数据通信基础(物理层)
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基带同轴电缆的最大优点是抗干扰性强，而且支持多点连接。缺点是物理可靠性不好， 在公用机房、教学楼等人员嘈杂的地方，极易出现故障，而且一点发生故障，整段局域 网都无法通信，所以基本已被非屏蔽双绞线所取代。
同轴电缆
比较便宜
绝缘层保护
外层绝缘层
外导体
整理ppt
5
2.2.3 光缆(optical fiber)
光纤即光导纤维。利用光导纤维作为光的传输介质，以光波为信号载体的光纤 通信，只20/30年的历史。 1960年，美MAINMAN，红宝石激光器 1966年， 英籍华人高锟（C。K。KAO）博士提出，Sio2 石英玻璃制成光纤，低消耗 1970年，美国康宁公司制出了损耗为20分贝的光纤。
1、 光纤通信的原理
微波
红外
1015 1016
紫外线
双绞线
卫星通信
光纤
同轴电缆 无线电AM 无线电FM
地面微波 通信
电视
各通信类型使用的电磁波谱范围
在计算机网络领域，无线通信介质主要是微波和卫星。 • 微波通信是指用频率在100MHz到10GHz的微波信号进行通信。
特点是：
只能进行可视范围内的通信； 大气对微波信号的吸收与散射影响较大。 微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点 到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。
见图，入射角∠１∠２∠３逐渐增大，∠1’∠2’是折射角，当入光纤通信的原理， 是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射 的特性射角达到∠3时，发生全反射，即光波能量几乎全部反射，这样才可以达到 长距离高速传输的目的。
折射光 折
1'
2' 射
光
光疏Biblioteka Baidu质
12
3
入 射 光
反射光
同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根圆柱形的 套管，一般是细金属线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。如图。
另外，同轴电缆的两端需要有终结器(用50欧姆或75欧姆的电阻连接内外导体)，中间 连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。
外保护层(塑料)
绝缘层 绝缘层
外导体(编织状) 内导体(铜芯)
室内光纤，主要用于室内，单根光纤加上稍许保护材料。光波在纤芯上传播。 纤芯是一种直径50到100微米的柔软的光导介质，成分主要是二氧化硅。在折射率 较高的纤芯外面，由折射率较低的包层包裹着，以保证在界面上光波可以发生全反射。
填 充 物 填 充 物
保 护 层 ( 塑 料 )
纤 芯 ( 5 0 ～ 1 0 0 微 米 )
非屏蔽双绞线有1、2、3、4、5五类，常用的是3类线和5类线，5类线既可支持 100Mbps的快速以太网连接，又可支持到150Mbps的ATM数据传输，是连接桌面设备
的首选传输介质。
双绞线
最便宜的 传输媒介
易受环境 中电信号 的干扰
通常用于较短 距离的连接
整理ppt
3
2. 2. 2 同轴电缆(coaxial cable)
中国1880年，由丹麦人在上海创办第一个电话局。
2.2 数据通信的传输介质
信道是指以传输介质为为基础的信号通路，它是传输数据的物理基础。 有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和光纤。 无线传输介质：包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。
2.2.1 双绞线（twisted pair)
每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，每根铜线的直径大约1mm。 减少电磁干扰，提高传输质量。电话线就是双绞线。 双绞线可以用于传输模拟传输或数字传输。 计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。 屏蔽双绞线(STP，Shielded Twisted Pair)： 抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里。但成本也较高， 所以一直没有广泛使用。 非屏蔽双绞线(UTP，Unshielded Twisted Pair)： 非屏蔽双绞线的传输距离一般为100米由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。
光密介质
光纤通信的原理
2. 室外光缆和室内光纤
光纤传输介质有室外光缆和室内光纤之分 室外光缆，主要用于室外环境，可以架空或走地下管道。由于室外光缆所处环境比较
恶劣，需要防水、防晒、防压、防化学侵蚀等，所以需要有很好保护，其结构如图所示。
外铠(塑料)
填充物
填充物
室外光缆
钢铠 光纤(多根)
钢铠
外铠(塑料)
外导体(编织状)
外保护层(塑料)
同轴电缆基本结构示意图
同轴电缆支持点到点连接，也支持多点连接。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。
基带同轴电缆一般用于二进制数据信号的传输，多用于计算机局域网；宽带同轴电缆 主要用于高带宽数据通信，支持多路复用。
基带同轴电缆又分为粗缆和细缆。粗缆多用于局域网主干，支持2500米的传输距离，可以连接数千 台设备，但其价格较高；细缆多用于与用户桌面连接，级连使用可支持800米的传输距离，但一般 不超过180米，可以连接数千台设备。
第2章 数据通信基础(物理层)
2.1 通信发展的历史
社会的人与人交换思想
• 介质空气、书信、驿站 • 电报 1835，1837 莫尔斯电磁电报
1892，马可尼无线电报 • 电话 1876，贝尔电话机
1878，人工电话交换机 1892，史瑞乔自动电化交换机
电话电报开始了近代通信的历史，几百年；发挥了极其重要的作用； 20世纪30年代，信息论、调制论、 预测论、统计论 一系列的突破； 20世纪50年代，载波传输、电话、电报通信系统； 元件、光纤、收音机、电视机、计算机，广 播电视、数字通信业大 发展； 目前已形成数字传输、程控电话交换通信为主，其他非语音通信为 辅的综合电信通信系统；并且日益与计算机、电视等其他技术融合。
保 护 层 ( 塑 料 )
光纤(单根)
3、单模和多模两种
单模光纤指光纤做得极细，接近光波波长，光信号只能与光纤轴成单个可辨角度传 输。多模光纤的纤芯比单模的粗，光信号与光纤轴成多个可辨角度传输。单模光纤成本 较高，但性能很好，在几十公里内能以几千兆bps的速率传输数据。多模光纤成本较低， 但性能比单模光纤差一些。
光纤
• 昂贵的传输媒介 • 不受电信号的干扰 • 使用于长距离、高
速率的信号传输
整理ppt
8
2.2.4 无线传输介质
无线电、微波、卫星、移动通信等，各种无线介质传输介质对应的电磁波谱范围如图所示。
频率 (Hz)
10 4
105 106
无线电
10 7
10 8
10 9 10 10 1011 1012 1013 1014
同轴电缆
比较便宜
绝缘层保护
外层绝缘层
外导体
整理ppt
5
2.2.3 光缆(optical fiber)
光纤即光导纤维。利用光导纤维作为光的传输介质，以光波为信号载体的光纤 通信，只20/30年的历史。 1960年，美MAINMAN，红宝石激光器 1966年， 英籍华人高锟（C。K。KAO）博士提出，Sio2 石英玻璃制成光纤，低消耗 1970年，美国康宁公司制出了损耗为20分贝的光纤。
1、 光纤通信的原理
微波
红外
1015 1016
紫外线
双绞线
卫星通信
光纤
同轴电缆 无线电AM 无线电FM
地面微波 通信
电视
各通信类型使用的电磁波谱范围
在计算机网络领域，无线通信介质主要是微波和卫星。 • 微波通信是指用频率在100MHz到10GHz的微波信号进行通信。
特点是：
只能进行可视范围内的通信； 大气对微波信号的吸收与散射影响较大。 微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点 到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。
见图，入射角∠１∠２∠３逐渐增大，∠1’∠2’是折射角，当入光纤通信的原理， 是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射 的特性射角达到∠3时，发生全反射，即光波能量几乎全部反射，这样才可以达到 长距离高速传输的目的。
折射光 折
1'
2' 射
光
光疏Biblioteka Baidu质
12
3
入 射 光
反射光
同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根圆柱形的 套管，一般是细金属线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。如图。
另外，同轴电缆的两端需要有终结器(用50欧姆或75欧姆的电阻连接内外导体)，中间 连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。
外保护层(塑料)
绝缘层 绝缘层
外导体(编织状) 内导体(铜芯)
室内光纤，主要用于室内，单根光纤加上稍许保护材料。光波在纤芯上传播。 纤芯是一种直径50到100微米的柔软的光导介质，成分主要是二氧化硅。在折射率 较高的纤芯外面，由折射率较低的包层包裹着，以保证在界面上光波可以发生全反射。
填 充 物 填 充 物
保 护 层 ( 塑 料 )
纤 芯 ( 5 0 ～ 1 0 0 微 米 )
非屏蔽双绞线有1、2、3、4、5五类，常用的是3类线和5类线，5类线既可支持 100Mbps的快速以太网连接，又可支持到150Mbps的ATM数据传输，是连接桌面设备
的首选传输介质。
双绞线
最便宜的 传输媒介
易受环境 中电信号 的干扰
通常用于较短 距离的连接
整理ppt
3
2. 2. 2 同轴电缆(coaxial cable)
中国1880年，由丹麦人在上海创办第一个电话局。
2.2 数据通信的传输介质
信道是指以传输介质为为基础的信号通路，它是传输数据的物理基础。 有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和光纤。 无线传输介质：包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。
2.2.1 双绞线（twisted pair)
每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，每根铜线的直径大约1mm。 减少电磁干扰，提高传输质量。电话线就是双绞线。 双绞线可以用于传输模拟传输或数字传输。 计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。 屏蔽双绞线(STP，Shielded Twisted Pair)： 抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里。但成本也较高， 所以一直没有广泛使用。 非屏蔽双绞线(UTP，Unshielded Twisted Pair)： 非屏蔽双绞线的传输距离一般为100米由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。
光密介质
光纤通信的原理
2. 室外光缆和室内光纤
光纤传输介质有室外光缆和室内光纤之分 室外光缆，主要用于室外环境，可以架空或走地下管道。由于室外光缆所处环境比较
恶劣，需要防水、防晒、防压、防化学侵蚀等，所以需要有很好保护，其结构如图所示。
外铠(塑料)
填充物
填充物
室外光缆
钢铠 光纤(多根)
钢铠
外铠(塑料)
外导体(编织状)
外保护层(塑料)
同轴电缆基本结构示意图
同轴电缆支持点到点连接，也支持多点连接。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。
基带同轴电缆一般用于二进制数据信号的传输，多用于计算机局域网；宽带同轴电缆 主要用于高带宽数据通信，支持多路复用。
基带同轴电缆又分为粗缆和细缆。粗缆多用于局域网主干，支持2500米的传输距离，可以连接数千 台设备，但其价格较高；细缆多用于与用户桌面连接，级连使用可支持800米的传输距离，但一般 不超过180米，可以连接数千台设备。
第2章 数据通信基础(物理层)
2.1 通信发展的历史
社会的人与人交换思想
• 介质空气、书信、驿站 • 电报 1835，1837 莫尔斯电磁电报
1892，马可尼无线电报 • 电话 1876，贝尔电话机
1878，人工电话交换机 1892，史瑞乔自动电化交换机
电话电报开始了近代通信的历史，几百年；发挥了极其重要的作用； 20世纪30年代，信息论、调制论、 预测论、统计论 一系列的突破； 20世纪50年代，载波传输、电话、电报通信系统； 元件、光纤、收音机、电视机、计算机，广 播电视、数字通信业大 发展； 目前已形成数字传输、程控电话交换通信为主，其他非语音通信为 辅的综合电信通信系统；并且日益与计算机、电视等其他技术融合。
保 护 层 ( 塑 料 )
光纤(单根)
3、单模和多模两种
单模光纤指光纤做得极细，接近光波波长，光信号只能与光纤轴成单个可辨角度传 输。多模光纤的纤芯比单模的粗，光信号与光纤轴成多个可辨角度传输。单模光纤成本 较高，但性能很好，在几十公里内能以几千兆bps的速率传输数据。多模光纤成本较低， 但性能比单模光纤差一些。
光纤
• 昂贵的传输媒介 • 不受电信号的干扰 • 使用于长距离、高
速率的信号传输
整理ppt
8
2.2.4 无线传输介质
无线电、微波、卫星、移动通信等，各种无线介质传输介质对应的电磁波谱范围如图所示。
频率 (Hz)
10 4
105 106
无线电
10 7
10 8
10 9 10 10 1011 1012 1013 1014