 (2)300线对配线架及线缆管理槽固定方法 ,如图所示。100线对配线架及线缆管理槽固定方法 ,如图。,1,2,110配线系统安装技术要点,(3)成组绑扎电缆并引入配线架 。 (4)在配线架上标注各线缆连接的位置 。,110配线系统安装技术要点,(5)按连接接线块的位置整理线缆 。 (6)剥除电缆外皮 。 (7)按线序将线对压入槽内。,5,6,7,
15、110配线系统安装技术要点,(8)将多根线缆的线对压入上下相邻的槽位 (9)使用110压线工具将线对冲压入线槽内,110配线系统安装技术要点,(10)使用多线对压接工具将4线对连接块压接到配线架上 。 (11)在配线架上下槽位间安装标签条 。,光线在光纤中的折射,折射角,入射角,包层 (低折射率的媒体),包层 (低折射率的媒体),纤芯 (高折射率的媒体),包层,纤芯,光纤的工作原理,高折射率 (纤芯),低折射率 (包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,多模光纤与单模光纤,多模光纤,光缆 1光缆 光缆通常是由石英玻璃制成,是横截面积很小的双层同心圆柱体,也称为纤芯,它质地脆,易断裂,由于
16、这一缺点,需要外加一保护层,其结构如图1-10所示。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下几个优点: 1)较宽的频带。 2)电磁绝缘性能好。 3)衰减较小。 4)中继器的间隔距离较大。,,光缆 2光纤的种类 光纤主要有两大类,即单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤。 1)按照纤芯直径可划分为以下几种。 50/125 缓变型多模光纤。 62.5/125 缓变增强型多模光纤。 10/125 缓变型单模光纤。 2)按照光纤芯的折射率分布可分为以下几种。 阶跃型光纤(S
17、tep Index Fiber,SIF)。 梯度型光纤(Graded Index Fiber,GIF)。 环形光纤(Ring Fiber)。 W形光纤。,光缆 3光纤通信系统简述 (1)光纤通信系统 光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。 (2)光纤通信系统的主要优点 1)传输频带宽、通信容量大,短距离时达几千兆的传输速率。 2)线路损耗低、传输距离远。 3)抗干扰能力强,应用范围广。 4)抗化学腐蚀能力强。 (3)光端机 光端机是光通信的一个主要设备,其外观如图1-11所示,主要分两大类:模拟信号光端机和数字信号光端机。 在网
18、络工程中,一般是62.5/125 规格的多模光纤,有时用50/125 规格的多模光纤。户外布线大于2km时可选用单模光纤。,1、光纤熔接需用到的工具,光纤安装工具 1光纤剥离钳 2光纤切割刀 切割长度一般为1620mm。 3光纤熔接机 光纤熔接技术是用光纤熔接机(如图1-38所示)进行高压放电,使待接续光纤端头熔融,合成一段完整的光纤。这种方法接续损耗小(一般小于0.1dB),而且可靠性高,是目前最普遍使用的方法。,2.先将光纤穿过光纤收容箱,3、光纤熔接的准备工作 步骤一:剥光纤加固钢丝 (约剥1米长),步骤二:2,步骤三:3,步骤四:剥光纤外皮(约剥1米长),步骤五:剥光纤属保护层 (用美
19、工刀轻刻),步骤6:轻拆光纤让属保护层断(注弯曲角能大于45),步骤7: (用美工刀在四周轻刻,要太用以免损伤光纤。),步骤8:轻拆光纤让塑料保护管断(注弯曲角能大于45),步骤9:9,步骤十: 用较好纸巾沾酒精,步骤11: 清洁每一小根光纤,步骤12:套光纤热缩套管,下图是光纤热缩套管,步骤13:剥光纤绝缘层,步骤14:用沾酒精纸巾将光纤擦试干净,步骤15:用光纤割器斩光纤 (斩长要适中),步骤16:将斩好的光纤放到光纤熔接机的一侧(如下图最好),步骤17:固定好光纤,步骤18、光纤跳线的加工,当中剪断分开(头圆口)。,19剪光纤跳线石棉保护层 (要用石英剪刀),步骤20:剥好的跳线内绝缘层
20、与外保护层之间长至少20cm,步骤21: 用沾酒精纸巾将光纤擦试干净,步骤22: 用光纤割器斩光纤跳线 (斩长要适中),步骤23: 将斩好的光纤跳线放到光纤熔接机的另一侧(注:光纤尽对齐),步骤24:固定光纤跳线,步骤25:按“SET”键开始熔接光纤,步骤26:光纤 X、Y 轴自动调节,步骤27:熔接结束观察损耗值熔接成功会告知原因,步骤28:用光纤热缩套管完全套住剥掉绝层部份(剥光纤时要控制好长),步骤29: 将套好热缩套管的光纤放到加热器中,步骤30:按“HEAT”键加热,步骤31:取出已加热好的光纤,上述项是焊一芯光纤步骤,重复至其它熔接完成。,步骤32:取出已加热好的光纤将熔接好的光纤
21、装入光纤收容箱,步骤33:取出已加热好的光纤将光纤盘好并用封箱胶纸固定,步骤34:取出已加热好的光纤固定好盘光纤并将光纤接头接入光纤耦合器,步骤35:取出已加热好的光纤固定光纤收容箱,步骤36:取出已加热好的光纤跳线的另一头(方口)接SWITCH HUB光纤模块,2.2.2 非导向传输媒体,无线传输所使用的频段很广。 短波通信主要是靠电离层的反射,但短波信道的通信质量较差。 微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信 卫星通信,增加: 综合布线系统实例,网吧布线系统的发展 网吧在我国开始于20世纪90年代中期,网络布线采用同轴电缆。 2000年,五类双绞线100M星型、2M ADSL 接入,
22、网络布线主要5类双绞线。 2010年,六类双绞线1000M星型、100M光纤专线接入。,网吧布线系统设计 网吧综合布线的一般要求如下: 1)选用四芯单模光纤与电信部门连接,目前电信部门给定带宽100M,但光纤的传输速率可达到千兆以上,为将来网络速度的提高提供了冗余。 2)服务器与核心交换机之间采用多模光纤连接,保证核心层千兆连接。 3)核心交换机与接入层交换机之间采用六类双绞线,保证交换机之间最高达到千兆的连接。 4)接入层交换机与客户计算机之间采用超五类双绞线连接,保证网络到达桌面为100M。,网吧布线系统设计 网吧综合布线的一般要求如下: 5)网吧监控服务器与摄像头之间用75 同轴电缆,保
23、证视频信号的传输。 在网吧布线设计时,必须确认:双绞线最长的通信距离和交换机最大的级联数目。,网吧布线系统实施 1)掌握双绞线正确接法 建议使用568B的接线标准,定义的标准线序是橙白、橙、绿 白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。 2)选择质量过关的水晶头 3)正确安放交换机的位置 4)合理布放双绞线 5)尽量布放备份线路 6)做好线路标记 网吧布线系统测试 1)网线测试。 2)网络设备测试。 3)综合测试。,综合布线的发展 1984年,世界上第一座智能大厦产生。 1985年初,计算机工业协会(CCIA)提出对大楼布线系统标准化的倡议。 1991年7月,ANSI/EIA/TIA568即商业大楼电信布线
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