计算机网络技术与应用第02章-数据通信技术课件.ppt

1、表表2-1 ASCII码表码表(部分部分)字符字符二进制码二进制码字符字符二进制码二进制码字符字符二进制码二进制码00110000A1000001SOH000000110110001B1000010STX000001020110010C1000011ETX000001130110011D1000100EOT000010040110100E1000101ENQ000010150110101F1000110ACK000011060110110G1000111NAK001010170110111H1001000ETB001011180111000I1001001SYN001011090111001J

2、1001010 1 例如，英文单词例如，英文单词NETWORKNETWORK（大写）的（大写）的ASCIIASCII码编码的二进制比特序列（不考虑校验位）应码编码的二进制比特序列（不考虑校验位）应该是：该是：1001001110 1000101 1010100 1110 1000101 1010100 1010111 1001111 10100l0 1001011 1010111 1001111 10100l0 1001011 在表在表2-12-1中，二进制编码按高位到低位（中，二进制编码按高位到低位（b6 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b5 b4 b3 b2 b1 b0）的顺序排列

3、，而）的顺序排列，而b7b7位一般位一般用于字符的校验。用于字符的校验。2 数据通信的任务数据通信的任务就是要传输二进制代码比就是要传输二进制代码比特序列，而不需要解释代码所表示的内容。特序列，而不需要解释代码所表示的内容。对于数据通信来说，被传输的二进制代码对于数据通信来说，被传输的二进制代码称为称为“数据（数据（datadata）”；数据是信息的载体。数据涉及对事物的表数据是信息的载体。数据涉及对事物的表示形式，信息涉及对数据所表示内容的解释。示形式，信息涉及对数据所表示内容的解释。3 电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电信号称为变化的电信号称为

4、模拟信号模拟信号（analog analog signalsignal），信号电平是连续变化的，其波形如），信号电平是连续变化的，其波形如图图2-12-1（a a）所示）所示。在数据通信中，将被传输的二进制代码的在数据通信中，将被传输的二进制代码的0 0、1 1称为码元。称为码元。是数据在传输过程中的电信号的表示是数据在传输过程中的电信号的表示形式。形式。信号分为信号分为模拟信号模拟信号和和数字信号数字信号两种。两种。4 计算机所产生的电信号是用两种不同的电计算机所产生的电信号是用两种不同的电平表示平表示0、1 比特序列的电压脉冲信号，这种电比特序列的电压脉冲信号，这种电信号称为信号称为数字信

5、号数字信号（digital signal）。数字信）。数字信号的波形如图号的波形如图2-1（b）所示。）所示。5图图2-1 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号6 在通信系统中，利用电信号把数据从一个在通信系统中，利用电信号把数据从一个点传到另一个点。点传到另一个点。模拟信号模拟信号是一种连续变化的是一种连续变化的电磁波，这种电磁波可以按照不同频率在各种电磁波，这种电磁波可以按照不同频率在各种 模拟数据在某个区间产生连续的值。例如，模拟数据在某个区间产生连续的值。例如，声音和视频就是强度连续改变的图形。大多数声音和视频就是强度连续改变的图形。大多数用传感器收集的数据，例如温度和压力，都是用传感

6、器收集的数据，例如温度和压力，都是连续值。数字数据产生离散的值，例如文本信连续值。数字数据产生离散的值，例如文本信息和整数。息和整数。7介质上传输；介质上传输；数字信号数字信号是一系列的电压脉冲，是一系列的电压脉冲，用恒定的正电压来表示二进制用恒定的正电压来表示二进制1 1，用恒定的负电，用恒定的负电压来表示二进制压来表示二进制0 0。8 为什么要进行数字化？为什么要进行数字化？（1 1）抗干扰、抗噪声性能好；）抗干扰、抗噪声性能好；（2 2）差错可控；）差错可控；（3 3）易加密。）易加密。按照在传输介质上传输的信号类型，可按照在传输介质上传输的信号类型，可以相应地将通信系统分为：以相应地将

7、通信系统分为：模拟通信系统模拟通信系统 数字通信系统数字通信系统9 数据在计算机中是以离散的二进制数字信数据在计算机中是以离散的二进制数字信号表示的，但在数据通信过程中，它是以数字号表示的，但在数据通信过程中，它是以数字信号方式表示，还是以模拟信号方式表示，主信号方式表示，还是以模拟信号方式表示，主要取决于选用的通信信道所允许传输的信号类要取决于选用的通信信道所允许传输的信号类型。如果通信信道不允许直接传输计算机所产型。如果通信信道不允许直接传输计算机所产生的数字信号，那么就需要在发送端将数字信生的数字信号，那么就需要在发送端将数字信号变换成模拟信号，在接收端再将模拟信号还号变换成模拟信号，在

8、接收端再将模拟信号还原成数字信号。原成数字信号。2.2.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信101、调制解调调制解调 若通信信道不允许直接传输计算机所若通信信道不允许直接传输计算机所产生的数字信号，则需要：产生的数字信号，则需要：在发送端将在发送端将数字信号数字信号变换成变换成模拟信号模拟信号 在接收端将在接收端将模拟信号模拟信号还原成还原成数字信号数字信号 用来完成调制解调功能的设备叫做用来完成调制解调功能的设备叫做调制调制解调器解调器（modem）。）。112、波形变换波形变换 若通信信道允许直接传输计算机所产生的若通信信道允许直接传输计算机所产生的数字信号，为了很好地解决收发双方的同

9、步数字信号，为了很好地解决收发双方的同步与具体实现中的技术问题，也需要将数字信与具体实现中的技术问题，也需要将数字信号进行波形变换。号进行波形变换。122.2.3 数字通信方式数字通信方式 1、串行通信串行通信与与并行通信并行通信 计算机中，通常是用计算机中，通常是用 8 8 位的二进制代位的二进制代码来表示一个字符。数据通信按照字节使码来表示一个字符。数据通信按照字节使用的信道数，可以分为两种：用的信道数，可以分为两种：（1）串行通信串行通信 将待传送的每个将待传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序依字符的二进制代码按由低位到高位的顺序依次发送的方式称为串行通信次发送的方式称为串行通

10、信（如图（如图2-2（a）所示）。所示）。13图图2-2（a）串行通信）串行通信 （2）并行通信并行通信 利用多条并行的通信利用多条并行的通信线路，将表示一个字符的线路，将表示一个字符的8位二进制代码同时通位二进制代码同时通过过8条对应的通信信道发送出去，每次发送一个条对应的通信信道发送出去，每次发送一个字符代码（如图字符代码（如图2-2（b）所示）所示）。14图图2-2（b）并行通信）并行通信152、单工单工、半双工半双工与与全双工全双工通信通信 数据通信按照信号传送方向与时间的数据通信按照信号传送方向与时间的关系，可以分为三种：关系，可以分为三种：（1）单工通信单工通信 信号只能向一个方信

11、号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号向传输，任何时候都不能改变信号 的传送方的传送方向。如图向。如图2-3（a）所示。）所示。图图2-3（a）单工通信）单工通信 16 （2 2）半双工通信半双工通信 在半双工通信方式在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须中，信号可以双向传送，但必须 是交替进行，是交替进行，一个时间只能向一个方向传送。如图一个时间只能向一个方向传送。如图2-32-3（b b）所示。所示。图图2-3（b）半双工通信）半双工通信17 （3 3）全双工通信全双工通信 信号可以同时双向信号可以同时双向传送。如图传送。如图2-32-3（c c）所示。实际上，在这种方式）所示

12、。实际上，在这种方式下实现的同时双向数据传输是以在硬件上增加一下实现的同时双向数据传输是以在硬件上增加一条数据传输线路为代价的，而不是通过开关的切条数据传输线路为代价的，而不是通过开关的切换来实现的。换来实现的。图图2-3（c）全双工通信）全双工通信18 由于串行传输是以位为单位在一条信道上由于串行传输是以位为单位在一条信道上按时间顺序逐位传输的，这就意味着发送端按按时间顺序逐位传输的，这就意味着发送端按位发送，接收端按时间顺序逐位接收，并且还位发送，接收端按时间顺序逐位接收，并且还要对所传输的数据加以区分和确认。所以，通要对所传输的数据加以区分和确认。所以，通信双方要采取同步措施，尤其对远距

13、离的串行信双方要采取同步措施，尤其对远距离的串行通信这更为重要。通信这更为重要。3 3、同步传输同步传输与与异步传输异步传输19 实现字符或数据块之间在起止时间上同步实现字符或数据块之间在起止时间上同步的常用方法有的常用方法有同步传输同步传输和和异步传输异步传输两种。两种。（1）同步传输同步传输 通信过程中收、发双方必须在时间上保通信过程中收、发双方必须在时间上保持同步，一方面码元之间要保持同步，另一持同步，一方面码元之间要保持同步，另一方面由码元组成的字符或数据块之间在起止方面由码元组成的字符或数据块之间在起止时间上也要保持同步。时间上也要保持同步。20 同步传输与异步传输的引入是为了解决同

14、步传输与异步传输的引入是为了解决串行数据传输中通信双方的码组或字符的同串行数据传输中通信双方的码组或字符的同步问题。步问题。接收端根据发送端发送数据的起止时接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟频率。钟频率。21实现实现位同步位同步的方法有：的方法有：外同步法外同步法 在发送端发送一路数据在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。准与时钟频率，实现收发双方

15、的位同步。内同步法内同步法 从自含时钟编码的发送从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法。数据中提取同步时钟的方法。22 保证收发双方正确传输字符的过程就叫保证收发双方正确传输字符的过程就叫做字符同步。做字符同步。标准的标准的ASCIIASCII字符是由字符是由8bit8bit二进制二进制0 0、1 1组组成，发送端以成，发送端以8bit8bit为一个字符单元为一个字符单元 来发送，来发送，接收端也以接收端也以8bit8bit的字符单元来接收。的字符单元来接收。23字符同步方法的种类：字符同步方法的种类：起止式起止式（start-stop）又称又称异步式异步式（asynchronous）。

16、采用异步方式进行数据传）。采用异步方式进行数据传输 就 叫 做输 就 叫 做 异 步 传 输异 步 传 输（a s y n c h r o n o u s transmission）。）。特点是：特点是：每个字符作为一个独立的整体进每个字符作为一个独立的整体进行发送，字符之间的时间间隔可以是任意的。行发送，字符之间的时间间隔可以是任意的。24 同步式同步式(synchronous)采用同步方式采用同步方式进行数据传输就叫做进行数据传输就叫做同步传输同步传输(synchronous transmission),将字符组织成组，以将字符组织成组，以组组为单位连续为单位连续传送。传送。图图2-4 同

17、步传输的原理同步传输的原理25 （2 2）异步传输异步传输 在异步传输方式中，字符是数据传输单位。在异步传输方式中，字符是数据传输单位。当采用这种方式传输数据时，字符既可以一个当采用这种方式传输数据时，字符既可以一个一个地连续发送，也可以随机地进行单独发送，一个地连续发送，也可以随机地进行单独发送，因此接收端无法通过计时方式对字符传输的起因此接收端无法通过计时方式对字符传输的起始时刻加以预测。可是在这种传输方式下一个始时刻加以预测。可是在这种传输方式下一个字符的传输一旦开始，那么组成这个字符的各字符的传输一旦开始，那么组成这个字符的各个数据位将被个数据位将被连续发送，并且每个数据位所持连续发送

18、，并且每个数据位所持续的时间是相等的。接收端可以根据这个特点续的时间是相等的。接收端可以根据这个特点26与数据发送端保持同步，以便正确恢复数据。也与数据发送端保持同步，以便正确恢复数据。也就是说，在异步传输过程中发送端和接收端在数就是说，在异步传输过程中发送端和接收端在数据位这个级别上仍是保持同步的，而在字符这个据位这个级别上仍是保持同步的，而在字符这个级别收发双方则不必进行同步。级别收发双方则不必进行同步。在实现异步串行通信的过程中，当没有字符在实现异步串行通信的过程中，当没有字符被发送时，传输线路保持空闲状态，其信号电平被发送时，传输线路保持空闲状态，其信号电平与二进制与二进制1 1对应的

19、电平相同。而在发送字符时，为对应的电平相同。而在发送字符时，为了通知接收端新字符的到来，在字符的前面将附了通知接收端新字符的到来，在字符的前面将附加一个起始位。这个起始位的长度为加一个起始位。这个起始位的长度为1 1位，其信号位，其信号27电平与二进制电平与二进制0 0对应的电平相同。接收端通过检对应的电平相同。接收端通过检测信号电平发生的跳转来判断新字符的到达，测信号电平发生的跳转来判断新字符的到达，从而与发送端取得同步。同样，为了通知接收从而与发送端取得同步。同样，为了通知接收端目前一个字符已传输结束，在字符代码的最端目前一个字符已传输结束，在字符代码的最后将附加一个停止位。这个停止位的长

20、度可以后将附加一个停止位。这个停止位的长度可以是是1 1、1.51.5或或2 2位，其信号电平与二进制位，其信号电平与二进制1 1对应的对应的电平相同。图电平相同。图2-52-5描述了异步通信的数据格式，描述了异步通信的数据格式，其中停止位的长度是其中停止位的长度是2 2位。值得一提的是，字符位。值得一提的是，字符代码代码的长度取决于所采用的编码方案。例如，的长度取决于所采用的编码方案。例如，28ASCII编码中每个字符的代码长度是编码中每个字符的代码长度是7位，位，EBCDIC编码中每个字符的代码长度编码中每个字符的代码长度8位。位。有时为了提高数据传输的可靠性，也可以有时为了提高数据传输的

21、可靠性，也可以在字符代码和停止位间设置一个校验位。在字符代码和停止位间设置一个校验位。29图图2-5 异步串行通信的数据格式异步串行通信的数据格式 在异步传输中，接收端通过检测起始位和在异步传输中，接收端通过检测起始位和停止停止k位来接收新近到达的字符，这就使得收发位来接收新近到达的字符，这就使得收发双方每传输一个字符就重新校正一次同步关系。双方每传输一个字符就重新校正一次同步关系。30这种方式不易造成时钟误差的积累，对时钟精度这种方式不易造成时钟误差的积累，对时钟精度要求不高，且不需要传输专门的时钟控制信息，要求不高，且不需要传输专门的时钟控制信息，实现简单。实现简单。但由于异步方式每传输一

22、个字符就要添加起但由于异步方式每传输一个字符就要添加起始位和停止位，并且字符与字符之间夹有不定长始位和停止位，并且字符与字符之间夹有不定长度的时间间隙，所以其数据传输效率较低，常在度的时间间隙，所以其数据传输效率较低，常在低速数据传输系统中使用。低速数据传输系统中使用。31异步传输和同步传输的区别：异步传输和同步传输的区别：1、异步传输是面向字符的传输，而同步、异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。传输是面向比特的传输。2、异步传输的单位是字符而同步传输的、异步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧。单位是帧。3、异步传输通过字符起止的开始和停止、异步传输通过字符起止的开始和停止

23、码抓住再同步的机会，而同步传输则是从数据码抓住再同步的机会，而同步传输则是从数据中抽取同步信息。中抽取同步信息。32 4、异步传输对时序的要求较低，同步、异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。传输往往通过特定的时钟线路协调时序。5、异步传输相对于同步传输效率较低。、异步传输相对于同步传输效率较低。332.3 传输介质及主要特性传输介质及主要特性2.3.1 传输介质的主要类型传输介质的主要类型 传输介质是网络中连接收发双方的物理通传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。从传输路，也是通信中实际传送信息的载体。从传输介质的角度来看，数据通信

24、主要有两种方式：介质的角度来看，数据通信主要有两种方式：有线通信方式有线通信方式和和无线通信方式无线通信方式。网络中常用的。网络中常用的传输介质有：传输介质有：341、有线通信方式的传输介质、有线通信方式的传输介质 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光纤电缆光纤电缆2、无线通信方式的传输介质、无线通信方式的传输介质 无线通信信道无线通信信道 卫星通信信道卫星通信信道 352.3.2 双绞线的主要特性双绞线的主要特性 无论模拟信号还是数字信号，是广域网还无论模拟信号还是数字信号，是广域网还是局域网，双绞线都是最常用的传输介质。是局域网，双绞线都是最常用的传输介质。1、物理特性、物理特性 双绞线由按

25、规则螺旋结构排列的两根、四双绞线由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根绝缘导线组成。一对线可以作为一根或八根绝缘导线组成。一对线可以作为一条通信线路，各个线条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是为对螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小。了使各线对之间的电磁干扰最小。36局域网中所使用的双绞线分为两类：局域网中所使用的双绞线分为两类：屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）非屏蔽双绞线（非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair）屏蔽双绞线屏蔽双绞线由由外部保护层外部保护层、屏蔽层屏蔽层与与多对多对双绞线双绞线组成。组成。非屏蔽

26、双绞线非屏蔽双绞线由由外部保护层外部保护层与与多多对双绞线对双绞线组成。组成。37图图2-6 2-6 双绞线结构示意图双绞线结构示意图 2 2、传输特性、传输特性 美国电器工业协会（美国电器工业协会（EIAEIA）规定了五种质）规定了五种质量级别的双绞线，其中量级别的双绞线，其中1 1类线的档次最低。类线的档次最低。5 5类线的档次最高。类线的档次最高。38 计算机网络综合布线一般使用计算机网络综合布线一般使用3、4、5类类线。各类电缆以其具有的性能完成不同的工作。线。各类电缆以其具有的性能完成不同的工作。1类线类线 在电话系统中使用的基本双在电话系统中使用的基本双绞线。这个级别的电缆只适于进

27、行语音传输。绞线。这个级别的电缆只适于进行语音传输。2类线类线 一种质量级别更高的双绞线。一种质量级别更高的双绞线。这种电缆适于语音传输以及进行最大速率为这种电缆适于语音传输以及进行最大速率为4Mbps的数字数据传输。的数字数据传输。39 3 3类线类线 目前在大多数电话系统中目前在大多数电话系统中使用的标准电缆。这种电缆每英尺至少需要绞使用的标准电缆。这种电缆每英尺至少需要绞合三次，其传输频率为合三次，其传输频率为16MHz16MHz，数据传输率可，数据传输率可达达10Mbps10Mbps，主要用于，主要用于10 10 BASE-TBASE-T。4 4类线类线 这种电缆每英尺也至少需这种电缆

28、每英尺也至少需要绞合三次，其传输频率为要绞合三次，其传输频率为20MHz20MHz，数据传输，数据传输率可达率可达16Mbps16Mbps，主要用于，主要用于10 BASE-T10 BASE-T、100 100 BASE-TBASE-T和基于令牌的局域网。和基于令牌的局域网。40 5 5类线类线 这种电缆增加了绞合密度，这种电缆增加了绞合密度，每英寸至少需要绞合三次。其传输频率为每英寸至少需要绞合三次。其传输频率为100MHz100MHz，数据传输率可达，数据传输率可达100Mbps100Mbps，主要用于，主要用于100 BASE-T100 BASE-T和和10 BASE-T10 BASE-

29、T网络。网络。选择双绞线电缆所需遵循的准则是：选择双绞线电缆所需遵循的准则是：采用采用能够安全有效完成任务所需的电缆。能够安全有效完成任务所需的电缆。41 3 3、连通性、连通性 双绞线既可用于点到点连接，也可用于多点双绞线既可用于点到点连接，也可用于多点连接。连接。4 4、地理范围、地理范围 双绞线用做远程中继线时，最大距离可达双绞线用做远程中继线时，最大距离可达1515公里；用于公里；用于10Mbps10Mbps局域网时，与集线器的距离最局域网时，与集线器的距离最大为大为100100米。米。42 5 5、抗干扰性、抗干扰性 双绞线的抗干扰性取决于一束线中相邻线双绞线的抗干扰性取决于一束线中

30、相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽。对的扭曲长度及适当的屏蔽。6 6、价格、价格 双绞线的价格低于其它传输介质，并且安双绞线的价格低于其它传输介质，并且安装、维护方便。装、维护方便。43 同轴电缆的结构如图同轴电缆的结构如图2-7所示，它由内导体、所示，它由内导体、绝缘层、外导体及外部保护层组成。内导体由绝缘层、外导体及外部保护层组成。内导体由一层绝缘体包裹，位于外导体的中轴上，它或一层绝缘体包裹，位于外导体的中轴上，它或是单股实心线或是绞合线（通常是铜制的）。是单股实心线或是绞合线（通常是铜制的）。外导体也由绝缘层包裹，或是外导体也由绝缘层包裹，或是金属包层或是金金属包层或是金1、物理特性、物理

31、特性44属网。同轴电缆的最外层是能够起保护作用的属网。同轴电缆的最外层是能够起保护作用的塑料外皮，即外部保护层。同轴电缆外导体的塑料外皮，即外部保护层。同轴电缆外导体的结构使其不仅能够充当导体的一部分，而且还结构使其不仅能够充当导体的一部分，而且还能起到屏蔽作用。这种屏蔽一方面能防。上外能起到屏蔽作用。这种屏蔽一方面能防。上外部环境造成的干扰，另一方面能阻止内层导体部环境造成的干扰，另一方面能阻止内层导体的辐射能量干扰其它导线。的辐射能量干扰其它导线。45图图2-7 同轴电缆结构示意图同轴电缆结构示意图 2、传输特性、传输特性 同轴电缆既可传输模拟信号又可传输数字同轴电缆既可传输模拟信号又可传

32、输数字信号。在长途传输模拟信号。在长途传输模拟信号过程中，大约每信号过程中，大约每46隔几公里就需要使用放大器，频率越高放大器隔几公里就需要使用放大器，频率越高放大器的间距就越小。传输数字信号时大约每公里就的间距就越小。传输数字信号时大约每公里就需要使用转发器，数据传输速率越高转发器的需要使用转发器，数据传输速率越高转发器的间距就越小。与双绞线相比，同轴电缆抗干扰间距就越小。与双绞线相比，同轴电缆抗干扰能力强，能够应用于频率更高、数据传输速率能力强，能够应用于频率更高、数据传输速率更快的情况。对其性能造成影响的主要因素更快的情况。对其性能造成影响的主要因素47来自衰损和热噪声，采用频分复用技术

33、时还会来自衰损和热噪声，采用频分复用技术时还会受到交调噪声的影响。虽然目前同轴电缆大量受到交调噪声的影响。虽然目前同轴电缆大量被光纤取代，但它仍广泛应用于有线电视和某被光纤取代，但它仍广泛应用于有线电视和某些局域网中。些局域网中。根据同轴电缆的带宽不同、它可以分为两根据同轴电缆的带宽不同、它可以分为两类：类：基带同轴电缆基带同轴电缆 宽带同轴电缆宽带同轴电缆48 基带同轴电缆一般仅用于数字信号的传输。基带同轴电缆一般仅用于数字信号的传输。宽带同轴电缆可以使用频分多路复用方法，将宽带同轴电缆可以使用频分多路复用方法，将一条宽带同轴电缆的频带划分成多条通信信道，一条宽带同轴电缆的频带划分成多条通信

34、信道，使用各种调制方式，支持多路传输。宽带同轴使用各种调制方式，支持多路传输。宽带同轴电缆也可以只用于一条通信信道的高速数字通电缆也可以只用于一条通信信道的高速数字通信，此时称之为信，此时称之为单信道宽带单信道宽带。49 目前得到广泛应用的同轴电缆主要分为目前得到广泛应用的同轴电缆主要分为50电缆和电缆和75电缆这两类。电缆这两类。50电缆用于基带数字信电缆用于基带数字信号传输，即号传输，即基带同轴电缆基带同轴电缆。电缆中只有一个信道，。电缆中只有一个信道，数据信号采用曼彻斯特编码方式，数据传输速率数据信号采用曼彻斯特编码方式，数据传输速率可达可达10Mbps。这种电缆主要用于局域网（以太。这

35、种电缆主要用于局域网（以太网）。网）。75电缆是电缆是CATV系统使用的标准，它既可系统使用的标准，它既可用于传输用于传输宽带模拟信号宽带模拟信号，也可用于传输，也可用于传输数字信号数字信号。50 基带同轴电缆使用的最大距离限制在几公基带同轴电缆使用的最大距离限制在几公里范围内，而宽带同轴电缆最大距离可达几十里范围内，而宽带同轴电缆最大距离可达几十公里左右。公里左右。3、连通性、连通性 同轴电缆既支持点到点连接，也支持多点同轴电缆既支持点到点连接，也支持多点连接。基带同轴电缆可支持数百台设备的连接，连接。基带同轴电缆可支持数百台设备的连接，而宽带同轴电缆可支持数千台设备的连接。而宽带同轴电缆可

36、支持数千台设备的连接。4、覆盖范围、覆盖范围51 同轴电缆的造价介于双绞线与光缆之间，同轴电缆的造价介于双绞线与光缆之间，使用与维护方便。使用与维护方便。5、抗干扰能力、抗干扰能力同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强。同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强。6、价格、价格52 光纤是一种传输光信号的传输媒介。位于光光纤是一种传输光信号的传输媒介。位于光纤最内层的纤芯是一种横截面积很小，直径约纤最内层的纤芯是一种横截面积很小，直径约为为50100m，质地脆，易断裂的光导纤维，质地脆，易断裂的光导纤维，制造这种纤维的材料可以是玻璃也可以是塑料。制造这种纤维的材料可以是玻璃也可以是塑料。但是无论采用何

37、种材料，对其纯净度、大小和但是无论采用何种材料，对其纯净度、大小和截面形状的要求都很严格，因为这将直接影响截面形状的要求都很严格，因为这将直接影响1、物理特性、物理特性53着信号传输的质量。纤芯的外层裹有一个包层，着信号传输的质量。纤芯的外层裹有一个包层，它由折射率比纤芯小的材料制成。正是由于在它由折射率比纤芯小的材料制成。正是由于在纤芯与包层之间存在着折射率的差异，光信号纤芯与包层之间存在着折射率的差异，光信号才得以通过全反射在纤芯中不断向前传播。在才得以通过全反射在纤芯中不断向前传播。在光纤的最外层则是起保护作用的外套，即外部光纤的最外层则是起保护作用的外套，即外部保护层，它能使内层纤芯和

38、包层免受外部温度保护层，它能使内层纤芯和包层免受外部温度以及弯曲、拉伸等操作带来的不良影响。通常以及弯曲、拉伸等操作带来的不良影响。通常54情况下，多根光纤被扎成束并裹以保护层制成情况下，多根光纤被扎成束并裹以保护层制成多芯光缆。光缆的结构如图多芯光缆。光缆的结构如图2-8所示。所示。图图2-8 光缆的结构光缆的结构55 光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。光波通过光纤内部全反射进行光传输的光信号。光波通过光纤内部全反射进行光传输的过程如图的过程如图2-9所示。由于光纤的折射系数高于所示。由于光纤的折射系数高于外部包层的折射系数，固此可以形成光

39、波在光纤外部包层的折射系数，固此可以形成光波在光纤与包层的界面上的全反射。典型的光纤传输系统与包层的界面上的全反射。典型的光纤传输系统的结构如图的结构如图2-10所示。所示。2、传输特性、传输特性56图图2-9 光纤内部光的全反射传输过程光纤内部光的全反射传输过程 图图2-10 光缆传输系统结构示意图光缆传输系统结构示意图 57 在光纤发送端，主要采用在光纤发送端，主要采用两种光源两种光源：发光二极管发光二极管LED（Light-Emitting Diode）注入型激光二极管注入型激光二极管ILD（Injection Laser Diode）在接收端将光信号转换成电信号时，要使用在接收端将光信

40、号转换成电信号时，要使用光电二极管光电二极管PIN检波器或检波器或APD检波器。光载波调检波器。光载波调58制方法采用振幅键控制方法采用振幅键控ASK调制方法，即亮度调调制方法，即亮度调制（制（intensity modulation）。因此，光纤传输）。因此，光纤传输速率可以达到几千速率可以达到几千Mbps。多模光纤：多模光纤：指光纤的光信号与光纤轴成指光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度的多光线传输。采用多模传输多个可分辨角度的多光线传输。采用多模传输方式时，多束光线从光源出发，在纤芯中以不方式时，多束光线从光源出发，在纤芯中以不同 的 光 路 进 行 传 播。由 于 纤 芯 折 射 率同

41、 的 光 路 进 行 传 播。由 于 纤 芯 折 射 率59分布情况不同，在多模突变光纤和多模渐变光分布情况不同，在多模突变光纤和多模渐变光纤中光线的传播过程存有差异。纤中光线的传播过程存有差异。在多模突变光纤中，纤芯的折射率和包层在多模突变光纤中，纤芯的折射率和包层的折射率分别是一个恒定常数，而且前者的折的折射率分别是一个恒定常数，而且前者的折时率大于后者的折射率。沿轴向进入纤芯的光时率大于后者的折射率。沿轴向进入纤芯的光线将沿直线传播，直至到达终点，而以其它角线将沿直线传播，直至到达终点，而以其它角度进入纤芯的光线最初也将沿着直线传播，但度进入纤芯的光线最初也将沿着直线传播，但60当其到达

42、纤芯与包层的边界时，折射率突然降当其到达纤芯与包层的边界时，折射率突然降低将使光线的传播路径发生改变。若光线到达低将使光线的传播路径发生改变。若光线到达交界处时其入射角小于全反射角，光线将发生交界处时其入射角小于全反射角，光线将发生折射进入包层而损失掉。若此刻入射角比全反折射进入包层而损失掉。若此刻入射角比全反射角大，光线将发生全反射，这将使其仍能在射角大，光线将发生全反射，这将使其仍能在纤芯中传值得一提的是，在那部分发生全反射纤芯中传值得一提的是，在那部分发生全反射的光线中，入射角较小的光线要经历更多的全的光线中，入射角较小的光线要经历更多的全61反射和更长的旅途才能达到目的地。这使得以不反

43、射和更长的旅途才能达到目的地。这使得以不同角度同时发送的光线在不同的时刻到达终点，同角度同时发送的光线在不同的时刻到达终点，造成还原信号扭曲，从而在一定程度上限制了数造成还原信号扭曲，从而在一定程度上限制了数据传输速率。如图据传输速率。如图2-11所示。所示。图图2-11 多模突变光纤数据传输示意图多模突变光纤数据传输示意图 62 在多模渐变光线中，纤芯的折射率由中心在多模渐变光线中，纤芯的折射率由中心向外按一定规律逐渐减小，直至与包层交界处向外按一定规律逐渐减小，直至与包层交界处减为最小。这种光纤纤芯的结构使得只有沿轴减为最小。这种光纤纤芯的结构使得只有沿轴向射入纤芯中心的光线才能沿直线传播

44、，而以向射入纤芯中心的光线才能沿直线传播，而以其它角度进入纤芯的光线在折射率不断变化的其它角度进入纤芯的光线在折射率不断变化的纤芯中只能以曲线路径进行传播。如图纤芯中只能以曲线路径进行传播。如图2-12所所示。由于在这种光纤中以曲线路径传播的光线示。由于在这种光纤中以曲线路径传播的光线每经过一段距离就会相交，所以只要接收装置每经过一段距离就会相交，所以只要接收装置63的位置安排得当，就可以还原出质量较好的数的位置安排得当，就可以还原出质量较好的数据信号。据信号。图图2-12 多模渐变光纤数据传输示意图多模渐变光纤数据传输示意图 64 单模光纤：单模光纤：指光纤的光信号仅与光纤轴指光纤的光信号仅

45、与光纤轴成单个可分辨角度的单光线传输，实际上是一成单个可分辨角度的单光线传输，实际上是一种采用突变型纤芯的光纤，它需要有高度集中种采用突变型纤芯的光纤，它需要有高度集中的光源，以便将光线限定在接近轴向的范围内。的光源，以便将光线限定在接近轴向的范围内。这种光纤的纤芯半径已经降低到波长的数量级，这种光纤的纤芯半径已经降低到波长的数量级，其中只存在一条轴向光线才能通过的传播路径。其中只存在一条轴向光线才能通过的传播路径。这种传输方式几乎可以使光线同时到达终点，这种传输方式几乎可以使光线同时到达终点，65传输时延可以被忽略，重组后的信号不易出现传输时延可以被忽略，重组后的信号不易出现扭曲。如图扭曲。

46、如图2-13所示。所示。图图2-13 单模光纤数据传输示意图单模光纤数据传输示意图 66 上述三种光线相比较，上述三种光线相比较，单模光纤单模光纤的带宽最的带宽最宽，宽，多模渐变光纤多模渐变光纤次之，次之，多模突变光纤多模突变光纤的带宽的带宽窄，单模光纤适于大容量远距离通信，多模突窄，单模光纤适于大容量远距离通信，多模突变光纤适于中等距离的通信，而多模突变光纤变光纤适于中等距离的通信，而多模突变光纤只适于小容量的短距离通信；在制造工艺方面，只适于小容量的短距离通信；在制造工艺方面，单模光纤的难度最大。单模光纤的难度最大。67 光纤信号衰减极小，它可以在光纤信号衰减极小，它可以在68公里的公里的

47、距离内，在不使用中继器的情况下，实现高速距离内，在不使用中继器的情况下，实现高速率的数据传输。率的数据传输。3、连通性、连通性 光纤最普遍的连接方法是点到点方式，在光纤最普遍的连接方法是点到点方式，在某些实验系统中，也可以采用多点连接方式。某些实验系统中，也可以采用多点连接方式。4、覆盖范围、覆盖范围68 光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率的传输中保持低误码率。在长距离、高速率的传输中保持低误码率。双双绞线绞线典型的误码率在典型的误码率在10-5 10-6之间，之间，基带同基带同轴电缆轴电缆的误码率的误码率低于低于10-7，宽带同轴电缆宽带

48、同轴电缆的误的误码率码率低于低于10-9，而，而光纤光纤的误码率可以的误码率可以低于低于10-10，因此，光纤传输的安全性与保密性极好。因此，光纤传输的安全性与保密性极好。5、抗干扰能力、抗干扰能力69 目前，光纤价格仍高于同轴电缆与双绞线。目前，光纤价格仍高于同轴电缆与双绞线。当然光纤也存在着一些缺点。建立以光缆当然光纤也存在着一些缺点。建立以光缆为传输媒介的通信系统需要支出交稿的费用，为传输媒介的通信系统需要支出交稿的费用，而且这种系统的安装与维护工作也不易进行。而且这种系统的安装与维护工作也不易进行。此 外，由 于 光 纤 纤 芯 的 横 截 面 面 积此 外，由 于 光 纤 纤 芯 的

49、 横 截 面 面 积6、价格、价格70很小，质地脆易断裂，机械性能差，所以光纤很小，质地脆易断裂，机械性能差，所以光纤不能拉得太紧，也不能使其形成直角。不能拉得太紧，也不能使其形成直角。由于光纤具有低损耗、宽频带、高数据传由于光纤具有低损耗、宽频带、高数据传输速率、低误码率与安全保密性好的特点，因输速率、低误码率与安全保密性好的特点，因此是一种最有前途的传输介质。此是一种最有前途的传输介质。71 当电子运动时，它们产生可以自由传播当电子运动时，它们产生可以自由传播（甚至在真空中）的电磁波。这种波由英国科（甚至在真空中）的电磁波。这种波由英国科学家麦克斯韦尔（学家麦克斯韦尔（James Clar

50、k Maxwell）于）于1865年预言，并且于年预言，并且于1887年由德国物理学家赫年由德国物理学家赫兹（兹（Heinrich Hertz）首次发现。）首次发现。1、电磁波谱、电磁波谱72 （2）另一种是在）另一种是在有限制的空间区域内有限制的空间区域内传传播，即通过播，即通过有线方式传播有线方式传播。用同轴电缆、双绞。用同轴电缆、双绞线、光纤传输电磁波的方式属有线方式传播。线、光纤传输电磁波的方式属有线方式传播。在同轴电缆中，电磁波传播的速度大约等于光在同轴电缆中，电磁波传播的速度大约等于光速的速的2/3。电磁波的传播有两种方式：电磁波的传播有两种方式：（1）一种是在）一种是在自由空间自