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计算机网络技术第二章 物 理 层

来源:用户分享 时间:2025/5/21 8:30:04 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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将发送器与线路断开,并把接收器连到线路上,信道方向改变了,这时B站就可向A站发送数据信息了。这种在一条信道上,用开关进行转换,实现A→B与B→A两个方向的通信,称为半双工通信,或称为单工信道的半双工系统。

半双工由于在通信中频繁调换信道方向,所以效率低,但可节省传输线路,在局域网中取得了广泛用途。 (3)双向同时通信(全双工通信)

全双工通信要使用全双工信道,能在两站间的两个方向同时传输数据信息,如图示2-7(c)所示,它相当于把两个相反方向的单工通信信道组合在一起,因此全双工通信一般采用四线制。

全双工和半双工比较,全双工效率高;但它的结构复杂,成本也比较高。

3. 数据传输方式

(1) 基带传输

计算机等数字设备中,二进制数字序列最方便的电信号形式为方波,即“1”和“0”分别用高电平和低电平表示,或用低电平和高电平表示。人们把方波固有的频带称为基带,方波电信号称为基带信号。在信道上直接传送数据的基带信号称为基带传输。

基带信号容易发生畸变,主要是因为线路中分布电容和分布电感的影响,传输的距离多受到限制。采用基带传输的一个例子是Ethernet网络,当传输距离为1km时,传输速率高达10Mbps,它有很高的性能价格比。在距离不大时,它是一个理想的速率/距离折衷方案,最远约2.5km左右。 (2) 宽带传输

宽带信号是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。基带信号经过调制后,其频谱移到较高的频率处,每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段,因此还会互相干扰。这样,频带就被划分为若干个子频带,分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。因此可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一体化传输。

2.2.2 信道的极限容量 1. 信道上的最高码元传输速率

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码元:以一定的时间间隔传输一位某种数制(例如:二进制)的信号,称为码元。

信道的最高码元传输速率公式——奈奎斯特(Nyquist)公式: 之一:理想低通信道的最高码元传输速率=2 W Baud W 是理想低通信道的带宽,单位:赫兹;

Baud 波特,是码元传输速率的单位,1波特=每秒传送1个码元。 这时奈氏公式也可表达为:每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。

之二:理想带通信道的最高码元传输速率=W Baud

这时奈氏公式也可表达为:每赫兹带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是每秒1个码元。

注:波特和比特的比较:波特,是码元传输速率的单位,它表示每秒传送多少个码元;比特(bit)是信息量的单位,每秒传送的比特数是信息的传输速率。但是波特和比特有一定的换算关系,如果1个码元携带n bit的信息量,则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M×n bit/s。例如:一个理想低通信道的的带宽为3kHz,则其最高码元传输速率为6000 Baud,若1个码元能携带4 bit的信息量,则其最高信息传输速率为24000bit/s。

2. 信道的极限信息传输速率

信道的极限信息传输速率——香农(Shannon)公式:

C=W Log2(1+s/n) b/s

其中 W为信道的带宽(以Hz为单位);

S为信道内所传信号的平均功率; N为信道内部的高斯噪声功率。

香农公式表明:信道的带宽越大或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就越高。

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2.3 传 输 媒 体

传输介质是连接网络上各个站点的物理通道。局域网中所采用的传输介质主要有双绞线、同轴电缆、光导纤维以及无线传输介质。

2.3.1 双绞线电缆

双绞线电缆,故名思义,是把两根相互绝缘的铜导线并排放在一起,然后按一定的规则绞合起来,外部再包裹屏蔽层或橡塑外皮而构成。

一般在一根电缆中包含多对双绞线,线对数量视用途在2对到1800对之间,连接计算机终端的双绞线电缆通常包含2对或4对双绞线。

双绞线电缆分为屏蔽双绞线(STP:Shielded Twisted Pair)和非屏蔽双绞线(UTP: Unshielded Twisted Pair)两大类。按传输质量分为1类到5类,局域网中常用的为3类,4类和5类双绞线。为适应网络速度的不断提高,近来又出现了超5类和6类双绞线,其中6类双绞线可满足最新的千兆以太网的高速应用,可望在不久的将来被国际电气工业协会(EIA)采纳为国际标准。

双绞线主要的特性见表2.1(a)和表2.1(b)。

表9.1(a) 双绞线的主要特性 类型 3类 4类 5类 衰减(单位DB) (以1khz计量) ≤2.320sqrt(f)+0.238(f) ≤2.050sqrt(f)+0.1(f) ≤1.9267sqrt(f)+0.075(f) 分布电容 20℃测量校正值 ≤330pf/100米 ≤330pf/100米 ≤330pf/100米 直流电阻 20℃测量校正值 ≤9.38欧姆/100米 ≤9.38欧姆/100米 ≤9.38欧姆/100米 5% 5% 5% 直流电阻偏差值 表9.1(b) 双绞线的主要特性(续)

类型 3类 4类 5类

阻抗特性 100欧姆±15% 100欧姆±15% 100欧姆±15% 返回损耗 12db 12db 12db 近端串扰 测量长度≥100米 43db 58db 64db 1Mhz至最高的参考频率值 测量长度≥100米 为了便于安装使用,双绞线电缆中的每一双绞线对都按一定的色彩标示,最常用的4对双绞线电缆的色彩标记方法为:

线对

色彩码 7

1 2 3 4 白蓝,蓝 白橙,橙 白绿,绿 白棕,棕 串扰是在相邻线对之间的信号干扰,产生的原因为:一是可能接收了来自附近线对的不想要的信号;二是感受了邻近电缆产生的寄生能量。不过,这一干扰主要由输送电流的导体周围所感应的磁场产生。

串扰和非平衡电容与双绞线的类型、长度和方向有关。

为了在电缆内提供最大的隔离,要使不同线对的不同的扭绞长度处于标准范围内。一般地说,要使用据绞长度为3.8cm(1.5英寸)到14cm(5.5英寸)的反时针(左手)扭绞的双绞线。相邻双绞线的扭绞长度差至少应在1.27cm(1/2英寸)以上。

国际电气工业协会(EIA)为非屏蔽双绞线(UTP)电缆定义了五种不同的质量类别。综合布线系统中最常用的是第3、4、5类。其类别定义如下:

第3类:此类别是指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。这些电缆传输特性最高规定至16MHz,用于语音和最高传输速率为10Mbps的数据,这些系统的范例是UTP电缆用在IEEE802.5 4Mbps令牌环和和IEEE802.3 10Mbps以太网网。

第4类:这些电缆的传输特性最高规定至20MHz,用于语音和数据最高传输速率达16Mbps。这些系统的范例是UTP标准用在IEEE802.5 16Mbps令牌环网。

第5类:这些电缆的传输特性最高规定至100MHz,用于语音和数据最高传输速率为155Mbps。这些系统的范例是UTP标准用在IEEE802.3Z 100Base-T快速以太网和ANSI X3T9.5 100Mbps CDDI系统。

屏蔽双绞线相对来讲要贵一些,但仍然比同轴粗缆和光缆要便宜些。它的安装要比非屏蔽双绞线电缆难一些,类似同轴电缆。它必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器和相应的安装技术。它具有较高的传输速率,100m内可达155Mbps,但通常使用的传输率是16Mbps,都不超过100Mbps。屏蔽双绞线电缆的最大使用距离也限制在几百米之内。

2.3.2 同轴电缆(Coaxial Cable)

1.同轴电缆的结构

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