以太网 物理层

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2-17
练习: 接口和线缆
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2-18
双绞线: 基于以太网供电
基于双绞线供电 优点:
IEEE 802.3af:2003标准 只用一根双绞线缆解决所有问题
电源插入可在
交换机 / 路由器 或 线缆中途(中间插入)
应用：
IP摄像头 IP电话 无线接入点 传感器\执行器 门禁 灯光控制 …
G62,5/125 µm玻璃光纤
in
a)
c)单模阶跃折射率光纤
工业标准E9/125 µm 和E10/125
µm 玻璃光纤
in
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2-22
(nM) core(nK)
out
(nM) core(nK (r))
out
(nM) core(nK (r))
out
nM ... 包层折射率 nK ... 纤芯折射率
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2-11
双绞线类型(II)
Screen made of copper braid or aluminium foil
Twisted, crossed and insulated pairs of cores
plastc coating
S-STP – 屏蔽双绞线
质量最高的双绞线电缆。除了屏蔽网以外 ，每对线都采用铝箔加以屏蔽。因此这种 电缆也不易弯曲，较难敷设 。
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2-2
Dr. Robert Metcalfe
标准化组织
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
电气与电子工程师协会
Internet Engineering Task Force (IETF)
Internet工程师任务组
2-9
双绞线
结构:
阻抗: 100 ( or 150Ohm) 最大衰减: 11.5 dB / 10 MHz
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2-10
双绞线的类型 (I)
Twisted, crossed and insulated pairs of cores
plastc coating
Screen made of copper braid or aluminium foil
光缆结构
防鼠咬\防拉力
防拉层由聚酰 胺纤维制成
填充物
m
支撑物质 (玻璃纤维强化塑料)
聚乙烯护套
聚乙烯中间层护套
单股\多股防水填充物
单模或多模一次涂覆光纤
一次涂覆光纤 250 µm
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外层直径 125 µm
10 µm 50 µm 62.5 µm ...
核心直径
2-23
光纤通信的优缺点
光纤通信原理
a) 入射角>临界角 穿过光纤，向外发散
b) 入射角=临界角 沿涂层内部传播一段距离
c) 入射角<临界角 全反射，在纤芯内部传播
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2-21
单模光纤与多模光纤
a)多模阶跃折射率光纤
a)
比较常见于S980/1000 µm 的塑
料光纤
in
b)多模梯度折射率光纤
a)
常见工业标准 G50/125 µm和
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2-13
双绞线分类
性能类别 1类线
规格（AWG） 性能
各种
低于1MHz
2类线
22和24
1MHz
3类线
22和24
16MHz
4类线
各种
20MHz
5类线
各种
100MHz
6类线 7类线
各种 各种
250MHz 600MHz
典型应用
模拟语音级，ISDN基本速率接口，要求 小 于1Mbps的其他应用
5
Session
4
Transport
3
Network
2
Data link
1
Physical
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http://www.hirschmann.com HTTP TCP IP
Ethernet
2-5
Application Presentation
Session Transport Network Data link Physical
MDI -X: Change TX+ to RX+ and TX- to RX-
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2-16
直通&交叉线
m
直通线 1:1
PIN
PIN
1
1
2
2
3
3
6
6
4
4
5
5
7
7
8
8
MDI and MDI-X
交叉线
PIN
PIN
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
MDI and MDI / MID-X and MDI-X
Layer 1: 物理层
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2-1
ETHERNET 的历史 • 最初追溯到1973年,共享介质 • 带宽10 Mbit/s • 总线拓扑结构 • CSMA/CD 介质访问机制
ETHERNET 的今天 • 带宽不断扩展, 10/100/1000 Mbit/s • 交换式 “全双工” , 无冲突 • IEEE 优先级和流控制标准 • 多种介质标准: 铜缆, 光纤, 无线
International Organization for Standardization (ISO)
国际标准化委员会
International Telecommunications Union (ITU)
国际电信联盟
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2-3
ISO/OSIຫໍສະໝຸດ Baidu参考模型
7
数据加工\处理
6
表示
5
通信控制
4
传输
3
仲裁
2 以太网成帧&数据保护
1
比特位传输
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应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
HTTP, FTP, TFTP SNMP, SNTP, …
TCP / UDP IP
以太网
2-4
举例：点对点通信
7
Application
6
Presentation
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与OFFICE布线兼容 2-28
在工业环境得到证明, 高鲁棒性技术
(Hirschmann)
工业应用的以太网连接器- M12
HIRSCHMANN引入4针M12的工业连接器，用于需要IP67防护 的以太网连接。
IAONA 已经提出M12工业连接器和RJ45兼容的连接器作为工业 以太网连接器标准。
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2-24
光纤接头
不同的标准适应不同的需求
（BFOC）
Fiber Connector MTRJ (AMP)
Fiber Connector Volition (3M)
F-SMA
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2-25
光纤接口
m
BFOC (ST™)（多用于10Mbit/s网络） DSC（也即SC，多用于百兆\千兆网络） BFOC
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2-12
双绞线分类
双绞线按品质分成不同的等级和类型。 类别越高，每单位长度缠绕数越高,屏蔽性能越好，双绞线受到的干
扰越小，在不产生过度的电磁幅射和串扰效应的情况下允许传输的 信号频率越高； 通常五类双绞线可以满足大多数应用的要求； 但是，六类线的价格也已经降到以往只有低级别产品才有的范围； 对于超五类双绞线，目前还没有一个完全统一的标准，仍然是个别 厂家的专用方案。
2003年10月已经通过IEC 61076-2-101。
HIRSCHMANN, Escha, Binder and Lumberg 联合开发了一个 新的连接器M12 FIXCON
优点: 对于电磁影响不敏感，e.g. 抗电磁干扰, 防雷电 无幅射 (无串扰， 防窃听) 无电势问题(地线回路, 防爆) 长距离, LAN可达40 km 以上(低衰减) 重量轻，尺寸小 传输能力强，带宽大
缺点: 对于10 Mbit/s 和 100 Mbit/s 网络，光纤口比双绞线口要贵。
4Mbps令牌环局域网
通常电话业务，ISDN，T-1，4/16Mbps令 牌环局域网，IEEE802.310BaseT局域网 (10Mbit/s)
4/16Mbps令牌环局域网
音频和数据传送(PBX,4/16Mbps令牌环局 域网，10/100/1000BaseT局域网，100VG 局域网，ATM155)
m
T568BColor
Tx2–半橙色 Tx2–半橙色 Rx3–半绿色 Tx1–纯绿色 Rx1–半蓝色 Rx3–纯绿色 Tx4–半褐色 Rx4–纯褐色
1
MDI: Medium Dependent Interface
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2-15
双绞线接头（RJ45）
绿/白 绿 橙/白 兰 兰/白 橙 棕/白 棕
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2-19
双绞线的优缺点
优点: 大多数建筑物中已安装 低成本 使用灵活 应用广泛 对称传输，抗干扰能力强
缺点: 距离< 100 m (< 300 m for STP) 与同轴电缆相比布线工作要复杂一些 没有屏蔽层时易受电磁干扰
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2-20
IP防护等级的规 定参见DIN 40050 or IEC 529.
办公环境和工业环境的连接器
办公环境: 光纤: IEC 60874-19定义了SC 全双工连接器 铜缆 (100 Ohm): EN 60603-7 定义了“RJ-45/模块化连接器"
工业环境: 光纤: IEC 60874-19定义了SC全双工连接器 铜缆 (100 Ohm): IP 20: EN 60603-7 定义了带有附加锁紧结构的RJ-45连接器 IP 67: 两种方案
音频、数据和多媒体传送((PBX, 10/100/1000BaseT,ATM622)
音频、数据和多媒体传送(PBX, 10/100/1000BaseT,ATM622)
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2-14
引脚定义, RJ45连接器
Pin MDI
MDI-X
1
BI_DA+ BI_DB+
2
BI_DA- BI_DB-
DSC
LC（用于千兆网络，接口小巧）
Industry connectors for IP 67
LC
M12 for F/O
其它带保护套的连接方式
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2-26
IP 防护等级
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2-27
连接器和终端设 备必须符合特定 的防护等级以满 足防尘和防水要 求——即IP防护 等级 (IP = International Protection)
双绞的绝缘线对 塑料护套
UTP - Unshielded Twisted Pair 非屏蔽双绞线 双绞线是由有规则的、螺旋状排列的两根绝 缘导线组成。一对线对起单条通信链路的作 用。将这些线对捆在一起，封在塑料护套内 ，就构成了非屏蔽双绞线。这种线主要用作 电话线连接，但也适合10Mbps的网络。
S-UTP – Screened Unshielded Twisted Pair 在塑料护套和双双绞线之间采用铜编织网或 铝箔加以屏蔽。这种线的品质较好，满足了 网络接线的最低质量标准。
3
BI_DB+ BI_DA+
4
BI_DC+ BI_DD+
5
BI_DC- BI_DD-
6
BI_DB- BI_DA-
7
BI_DD+ BI_DC+
8
BI_DD- BI_DC-
Pin T568AColor
1 Tx3–半绿色 2 Tx3–纯绿色 3 Rx2–半橙色 4 Tx1–纯蓝色 5 Rx1–半蓝色 6 Rx2–纯橙色 7 Tx4–半褐色 8 Rx4–纯褐色
HTTP 用于交换 web 站点数据 TCP 用于建立一个可靠的端到端的连接 IP 用于划分通过不同网络的路径 Ethernet 用于制定物理传输数据的规则
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2-6
以太网: 同轴电缆 10BASE5
其他名称: 黄缆，粗缆 直径：10mm 数据速率: 10 Mbit/s 网段最大长度: 500 m 终端电阻: 50 Ohm, 1 Watt 每个网段最多100 个收发器 两个收发器之间的最小距离: 2.5 m 同轴电缆网段最大衰减: 8.5 dB at 10 MHz
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2-8
同轴电缆的优缺点
优点: 可以连接大量的终端设备 网段最大距离分别为500 m / 185 m 对于小网络来说，成本较低 安装简单
缺点: 刚度较大，有最小弯曲半径 只能用于以太网ETHERNET 当网段上有多个用户时很难定位故障点
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2-7
以太网: 同轴电缆10BASE2
其他名称: 廉价网络, 细缆 直径：5mm 数据速率: 10 Mbit/s 网段最大长度: 185 m 终端电阻: 50 Ohm, 1 Watt 每个网段最多30 个收发器 收发器间最小距离: 0.5 m 同轴电缆网段最大衰减: 8.5 dB at 10 MHz