物理层--传输媒体与拓扑结构

无线电的分类 低能/单频 单频收发器只能在一个 频率下工作。 典型的低能设备作用范 围在20～30m之间。 扩展频谱 高能/单频 与低能/单频传输类似，可 覆盖更大的范围。 可在长途室外环境下作用 。 传输率与低能差不多，只 是可传送更远的距离。
使用与其他无线电相同的频率。 但不是只使用一个频率，而是同时使用多个频率。
传输方式 点—点 红外线光束可高度集中， 并朝特定的方向发射； 广播 将信号扩展到一个更 广的区域，允许信号 由几个接收器同时接 收。
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传输媒体
引导性
非引导性
双绞线
同轴电缆
光纤
无线电
微波
红外线
UTP STP 50 70
单模
多模
网卡、收发器、终 止器、T型连接器
影响选择媒体的因素：成本、数据速率&带宽、距离
接收端
接收到光脉冲后， 由PIN二极管或光电 管将其变回电子信 号。
特点 费用 安装
传输特性 节点容量 衰减 EMI
抗衰能力强。
不易受到电磁干扰；不会向 外泄漏信号。
“ 色 散 ” 问 题 在多模光缆中，不同波长(频率)的光波在玻璃纤维 里按不同的方式传输；不同光脉冲在线缆里传送时 ，它们的特性会有所变化，即“色散”。
无需“终止”措施
例：C给A发送一帧
B
A
C
A
(a) C发送
B
C
A
(b) B忽略
C B A
(c) A拷贝
B
C器作为数据插入的设备连接点。 数据接收 根据帧包含的目标地址确定是否拷贝。 数据清除 好处：第一允许自动确 由目的站清除 由发送站清除
认，第二允许组播； 缺点：浪费环的频带。
传输数据的传输媒体 连接各种设备的拓扑结构 共享资源的媒体访问控制方法
一、传输媒体 1.什么是媒体?
媒体是用于负载传输信息的物理性媒体。 铜 保真度：表示将接 收到的信号与发出 的信号进行比较， 两者之间的差异有 多大。 玻璃 光子是光的基本构成单元。 光纤在长距离的玻璃纤维里 将光信号当作通信媒体使用 。
光纤和铜线都需要一根线缆连接计算机
红外线 利用红外线技术，可通过空气顺利地收发数据。 红外线是一种“视线”技术
无线电
。 红外光信号不能穿透墙壁。 微波
微波是频率较高的无 线电波。
无线电波可穿透墙壁到达 任何线缆达不到的地方。
无线电波向各个方向传播； 微波传送集中于某个方向、可以防止他人截取信号;
8.微波
微波通信利用了电磁频谱的较低GHz级频率(1GHz~1THz)。 地面系统 利用定向抛物线在较低的GHz范围内收发信号。
地球
卫星微波系统 在定向抛物线和天线之间传输信号。 “传送延迟”

50000km
9.红外线
利用红外光波传送信号。采用电磁频谱的THz（1012） 范围。 发光二极管或激光二极管用于发射信号；光电管则能接 收信号。 优点 能获得高数据吞吐量； 可使信号在墙壁和天花板上漫射； 无需得到无线电管制委员会的批准。 缺点 信号不能穿透墙壁或其他物体； 易受强烈光源的影响。
安装
传输特性 节点容量
衰减
EMI
6.光纤
传输的是光信号，而不是电信号。 Core、封套、塑料外套、光源 发 光 二 极 管 (LED)和激光.
光纤分类 单模光纤 一条光纤只包含了一 种电磁波模式。 多模光纤 一条光纤包含了多种电磁 波模式
光电信号的转换
发送端
单模式光纤用“注入型激光二 极管(ILD)”生成光脉冲； 多 模 式 光 纤 用 “ 发光 二 极 管 (LED)”生成光脉冲；
总线拓扑的缺点 网络过载将放慢网络的速度 BNC连接器削弱电子信号
故障诊断困难 故障隔离困难 中继器配置 终端必须是智能的
增加新的站点，只需在总线的任何点将其加入； 如需增加长度，可通过中继器加上一个附加段。
2.环形拓扑(Ring Topology)
共享媒体
中继器
环
每个站点通过中继器与网络连接；
例如：金属导体、玻璃或plastic ）。
非引导性媒体(无线媒体)
提供了传输电磁信号的手段，但不加以引导。
例如大气层、外层空间。
4. 双绞线
双绞线使用一对或多对缠线在一起的铜芯电线传输信号。
外套
箔屏蔽
导线
绝缘材料
编织带屏蔽
非屏蔽双绞线(UTP ，Unshielded Twisted Pair) 1类、2类 3类 4类 5类 数据传输率＜4Mbps 最高传输率为16Mbps 数据传输率达20Mbps 数据级电缆
二、 拓扑结构
网络拓扑(Topology)：网络中计算机相互连接的方式。 选择拓扑结构应考虑主要因素 费用低
1.总线拓扑(Bus Topology)
双向传送
灵活性 可靠性 共享总线
A
B
C
注意：“信号终止”
特点 总线拓扑是一种“无源”拓扑 传输媒体 面临的问题 需要某种方法指明每次传送的目标站点
连通性表明点到点还是多 点连接；最大距离指网上 各站点间的最大距离。
电磁信号的强度在传输过 程中会逐渐减弱。在媒体 中经过的时候，要么被吸 收，要么传向错误方向(辐 射)。
电磁干扰(EMI) “噪声(即电磁干扰 )” 、 “窃听”
3.传输媒体的分类
引导性媒体(有线媒体)
电磁波沿着一个固态媒体传播
发送站何时将token释放给下一站点
例如：C给A发送一帧 C B A
(a) C等待token的到来
UTP的类别 UTP的连接
Hub
费用
安装 传输特性 UTP的特点
比同轴电缆 和光纤低 安装简单
可传输模拟、数字信号； 数据传输率1～155Mbps； 每段电缆最长为100m;
取决与连接设备
节点容量
衰减 EMI 很易受到电磁 干扰的影响。
信号通过铜芯电线 传输衰减很快。
屏蔽双绞线(STP ，Shielded Twisted-Pair) 在电线与外部塑料套之间有一个屏蔽层。以便减少 干扰和串音。 比UTP和细同轴电缆高， 费用 但低于粗同轴电缆。 安装 可传模拟、数字信号；
中继器的功能和状态
把所有经过的数据向 下传递 为连接的站点发送和 接收数据提供访问点 监听态 发送态
旁路态
媒体访问控制策略
令牌环(Token Ring)：“令牌传递(token passing)”机制。 Token：一个特殊的短报文，它围绕环传递。直至到 达希望向其他站点发送信息的某个站点。 环中只有一个token在循环发送； 任何一个站要发送数据 必须等待循环的token经过该站； 从环中删除数据可在目的站进行，或者在发送站进行。 相关问题 当站点获得token后能发送的报文数目 控制token的形式和位置
工作原理 中继器 逐位地从一条链路上接收数据； 链路 单向的，并且都沿
并以同样的速率把数据传送到另 一条链路上。 帧的传送
同一方向（顺时针 或逆时针）。
当一帧绕环通过其他站点时，目标站点识别出自己的地 址将帧拷贝至自己的缓冲区；该帧继续绕环传送，回到
源站点，被移出环。
特点 “有源”网络
传输特性
UTP的特点 节点容量 衰减 EMI
理论速度达到500Mbps； 单段电缆最长100m；
降低了由EMI造成的影响。 无法彻底排除EMI的影响。
5. 同轴电缆(Coaxial cable)
两种导体共享同一根中心轴：铜芯、绝缘层、屏蔽层、塑料外套。 同轴电缆的分类 电阻(亦称阻抗)： 引导或改变电流的 能力。 50Ω，RG-8 基带传输 50Ω，RG-58 75Ω，RG-6/RG-11 宽带传输
分频(Split)宽带系统： 入站和出站通路是同一电缆上的不同频带。 模拟装置（frequency translator）
变频器
将信号转换到一个新的频带上再发送。
数字装置（remodulator） 将模拟信号恢复成数字 数据，然后再在新的频 带上发送这种经过“净 化”(再生)的数据。
在f2上接收
在f1上发送
需要某种形式的访问控制策略决定媒体的使用
给每个站点分配一个唯一的地址，并采用帧结构； 每个发送帧的帧头会包含源地址和目的地址；
A
A
A
B
C
A
B
C
A
A
B
C
媒体访问控制策略 轮询(polling) 集中式轮询 控制站依次询问总线上的站点是否有信息发送; 每个站可以发送信息的大小或时间长短由控制站决定;
头端频率 转换器
双电缆(Dual)宽带系统：
入站和出站通路都是单独的电缆； 头端只是连接两根电缆的无源连接器；
站的发送和接收都在相同的频率上进行。
在f1上接收
无 源 头 端
在f1上发送
总线拓扑的优点 只需很短的电缆长度； 减少了安装费用，易于布 线和维护； 可构建简单、可靠的小型 网络，易于使用和掌握； 可靠性高 总线是无源元件，从硬件 的观点看，十分可靠。 易于扩充
分布式轮询 这是一种token passing。token：特殊格式的编码字。 只有拥有token的站才能发信息。
竞争技术(contention) 每个站随机地试图访问媒体。这是分布式控制策略。
典型代表为CSMA/CD
传输技术
同轴电缆的LAN传输技术
基带(baseband)
数字信令 全部带宽被单个信号 占用—无FDM 双向
类似于彩虹的效果—白光分散出了不同的颜色。
7. 无线电
频率范围在10kHz~1GHz之间。 射频信号的能量可由天线和收发器决定。
基站覆盖的 无线电区域
特点

基 站