第7章 网络传输介质.docx

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第7章网络传输介质

第7章网络传输介质

在多媒体、各种音视频技术被广泛应用的今天，用户对于网络要求越来越高，传输的数据量也变的越来越大。

在这种环境下，作为数据传输的承载体-传输介质变的更加重要，企业进行网络建设的时候，网络布线需要构建一个具备强大性能且安全有效的基础。

所以，在网络布线时，了解各种网络传输介质便显得非常重要。

7.1双绞线

7.1.1双绞线简介

双绞线是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，是目前局域网最常用的一种布线材料。

它由两条相互绝缘的铜线组成，典型直径为1毫米。

两根线绞接在一起是为了防止其电磁感应在邻近线对中产生干扰信号。

双绞线一般用于星型网络的布线连接，两端安装有RJ-45头（接口，也称为水晶头），连接网卡与集线器，最大网线长度为100米，如果要加大网络的范围，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装4个中继器，如安装4个中继器连5个网段，最大传输范围可达500米。

现行双绞线电缆中一般包含4个双绞线对，具体为白橙1/橙2、蓝4/白蓝5、绿6/白绿3、棕8/棕白7。

计算机网络使用1－2、3－6两组线对分别来发送和接收数据，如图7-1所示。

图7-1

7.1.2双绞线的种类

双绞线接头为具有国际标准的RJ-45插头和插座。

双绞线分为屏蔽（shielded）双绞线STP和非屏蔽（Unshielded）双绞线UTP，非屏蔽双绞线有线缆外皮作为屏蔽层，适用于网络流量不大的场合中。

屏蔽式双绞线具有一个金属甲套（sheath），对电磁干扰EMI（ElectromagneticInterference）具有较强的抵抗能力，适用于网络流量较大的高速网络协议应用。

双绞线根据性能又可分为5类、6类和7类，现在常用的为5类非屏蔽双绞线，其频率带宽为100MHz，能够可靠地运行4MB、ICME和16MB的网络系统。

当运行100MB以太网时，可使用屏蔽双绞线以提高网络在高速传输时的抗干扰特性。

6类、7类双绞线分别可工作于200MHz和600MHz的频率带宽之上，且采用特殊设计的RJ-45插头（座）。

值得注意的是，频率带宽（MHz）与线缆所传输的数据的传输速率（Mbps）是有区别的——Mbps衡量的是单位时间内线路传输的二进制位的数量，MHz衡量的则是单位时间内线路中电信号的振荡次数。

双绞线最多应用于基于CMSA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollissionDetection，载波感应多路访问/冲突检测）技术，即10BASE－T（10Mbps）和100BASE－T（100Mbps）的以太网（Ethernet）中，具体规定有：

一段双绞线的最大长度为100米，只能连接一台计算机。

双绞线的每端需要一个RJ-45插件（头或座）。

各段双绞线通过集线器（Hub的10BASE－T重发器）互连，利用双绞线最多可以连接64个站点到重发器（Repeater）。

10BASE－T重发器可以利用收发器电缆连到以太网同轴电缆上。

7.1.3双绞线的选取

双绞线（TP：

TwistedPairwire）是综合布线工程中最常用的一种传输介质，由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。

把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。

双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成。

如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。

在双绞线电缆（也称双扭线电缆））内，不同线对具有不同的扭绞长度，一般地说，扭绞长度在38.1cm至14cm内，按逆时针方向扭绞，相邻线对的扭绞长度在12.7cm以上。

与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。

目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP：

UnshieldedTwistedPair）和屏蔽双绞线（STP：

ShieldedTwistedPair）。

虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别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，并且产生波形畸变。

采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。

只要精心选择和安装双绞线，就可以在有限距离内达到每秒几百万位的可靠传输率。

当距离很短，并且采用特殊的电子传输技术时，传输率可达100Mbps～155Mbps。

由于利用双绞线传输信息时要向周围辐射，信息很容易被窃听，因此要花费额外的代价加以屏蔽。

屏蔽双绞线电缆的外层由铝箔包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。

屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。

类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。

但它有较高的传输速率，100米内可达到155Mbps。

另外，非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：

1．无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间；

2．重量轻、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。

双绞线的规格型号如下：

EIA/TIA为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。

计算机网络综合布线使用第三、四、五类。

这五种型号如下：

第一类：

主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。

第二类：

传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。

第三类：

指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。

该电缆的传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要用于10base-T。

第四类：

该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。

第五类：

该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。

7.1.4双绞线的制作

组建网络时，根据情况可以有多种方案，比如双机互连、多机互连；条件上最基本的是要有网线和网卡，这里网线通常指5类的双绞线。

在以双绞线作为传输介质的网络中，网线的制作与测试非常重要。

因此，组网时首先应从制作和测试网线做起。

1．网线制作工具

制作网线需要以下四种设备：

RJ-45压线钳（图7-2）、旋转剥线刀（图7-3）、RJ-45接头（图7-4），双绞线（图7-5），其中旋转剥线刀是可选项，RJ-45接头指普通的水晶头。

图7-2图7-3图7-4图7-5

2．网线制作步骤

所谓双绞线电缆（下称双绞线）是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，是目前网络最常用到的一种布线材料。

为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，双绞线也因此而得名，制作网线时可以分为以下步骤：

第1步剪断

使用RJ压线钳下方的切割刀口，剪取适当长度的网线，实际剪取时可以比需要长度稍长一点，以免后期因为网线的长度不够而使用转接口来延长网线。

第2步剥皮

网线剪断以后，需要将网线两头的外部保护皮层剥开，以使网线和水晶头连接，先使用压线钳的剪线刀口将线头剪齐，再将线头放入剥线刀口，稍微握紧压线钳慢慢旋转，让刀口划开双绞线的保护胶皮，拔下胶皮，将双绞线的外皮除去1.0－2.0厘米，还有一些双绞线电缆上含有柔软的尼龙绳，如果在剥除双绞线的外皮时，觉得裸露出的部分太短而不利于制作RJ-45接头时，可以捏住尼龙线往外皮的下方剥开，就可以截取到较长点裸露线。

如果准备了旋转剥线刀可以将双绞线放入卡槽中，轻轻旋转剥线刀即可将网线的外部保护皮层剥离。

第3步排序

排序的前提条件必须把4个线对的8条细导线拆开、理顺、捋直然后按照规定的线序排列整齐。

目前，最常使用的布线标准有两个，即T568A标准和T568B标准。

T568A标准描述的线序从左到右依次为：

1-白绿、2-绿、3-白橙、4-蓝、5-白蓝、6-橙、7-白棕、8-棕。

T568B标准描述的线序从左到右依次为：

1-白橙、2-橙、3-白绿、4-蓝、5-白蓝、6-绿、7-白棕、8-棕。

提示：

在网络施工过程中，大部分单位建议使用T568B标准。

T568A也同样适用一些小型网络。

排列水晶头8根针脚：

将水晶头有塑料弹簧片的一面向下，有针脚的一方向上，使有针脚的一端指向远离自己的方向，有方型孔的一端对着自己，此时，最左边的是第1脚，最右边的是第8脚，其余依次顺序排列。

T568A标准和T568B标准线序表依次为：

标准1-2-3-4-5-6-7-8

T568A白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕

T568B白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕

在绕对上必须仔细，否则就会搞错，影响网络的传输速度，甚至可能会造成网络不通。

将裸露的双绞线中的橙色对线拨向自己的前方，棕色对线拨向自己的方向，绿色对线剥向左方，蓝色对线剥向右方，然后将绿色对线与蓝色对线放在中间位置，而橙色对线与棕色对线保持不动，即放在靠外的位置，做到左一橙，左二绿，左三蓝，左四棕。

剥开每一对线，因为我们是遵循T568B的标准来制作接头，所以线对颜色是有一定顺序的。

左起：

白橙/橙/白绿/蓝/白蓝/绿/白棕/棕。

提示：

在这里绿色条线应该跨越蓝色对线。

容易犯错的地方就是将白绿线与绿线相邻放在一起，这样会造成串扰，使传输效率降低。

第4步剪齐

把线尽量抻直（不要缠绕）、压平（不要重叠）、挤紧理顺（朝一个方向紧靠），然后用压线钳把线头剪平齐。

这样，在双绞线插入水晶头后，每条线都能良好的接触水晶头中的插针，避免接触不良。

如果以前剥的皮过长，可以在这里将过长的细线剪短，保留的去掉外层绝缘皮的部分约为14mm，这个长度正好能将各细导线插入到各自的线槽。

如果该段留得过长，一来会由于线对不再互绞而增加串扰，二来会由于水晶头不能压住护套而可能导致电缆从水晶头中脱出，造成线路的接触不良甚至中断。

第5步插入

用拇指和中指捏住水晶头，使有塑料弹片的一侧向下，针脚一方朝向远离自己的方向，并用食指抵住；另一手捏住双绞线外面的胶皮，缓缓用力将8条导线同时沿RJ-45头内的8个线槽插入，一直插到线槽的顶端，如图7-6所示：

图7-6图7-7

第6步压制

确认所有导线都到位，并检查一遍线序无误后，就可以用压线钳制作RJ-45头。

将RJ-45头从无牙的一侧推入压线钳夹槽后，用力握紧线钳，将突出在外面的针脚全部压入水晶头内。

至此，网线的一端制作完成，再按照同样的方法制作网络的另一端。

提示：

另一端的线序根据所连接设备的不同而有所不同。

经常使用的跳线有两种，即直通线和交叉线，两端RJ-45头中的线序排列完全相同的网线，称为直通线，即当一端线序从左到右依次为白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕时。

另一端线序从左到右仍然依次为白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。

直通线通常只适用于计算机到集线器设备的连接。

当使用双绞线直接连接两台计算机或连接两台集线设备时，另一端的线序应作相应的调整，即第1，2线和第3，6线对调，制作为交叉线。

例如，当一端线序从左到右依次为：

白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕时，另一端线序从左到右应当依次调整为白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕。

3．网线连通性测试

网络制作完成以后，还必须使用测线仪测试网线的连通性，普通的测线仪如图7-7所示。

测线仪采用8根双绞线逐根（对）自动扫描方式，快速测试双绞线。

只需推动电源开关即可测试。

有快慢二档测试速度，手持端与远程端可以分开与合拢。

在测试其连通性时，可以采用以下步骤：

第1步将网线一端的水晶头插入测线仪较小部分的对应插口中。

第2步将网线另一端的水晶头插入测线仪主要部分的对应插口中。

第3步打开测线仪的开关，查看测试仪上的8个指示灯，是否反复一次闪烁，如果反复一次闪烁，说明此网线连通性良好，反之，指示灯不亮，说明网线不通，必须重新制作网线。

7.1.5双绞线线序和RJ-45接口引脚序号

双绞线由8根铜导线组成，这8根铜导线的顺序分别橙白—1，橙—2，绿白—3，蓝—4，蓝白—5，绿—6，棕白—7，棕—8，如图7-8所示。

图7-8图7-9

RJ-45接口由金属片和塑料构成，特别需要注意的是引脚序号，当金属片面对我们的时候从左至右引脚序号是1～8，这个序号在做网络连线时非常重要，不能搞错。

7.1.6双绞线的连接方式

在组建一个网络时，使用双绞线连接网卡和集线器的方式共有3种：

网卡到集线器、集线器到集线器和网卡到网卡的连接。

3种不同的连接方式下，双绞线两端的RJ-45接口中线的排列也不一样，下面以最常用的5类非屏蔽双绞线为例，分别介绍一下双绞线的3种连接方式。

1．网卡和集线器

网卡和集线器的连接，不需要错位，而是双绞线的顺序与接口引脚序号一致即可。

如图7-9所示

根据10BaseT和100BaseTX传输规范，双绞线的4对（8根）线中，1和2必须是一对，用于发送数据；3和6必须是一对，用于接收数据。

其余的线在连接当中虽也被插入RJ-45接口，但实际上并没有使用，如图7-10所示。

图7-10图7-11

2．网卡到网卡连接

在某些特定情况下，需要把两台计算机通过网卡直接相连。

此时双绞线需要错位，其顺序与RJ-45接口引脚顺序连接成如图7-11所示。

3．集线器到集线器

使用双绞线连接集线器和集线器，可以扩大网络规模，加大网络连接距离。

从网卡到集线器，允许的最大网线长度为100米；从集线器到集线器，允许的最大网线长度也是100米。

集线器到集线器的双绞线连接方式可以根据集线器上的级联端口分为两种。

如果使用集线器上专用的级联端口，则采用直通线方式，如果不使用集线器上专用的级联端口，则采用交叉线方式。

一般情况下，如果集线器有专用的级联端口，厂商会在该端口旁标注OuttoHub字样。

7.2同轴电缆

7.2.1同轴电缆简介

同轴电缆也是局域网中最常见的传输介质之一，同轴电缆（CoaxtalCable）常用于设备与设备之间的连接，或应用在总线型网络拓扑中。

同轴电缆中心轴线是一条铜导线，外加一层绝缘材料，在这层绝缘材料外边是由一根空心的圆柱网状铜导体包裹，最外一层是绝缘层。

它是由一根空心的外圆柱导体（铜网）和一根位于中心轴线的内导线（电缆铜芯）组成，并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开，它与双绞线相比，同轴电缆的抗干扰能力强、屏蔽性能好、传输数据稳定、价格也便宜，而且它不用连接在集线器或交换机上即可使用。

同轴电缆的得名与它的结构相关。

它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制成的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴电缆，同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部电磁波干扰异常信号的传递，如图7-12所示。

图7-12

7.2.2同轴电缆的分类

同轴电缆根据其直径大小可以分为：

粗同轴电缆与细同轴电缆。

粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高，由于安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置，但粗缆网络必须安装收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。

相反，细缆安装则比较简单，造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头（BNC），然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一。

同轴电缆的特点是抗干扰能力好，传输数据稳定，价格也便宜，同样被广泛使用，如闭路电视线等。

根据传输频带的不同，可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型。

根据直径的不同，又可分为细缆（RG-58）（如图7-13所示）和粗缆（RG-11）如图7-14所示）两种。

细缆的直径为0.26cm，最大传输距离185米，使用时与50Ω终端电阻、T型连接器、BNC接头与网卡相连，线材价格和连接头成本都比较低，而且不需要购置集线器等设备，十分适合架设终端设备较为集中的小型以太网络。

缆线总长不要超过185米，否则信号将严重衰减。

细缆的阻抗是50Ω。

粗缆的直径为1.27cm，最大传输距离达到500米。

由于直径相当粗，因此它的弹性较差，不适合在室内狭窄的环境内架设，而且RG-11连接头的制作方式也相对要复杂许多，并不能直接与电脑连接，它需要通过一个转接器转成AUI接头，然后再接到电脑上。

由于粗缆的强度较大，最大传输距离也比细缆长，因此粗缆的主要用于网络主干，用来连接数个由细缆所结成的网络，粗缆的阻抗是75Ω。

`图7-13图7-14

同轴电缆的优点是可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信，而其缺点也是显而易见的：

一是体积大，细缆的直径就有3/8英寸粗，要占用电缆管道的大量空间；二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲，这些都会损坏电缆结构，阻止信号的传输；最后就是成本高。

同轴电缆是用来和BNC接头相连接的，BNC头是一个螺旋凹槽的金属接头，它由金属套头、镀金针头和3C/5C金属套管组成的（如图7-15所示）。

我们只要利用普通的钳子即可制作好。

图7-15图7-16

在细缆两端都必须安装BNC接头，它是通过专用T型接头（如图7-16所示）与网卡相连接的。

T型接头与BNC接插件同是细同轴电缆的连接器，它对网络的可靠性有着至关重要的影响。

同轴电缆与T型连接器是依赖于BNC接插件进行连接的。

最后还要有终端匹配器（也称终端适配器）如图7-17所示）安装在同轴电缆（粗缆或细缆）的两个端点上，它的作用是防止电缆无匹配电阻或阻抗不正确。

它的原理是这样的，当波传递到两种介质的分界面时要发生反射，而传到导线和空气分界面的矩形电磁波反射回来会和原先的波叠加在一起，使波形错误。

加上终端匹配器就可以把电磁波吸收掉，防止反射，如果没有它的话则会引起信号波形反射，造成信号传输错误。

图7-17

下面是细缆组网的技术参数：

最大的干线段长度；185米

最大网络干线电缆长度：

925米

每条干线段支持的最大结点数：

30

BNC、T型连接器之间的最小距离：

0.5米

7.2.3细缆的连接方法

现在计算机局域网中一般都使用细缆组网。

细缆一般用于总线型网络布线连接。

利用T型BNC接口连接器连接BNC接口网卡，同轴电缆的两端需安装50Ω终端电阻器。

细缆网络每段干线长度最大为185米，每段干线最多可接入30个用户。

如要拓宽网络范围，则需要使用中继器，如采用4个中继器连接5个网段，使网络最大距离达到925米。

细缆安装较容易，而且造价较低，但因受网络布线结构的限制，其日常维护不是很方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。

粗缆适用于较大局域网的网络干线，布线距离较长，可靠性较好。

用户通常采用外部收发器与网络干线连接。

粗缆局域网中每段长度可达500米，采用4个中继器连接5个网段后最大可达2500米。

用粗缆组网如果直接与网卡相连，网卡必须带有AUI接口（15针D型接口）。

用粗缆组建的局域网虽然各项性能较高，具有较大的传输距离，但是网络安装、维护等方面比较困难，且造价较高。

细缆的结构与家庭使用的有线电视电缆基本相同，只是细缆要稍细一点。

细缆在连接处需要切断，在两端安装BNC连接头，BNC连接头之间通过专用的T型连接器相连，凡是使用同轴电缆连接的网络，在总线的两端都应安装相匹配的终端电阻器，终端电阻器（终端匹配器）的作用是削减信号的反弹，防止网络中无用信号的堵塞，细缆安装简单、造价低，在小型局域网布线中使用较多。

7.2.4细缆组网的特点

在使用细缆进行布线时，如果不使用中继器等设备（用于放大信号），其整个网络的总线长度（网段）最大为185m。

但是，当网络中存在中继器时，最多可使用4个中继器连接5个网段，使网络直径达到185╳5=825m.同时，还应注意每个细缆最短不能小于0.5m，而且同一网段中连接的计算机数量一般应在20台以下。

7.2.5细缆的制作和测试

由于细缆与双绞线的结构完全不同，所以，使用的工具也不一样。

常用的工具有BNC压线钳、剥线器、和细缆测试仪。

1．BNC压线钳

BNC压线钳与RJ-45压线钳不同，它没有刀片，因此，只能用于压制线缆，而没有剪、剥等功能。

在压线钳的头部能看到两个稍大的正方形的孔和一个小圆孔。

其中，上方最大的正六方形孔用于压制粗缆，下方稍小的正六方形孔用于压制细缆，中间的小圆孔用于压制金属探针，如图7-18所示。

图7-18图7-19图7-20

2．剥线器

剥线器是制作细缆的必备工具，它的主要功能是用来剥掉细缆导线外部的两层绝缘导体。

不仅可用于细缆的剥皮，而且还可用于非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线，如图7-19所示。

3．细缆测试仪

细缆测试仪大多与双绞线测试仪集成在一起，很少有单独的细缆测试仪。

不过，由于细缆的结构非常简单，只有中间一条导线和外面一层屏蔽，因此，使用普通的万用表也能够测试缆线的连接状况，不一定非得使用专业的网线测试设备，普通万用表如图7-20所示。

制作细缆需要细缆、BNC接头。

细缆的制作过程如下：

第1步剪断。

根据连接距离的要求，使用尖嘴钳剪取一段适当长度的细缆（不少于0.5米），然后将BNC专用接头的金属环套筒套到缆线前端。

第2步剥皮。

用剥线器将缆线外面的一层胶体保护层，剥出中央导体。

露出的导体长约3毫米，白色绝缘体约4毫米，屏蔽层约8毫米。

注意在剥去保护层时不要使用其他工具，否则会切断与保护层相隔的金属网。

第3步连接探针。

将中心导体插入金属探针内，然后用压线钳中间的小圆孔压紧。

第4步插入探针。

将金属探针从细端插入BNC接头内。

第5步压制。

将金属套环向接头方向推，与该接头紧密接合后，再用压线钳将金属环包住BNC接头的尾端紧压。

至此，线缆的一端完成。

第6步制作另一端。

接照上面的步骤制作另一端的接头。

第7步测试。

使用测试仪进行连通性测试。

如果手头没有网线测试仪，也可以普通的万用表进行测试。

用万用表的两针分别接触线缆两端的BNC接头探针，阻抗值应接近0欧姆；否则，表明有连接故障。

7.3光纤

7.3.1光纤简介

光纤是由一组光导纤维组成的、用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。

与其他传输介质相比较，光纤的电磁绝缘性能好，信号衰变小，频带较宽，传输距离较大。

光纤主要是在要求传输距离较长，用于主干网的连接。

光缆通信由光发送机产生光束，将电信号转变为光信号，再把光信号导入光纤，在光缆的另一端由光接收机接收光纤上传输来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后