第2章网络传输介质

第 2 章 网络传输介质 第 2 章 主要内容 (一) 网络传输介质的概念 (二) 网络传输介质的分类 (三) 网络传输介质的不同用途 (四) 网络传输介质的性能指标和技术参数以及如何在网络设计与工程中对传输介质的进行选用。 前言 要实现计算机相互间的信息传输时，首先要解决的是通信线路和通道传输问题。计算机网络通信系统可以分为有线通信和无线通信两大类。 有线通信系统是利用电缆或光缆来作为信号的传输载体。 无线通信系统则是利用卫星、微波、红外线来作为信号的传输载体。 2.1 有线传输介质-双绞线 双绞线（ Twisted pair，T P）是一种综合布线工程中最常用的有线通信传输介质。 双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。 2.1 有线传输介质-双绞线 目前局域网主要采用以太网技术和星型网络拓朴结构，相应的结构化布线就主要采用双绞线作为传输介质之一 双绞线既可以传输模拟信号，又能传输数字信号。 2.1 有线传输介质-双绞线 双绞线主要是用来传输模拟/数字信号，适用于较短距离的信息传输。 在传输期间，信号的衰减比较大，并且使波形畸变。采用双绞线的局域网络的带宽取决于所用导线的质量、导线的长度及传输技术。 2.1.1 双绞线的种类与型号 双绞线通常可分为非屏蔽双绞线(UTP:Unshielded Twisted Pair) 和屏蔽双绞线(STP:Shielded Twisted Pair); 屏蔽双绞线区别于非屏蔽双绞线的是它的绞线外多了一层金属屏蔽层，在连接时屏蔽部分必须接地。 屏蔽双绞线同常比非屏蔽双绞线有更高的传输速率。 双绞线，非屏蔽型，还是屏蔽型，作为布线工程和用户所关心的是性能参数。 2.1.1双绞线的种类与型号 1.屏蔽双绞线 如果干扰信号产生在双绞线电缆的附近，则可能会带来称作噪声的破坏或干扰。 另一方面，电缆导线中传输的信号能量的辐射，也会对临近的网络系统设备和电缆产生电磁干扰（EMI）。 屏蔽层能将噪声转变成直流电，屏蔽层上的噪声电流与双绞线上的噪声电流方向相反，因而两者可相互抵消。 电缆屏蔽层的设计有如下几种形式： 1) 屏蔽整个电缆 2) 屏蔽电缆中的线对 3) 屏蔽电缆中的单根导线 屏蔽双绞线电缆STP又分为STP电缆和STP-A电缆两种。 STP电缆指的是IBM在1984年确立的最初规格，它的性能要求是工作频率为20MHz。 随着网络传输速率的不断提高，在1995年STP电缆的规格也提升为STP-A电缆，它的性能要求是工作频率为300MHz， 在TIA/EIA-568-A标准中，STP-A电缆是干线布线子系统和水平布线子系统都认可的传输介质。 另一类屏蔽双绞线电缆是金属箔屏蔽双绞线电缆，称为ScTP（或FTP），它不再屏蔽各个线对，而是屏蔽整个电缆。 在某些安装环境中，如果电磁干扰或其他电子干扰过强，则不能使用UTP，使用FTP电缆可以屏蔽这些干扰，保证电缆传输信号的完整性。 2．非屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线电缆，没有金属屏蔽层。它在绝缘套管中封装了一对或一对以上的双绞线，每对双绞线按一定密度互相绞在一起，提高了抵抗系统本身电子噪声和电磁干扰的能力，但它不能防止周围的电子干扰。 UTP电缆是通信系统和综合布线系统中最流行使用的传输介质，可用于语音、数据、音频、呼叫系统以及楼宇自动控制系统。UTP电缆可同时用于垂直干线子系统和水平子系统的布线。 常用的双绞线电缆封装有4对双绞线，其它还有25对、50对和100对等大对数的双绞线电缆，大对数电缆用于语音通信的布线系统的干线子系统中。 常见UTP电缆型号： a) 1类双绞线-CAT1 b) 2类双绞线-CAT2 c) 3类双绞线-CAT3（指目前在ANSI和EIA/TIA 568标准中指定的电缆） d) 4类双绞线-CAT4 e) 5类双绞线-CAT5 f) 超5类双绞线是增强型的5类双绞线，器性能优于5类线。 g) 6类双绞线-CAT 6 h) 7类双绞线-CAT 7 这里需要注意的是：电缆的频率带宽（MHz）与电缆的数据传输速率（Mb/s）是有区别的，Mb/s是衡量单位时间内线路传输的二进制位的数量，而MHz是衡量单位时间内线路中电信号的震荡次数。 非屏蔽双绞线电缆的优点： 1) 无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间； 2) 质量小、易弯曲、易安装； 3) 将串扰减至最小或加以消除； 4) 具有阻燃性； 5) 具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。 国际电气工业协会（EIA）为双绞线电缆定义了5种不同质量的型号。计算机网络综合布线使用的多为第3、5、5e、6类四种。 3．大对数电缆 大对数电缆，即大对数干线电缆。大对数电缆一般为25线对（或更多）成束的电缆结构，在外观上看，为直径更大的单根电缆。物理结构如图2-4 所示。 它的导线色彩编码如表2-3 所示。 电气特性如表2-1 所示。 4．双绞线的测试数据 受下述指标的约束，即：衰减、分布电容、直流电阻、直流电阻偏差值、阻抗特性、返回（回波）损耗、近端串扰。标准测试数据如表2-4所示。 2.1.2双绞线的电气特性参数 双绞线的电气特性直接影响了它的传输质量，双绞线的电气特性参数同时也是布线过程中的测试参数：缆线链路长度、特性阻抗、直流环路电阻、衰减（A，Attenuation）、近端串扰-N E X T（N e a r End Cross Talk ） １．缆线链路长度 线缆链路的物理长度由测量到的信号在线路上的往返传播延迟T导出。用额定传输速度NVP值进行校核。 NVP=线缆中信号传播速度/光速*100%。该值随不同缆线类型不同而不同。通常NVP范围在60%~90%。 2．特性阻抗 特性阻抗指链路在规定工作频率范围内呈现的电阻。结构化布线用电缆应该为100Ω。 无论使用5类、超5类或6类线缆，其每对芯线的特性阻抗在整个工作带宽范围内应保证恒定、均匀。 链路上任何点的阻抗不连续性将导致该链路信号反射和信号畸变。 特性阻抗包括电阻及频率范围内的电感抗和电容抗，与一对电线间的距离及绝缘的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗，双绞线电缆有100Ω、120Ω和150Ω几种。 ３．直流环路电阻 在基本链路方式、永久链路方式或是通道链路方式下，线缆每个线对的直流电组在摄氏20°C~30°C的环境下最大值不超过30Ω，无论5类/超5类/6类线缆。 4．衰减（A，Attenuation） 衰减是指信号传输时在一定长度的线缆中的损耗，是一个的信号损失的度量，衰减与线缆的长度有关，随着长度增加，信号衰减也随之增加，同时衰减量与频率也有着直接关系。 任何传输介质都存在信号衰减问题。每100米的传输距离会增加1Db的线路噪音。 5．近端串扰-N E X T（N e a r End Cross Talk ） NEXT就是干扰对同在近端的传送线对与接收线对所产生的影响。近端串扰与线缆类别、连接方式和频率有关。 6．相邻线对综合近端串扰-PSNEXT（POWER SUM NEXT） 相邻线对综合近端串扰是指四对线缆中3对线缆传输信号时对另1对线缆的近端串扰的组合。 7．远端串扰-FEXT（Far-End Cross Talk） 与近端串绕相对应，在一条线缆的另外一端，发送信号的线对通过电磁感应耦合，作用于其同FEXT 是在某个线对的始端发送信号，而耦合到另一个线对的终端的信号比例。 8．等效远端串扰-ELFEXT（Equal Level Fext） ELFEXT是传送端的干扰信号对相邻线对在远端所产生的影响，是考虑衰减后的FEXT，即ELFEXT=FEXT- Attenuation。 9．综合等效远端串扰- PSELFEXT（Power Sum ELFEXT） PSELFEXT表明四对线缆中三对线缆传输信号时对另一对线缆的在远端所产生的干扰。 10．衰减串扰比-ACR（Attenuation-to-crosstalk Ratio） 在高频段，串绕与衰减值得比例关系很重要。ACR(dB)=NEXT(dB)-A(dB)，即A C R是是同一频率下近端串扰N E X T和衰减的差值， 它对于表示信号和噪声串扰之间的关系有着重要的价值。A C R是系统S N R（信噪比）衡量的唯一衡量标准，它是决定网络正常运行的一个因素。 11．综合衰减串扰比-PSACR（Power Sum Attenuation-to-crosstalk Ratio） PSA CR表征了四对线缆中三对线缆传输信号时对另一对线缆所产生的综合影响。它主要用于保证综合布线系统的高速数据传输。 12．回波损耗-RL（ Returm loss） 数据抟输中，当遇到线路中阻抗不匹配时，部分能量会反射回发送端，回波损耗反映了因阻抗不匹配反射回来的能量大小，回波损耗对于全双工传输的应用非常重要。 电缆制造过程中的结构变化、连接器和布线安装等3种因素是影响回波损耗数值的主要因素。 13．传输延迟（Propagation Delay ） 传输延迟是指信号从信道的一端到达另一端所需要的时间，即测试脉冲沿每对电缆传输的时间（ns）。 14．延迟偏离（Delay skew） 延迟偏离是最短的传输延迟线对（以0ns表示）和其它线对间的差别。 2.1.3 超五类布线系统 超5类布线系统通过对它的¡°链接¡±和¡°信道¡±性能进行测试表明，其性能超过TIA/EIA 586的5类，与普通的5类UTP比较，其衰减更小，同时具有更高的衰减串扰比ACR和回波损耗SRL，更小的时延和衰减，性能得到提高。 2.1.3 超五类布线系统 超5类UTP具有以下优点： 1. 提供了坚实的网络基础，可以方便迁移到更新网络技术； 2. 能够满足大多数应用，并用满足偏差和低串扰总和的要求； 3. 为将来的网络应用提供了传输解决方案； 4. 充足的性能余量，给安装和测试带来方便。 2.1.3 超五类布线系统 超5类系统在100 MHz的频率下运行时，可提供8dB近端串扰的余量，用户的设备受到的干扰只有普通5类线系统的1/4，使系统具有更强的独立性和可靠性。 2.1.3 超五类布线系统 近端串扰、串扰总和、衰减和SRL这4个参数是超5类线缆非常重要的参数。 2.1.4 六类布线系统 1.、6类标准概要 6类布线标准将是未来UTP布线的一个标准，它为用户选择更高性能的产品提供依据，同时，它也应当满足网络应用标准组织的要求。 2.1.4 六类布线系统 6类标准中的规定涉及到介质、布线距离、接口类型、拓扑结构、安装技术、信道性能及线缆和连接硬件性能等方面的要求。 2.1.4 六类布线系统 同5类标准一样，新的6类布线标准也采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：基本链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。 2.1.4 六类布线系统 6类产品及系统的频率范围应当在1～250MHz之间，对系统中的线缆、连接硬件、基本链路及信道在所有频点都需测试以下几种参数。 1) 衰减（Attenuation）； 2) 回损（Redturn Loss）； 3) 延迟/失真（Delay/Skew）； 4) 近端串扰（NEXT）； 5) 功率累加(综合)近端串扰（PowerSum NEXT）； 6) 等效远端串扰（ELFEXT）； 7) 功率累加(综合)等效远端串扰（PowerSum ELFEXT）； 8) 平衡（Balance:LCL, LCTL）。 6类系统在6250MHz上的平均抗噪能力超过增强5类。 利用不同的数字信号处理技术模拟100米平衡布线的实验指出：通过芯片和布线厂家的努力，在六类/E级布线系统上运行10Gbase-T的目标可以达到。 2.、类布线是大势所趋 目前 TIA 和 ISO/IEC 标准化委员会认为6类信道的性能指标在技术上已经稳定。6类布线系统在TIA TR41的研发基础上形成。 2.1.5 七类布线系统 今日的网络正走向集中化。数据、语音和视频可在单个媒质上的传输，节省巨大经费。 基于7类/F级标准开发的STP布线系统，可以在一个连接器和单根电缆中，同时传送独立的视频、语音和数据信号。