網絡的傳輸性能不但與數據傳輸方式有關,而且與傳輸介質有關。傳輸介質又稱為通信介質或媒體,在網絡中是連接收、發雙方的物理通道,也是通信中實際傳送信息的載體。傳輸介質決定了網絡的數據傳輸速率、網段的最大長度及傳輸的可靠性。
網絡的傳輸性能不但與數據傳輸方式有關,而且與傳輸介質有關。傳輸介質又稱為通信介質或媒體,在網絡中是連接收、發雙方的物理通道,也是通信中實際傳送信息的載體。傳輸介質決定了網絡的數據傳輸速率、網段的最大長度及傳輸的可靠性。
1.介質的特性
傳輸介質的選擇必須根據設計要求将聯網需求和傳輸介質特性進行匹配,通常需要考慮的傳輸介質特性包括吞吐量、成本、可擴展性、連接性和抗噪性等。
可擴展性是指網絡介質允許的3種物理規格:最大段長度、每段的最大節點數以及最大網絡長度。一個信号在傳輸一定距離後信号将産生衰減,此時必須通過中繼器進行重發和放大。一個信号能夠傳輸并能被正确解釋的最大距離稱為最大段長度,若超過這個長度,則可能會發生數據損失。每段的最大節點數也與衰減有關,為保證清晰的強信号,必須限制一個網段的最大節點數。另外,一個信号從發送到最後接收之間都會存在一定的延遲,稱為時延。當連接多個網段時,将增加網絡上的時延,每種傳輸介質都有标定一個最大的連接段數。
吞吐量是指單位時間傳輸介質能傳輸的數據量。吞吐量也稱為容量或傳輸速率,用Mbps(每秒兆位)度量。傳輸介質的帶寬越大,吞吐量就越高。帶寬這個術語經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與網絡設備的連接特性。
噪聲會影響信号的傳輸,噪聲通常指電磁幹擾和射頻幹擾。抗噪性是指傳輸介質防止噪聲幹擾對信号傳輸影響的能力。
對傳輸介質特性的了解,有助于在實際網絡中選擇合适的傳輸介質。常用的傳輸介質有同軸電纜、雙絞線、光纖及無線傳輸介質。在現代網絡環境中,越來越多地使用光纖和無線傳輸。
2.有線傳輸介質
·軸電纜
同軸電纜由4層組成。最裡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,用以屏蔽外界的電磁幹擾。最外面的一層是起保護作用的塑性外套。同軸電纜結構如圖所示。
圖 同軸電纜結構圖
·雙絞線
雙絞線由按規則螺旋結構排列的2根或4根絕緣線組成。兩根相互絕緣的導線擰成有規則的螺旋形狀,可使外部的電磁幹擾降到最低,以保護信息和數據的通信質量。
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 ) | |
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 |
具有很好的抗幹擾性能,但價格較高 |
在規定的距離内傳輸性能較好,價格低廉。但抗幹擾性能相對差一些。 |
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的距離内的傳輸速率可達150 Mbps。 |
5類(根據國際電氣工業協會/電信工業協會(EIA/TIA)的定義,将UTP分成5類。第5類雙絞線是目前最流行的雙絞線,主要用于實現基于以太網的局域網)UTP在聯網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。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,就可以構成一條光纖通道,多條光纖組成一束就構成了光纖電纜。
光纖是迄今傳輸速率最快的傳輸介質,可以每秒10 GB的速度可靠地傳遞數據。光纖幾乎不受電磁幹擾的影響,單模光纖不采用中繼器便可傳輸數十公裡。光纖在信息的傳輸過程中,不會産生光波的散射,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。所以光纖是一種最有前途的傳輸介質。
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據。由于各種移動設備如便攜式計算機、手機的普遍使用,使無線通信技術得到了迅速的發展。無線通信根據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。現在應用比較多、比較成熟的無線通信技術有:微波通信、紅外線通信、藍牙通信、衛星通信和蜂窩無線通信。
·微波通信
微波 |
微波通信 | |
定義 |
是一種頻率很高的電磁波,其頻率範圍為300 MHz~300 GHz,主要使用的是2~40 GHz的頻率範圍。 |
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内無障礙物,而鋪設電纜又較為困難的環境下。 |
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射天線的高度有關,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,隻要有合适無線電設備的人就可以竊取微波線路的通信數據;此外,大氣對微波信号的吸收與散射也有較大影響。例如:城市中的兩個建築物之間,分别在兩個建築物的頂端都安裝一個天線,并将這兩個天線相對指向,就建立起了這兩個建築物之間的微波通信。 |
·外線通信
紅外線通信使用波長約為750 nm~10μm的紅外線傳送數據,采用光發射二極管、激光二極管或光電二極管進行站點和站點之間的數據交換。
紅外線通信不受電磁幹擾和射頻幹擾的影響,有較強的方向性,受太陽光的幹擾大。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。目前已經開始在無線網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備都配有紅外收發器端口,可以進行紅外異步串行數據傳輸,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,要求通信節點之間必須在直線視距之内,不能超越牆,因此在組網時有很大的局限性。
·藍牙通信
藍牙是一種低功耗的無線通信技術,它可以提供低成本、近距離的無線通信,構成移動設備通信環境中的個人區域網絡,使得近距離内各種信息設備能夠進行互連,從而實現資源共享。作為一種支持數據和語音通信的開放性标準,它支持通過網絡進行互聯,其有着獨特的多址接入特點。如果把藍牙通信技術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,實現無線方式通信。打印機、PDA、台式電腦、傳真機、鍵盤、遊戲操縱杆等所有數字設備都可以成為藍牙系統的一部分。
藍牙通信工作在免許可證的2.4GHz頻段,傳輸速率為1 Mbps。任何一個藍牙設備一旦搜尋到另一個藍牙設備,就立刻建立連接,無須用戶任何設置,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。
·衛星通信
衛星通信是地面微波中繼通信的發展。衛星通信利用人造地球衛星作為中繼站轉發微波信号,實現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。當地球同步衛星位于36 000 km的高空時,其發射角可以覆蓋地球上的1/3的區域。隻要在赤道上空的同步軌道上等距離地放置3顆間隔120o衛星,就能實現全球的通信。
優點 |
1.覆蓋面積大,傳輸距離遠。在電波覆蓋範圍内,任何一處都可以通信,且通信費用與通信距離無關。 2.信道容量大、傳送的業務類型多。 3.設站靈活,容易實現多址通信和廣播通信。 4.衛星信道一般為恒參信道,信道特性穩定,可靠性高 |
缺點 |
1.通信衛星和衛星地球站的成本都比較高,衛星的使用壽命一般隻有7~8年,地球站的設備較複雜、龐大,所以衛星通信的費用非常昂貴。 2.通信衛星傳輸延遲時間長,從一個地球站經衛星到另一地球站的傳播時延約為0.27 s。 3.衛星通信系統的保密性較差。 |
·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範疇,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,一個頻點的傳播範圍大約為幾十公裡半徑範圍。
移動通信系統一般由移動台、基地站和移動交換中心組成,又可稱為移動通信網,移動通信網又通過中繼線和市話通信網連接。在移動通信系統中,移動部分體現在基地站和移動台之間,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範圍,稱為無線小區。無線小區有大、小覆蓋區之分,覆蓋區的大小主要由基地站的發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的集中控制管理。
大區制 |
是在一個基地站天線覆蓋區内的移動用戶,隻能在此區域完成聯絡和通信。一般用于集群通信,不能漫遊。 |
小區制 |
是将整個業務區劃分為若幹個小區,分别在小區中設置基地站,負責本小區的移動通信的聯絡和控制。在小區制通信中,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一定不能相同,否則會引起幹擾。 |
面狀服務區是陸地移動通信的主要方式,要組成一個面,各小區可采用三角形、矩形、正多邊形等,如圖所示。
圖 構成面狀服務區的各小區的形狀
由正六邊形無線小區鄰接構成的面狀服務區的形狀很像蜂窩,所以特稱為蜂窩式無線通信。在現代移動通信中一般都采用這種電波覆蓋區域。蜂窩式無線通信的特點是:
(1)鄰接小區的中心間距大,幹擾小。
(2)單個小區有效面積大,構成面狀服務區最經濟。
(3)交疊區域面積小,同頻幹擾小。
(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,就能使各鄰接小區各不相同。
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