網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)和模型分析

1、網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)和模型分析網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的模型 傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)公用電話(huà)網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào) 輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC 機(jī)數(shù)據(jù)傳輸方式單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。雙向同時(shí)通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 信道的極限容量 任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來(lái)多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐?/p>

2、號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。 數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的信道 有失真，但可識(shí)別失真大，無(wú)法識(shí)別 實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號(hào)波形接收信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形 數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)電話(huà)通信信道是典型的模擬通信信道。為了利用模擬語(yǔ)音通信的電話(huà)交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼成模擬信號(hào)將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)制(modulation)，將調(diào)制設(shè)備稱(chēng)為調(diào)制器(mod

3、ulator)；將接收端把模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)(demodulation)，將解調(diào)設(shè)備稱(chēng)為解調(diào)器（demodulator）。同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備，就被稱(chēng)為調(diào)制解調(diào)器(modem) 。在調(diào)制過(guò)程中，首先要選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率的正(余)弦信號(hào)作為載波，該正(余)弦信號(hào)可以寫(xiě)為：s(t)=Acos(2ft+)在載波中，有三個(gè)可以改變的電參量：振幅A、頻率f與相位 。我們可以通過(guò)變化三個(gè)電參量，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼。 振幅鍵控方法是通過(guò)改變載波信號(hào)振幅來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0。例如，我們可以用載波幅度A為表示數(shù)字1，用載波幅度為0表示數(shù)字0。振幅鍵控ASK信號(hào)實(shí)現(xiàn)

4、容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力較差。振幅鍵控ASK（Amplitude-Shift Keying）移頻鍵控FSK（Frequency-Shift Keying）移頻鍵控方法是通過(guò)改變載波信號(hào)頻率來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0。例如，我們可以用頻率f1表示數(shù)字1，用頻率f2表示數(shù)字0。 移頻鍵控FSK信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法之一。移相鍵控方法是通過(guò)改變載波信號(hào)的相位值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0。如果用相位的絕對(duì)值表示數(shù)字信號(hào)1、0，則稱(chēng)為絕對(duì)調(diào)相。如果用相位的相對(duì)偏移值表示數(shù)字信號(hào)1、0，則稱(chēng)為相對(duì)調(diào)相。移相鍵控（Phase-Shift Keying）PSK絕對(duì)調(diào)相在載波信號(hào)

5、中， 為載波信號(hào)的相位。最簡(jiǎn)單的情況是：我們用相位的絕對(duì)值來(lái)表示它所對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)表示數(shù)字1時(shí)，取 0；當(dāng)表示數(shù)字0時(shí)，取 =。 接收端可以通過(guò)檢測(cè)載波相位的方法來(lái)確定它所表示的數(shù)字信號(hào)值。相對(duì)調(diào)相用載波在兩位數(shù)字信號(hào)的交接處產(chǎn)生的相位位移來(lái)表示載波所表示的數(shù)字信號(hào)。最簡(jiǎn)單的相對(duì)調(diào)相方法是：兩比特信號(hào)交接處遇0，載波信號(hào)相位不變；兩比特信號(hào)交接處遇1，載波信號(hào)相位偏移。在實(shí)際使用中，移相鍵控方法可以方便地采用多相調(diào)制方法，以達(dá)到高速傳輸?shù)哪康?。移相鍵控方法的抗干擾能力強(qiáng)，但實(shí)現(xiàn)技術(shù)較復(fù)雜。 相對(duì)調(diào)相數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)1不歸零NRZ2不歸零反相編碼NRZI3曼徹斯特4差分曼徹斯特不歸零編

6、碼(Non-Return to Zero, NRZ)將數(shù)值1映射為高電平，數(shù)值0映射為低電平。優(yōu)點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單而且費(fèi)用低。缺點(diǎn) 1) 連續(xù)“0”和連續(xù)“1”問(wèn)題 2) 發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘不能精確同步比特 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0NRZ 不歸零反相編碼(Non-Return to Zero inverted)信號(hào)電平的一次反轉(zhuǎn)代表比特1，沒(méi)有電平變化的信號(hào)代表比特0。NRZI優(yōu)于NRZ編碼:由于每次遇到比特1都發(fā)生電平跳變,這能提供一種同步機(jī)制。數(shù)據(jù)流中的1能使接收方能根據(jù)信號(hào)的實(shí)際到達(dá)，對(duì)本身時(shí)鐘進(jìn)行再同步。一連串0仍會(huì)造成麻煩，但如果連續(xù)0出現(xiàn)不頻繁

7、，問(wèn)題就小許多。比特 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0NRZI曼徹斯特編碼（Manchester coding）曼徹斯特編碼在每個(gè)比特間隔的中間引入跳變，用于同步和比特表示。一個(gè)由低電平到高電平的跳變代表比特0 ，而高電平到低電平的跳變代表比特1 ，反之亦可。通過(guò)這種跳變的雙重作用，達(dá)到了同步的效果。比特 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 時(shí)鐘Manchester差分曼徹斯特編碼根據(jù)比特間隔的開(kāi)始位置是否有跳變來(lái)表示不同的比特。開(kāi)始位置有跳變代表“0”，無(wú)跳變代表“1”，反之亦可。 比特 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0

8、 0 0 1 0 時(shí)鐘差分Manchester 曼徹斯特編碼的效率Manchester編碼可以保證在每個(gè)比特的正中間出現(xiàn)一個(gè)跳變，這對(duì)接收端提取比特同步信號(hào)是非常有利的。但從曼徹斯特編碼的波形圖不難看出其缺點(diǎn)，這就是它所占的帶寬比原始的基帶信號(hào)增加了一倍，需要更高頻的電路設(shè)備，實(shí)際上是通過(guò)傳輸每位數(shù)中間的跳變方向來(lái)表示傳輸數(shù)據(jù)的值。 曼徹斯特編碼的效率這使得鏈路上的信號(hào)跳變頻率加倍，在相同條件下，NRZ和NRZI傳輸?shù)谋忍厥锹鼜厮固鼐幋a的2倍，曼徹斯特編碼的編碼效率僅為50%。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘都包含在編碼中，所以二者都稱(chēng)為為自同步編碼。異步、同步傳輸在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中，通信

9、雙方要交換數(shù)據(jù)，需要高度的協(xié)同工作。為了正確的解釋信號(hào)，接收方必須確切地知道信號(hào)應(yīng)當(dāng)何時(shí)接收和處理，因此定時(shí)是至關(guān)重要的。同步是要接收方按照發(fā)送方發(fā)送的每個(gè)位的起止時(shí)刻和速率來(lái)接收數(shù)據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。通常可以采用同步或異步的傳輸方式對(duì)位進(jìn)行同步處理。 異步傳輸異步傳輸將比特分成小組進(jìn)行傳送，小組可以是8位的1個(gè)字符或更長(zhǎng)。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。如計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)與主機(jī)的通信。按下一個(gè)字母鍵、數(shù)字鍵或特殊字符鍵，就發(fā)送一個(gè)8比特位的ASCII代碼。鍵盤(pán)可以在任何時(shí)刻發(fā)送代碼，這取決于用戶(hù)的輸入速度，內(nèi)部的硬件必須能夠在任何時(shí)刻接收一個(gè)鍵入的字符。

10、異步傳輸異步傳輸存在一個(gè)潛在的問(wèn)題，即接收方并不知道數(shù)據(jù)會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。在它檢測(cè)到數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)之前，第一個(gè)比特已經(jīng)過(guò)去了。因此，每次異步傳輸?shù)男畔⒍家砸粋€(gè)起始位開(kāi)頭，它通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)了，這就給了接收方響應(yīng)、接收和緩存數(shù)據(jù)比特的時(shí)間；在傳輸結(jié)束時(shí)，一個(gè)停止位表示該次傳輸信息的終止。異步傳輸異步傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)比較容易，由于每個(gè)信息都加上了“同步”信息，因此計(jì)時(shí)的漂移不會(huì)產(chǎn)生大的積累，但卻產(chǎn)生了較多的開(kāi)銷(xiāo)。如每8個(gè)比特要多傳送兩個(gè)比特，總的傳輸負(fù)載就增加25%。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸量很小的低速設(shè)備來(lái)說(shuō)問(wèn)題不大，但對(duì)于那些數(shù)據(jù)傳輸量很大的高速設(shè)備來(lái)說(shuō)，25%的負(fù)載增值就相當(dāng)嚴(yán)重了。因此，異步傳輸常用于

11、低速設(shè)備。同步傳輸同步傳輸?shù)谋忍胤纸M要大得多。它不是獨(dú)立地發(fā)送每個(gè)字符，每個(gè)字符都有自己的開(kāi)始位和停止位，而是把它們組合起來(lái)一起發(fā)送。將這些組合稱(chēng)為數(shù)據(jù)幀，或簡(jiǎn)稱(chēng)為幀。 數(shù)據(jù)幀的第一部分包含一組同步字符，它是一個(gè)獨(dú)特的比特組合，類(lèi)似于前面提到的起始位，用于通知接收方一個(gè)幀已經(jīng)到達(dá)，但它同時(shí)還能確保接收方的采樣速度和比特的到達(dá)速度保持一致，使收發(fā)雙方進(jìn)入同步。 幀的最后一部分是一個(gè)幀結(jié)束標(biāo)記。同步傳輸通常要比異步傳輸快速得多。接收方不必對(duì)每個(gè)字符進(jìn)行開(kāi)始和停止的操作。一旦檢測(cè)到幀同步字符，它就在接下來(lái)的數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)接收它們。另外，同步傳輸?shù)拈_(kāi)銷(xiāo)也比較少。例如，一個(gè)典型的幀可能有500字節(jié)（即400

12、0比特）的數(shù)據(jù)，其中可能只包含100比特的開(kāi)銷(xiāo)。增加的比特位使傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)增加2.5%，這與異步傳輸中25 %的增值要小得多。隨著數(shù)據(jù)幀中實(shí)際數(shù)據(jù)比特位的增加，開(kāi)銷(xiāo)比特所占的百分比將相應(yīng)地減少。但是，數(shù)據(jù)比特位越長(zhǎng)，緩存數(shù)據(jù)所需要的緩沖區(qū)也越大，這就限制了一個(gè)幀的大小。另外，幀越大，它占據(jù)傳輸媒體的連續(xù)時(shí)間也越長(zhǎng)。在極端的情況下，這將導(dǎo)致其他用戶(hù)等得太久。 同步與異步傳輸?shù)膮^(qū)別異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。 異步傳輸?shù)膯挝皇亲址絺鬏數(shù)膯挝皇菐?異步傳輸通過(guò)字符起止的開(kāi)始和停止碼進(jìn)行，而同步傳輸則是在數(shù)據(jù)中抽取同步信息。 異步傳輸對(duì)時(shí)序的要求較低，同步傳輸往往通

13、過(guò)特定的時(shí)鐘線路協(xié)調(diào)時(shí)序。 異步傳輸相對(duì)于同步傳輸效率較低。 傳輸介質(zhì)定義：傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)送裝置、接收裝置以及中繼器之間的物理媒質(zhì)。傳輸介質(zhì)一般有兩大類(lèi)：硬介質(zhì)（導(dǎo)向）：如雙絞線、同軸電纜、光纖等；軟介質(zhì)（無(wú)導(dǎo)向）：如微波、紅外等無(wú)線方式；作用：數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦院唾|(zhì)量取決于信號(hào)的性質(zhì)和介質(zhì)性質(zhì)，因此研究各種傳輸介質(zhì)的特性對(duì)組建網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信具有重要的意義。傳輸結(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)雙絞線由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起,可降低信號(hào)干擾的程度,每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消。雙絞線一般由兩根2

14、226AWG（American Wire Gauge：美國(guó)線規(guī)：測(cè)量電纜直徑，AWG值越小，導(dǎo)線越粗）絕緣銅導(dǎo)線相互纏繞而成。如果把一對(duì)或多對(duì)雙絞線放在一個(gè)絕緣套管中便成了雙絞線電纜。雙絞線在雙絞線電纜內(nèi),不同線對(duì)具有不同的扭絞長(zhǎng)度,一般地說(shuō),扭絞長(zhǎng)度在至14mm內(nèi),按逆時(shí)針?lè)较蚺そg。雙絞線越密，效果越好，當(dāng)然成本也就越高，與其他傳輸介質(zhì)相比,雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定限制,但價(jià)格較為低廉。 雙絞線可以分為屏蔽雙絞線（STP也稱(chēng)為特性阻抗為150的電纜）與非屏蔽雙絞線（UTP也稱(chēng)特性阻抗為100的電纜）兩大類(lèi)。EIA/TIA568-A為UTP非屏蔽雙絞線定義了不同

15、質(zhì)量的型號(hào)。這幾種型號(hào)如下：第一類(lèi)：主要用于傳輸語(yǔ)音，不用于數(shù)據(jù)傳輸。第二類(lèi)：傳輸頻率為1MHz，用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。第三類(lèi)：指目前在ANSI和EIA/TIA568標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜。該電纜的傳輸頻率為16MHz,用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。第四類(lèi)：該類(lèi)電纜的傳輸頻率為20MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。規(guī)格型號(hào)第五類(lèi)：該類(lèi)電纜增加了繞線密度,外套一種高質(zhì)量的絕緣材料,傳輸頻率為100MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，這是最常用的以太網(wǎng)電纜。超5類(lèi)非屏蔽雙絞線標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中被修改了

16、14次，主要支持千兆以太網(wǎng)，是對(duì)5類(lèi)非屏蔽雙絞線的改進(jìn)型，在遠(yuǎn)端串音（NEXT:Near End-Cross Talk）、近端串音（PSELFEXT:Power Sum E-qual Far End Cross Talk）和損耗特性等方面都有很大的改進(jìn)。超5類(lèi)可達(dá)155Mb/s以上。此外還有Anixter公司自己的電纜分類(lèi)，他的電纜分類(lèi)方法是級(jí)，目前超5類(lèi)電纜后的幾個(gè)級(jí)別為6和7級(jí)，頻率分別達(dá)到了350M和400M，被規(guī)范用于更高速率的傳輸。屏蔽雙絞線是專(zhuān)為令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的。150屏蔽雙絞線對(duì)用金屬箔纏繞屏蔽后，被封裝在金屬絲編織的屏蔽罩內(nèi)，因而EMI和串音均達(dá)到最小。屏蔽雙絞線被EIA標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)

17、可的只有兩種，分別有1A 類(lèi)和6A 類(lèi)。屏蔽雙絞線不使用在以太網(wǎng)之中，因?yàn)橹谱鞅容^麻煩，而且價(jià)錢(qián)較非屏蔽雙絞線貴。性能指標(biāo)對(duì)于雙絞線,用戶(hù)最關(guān)心的是表征其性能的幾個(gè)指標(biāo)。這些指標(biāo)包括衰減、近端串?dāng)_、阻抗特性、分布電容、直流電阻等。安普：安普（AMP）這一品牌是我們見(jiàn)的最多，也是最常用的一個(gè)，它的最大特點(diǎn)就是質(zhì)量好、價(jià)格便宜。它的假貨也是最多的。西蒙：西蒙（Siemon）產(chǎn)品在綜合布線系統(tǒng)中是經(jīng)?？梢砸?jiàn)到的，相比安普品牌來(lái)說(shuō)，檔次要高許多，質(zhì)量、技術(shù)特性都高出一個(gè)檔次，當(dāng)然其價(jià)格也高許多.主要的品牌：朗訊：朗訊（Lucent）這一品牌雖然聽(tīng)得較多，但是雙絞線行業(yè)我們還是較少見(jiàn)到，特別是中、小型企

18、業(yè)中。朗訊以貝爾實(shí)驗(yàn)室為后盾，朗訊科技設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的端到端“六類(lèi)”布線系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中連接主機(jī)及計(jì)算機(jī)布線統(tǒng)的每一元件都進(jìn)行了革新，更加優(yōu)化了布線系統(tǒng)的端到端性能。麗特IBM通常我們使用的雙絞線，不同生產(chǎn)商的產(chǎn)品標(biāo)志可能不同，但一般包括以下一些信息： 雙絞線類(lèi)型、NEC/UL防火測(cè)試和級(jí)別、CSA防火測(cè)試、長(zhǎng)度標(biāo)志、 生產(chǎn)日期、 雙絞線的生產(chǎn)商和產(chǎn)品號(hào)碼。由于雙絞線記號(hào)標(biāo)志沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此并不是所有的雙絞線都會(huì)有相同的記號(hào)。 UTP cable (photo)屏蔽雙絞線同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料。絕緣材料外層用密織的網(wǎng)狀導(dǎo)體環(huán)繞，(起屏蔽作用,網(wǎng)編織的越密,屏蔽性越好)網(wǎng)外又覆蓋一層保

19、護(hù)性材料。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)，使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。同軸電纜的帶寬取決于電纜長(zhǎng)度?；鶐S電纜的屏蔽線是用銅做成的網(wǎng)狀的,特征阻抗為50(如RG-8（粗纜）、RG-58（細(xì)纜）等)；傳輸數(shù)字信號(hào)，主要用于以太網(wǎng)，現(xiàn)在基本被光纖取代；同軸電纜寬帶同軸電纜的屏蔽層通常是用鋁沖壓成的,特征阻抗為75(如RG-59等)。傳輸模擬信號(hào)，主要用于有線電視網(wǎng)絡(luò)。粗同軸電纜與細(xì)同軸電纜是指同軸電纜的直徑大還是小。粗纜適用于比較大型的局部網(wǎng)絡(luò),它的標(biāo)準(zhǔn)距離長(zhǎng)、可靠性高。安裝難度大,所以總體造價(jià)高。細(xì)纜安裝則比較簡(jiǎn)單,造價(jià)低, 當(dāng)接頭多時(shí)容易產(chǎn)生接觸不良的隱患。 光纜的種類(lèi)繁多，但基本都是由加強(qiáng)元、

20、光纖單元、外護(hù)套以及填充物組成的。光纜按其光纖單元裝入的光纖光學(xué)特性可以簡(jiǎn)單地分為多模光纜和單模光纜兩類(lèi)。光纖不會(huì)向外界輻射電子信號(hào)，所以使用光纖介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)無(wú)論是在安全性，網(wǎng)絡(luò)性能方面都有了很大的提高。光纖傳輸?shù)膸挻蟠蟪鲢~質(zhì)線纜，而且光纖支持的最大連接距離達(dá)兩公里以上，是組建較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的必然選擇。光纖光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是一個(gè)由玻璃或塑料纖維制成的纖芯，它的光折射率較低；纖芯外面有個(gè)鍍層叫做包層，它的光折射率比纖芯略高一些。纖芯和包層的折射率有差別，是為了光線在纖芯和包層之間產(chǎn)生全反射，使光線能封閉在纖芯之中通過(guò)全反射進(jìn)行傳播。光纖一般由纖芯區(qū)、包層區(qū)和外層護(hù)套所組成。纖芯區(qū)處于光纖

21、的中心區(qū)，功能是將光信號(hào)在本區(qū)內(nèi)傳輸，因而是最重要的區(qū)域。包層區(qū)包裹著纖芯區(qū)，功能是保證纖芯區(qū)內(nèi)的光信號(hào)“跑不出來(lái)”。外護(hù)套處于光纖的最外層，包圍著包層區(qū)，功能是加強(qiáng)光纖的機(jī)械強(qiáng)度和保證外面的光不能進(jìn)入光纖之中。光線在光纖中的折射 折射角入射角 包層（低折射率的媒體） 包層（低折射率的媒體） 纖芯（高折射率的媒體） 包層纖芯高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷湮⒉ǎ何⒉ǖ念l率范圍為300MHz-300GHz， 但主要是使用2-40GHz的頻率范圍。微波在空間主要是直線傳播，由于它能穿透電離層而進(jìn)入宇宙空間，因此不象短波那樣可以經(jīng)電離層的反射傳播到很遠(yuǎn)的地方。這樣

22、，微波通信就有兩種主要的方式：即地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。無(wú)線傳輸介質(zhì)地面微波通信由于高頻的微波一個(gè)重要特性是沿直線傳播，而不會(huì)向各方向擴(kuò)散，因此需要視線傳播的傳送和接收設(shè)備。視線傳播的信號(hào)所覆蓋的范圍很大程度依賴(lài)于天線的高度：天線越高、信號(hào)傳播距離越遠(yuǎn)。微波通信一次只能向一個(gè)方向傳播，因此對(duì)于類(lèi)似電話(huà)交談這種雙向傳輸來(lái)說(shuō)就需要兩種頻率。每種頻率用于一個(gè)方向上的傳輸。每種頻率的信號(hào)都要有自己的發(fā)送器和接收器。為延長(zhǎng)地面微波傳輸?shù)木嚯x，每個(gè)天線上都可以安裝一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)。天線接收的信號(hào)可以重新轉(zhuǎn)換成可發(fā)送的形式并轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)天線。根據(jù)信號(hào)頻率的不同和天線安裝環(huán)境的不同，轉(zhuǎn)發(fā)器之間的距離要求也不

23、同。地面微波主要是頻段向上擴(kuò)展，但高頻段傳輸條件差，受自然界干擾（如雨、霧等）影響嚴(yán)重，因此大量使用還有困難，特別是難以用在長(zhǎng)距離上。衛(wèi)星通信實(shí)質(zhì)上是微波通信的一種。衛(wèi)星接收地球站發(fā)來(lái)的無(wú)線電通信信號(hào),加以放大、變頻,然后轉(zhuǎn)發(fā)給另一地球站。衛(wèi)星通信是把地面微波中繼站搬到了赤道上空的地球靜止衛(wèi)星軌道上,使地面微波視距一下擴(kuò)大到18000公里,從而一顆衛(wèi)星即可覆蓋地球表面積的40%左右。衛(wèi)星通信具有通信容量大覆蓋區(qū)域廣通信質(zhì)量高經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。衛(wèi)星通信由于地球同步衛(wèi)星的覆蓋范圍大，所以只需要少數(shù)幾個(gè)衛(wèi)星就可達(dá)到全球覆蓋。然而地球同步系統(tǒng)在雙向通信上存在缺點(diǎn)。因?yàn)樾枰艽蟮墓β什拍軐⑿盘?hào)送達(dá)衛(wèi)星，

24、所以手持設(shè)備一般都體積較大。此外，在同衛(wèi)星的雙向語(yǔ)音通信中，會(huì)產(chǎn)生較大的傳播往返延遲。經(jīng)過(guò)靜止軌道上衛(wèi)星的通信信號(hào),來(lái)回一次傳播約8萬(wàn)公里,時(shí)間延遲近秒,使通信雙方對(duì)話(huà)時(shí)產(chǎn)生一點(diǎn)不自然的感覺(jué)。因此需要用回音抑制器來(lái)消除時(shí)延引起的“回音”。紅外線是波長(zhǎng)在750nm至1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見(jiàn)光，是一種人的眼睛看不到的光線。紅外通訊一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長(zhǎng)在um至25um之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IRDA）成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通訊效果，紅外通訊協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通訊所采用的光波波長(zhǎng)的范圍限定在850nm至900nm之內(nèi)。 紅外由于紅外線的波長(zhǎng)較短，對(duì)

25、障礙物的衍射能力差，不能穿透墻體，所以更適合應(yīng)用在需要短距離無(wú)線通訊的場(chǎng)合，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線數(shù)據(jù)傳輸。紅外通訊有著成本低廉、連接方便、簡(jiǎn)單易用和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，因此在小型的移動(dòng)設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。這些設(shè)備包括筆記本電腦、掌上電腦、數(shù)碼相機(jī)以及打印機(jī)之類(lèi)的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等等。廣播無(wú)線電波與微波之間的主要區(qū)別是前者是全向性的，而后者是方向性的。無(wú)線廣播電波的頻段范圍再30M1G之間，這個(gè)范圍不僅覆蓋了廣播FM的頻段，而且還覆蓋了UFH合VHF電視頻段，一些聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也使用了這個(gè)頻段。廣播無(wú)線電波多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)的形成的原因主要有兩點(diǎn)：一是通信工程中用于通信線路架設(shè)的費(fèi)用相當(dāng)高，人們需要充

26、分利用通信線路的容量；二是無(wú)論在廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)中，傳輸介質(zhì)的傳輸容量往往都超過(guò)了單一信道傳輸?shù)耐ㄐ帕?。多路?fù)用的實(shí)質(zhì)是：將一個(gè)區(qū)域的多個(gè)用戶(hù)信息通過(guò)多路復(fù)用器進(jìn)行匯集，將匯集后的信息群通過(guò)一條物理線路傳送到接收設(shè)備；接收設(shè)備通過(guò)多路復(fù)用器將信息群分離成各個(gè)單獨(dú)的信息，再分發(fā)到多個(gè)用戶(hù)。這樣就可以用一對(duì)多路復(fù)用器、一條通信線路，來(lái)代替多套發(fā)送、接收設(shè)備與多條通信線路。多路復(fù)用的三種基本形式頻分多路復(fù)用(FDM)波分多路復(fù)用(WDM)時(shí)分多路復(fù)用(TDM)通信線路的可用帶寬超過(guò)了給定信號(hào)的帶寬。頻分多路復(fù)用就是采納了這一優(yōu)點(diǎn)。頻分多路復(fù)用的基本原理是：如果每路信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且各

27、個(gè)載波頻率是完全獨(dú)立的，即各個(gè)信道所占用的頻帶不相互重疊。相鄰信道之間用“警戒頻帶”隔離。那么，各個(gè)信道就能獨(dú)立地傳輸一路信號(hào)。頻分多路復(fù)用更適于模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。頻分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用則是以信道傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象，通過(guò)為多個(gè)信道分配互不重復(fù)的時(shí)間片的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此，時(shí)分多路復(fù)用更適合于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。時(shí)分多路復(fù)用TDM是將信道用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)用戶(hù)分得一個(gè)時(shí)間片，在其占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶(hù)使用通信信道的全部帶寬。目前廣泛應(yīng)用的時(shí)分多路復(fù)用的方法是貝爾系統(tǒng)的T1載波。T1載波系統(tǒng)將24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上。時(shí)分多路復(fù)用TDMT1載波時(shí)分多路復(fù)用時(shí)

28、分多路復(fù)用又可分為以下兩類(lèi)：同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)分多路復(fù)用同步時(shí)分多路復(fù)用將時(shí)間片預(yù)先分配給各個(gè)信道，并且時(shí)間片固定不變，因此各個(gè)信道的發(fā)送與接收必須是同步的。異步時(shí)分多路復(fù)用的方法，也叫做統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用。該方法允許動(dòng)態(tài)地分配時(shí)間片。有M條信道復(fù)用一條通信線路，把通信線路的傳輸時(shí)間分成時(shí)間片。假定n=10，傳輸時(shí)間周期T定為1秒，那么每個(gè)時(shí)間片為秒。在第一個(gè)周期內(nèi)，我們將第1個(gè)時(shí)間片分配給第1路信號(hào)，將第2個(gè)時(shí)間片分配給第2路信號(hào)，將第10個(gè)時(shí)間片分配給第10路信號(hào)。在第二個(gè)周期開(kāi)始后，我們?cè)賹⒌?個(gè)時(shí)間片分配給第1路，將第2個(gè)時(shí)間片分配給第2路信號(hào)，按此規(guī)律循環(huán)下去。同步時(shí)分多路復(fù)用的

29、工作原理同步時(shí)分多路復(fù)用采用了將時(shí)間片固定分配給各個(gè)信道的方法，而不考慮這些信道是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，這種方法造成信道資源的浪費(fèi)。假設(shè)復(fù)用的信道數(shù)為m，每個(gè)周期T分為n個(gè)時(shí)間片。由于考慮到m個(gè)信道并不總是同時(shí)工作的，為了提高通信線路的利用率，允許m n。每個(gè)周期內(nèi)的各個(gè)時(shí)間片只分配給那些需要發(fā)送數(shù)據(jù)的信道。在第一個(gè)周期內(nèi)，我們可以將第1個(gè)時(shí)間片分配給第2路信號(hào)，將第2個(gè)時(shí)間片分配給第3路信號(hào)，將第3個(gè)時(shí)間片分配給第8路信號(hào)，將第n個(gè)時(shí)間片分配給第m-1路信號(hào)。在第二個(gè)周期到來(lái)后我們可以將第1個(gè)時(shí)間片分配給第1路信號(hào)，將第2個(gè)時(shí)間片分配給第5路信號(hào)，將第3個(gè)時(shí)間片分配給第6路信號(hào)，將第n個(gè)時(shí)間片分配

30、給第m路信號(hào)。并且繼續(xù)循環(huán)下去。統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用的工作原理在統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用中，時(shí)間片序號(hào)與信道號(hào)之間不再存在固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種方法可以避免通信線路資源的浪費(fèi)，但由于信道號(hào)與時(shí)間片序號(hào)無(wú)固定對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此接收端無(wú)法確定應(yīng)將哪個(gè)時(shí)間片的信號(hào)傳送到哪個(gè)信道。為了解決這個(gè)問(wèn)題，動(dòng)態(tài)時(shí)分多路復(fù)用就需要發(fā)送端在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送發(fā)送信道與接收信道的序號(hào)。光纖通信技術(shù)采用了波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為波分多路復(fù)用。實(shí)際上，波分復(fù)用也是頻分多路復(fù)用的方法。波分多路復(fù)用兩束波長(zhǎng)不同光波通過(guò)棱鏡(或光柵)之后，使用一條共享的光纖傳輸，它們到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后，再經(jīng)過(guò)棱鏡(或光柵)重新分成兩束光波。與電信號(hào)的頻分多

31、路復(fù)用不同之處在于，波分多路復(fù)用是在光學(xué)系統(tǒng)中利用衍射光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)多路不同頻率光波信號(hào)的合成與分解。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義：網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接的方法和形式叫網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇的選擇往往和傳輸介質(zhì)的選擇、介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的確定等緊密相關(guān)。選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，主要決定因素有：費(fèi)用。不論選用什么樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都需進(jìn)行安裝，如電纜布線等。 要降低安裝費(fèi)用，就需要對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、傳輸距離等相關(guān)因素進(jìn)行分析，選擇合理的方案。靈活性。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，考慮到設(shè)備和用戶(hù)需求的變遷，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 必須具有一定的靈活性，能被容易地重新配置。此外，還要考慮原有站點(diǎn)的刪除、新站點(diǎn)的加入等問(wèn)題?？煽啃?。在LAN中有兩類(lèi)故障

32、：一類(lèi)是網(wǎng)中個(gè)別結(jié)點(diǎn)損壞，這只影響局部；另一類(lèi)是網(wǎng)絡(luò)本身無(wú)法運(yùn)行。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇要使故障的檢測(cè)和隔離較為方便。常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在局域網(wǎng)中常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)、總線型結(jié)構(gòu)、樹(shù)型結(jié)構(gòu)、星環(huán)型結(jié)構(gòu)等。星形網(wǎng)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路接到中央結(jié)點(diǎn)的各站點(diǎn)組成的。通過(guò)中心設(shè)備實(shí)現(xiàn)許多點(diǎn)到點(diǎn)連接。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，這種設(shè)備是主機(jī)或集線器。星型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是：在星形網(wǎng)中，可以在不影響系統(tǒng)其他設(shè)備工作的情況下，非常容易地增加和減少設(shè)備。利用中央結(jié)點(diǎn)可方便地提供服務(wù)和重新配置網(wǎng)絡(luò)；單個(gè)連接點(diǎn)的故障只影響一個(gè)設(shè)備，不會(huì)影響全網(wǎng)； 容易檢測(cè)和隔離故障，便于維護(hù)；任何一個(gè)連接只涉及到中央結(jié)點(diǎn)和一個(gè)站點(diǎn)，因此控制介質(zhì)訪問(wèn)的方法很簡(jiǎn)單，從而訪問(wèn)協(xié)議也十分簡(jiǎn)單。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是:每個(gè)站點(diǎn)直接與中央結(jié)點(diǎn)相連，需要大量電纜,因此費(fèi)用較高；如果中央結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生故障，則全網(wǎng)不能工作，所以對(duì)中央結(jié)點(diǎn)的可靠性和