網(wǎng)絡的傳輸性能不但與數(shù)據(jù)傳輸方式有關(guān),而且與傳輸介質(zhì)有關(guān)。傳輸介質(zhì)又稱為通信介質(zhì)或媒體,在網(wǎng)絡中是連接收、發(fā)雙方的物理通道,也是通信中實際傳送信息的載體。傳輸介質(zhì)決定了網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)段的最大長度及傳輸?shù)目煽啃浴?/span>
1.介質(zhì)的特性
傳輸介質(zhì)的選擇必須根據(jù)設(shè)計要求將聯(lián)網(wǎng)需求和傳輸介質(zhì)特性進行匹配,通常需要考慮的傳輸介質(zhì)特性包括吞吐量、成本、可擴展性、連接性和抗噪性等。
可擴展性是指網(wǎng)絡介質(zhì)允許的3種物理規(guī)格:最大段長度、每段的最大節(jié)點數(shù)以及最大網(wǎng)絡長度。一個信號在傳輸一定距離后信號將產(chǎn)生衰減,此時必須通過中繼器進行重發(fā)和放大。一個信號能夠傳輸并能被正確解釋的最大距離稱為最大段長度,若超過這個長度,則可能會發(fā)生數(shù)據(jù)損失。每段的最大節(jié)點數(shù)也與衰減有關(guān),為保證清晰的強信號,必須限制一個網(wǎng)段的最大節(jié)點數(shù)。另外,一個信號從發(fā)送到最后接收之間都會存在一定的延遲,稱為時延。當連接多個網(wǎng)段時,將增加網(wǎng)絡上的時延,每種傳輸介質(zhì)都有標定一個最大的連接段數(shù)。
吞吐量是指單位時間傳輸介質(zhì)能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。吞吐量也稱為容量或傳輸速率,用Mbps(每秒兆位)度量。傳輸介質(zhì)的帶寬越大,吞吐量就越高。帶寬這個術(shù)語經(jīng)常與吞吐量交換使用。
成本包括購買成本、安裝成本、維護和升級成本等。
連接性是指傳輸介質(zhì)與網(wǎng)絡設(shè)備的連接特性。
噪聲會影響信號的傳輸,噪聲通常指電磁干擾和射頻干擾??乖胄允侵競鬏斀橘|(zhì)防止噪聲干擾對信號傳輸影響的能力。
對傳輸介質(zhì)特性的了解,有助于在實際網(wǎng)絡中選擇合適的傳輸介質(zhì)。常用的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線、光纖及無線傳輸介質(zhì)。在現(xiàn)代網(wǎng)絡環(huán)境中,越來越多地使用光纖和無線傳輸。
2.有線傳輸介質(zhì)
·軸電纜
同軸電纜由4層組成。最里面的一層是一根銅或鋁的導線,它是同軸電纜的核心部分。導線外有一層起絕緣作用的塑性材料,用于防止導體與第3層短路。第3層是緊緊纏繞在絕緣體上的金屬網(wǎng),用以屏蔽外界的電磁干擾。最外面的一層是起保護作用的塑性外套。同軸電纜結(jié)構(gòu)如圖所示。
圖 同軸電纜結(jié)構(gòu)圖
·雙絞線
雙絞線由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的2根或4根絕緣線組成。兩根相互絕緣的導線擰成有規(guī)則的螺旋形狀,可使外部的電磁干擾降到最低,以保護信息和數(shù)據(jù)的通信質(zhì)量。
通常雙絞線做成電纜形式,在外面套上保護套。雙絞線具有重量輕、安裝容易、價格低、全雙工的特點。雙絞線又分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線兩種。
屏蔽雙絞線(STP,Shielded Twisted Pair) |
非屏蔽雙絞線(UTP,Unshielded Twisted Pair ) |
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定義 |
在線的外面包了一層屏蔽金屬層和接地用的金屬銅線 |
外面沒有屏蔽金屬層和接地用的金屬銅線 |
特點 |
具有很好的抗干擾性能,但價格較高 |
在規(guī)定的距離內(nèi)傳輸性能較好,價格低廉。但抗干擾性能相對差一些。 |
傳輸速度 |
具有較高的傳輸速度,5類STP(STP分為3類和5類兩種)在100 m的距離內(nèi)的傳輸速率可達150 Mbps。 |
5類(根據(jù)國際電氣工業(yè)協(xié)會/電信工業(yè)協(xié)會(EIA/TIA)的定義,將UTP分成5類。第5類雙絞線是目前最流行的雙絞線,主要用于實現(xiàn)基于以太網(wǎng)的局域網(wǎng))UTP在聯(lián)網(wǎng)時與集線器的最大距離為100米,最大傳輸速率為100 Mbps。每一條UTP雙絞線電纜都是8芯,分成4對,4對中兩兩相絞。 |
·光纖
光纖又稱光導纖維,是一種柔軟、能傳導光波的介質(zhì)。各種玻璃和塑料均可以用來制造光纖,使用超高純度石英玻璃纖維制作的光纖可以得到最低的傳輸損耗。在折射率較高的單根光纖外面用折射率較低的包層包裹起來,就可以構(gòu)成一條光纖通道,多條光纖組成一束就構(gòu)成了光纖電纜。
光纖是迄今傳輸速率最快的傳輸介質(zhì),可以每秒10 GB的速度可靠地傳遞數(shù)據(jù)。光纖幾乎不受電磁干擾的影響,單模光纖不采用中繼器便可傳輸數(shù)十公里。光纖在信息的傳輸過程中,不會產(chǎn)生光波的散射,因而安全性與保密性都極高。另外,它體積小,重量輕,易于鋪設(shè)。所以光纖是一種最有前途的傳輸介質(zhì)。
3.電信道
無線通信是指把大氣中的電磁波作為載體來傳輸數(shù)據(jù)。由于各種移動設(shè)備如便攜式計算機、手機的普遍使用,使無線通信技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。無線通信根據(jù)電磁波不同波段的不同傳輸特性,形成了不同的無線通信技術(shù)?,F(xiàn)在應用比較多、比較成熟的無線通信技術(shù)有:微波通信、紅外線通信、藍牙通信、衛(wèi)星通信和蜂窩無線通信。
·微波通信
微波 |
微波通信 |
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定義 |
是一種頻率很高的電磁波,其頻率范圍為300 MHz~300 GHz,主要使用的是2~40 GHz的頻率范圍。 |
微波通信是利用地面微波進行通信。一般用在兩點直線距離內(nèi)無障礙物,而鋪設(shè)電纜又較為困難的環(huán)境下。 |
特點 |
特點是在空間沿直線傳播,而地球表面是一個曲面,其在地面的傳輸距離有限,一般為40~60 km。這個傳輸距離與微波的發(fā)射天線的高度有關(guān),天線越高,傳輸距離就越遠 。 |
主要特點是通信雙方不受地理位置的影響,而且不需要鋪設(shè)電纜,微波線路的成本比同軸電纜和光纜低。但微波通信的誤碼率卻比同軸電纜和光纜高,安全性低,只要有合適無線電設(shè)備的人就可以竊取微波線路的通信數(shù)據(jù);此外,大氣對微波信號的吸收與散射也有較大影響。例如:城市中的兩個建筑物之間,分別在兩個建筑物的頂端都安裝一個天線,并將這兩個天線相對指向,就建立起了這兩個建筑物之間的微波通信。 |
·外線通信
紅外線通信使用波長約為750 nm~10μm的紅外線傳送數(shù)據(jù),采用光發(fā)射二極管、激光二極管或光電二極管進行站點和站點之間的數(shù)據(jù)交換。
紅外線通信不受電磁干擾和射頻干擾的影響,有較強的方向性,受太陽光的干擾大。紅外通信是一種廉價、近距離、無連線、低功耗和保密性較強的通信方案。紅外線通信可以進行點到點的通信,也可以進行廣播式通信。目前已經(jīng)開始在無線網(wǎng)接入和近距離家電遙控等方面得到廣泛應用。許多筆記本電腦和手持設(shè)備都配有紅外收發(fā)器端口,可以進行紅外異步串行數(shù)據(jù)傳輸,其速度在115.2 kb/s~2 Mb/s之間。
但紅外線通信的距離比較短,要求通信節(jié)點之間必須在直線視距之內(nèi),不能超越墻,因此在組網(wǎng)時有很大的局限性。
·藍牙通信
藍牙是一種低功耗的無線通信技術(shù),它可以提供低成本、近距離的無線通信,構(gòu)成移動設(shè)備通信環(huán)境中的個人區(qū)域網(wǎng)絡,使得近距離內(nèi)各種信息設(shè)備能夠進行互連,從而實現(xiàn)資源共享。作為一種支持數(shù)據(jù)和語音通信的開放性標準,它支持通過網(wǎng)絡進行互聯(lián),其有著獨特的多址接入特點。如果把藍牙通信技術(shù)引入移動電話和便攜電腦中,就可以去掉移動電話和便攜電腦的電纜連接,實現(xiàn)無線方式通信。打印機、PDA、臺式電腦、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿等所有數(shù)字設(shè)備都可以成為藍牙系統(tǒng)的一部分。
藍牙通信工作在免許可證的2.4GHz頻段,傳輸速率為1 Mbps。任何一個藍牙設(shè)備一旦搜尋到另一個藍牙設(shè)備,就立刻建立連接,無須用戶任何設(shè)置,是一種無線方式的“即連即用”。藍牙通信支持點到點和一點對多點的通信。
·衛(wèi)星通信
衛(wèi)星通信是地面微波中繼通信的發(fā)展。衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號,實現(xiàn)在多個地球站之間進行信息交流的一種遠距離的特殊微波通信形式。當?shù)厍蛲叫l(wèi)星位于36 000 km的高空時,其發(fā)射角可以覆蓋地球上的1/3的區(qū)域。只要在赤道上空的同步軌道上等距離地放置3顆間隔120o衛(wèi)星,就能實現(xiàn)全球的通信。
優(yōu)點 |
1.覆蓋面積大,傳輸距離遠。在電波覆蓋范圍內(nèi),任何一處都可以通信,且通信費用與通信距離無關(guān)。 2.信道容量大、傳送的業(yè)務類型多。 3.設(shè)站靈活,容易實現(xiàn)多址通信和廣播通信。 4.衛(wèi)星信道一般為恒參信道,信道特性穩(wěn)定,可靠性高 |
缺點 |
1.通信衛(wèi)星和衛(wèi)星地球站的成本都比較高,衛(wèi)星的使用壽命一般只有7~8年,地球站的設(shè)備較復雜、龐大,所以衛(wèi)星通信的費用非常昂貴。 2.通信衛(wèi)星傳輸延遲時間長,從一個地球站經(jīng)衛(wèi)星到另一地球站的傳播時延約為0.27 s。 3.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的保密性較差。 |
·蜂窩無線通信
移動通信是指在通信雙方中,至少有一方在移動中進行信息的交流。移動通信屬于無線通信范疇,一般分配150 MHz、450 MHz、800 MHz、900 MHz以及1.8 GHz這些頻段為公用移動通信使用頻段。從電波的傳播特點來看,一個頻點的傳播范圍大約為幾十公里半徑范圍。
移動通信系統(tǒng)一般由移動臺、基地站和移動交換中心組成,又可稱為移動通信網(wǎng),移動通信網(wǎng)又通過中繼線和市話通信網(wǎng)連接。在移動通信系統(tǒng)中,移動部分體現(xiàn)在基地站和移動臺之間,這是移動通信的主體部分。每個基地站都有一個可靠的通信服務范圍,稱為無線小區(qū)。無線小區(qū)有大、小覆蓋區(qū)之分,覆蓋區(qū)的大小主要由基地站的發(fā)射功率和天線高度決定。移動交換中心主要用來處理信息交換和信息處理以及系統(tǒng)的集中控制管理。
大區(qū)制 |
是在一個基地站天線覆蓋區(qū)內(nèi)的移動用戶,只能在此區(qū)域完成聯(lián)絡和通信。一般用于集群通信,不能漫游。 |
小區(qū)制 |
是將整個業(yè)務區(qū)劃分為若干個小區(qū),分別在小區(qū)中設(shè)置基地站,負責本小區(qū)的移動通信的聯(lián)絡和控制。在小區(qū)制通信中,為各基地站的頻率組進行配備的時候,相鄰基地站天線覆蓋區(qū)一定不能相同,否則會引起干擾。 |
面狀服務區(qū)是陸地移動通信的主要方式,要組成一個面,各小區(qū)可采用三角形、矩形、正多邊形等,如圖所示。
圖 構(gòu)成面狀服務區(qū)的各小區(qū)的形狀
由正六邊形無線小區(qū)鄰接構(gòu)成的面狀服務區(qū)的形狀很像蜂窩,所以特稱為蜂窩式無線通信。在現(xiàn)代移動通信中一般都采用這種電波覆蓋區(qū)域。蜂窩式無線通信的特點是:
(1)鄰接小區(qū)的中心間距大,干擾小。
(2)單個小區(qū)有效面積大,構(gòu)成面狀服務區(qū)最經(jīng)濟。
(3)交疊區(qū)域面積小,同頻干擾小。
(4)交疊距離小,移動通信易于跟蹤交接。
(5)僅需3組無線頻率,就能使各鄰接小區(qū)各不相同。
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