2010年 5月 21日星期五 计算机网络技术实用教程 (第 3版 )
第 3章 物理层
本章基本要求：
了解数据通信的基本知识，
熟悉常用传输介质、多路复用技术以及
常用的物理层协议以及物理层的网络设备
（中继器和集线器）等内容。
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第 3章 物理层
3.1 数据通信基础
3.2 传输介质
3.3 常见的物理层标准
3.4 常见物理层设备与组件
3.5 技能训练：网络线缆制作
习题
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3.1 数据通信基础
3.1.1 数据通信的基本概念
1．信息、数据和信号
信息是指有用的知识或消息，计算机网络通信的目的就是
为了交换信息。而数据则是是运送信息的实体，是信息的表
达方式，其可以是数字、文字、声音、图形和图象等多种不
同形式。信号（ Signal）是数据在传输过程中的电磁波表示
形式。
2．模拟信号与数字信号
作为数据的电磁波表达形式，信号一般以时间为自变量，
以表示数据的某个参量如振幅、频率或相位为因变量。并且
按其因变量对时间的取值是否连续被分为模拟信号和数字信
号。
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3.1 数据通信基础
模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号，如
图 3.1 所示。电视图像信号、语音信号、温度压力传感器
的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。数字信
号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号，通常表现
为离散的脉冲形式，可表示为 x（ n T），如图 3.2 所示。
显然，在数字信号中，因变量取值状态是有限的。计算机
数据、数字电话和数字电视等都可看成是数字信号。
1 0 1 1 0 0 0
图 3.1 模拟信号 图 3.2 数字信号
t
?(t)
nt
X(nt)
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3.1 数据通信基础
3,数据通信
发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到
数据接收方的过程就称为是数据通信。数据通信被分为模
拟数据通信和数字数据通信。所谓模拟数据通信是指在模
拟信道上以模拟信号形式来传输数据；而数字数据通信则
是指利用数字信道以数字信号方式来传递数据。
4,源点、终点和信道
在数据通信中，通常将数据的发送方称为源点，而将数
据的接收方称为终点。源点和终点一般是计算机或其它一
些数据终端设备。
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3.1 数据通信基础
3.1.2 数据通信系统的模型
数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分
布在各处的数据终端设备连接起来，执行数据传输功能的系
统。 图 3.3给出了数据通信系统的模型。
一个数据通信系统由源系统（或发送端）、传输系统（或
传输网络）和目的系统（或接收端）三部分组成。
源系统一般包括以下两部分：
? 源点：源点设备发送要传输的数据，又称源站，发送输出
的数字比特流。
? 发送器：通常源点发送的数据要通过发送器编码后才能够
在传输系统中进行传输。把源点所要发送的数据转换成适合
于在信道上传输的信号。
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3.1 数据通信基础
目的系统一般包括以下两部分：
? 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够
被目的设备处理的信息。把从信道上接收的信号转换成终点所
能识别的数据。
? 终点：终点设备从接收器获取传送来的数据，又称目的站。
源点和终点分别是数据的出发点和目的地，又被称为数据终
端设备 (Data Terminal Equipment,简称 DTE)。 DTE
通常属于资源子网的设备，如资源子网中的计算机、数据输入 /
输出设备和通信处理机等。
发送器和接收器又称为数据线路端接设备 (Data Circuit-
terminating Equipment，简称 DCE)。 DCE为 DTE提供
了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备。
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3.1 数据通信基础
输出
数据
输入
数据
发送器
图 3.3 数据通信系统的模型
公用电话网
数据通信系统
数字比特流 数字比特流模拟信号 模拟信号
PC机 PC机Modem Modem
源系统 目的系统传输系统
源点 传输系统
器
接收器 终点
发送的
信号
接收的
信号
输入
信息
输出
信息
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3.1 数据通信基础
3.1.3 数据调制与编码
1,调制与编码原理
调制是载波信号的某些特性根据输入信号而变化的过程。一般
说来，有四种传输数据的方法：
（ 1）模拟数据，模拟信号：采取电信号形式的模拟数据可以原封
不动地传输出去，也可以在较高频率下进行调制。
（ 2）数字数据，模拟信号：利用调制器把数字数据变换成能在现
有模拟线路上传输的模拟信号。
（ 3）数字数据，数字信号：数字信号可以按照其原来形式通过数
字通信线路进行传输，也可以编码成不同类型的数字信号，即代表两
个不同二进制值的数字信号。
（ 4）模拟数据，数字信号：为了使模拟信号能在数字通信线路上
传输，将模拟数据变换成数字信号的方法，称为编码。
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3.1 数据通信基础
2,模拟数据的模拟信号调制
模拟数据经由模拟信号传输时不需进行变换，但是
由于考虑到前面谈到的天线尺寸问题，模拟形式的输入数
据要在甚高频下进行调制。输出信号是一种带有输入数据
的频率极高的模拟信号。最常用的两种调制技术是幅度调
制（ AM）和频率调制（ FM）。
(1) 幅度调制
幅度调制如 图 3.4所示，它是一种载波的幅度会随着原
始模拟数据的幅度变化而变化的技术。载波的幅度会在整
个调制过程中变动，而载波的频率是不变的。将接收到的
幅度调制信号进行解调，就可以恢复成原始的模拟数据。
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3.1 数据通信基础
原始模拟信号 载波信号V
时间 （ s） 时间 （ s）
重叠的原始模拟信号
幅度调制信号
V
时间 （ s）
图 3.4 幅度调制
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3.1 数据通信基础
(2) 频率调制
频率调制如 图 3.5所示，它是一种高频载波的频率会随
着原始模拟信号的幅度变换而变化的技术。因此，载波频
率会在整个调制过程中波动，而载波的幅度是不变的。将
接收到的频率调制信号进行解调，就可以恢复成原始的模
拟数据。
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3.1 数据通信基础
（ a） 幅移键控法 （ b） 频移键控法 （ c） 相移键控法
图 3.6 数字数据的模拟信号调制
00110100010 00110100010 0011010 0 0 10
V
时间 （ s）
图 3.5 频率调制
调频信号
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3.1 数据通信基础
3,数字数据的模拟信号调制
模拟信号发送的基础是一种称为载波信号的连续的频率
恒定的信号。通过以下三种载波特性之一来对数字数据进
行调制：振幅、频率和相位，或者这些特性的某种组合。
对数字数据的模拟信号进行调制的三种基本形式：
? 幅移键控法（ ASK,amplitude-shift keying）。
? 频移键控法（ FSK,frequency-shift keying）。
? 相移键控法（ PSK,phase-shift keying）。
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3.1 数据通信基础
4,数字数据的数字信号编码
传输数字信号最普遍而且最容易的办法是用两个电压电平来表
示两个二进制数字。例如，无电压（也就是无电流）常用来表示 0，
而恒定的正电压用来表示 1。常用的数字数据的数字信号编码有以
下几种：
(1) 单极性不归零码和双极性不归零码
不归零编码 (Non-Return Zero，简称 NRZ)分别采用两种高
低不同的电平来表示两个二进制, 0”和, 1”。例如，用高电平表
示, 1”，低电平表示, 0”。
① 单极性码
如图 3.7（ a） 表示单极性码，在每一码元时间间隔内，有电流
发出表示二进制的 1；无电流发出则表示二进制的 0。
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3.1 数据通信基础
每一个码元时间的中心是采样时间，判决门限为半幅度
电平，即 0.5。若接收信号的值在 0.5与 1.0之间，就判为
1；若在 0.5与 0之间，就判为 0。每秒钟发送的二进制码
元数称为码速，其单位为波特（ Baud）。在二进制情况
下,1波特相当于信息传输速率为 1比特每秒（ bps），此
时码元速率等于信息速率。
② 双极性码
如图 3.7（ b） 表示双极性码，在每一码元时间间隔内，
发正电流表示二进制的 1；发负电流表示二进制的 0。正的
幅值和负的幅值相等，所以称为双极性码。这种情况的判
决门限定为零电平。接收信号的值如在零电平以上，判为
1；如在零电平以下判为 0。
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3.1 数据通信基础
采样时间
判决门限1
采样时间
判决门限1
-1
（ a） 单极性码 （ b） 双极性码
图 3.7 单极性码和双极性码
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3.1 数据通信基础
(2) 单极性归零码和双极性归零码
① 单极性归零码,如图 3.8（ a）表示单极性归零码，在
每一码元时间间隔内，当发 1时，发出正电流，但是发电流
的时间短于一个码元的时间，就是说，发一个窄脉冲。当
发 0时，仍然完全不发送电流。这样发 1时有一部分时间不
发电流，幅度降为回零电平。所以称这种码为归零码。
② 双极性归零码,如图 3.8（ b）表示双极性归零码，在
每一码元时间间隔内，当发 1时，发出正的窄脉冲；当发 0
时，发出负的窄脉冲。两个码元之间的间隔时间可以大于
每一个窄脉冲的宽度。采样时间总是对准中心。
图 3.8所示的两种情形表示的二进制序列均为 01101001。
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3.1 数据通信基础
判决门限1
（ a） 单极性码 采样时间
判决门限
1
（ a） 双极性码
-1
图 3.8 单极性归零码和双极性归零码
采样时间
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3.1 数据通信基础
(3) 曼彻斯特码和差分曼彻斯特码
如图 3.9（ a）所示为曼彻斯特码。曼彻斯特编码将每比特信
号周期 T分为前 T/2和后 T/2，用前 T/2传送该比特的反（原）码，
用后 T/2 传送该比特的原（反）码。所以在这种编码方式中，
每一位电信号的中点 (即 T/2 处 )都存在一个电平跳变，如图
3.10（ a）所示。
如图 3.9（ b）所示为差分曼彻斯特码。差分曼彻斯特编码是
对曼彻斯特编码的一种改进。其保留了 Manchester 编码作为
,自含时钟编码, 的优点，仍将每比特中间的跳变作为同步之
用，但是每比特的取值则根据其开始处是否出现电平的跳变来
决定。通常规定有跳变者代表二进制, 0”，无跳变者代表二进
制, 1”,如图 3.8（ b）所示。
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3.1 数据通信基础
（ a）曼彻斯特码 （ b）差分曼彻斯特码
0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1
图 3.9 曼彻斯特码和差分曼彻斯特码
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3.1 数据通信基础
5,模拟数据的数字信号编码
利用数字信号来对模拟数据进行编码的最常见的例子是
脉冲代码调制（ PCM,Pulse Code Modulation），它常
用于对声音信号进行编码。脉冲代码调制是以采样定理为
基础的，采样定理指出：
如果在规则的时间间隔内，以高于两倍最高有效信号频
率的速率对信号 ?（ t）进行采样的话，那么，这些采样值
就包含了原始信号的全部信息。利用低通滤波器可以从这
些采样中重新构造出函数 ?（ t）。
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3.1 数据通信基础
3.1.4 基带传输
在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各类数据。
而脉冲信号是二进制比特的典型表达方式，按傅利叶分析，
脉冲信号由直流、基频、低频和高频等多个分量组成，随
着频率的升高，其相应的幅度减小直至趋于零。在脉冲信
号的整个频谱中，从零开始有一段能量相对集中的频率范
围被称为基本频带 (base band)，简称基频或基带，基频等
于脉冲信号的固有频率。与基频对应的数字信号称为基带
信号。
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3.1 数据通信基础
源
点
编
码
数字信道
信号噪声
图 3.11 数字数据通信系统基本模型
终点解
码
采用基带信号进行传输的数字通信系统的模型如图 3.12所示。
该系统要解决的关键问题是数字数据的编解码问题。即在发送
端，要解决如何将二进制数据序列通过某种编码方式转化为可
直接传送的基带信号；而在接收端，则要解决如何将收到的基
带信号通过解码恢复为与发送端相同的二进制数据序列。
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3.1 数据通信基础
3.1.5 频带传输
利用模拟信道传输二进制数据的方式称为频带传输。采用模拟
信号传输的模拟数据通信系统的模型如图 3.5所示。频带传输的关
键问题是如何将计算机中的二进制数据转化为适合模拟信道传输的
模拟信号。在发送端，需要将二进制数据变换成能在电话线或其他
传输线路上传输的模拟信号，即所谓的调制（ modulation）；而
在接收端，则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据，
即所谓的解调（ demodulation）。通常将在发送端承担调制功能
的设备称为调制器（ modulator），而将在接收端承担解调功能的
设备称为调制器（ demodulator）。由于数据通信是双向的，所
以实际上在数据通信的任何一方都要同时具备调制和解调功能，我
们将同时具备这两种功能的设备称为调制解调器（ modem）。目
前，调制解调器已逐渐被 ADSL取代。
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3.1 数据通信基础
3.1.6 数据通信系统的主要质量指标
数据通信的任务是传输数据，希望达到速度快、出错率
低、信息量大、可靠性高，并且既经济又便于使用维护。
为了衡量通信系统的质量优劣，必须使用通信系统的性能
指标，即质量指标。通信系统的性能指标涉及到通信的有
效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等等。
但从研究信息的传输来说，通信的有效性和可靠性是最重
要的指标。有效性是指传输一定的信息量所消耗的信息资
源（带宽或时间），而可靠性是指接收信息的准确程度。
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3.1 数据通信基础
1,模拟通信系统的质量指标
（ 1）有效性
模拟通信系统的有效性是用有效传输带宽来度量，同样
的信息采用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。频
带宽度越窄，有效性越好。
（ 2）可靠性
模拟通信系统的可靠性是用接收端最终的输出信噪比来
度量。信噪比越大，通信质量越高。如普通电话要求信噪
比在 20dB以上，电视图像则要求信噪比在 40dB以上。
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3.1 数据通信基础
2,数字通信系统的质量指标
数据通信系统中，有效性用传输速率来表示，可靠性用差
错率（误码率）来衡量。
（ 1） 数据传输速率
数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率
① 波特率
波特率又称为波形速率或码元速率。指数据通信系统中，
线路上每秒传送的波形个数。其单位是, 波特, （ Baud）。
设一个波形的持续周期为 T，则波特率 B可以由下式给出：
B=1/T（波特）
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3.1 数据通信基础
② 比特率
比特率又称为信息速率，简称数据率，是指发送端和接
收端之间单位时间内传输数据的平均比特数，其单位是每
秒位（ bps），或每秒千位（ kbps），或每秒兆位
（ Mbps），其换算关系为 1kbps=103bps，
1Mbps=106bps(≠220bps。数据传输速率反映了终
端设备之间的信息处理能力，它是一段时间的平均值。通
常用它来描述数据通信系统的性能。
比特率直接与波形速率和一个波形所携带的信息量有关，
因此比特率 S可以按下式计算：
S=Blog2n
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3.1 数据通信基础
（ 2）数据传输的质量
衡量数据传输质量的指标是差错率，通常用误码率来表
示。
误码率＝（接收方出现差错的比特数（位数） /总的传
输比特数（位数）） × 100％
误码率是一个统计平均值，在统计和测试时应采用统计
学的方法，在足够时间和足够统计的数量后方可正确得出。
计算机网络通信系统中，要求误码率低于 10-6。如果
实际传输的不是二进制码元，需折合成二进制码元计算。
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3.1 数据通信基础
3.1.7 多路复用技术
为了提高通信线路传送信息的效率，通常采用在一条物
理线路上建立多条通信信道的多路复用（ Multiplexing）
技术，多路复用技术使得在同一传输介质上可传输多个不
同信源发出的信号，从而可充分利用通信线路的传输容量，
提高传输介质的利用率。
图 3.12 给出了多路复用的数据传输系统的工作原理。
在输入端，多路复用器将若干个彼此无关的输入信号合并
为在一条物理线路上传输的复合信号，从而多个数据源共
享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。
而在输出端，则由多路解复用器将复合信号按通道号分离
出来。
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3.1 数据通信基础
多
路
复
用
器
多
路
复
用
器
一条物理线路（多条信道）
N
个
输
入
N
个
输
出
图 3.12 多路复用原理
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3.1 数据通信基础
当前采用的多路复用方式有频分多路复用（ Frequency
Division Multiplexing，简称 FDM）、时分多路复用（ Time
Division Multiplexing，简称 TDM）和波分复用 (Wavelength
Division Multiplexing,简称 WDM)等。
1,频分多路复用技术
当介质的有效带宽超过被传输的信号带宽时，可以把多个信
号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现同时传送
多路信号，即将信道的可用频带（带宽）按照频率不同，把传
输频带分成若干个互不交叠的频段，每个信号占据其中一个频
段，从而形成许多个子信道，如图 3.13所示；在接收端用适当
的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理，这种技
术称为频分多路复用技术（ FDM,Frequency Division
Multiplexing）。
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3.1 数据通信基础
时间
子信道 D
子信道 C
子信道 B
子信道 A
可
用
频
带
频率
图 3.13 FDM子信道示意图
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3.1 数据通信基础
FDM系统的原理示意图如图 3.14所示，它假设有六个输
入源，分别输入 6路信号到频分复用器（ FDM-MUX），频分
复用器将每路信号调制在不同的载波频率上（例如 ?1，
?2,? ?6），每路信号以其载波频率为中心，占用一定的
带宽，此带宽范围称作一个通道，各通道之间通常用保护
频带隔离，以保证各路信号的频带间不发生重叠。输入信
号可以是模拟的，也可以是数字的。
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3.1 数据通信基础
图 3.14 频分多路复用示意图
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3.1 数据通信基础
2,时分多路复用技术
如果传输介质能达到的传输速率超过单一信源要求的数据传
输速率，可以采用时分多路复用技术（ TDM,Time Division
Multiplexing）。这种多路复用技术的出发点是将一条线路按
工作时间划分周期 T，每一周期再划分成若干时间片 t1,t2，
t3 ?? tn,轮流分配给多个信源来使用公共线路，在每一
周期的每一时间片 ti 内，线路供一对终端使用，在时间片 tj内，
线路供另一对终端占用。
例如 A与 A'通信时占用时间片 t1，当 A需要与 A'交换数据时，
它们只能在每一个周期的第一个时间片 t1内进行通信，而在其
他的时间片内这一用户不能进行通信。如果 A与 A'需要交换的信
息很多，一个时间片内不能完成，则必须将信息分割成一个个
小信息段，在每次占用线路的时间片里交换一段信息。 6路时分
复用的示意图如图 3.15所示。
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3.1 数据通信基础
图 3.15 时分多路复用示意图
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3.1 数据通信基础
时分多路复用又分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。
（ 1）同步时分多路复用
同步时分多路复用是指分配给每个终端数据源的时间片是固定的，
不管该终端是否有数据发送，属于该终端的时间片都不能被其他终端
占用。
（ 2）异步时分多路复用
异步时分多路复用允许动态地分配时间片，如果某个终端不发送信
息，则其他的终端可以占用该时间片。
TDM适用于数字信号，而 FDM适用于模拟信号； TDM在时域上
各路信号是分隔开的； FDM在频域上各路信号是分隔开的； TDM信
号的形成和分离都可通过数字电路实现，比 FDM信号使用调制器和滤
波器要简单得多。在宽带局域网中，可以把 TDM和 FDM结合起来，
将整个信道频分成几个子信道，每条子信道再使用时分多路复用技术。
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3.1 数据通信基础
3,波分多路复用
波分多路复用（ Wave-length Division Multiplexing，
WDM）是频分多路复用在光纤信道上使用的一个变种。
如图 3.16 所示,WDM系统的核心器件是棱柱或衍射
光栅。多根光纤发出的光信号到达同一个棱柱或衍射光栅，
每根光纤里的光波处于不同的波段上，多束光信号通过棱
柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再
由一个棱柱或衍射光栅将光重新分解为多路光信号。
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3.1 数据通信基础
共享光纤
光纤 4
光纤 5
光纤 6
光纤 1
光纤 2
光纤 3
光谱
?
?
?
F1
F2
F3 F3F2F1
共享光纤的光谱
图 3.16 波分多路复用系统
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3.1 数据通信基础
3.1.7 数据通信技术
1,数据传送方式
数据传送有两种方式：并行通信和串行通信。通常情况
下，并行通信用于距离较近的情况，串行通信用于距离较
远的情况。
(1) 并行通信
一个数据代码由若干位组成，在数据设备内进行近距离
传输（ 1米或数米之内）时，为了获得高的数据传输速率，
使每个代码的传输延迟尽量小，可以采用并行传输方式，
即数据的每一位各占一条信号线并行传输。
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3.1 数据通信基础
如图 3.17所示，两数据设备之间一次传输 n位并行数据，
每条连线对应一条信道，用于传输代码的对应位,N条信
道组成了 N位并行信号。计算机内的数据总线都是以并行
方式进行的，并行的数据传送线也叫总线，
在并行数据传输中所使用的并行数据总线的物理形式有
几种，但功能都一样，例如：
? 计算机内部的数据总线很多就直接是电路板。
? 扁平带状电缆，如硬盘驱动器、软盘驱动器上的电缆即
是。
? 圆形屏蔽电缆，用于与计算机外设相连的并行通信电缆，
通常有屏蔽以防干扰。
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3.1 数据通信基础
DTE
数
据
源
DTE
数
据
宿
图 3.17 并行传输方式
0
1
1
1
0 0
1 1
2 2
3 3
n-1 n-1
信号地 信号地
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3.1 数据通信基础
(2) 串行传输 DTE
串行传输指的是代码的若干位顺序按位串行排列成数据
流，在一条信道上传输。如图 3.18所示，数据源向数据宿
发出了,01001101” 的串行数据。由于代码采取了串行传
输方式，其传输速度与并行传输相比要低得多。但是在硬
件信号的连接上节省了信道，利于远程传输，所以广泛用
于远程数据传输中，通信网和计算机网络中的数据传输都
是以串行传输方式进行的。
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3.1 数据通信基础
DTE
数
据
源
DTE
数
据
宿
0 0 0 1 1 11 0
图 3.18 串行传输方式
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3.1 数据通信基础
2,数据同步方式
无论是并行传输还是串行传输，数据发送方发出数据后，
接收方如何在合适的时刻正确地接收数据，即从发送方连续
不断地送来的数据中，正确地区分出每一个代码，即收发两
端保持同步（同步是指接收端要按发送端所发送的每个码元
的重复频率和起止时间接收数据），以正确完成传输任务是
一个必须解决的问题。
在串行通信中，为了节省信道，通常不能设立专用的握手
信号线进行收发双方的数据同步，必须在串行数据信道上传
输的数据编码中解决此问题。在数据串行传输过程中，传输
的是已编码的各种传输码形，接收到的是变化的电平信号，
为了正确识别和恢复代码，必须解决以下问题：
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3.1 数据通信基础
① 正确区分和识别每个比特（即每位）；
② 区分出每个代码（如一个 ASCII码字符），即区分
出每个代码的起始和结束位；
③ 区分出完整的报文数据块（数据帧）的开始和结束位。
以上三个问题对应着三个概念：位同步、字符同步和帧
同步。通常解决上述问题的办法有两种：同步传输方式和
异步传输方式。这两种传输方式的区别在于发送和接收设
备的时钟是异步的，还是同步的。
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3.1 数据通信基础
(1) 异步传输
这种方式为：每个字符都独立传输，接收设备每收到一个字符
的开始位后进行同步，如图 3.19所示。每个字符在传输时都前后
分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。起始位
为, 0”，结束位为, 1”，结束位的长度可以为 1位,1.5位或 2位。
起始位和结束位的作用是实现字符同步，字符之间的间距（时间）
是任意的，但发送一个字符时，发送每一位占用的时间长度都是双
方约定好的，且保持各位都恒定不变。每位占用时间的倒数称为波
特率。如果没有发送的数据，那么发送方就发送连续的停止位。接
收方根据从 1到 0的跳变来识别一个新字符的开始。这样收发双方
的收发速率按编程约定而基本保持一致，从而实现位同步；通过起
始位和结束位而实现字符同步；帧同步靠传送特殊控制字符来实现。
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1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1位起始位 8位数据位 结束位
图 3.19 异步传输
3.1 数据通信基础
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3.1 数据通信基础
(2) 同步传输
这种方式为：以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符
间顺序相连，既无间隙也没有插入位。收发双方的时钟信
号与传输的每一位严格对应，以达到位同步，在开始发送
一帧数据前须发送固定长度的帧同步字符，发送完数据后
再发送帧终止字符，这样就实现了字符和帧的同步，之后
连续发送空白字符，直到发送下一帧时重复上述过程。
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3.1 数据通信基础
3．数据传输方式
当数据通信在点对点之间进行时，按照信息的传送方向，其通
信方式有三种。
（ 1）单工通信（ Simplex）
传送的信息始终是一个方向。单工通信只需要一条信道。
（ 2）半双工通信（ Half-duplex）
通信双方都可以发送（接收）信息，但不能同时双向发送。半
双工通信的双方具备发送装置和接收装置，但要按信息流向轮流使
用这两个装置。
（ 3）全双工通信（ Full-duplex）
通信双方可以同时发送和接收信息。全双工通信的效率最高，
但控制相对复杂一些，系统造价也较高。随着通信技术及大规模集
成电路的发展，这种方式正越来越广泛地应用于计算机通信之中。
全双工通信一般采用多条线路或频分法来实现。
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3.2 传输介质
传输介质也称传输媒体，泛指计算机网络中用于连接各个
计算机的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理
介质。传输介质是构成物理信道的重要组成部分，计算机网
络中使用各种传输介质来组成物理信道。
3.2.1 传输介质的分类
传输介质包括有线传输介质和无线传输介质两大类。有线
介质将信号约束在一个物理导体之内，如双绞线、同轴电缆
和光纤等，故又被称作有界介质；而无线传输介质如无线电
波、红外线、激光等由于不能将信号约束在某个空间范围之
内，故又被称为无界介质。究竞选择哪一种传输介质，必须
考虑到价格、安装难易程度、容量、抗干扰能力、衰减等方
面的因素，同时还要根据具体的运行环境全面考虑。
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3.2 传输介质
3.2.2 有线传输介质
1,双绞线
双绞线 TP（ Twisted Pair）。, Twisted”表示在双绞线电缆
的内部由若干对两两绞在一起的相互绝缘的铜导线组成，导线的典型
直径为 1mm（在 0.4mm ?1.4mm之间）。采用两两相绞的绞线技
术可以抵消相邻线对之间的电磁干扰和减少近端串扰。
双绞线既可以传输模拟信号，又能传输数字信号。用双绞线传输数
字信号时，其数据传输率与电缆的长度有关。距离短时，数据传输率
可以高一些。典型的数据传输率为 10Mbps和 100Mbps，也可高达
1000Mbps。
双绞线电缆一般由多对双绞线外包缠护套组成，其护套称为电缆护
套。电缆的对数可分为 4对双绞线电缆、大对数双绞线电缆（包括 25
对,50对,100对等）。
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3.2 传输介质
双绞线按照是否有屏蔽层又可以分为非屏蔽双绞线（ UTP，如图
3.20所示）和屏蔽双绞线（ STP，如图 3.21所示）。到目前为止，
EIA / TIA已颁布了六类 (Category，简写为 Cat)线缆的标准。
? Cat1：适用于电话和低速数据通信；
? Cat2：适用于 ISDN及 T1/E1，支持高达 16MHz 的数据通信；
? Cat3：适用于 10Base-T或 100Mbps的 100Base-T4，支持
高达 20MHz的数据通信；
? Cat5：适用于 100Mbps的 100Base-TX和 100Base-T4，支
持高达 100MHz的数据通信。
? Cat5e：既适用于 100Mbps的 100Base-TX, 100Base-T4，
支持高达 100MHz的数据通信；又适用于 1000Mbps的
1000Base-TX，支持高达 1000MHz的数据通信。
? Cat6：适用于 1000Mbps的 1000Base-TX，支持高达
1000MHz的数据通信。
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3.2 传输介质
图 3.20 4对非屏蔽双绞线电缆结构图
导线
双绞线对
外皮
拉绳：外皮下面
图 3.21 超 5类 4对 S-FTP截面图
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3.2 传输介质
2,UTP电缆的颜色编码
双绞线电缆中的每一根绝缘线路都用不同颜色加以区分，
这些颜色构成标准的编码，因此很容易识别和正确端接每
一根线路。每个线对都有两根导线。其中一根导线的颜色
为线对的颜色加一个白色条纹，另一根导线的颜色是白色
底色加线对颜色的条纹，即电缆中的每一对双绞线电缆都
是互补颜色。
（ 1） 4对 UTP电缆的颜色编码
4对 UTP电缆的 4对线具有不同的颜色标记，这四种颜
色是蓝色、橙色、绿色、棕色。
具体的的颜色编码方案如表 3.2所示。
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3.2 传输介质
线对 颜色编码 简写
线对 1
白 -蓝 W-BL
蓝 BL
线对 2
白 -橙 W-O
橙 O
线对 3
白 -绿 W-G
绿 G
线对 4
白 -棕 W-BR
棕 BR
表 3.2 4对 UTP电缆颜色编码
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3.2 传输介质
6类双绞线电缆为了减少线对间的串扰，通常在线对间
采用了圆形、片形、十字星形、十字骨架等种类填充物，
如图 3.22所示。十字星形填充的双绞线对称电缆构造是在
电缆中建一个十字交叉中心，把 4个线对分成不同的信号
区，这样就可以提高电缆的抗近端串扰性能，减少在安装
过程中由于电缆连接和弯曲引起的电缆物理上的失真，十
字骨架构造在保证前后位置精准方面做了更多的改进。
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3.2 传输介质
图 3.22 6类双绞线结构
图
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3.2 传输介质
7类屏蔽双绞线对
称电缆
全屏蔽 7类（ Cat7）
双绞线电缆远远超过 7
类 /CLASSF级标准
要求；传输带宽超过
1.2GHz,可同时支持
语音、高速网络、
CATV等视频应用。
被国际 ISO/IEC组织
选为非 RJ457类标准
接口。如图 3.23所示。 图 3.23 7类双绞线电缆截面图
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3.2 传输介质
双绞线电缆连接硬件包括电缆配线架、信息插座和接插
软线等。它们用于端接或直接连接电缆，使电缆和连接件
组成一个完整的信息传输通道。常用的有 RJ45头（俗称
水晶头，如图 3.24所示）和信息插座（信息模块，如图
3.25所示）
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3.2 传输介质
图 3.23UTP电缆使用的 8针插头
图 3.24UTP电缆使用的 8针模块式插座 图 3.24 ScTP电缆使用的 8针模块式插座
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3.2 传输介质
3,GP45插头与插座
2001年 8月，在德国召开的 ISO/IEC会议上，耐克森的
连接件 IEC 60603-7-7被最终确认为 7类接口标准。耐
克森, GG45”保证 100%向后兼容 RJ45和超越
600MHz的更高性能。如图 3.26所示。
图 3.26 (a) GP45插头 (b) GG45插座
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3.2 传输介质
同轴电缆也像双绞线电缆那样，由两个导体组成，其结
构是一个外部圆柱形空心导体围裹着一个内部导体。如图
3.27所示。内部导体可以是单股实心线也可以是绞合线；
外部导体可以是单股线也可以是编织线。内部导体的固定
用规则间隔的绝缘环或者用固体绝缘材料，外部导体用一
个罩或者屏蔽层覆盖。因为同轴电缆只有一个中心导体，
所以它通常被认为是非平衡传输介质。中心导体和屏蔽层
之间传输的信号极性相反，中心导体为正，屏蔽层为负。
中心导体和电缆屏蔽层以同一个轴为对称中心构成了两
个同心圆结构，可以保证中心导体处在中心位置，并保证
它与屏蔽层之间的距离的准确性，这两个电缆部件用绝缘
层隔开。
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3.2 传输介质
3.3.1 同轴电缆类型
常用同轴电缆型号有下列几种：
RG-8或 RG-11：即粗缆；
RG-58/U或 RG-58C/U：即细缆；
RG-6/RG-59：是公用有线电视天线 CATV中使用的标准；
RG-62,ARCnet网络及 IBM3270系统使用的电缆。
图 3.27 同轴电缆结构截面图
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3.2 传输介质
3.3.2 同轴电缆连接器
同轴电缆用同轴电缆连接器端接。一些常见的同轴电缆
连接器有 N型连接器,BNC连接器和 F型连接器。
同轴电缆连接器把中心导线与电缆金属箔和网状屏蔽层
隔离开来，同时还为同轴电缆的金属箔和网状屏蔽层提供
了连接。
1.N型连接器
N型连接器是用于 50?同轴粗缆的连接器，如图 3.28所示。
N型连接器是螺口连接器，它用于同轴电缆粗缆的端接。
2.BNC型连接器
BNC型连接器是和 50?细缆一起用的连接器，如图 3.29所
示。 BNC型连接器是卡口式连接器。
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3.2 传输介质
图 3.28 N型连接器
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3.2 传输介质
（ a） BNC头 （ b） T型头
图 3.29 BNC型连接器
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3.2 传输介质
3.3.3 光缆
1,光纤的结构
光纤是光缆的纤芯，光纤由
光纤芯、包层和涂覆层三部分组
成。最里面的是光纤芯，包层将
光纤芯围裹起来，使光纤芯与外
界隔离，以防止与其他相邻的光
导纤维相互干扰。包层的外面涂
覆一层很薄的涂覆层，涂覆材料
为硅酮树酯或聚氨基甲酸乙酯，
涂覆层的外面套塑（或称二次涂
覆），套塑的原料大都采用尼龙、
聚乙烯或聚丙烯等塑料，从而构
成光纤纤芯。
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3.2 传输介质
（ 1） 光纤芯包层光线包层光纤芯
光纤芯是光的传导部分，而包层的作用是将光封闭在光
纤芯内。光纤芯和包层的成分都是玻璃，光纤芯的折射率
高，包层的折射率低，这样可以把光封闭在光纤芯内。如
图 3.32所示。
包层
光线
包层
光纤芯
图 3.32 光纤中光的传输
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3.2 传输介质
（ 2）涂覆层
涂覆层是光纤的第一层保护，它的目的就是保护光纤的
机械强度，是第一缓冲层（ Primary Buffer），由一层
或几层聚合物构成，厚度约为 250?m，在光纤的制造过
程中就已经涂覆到光纤上。光纤涂覆层在光纤受到外界震
动时保护光纤的光学性能和物理性能，同时又可以隔离外
界水气的侵蚀。
（ 3）缓冲保护层
在涂覆层外面还有一层缓冲保护层，给光纤提供附加
保护。在光缆中这层保护分为紧套管缓冲和松套管缓冲两
类。
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3.2 传输介质
① 紧套管缓冲：紧套管是直接在涂覆层外加的一层塑
料缓冲材料，约 650?m，与涂覆层合在一起，构成一个
900?m的缓冲保护层。
紧套管缓冲光缆主要用于室内布线。由于它的尺寸较小，
所以使用灵活，并在安装过程中允许有大的弯曲半径，使
得安装起来比较容易。
② 松套管缓冲：松套管缓冲光缆使用塑料套管作为缓
冲保护层，套管直径是光纤直径的几倍，在这个大的塑料
套管的内部有一根或多根已经有涂覆层保护的光纤。光纤
在套管内可以自由活动，并且通过套管与光缆的其他部分
隔离开来。这种结构可以防止因缓冲层收缩或扩张而引起
的应力破坏，并且可以充当光缆中的承载元件。
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3.2 传输介质
（ 4）光缆加强元件
为保护光缆的机械强度和刚性，光缆通常包含有一个或
几个加强元件。在光缆被牵引的时侯，加强元件使得光缆
有一定的抗拉强度，同时还对光缆有一定支持保护作用。
光缆加强元件有芳纶砂、钢丝和纤维玻璃棒等三种。
（ 5） 光缆护套
光缆护套是光缆的外围部件，它是非金属元件，作用是
将其他的光缆部件加固在一起，保护光纤和其他的光缆部
件免受损害。
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3.2 传输介质
2,光纤的型号
根据我国通信行业标准, 光缆型号命名方法,
（ YD/T908－ 1997）的规定，光缆型号由光缆型式代号和
规格代号构成，用一空格分隔开。
（ 2）型式
光缆型式由 5个部分构成，各部分均用代号表示。如图
3.33所示。
（ 2）规格
光缆规格由四大部分构成，如图 3.34所示。各部分均
用代号表示，相邻的各大部分的代号都是数字时，用规定
符号把它们隔开。
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3.2 传输介质
图 3.33 光纤型号的构成
I II III IV V
外护层
护套
结构特征
加强构件
分类
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3.2 传输介质
图 3.34光纤的规格
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3.2 传输介质
3,光缆的种类
（ 1）按照折射率分布不同来分
通常采用的是均匀光纤（突变型光纤）和非均匀光纤（渐
变型光纤）两种。
① 均匀光纤
光纤纤芯的折射率 n1和包层的折射率 n2都为一常数，且
n1>n2，在纤芯和包层的交界面处折射率呈阶梯型变化，这种
光纤称为均匀光纤，又称为突变型光纤。
② 非均匀光纤
光纤纤芯的折射率 n1随着半径的增加而按一定规律减小，
到纤芯与包层的交界处为包层的折射率 n2，即纤芯中折射率
的变化呈近似抛物线型。这种光纤称为非均匀光纤，又称为
渐变型光纤。
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3.2 传输介质
（ 2）按照传输的总模数来分
① 单模光纤 SMF（ Single Mode Fiber）
单模光纤的纤芯直径很小，约为 4?m ~10?m，理论上只传输
一种模态。在综合布线系统中，常用的单模光纤有 8.3/125?m突
变型单模光纤，常用于建筑群之间的布线。
② 多模光纤 MMF（ MultiModeFiber）
多模光纤的纤芯直径一般在 50?m ~75?m，包层直径为 100?m
~200?m。多模光纤的光源一般采用 LED（发光二极管），工作波
长为 850nm或 1300nm。这种光纤的传输性能差，带宽比较窄，传
输容量也较小。
在综合布线系统中常用纤芯直径为 50?m,62.5?m，包层均为
125?m，也就是通常所说的 50?m,62.5?m。常用于建筑物内干线
子系统、水平子系统或建筑群之间的布线。
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3.2 传输介质
（ 3）按照
结构分
光缆按照
结构分有中
心束管式、
层绞式和带
状式。
光纤用填充物
阻水层 （ 热熔胶 ）
松套管
钢丝加强件
UV光纤
铠装层
PE护套
图 3.35 中心束管式光缆
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3.2 传输介质
图 3.36 铝带纵包层绞式光缆
中心加强件
UV光纤
松套管
LAP带
扎带及填充带
光纤用填充物
PE护套
缆芯用填充物
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3.2 传输介质
中心金属加强件
松套管
光纤带
光纤带填充膏
缆芯填充膏
阻水带
钢带
MDPE护套
图 3.37带状式光缆截面图
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3.2 传输介质
（ 4）按照敷设方式分光纤
光缆按照敷设方式分为室内光缆、架空光缆、自承式
（ ADSS）光缆、直埋光缆、管道光缆、水底（海底）光
缆和吹光纤等。综合布线系统中采用的光缆主要依据此分
类方式。
4.常用光缆
在综合布线系统中常用的光缆有,
8.3/125μm、单模。
62.5/125μm、多模。
50/125μm、多模。
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3.2 传输介质
光纤
涂覆层
紧套层
加强件
护套
图 3.38 多模室内光缆结构图
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3.2 传输介质
图 3.39 架空光缆结构
UV固化光纤
PBT松套管
PE垫层
光纤油膏
非金属加强构件 （ FRP）
光缆填充膏
无纺布及扎带
PE护套
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3.2 传输介质
光纤带
金属加强芯
纤膏
松套管
缆膏
阻水带
双面涂塑铝带
PE内护层
阻水层
双面涂塑轧纹钢带
PE外护层
图 3.40中心束管式直埋光缆
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3.2 传输介质
光纤带
金属加强芯
纤膏
松套管
缆膏
阻水层
双面涂塑铝带
PE内护层
阻水层
双面涂塑轧纹钢带
PE外护层
图 3.41 层绞式直埋光缆
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3.2 传输介质
图 3.42 管道光缆的结构图
光纤
金属加强芯
纤膏
松套管
缆膏
阻水层
双面涂塑铝带
PE护套
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3.2 传输介质
光纤
金属加强芯
纤膏
松套管
缆膏
阻水层
双面涂塑铝带
PE内护套
钢丝
PE外护套
图 3.43海底光缆结构图
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3.2 传输介质
5,光纤通信的基本原理
目前使用的光纤通信系统，普遍采用数字编码、强度调
制和直接检波通信系统。光纤通信系统的基本构成如图
3.44所示。
图 3.44 光纤通信系统的基本构成
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3.2 传输介质
6,光缆连接部件
光纤配线设备作为光纤接入网技术的关键技术设备之一，
主要分为室内配线和室外配线设备两大类。其中，室内配
线包括机架式（光纤配线架、混合配线架）、机柜式（光
纤配线柜、混合配线柜）和壁挂式（光纤配线箱、光缆终
端盒、综合配线箱），室外配线设备包括光缆交接箱、光
纤配线箱、光缆接续盒。这些配线设备主要由配线单元、
熔接单元、光缆固定开剥保护单元、存储单元及连接器件
组成，综合布线系统配线产品包含有相应的数字配线模块、
音频配线模块。连接部件主要有配线架、端接架、接线盒、
光缆信息插座、各种连接器（如 ST,SC,FC等）以及用于
光缆与电缆转换的器件。
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3.2 传输介质
7,光纤连接器
光纤连接器是光纤通信中使用量最多的光无源器件，大
多数的光纤连接器是由三部分组成，两个光纤接头和一个
耦合器。耦合器是把两条光缆连接在一起的设备，使用时
把两个连接器分别插到光纤耦合器的两端。耦合器的作用
是把两个连接器对齐，保证两个连接器之间有一个低的连
接损耗。耦合器多配有金属或非金属法兰，以便于连接器
的安装固定。光纤连接器使用卡口式、旋拧式,,n”型弹
簧夹和 MT -RJ等方法连接到插座上。光纤连接器件之间
的连接关系如图 3.45所示。
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3.2 传输介质
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3.2 传输介质
按照不同的分类方法，光纤连接器可以分为不同的种类。
按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；
按结构的不同可分为 FC,SC,ST,D4,DIN,Biconic,MU,LC、
MT等各种型式；按连接器的插针端面可分为 FC,PC（ UPC）和
APC；按光纤芯数还有单芯、多芯之分。在实际应用过程中，一
般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。综合布线系统领域
应用最多的光纤连接器是以 2.5mm陶瓷插针为主的 FC,ST和 SC型，
以 LC,VF-45,MT-RJ为代表的超小型光纤连接器应用也正增长。
以下简单介绍一些目前比较常见的光纤连接器。
要传输数据，至少需要两根光纤。一根光纤用于发送，另
一根用于接收。光纤连接器根据光纤连接的方式被分为两种：
单连接器在装配时只连接一根光纤。
双连接器在装配时要连接两个光纤。
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3.2 传输介质
(1) ST光纤连接器
ST光纤连接器最早由 AT＆ T开发出来，是双锥型连接
器（ Biconic Connector）。
ST是 StraightTip（直通式）的缩写。 ST光纤连接器有
一个直通和卡口式锁定机构。 ST连接头使用一个坚固的金
属卡销式耦合环和一个发散形状的凹弯使适配器的柱头可
以方便地固定。双 ST头可用于带护套光纤，一个用米色护
套，一个用黑色护套，两种颜色使光纤易于识别，单个适
用于带缓冲光纤的 ST头。
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3.2 传输介质
图 3.46（ a） ST光纤连接器 图 3.46（ b） ST光纤适配
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3.2 传输介质
(2) SC光纤连接器
SC光纤连接器是商业布线标准推荐的用于新的布线工
程的连接器。由日本 NTT公司开发，外形呈矩形，插针的
断面多采用 PC或 APC型研磨方式。
SC光纤连接器为插拔销闩型连接器，与耦合器相接时，
通过压力固定，这样只需轻微的压力就可以插入或拔出 SC
适配器，不需旋转。
SC光纤连接器既可以端接 50/125?m和
62.5/125?m的多模光缆，也可以端接单模光纤。工业
布线标准推荐用棕色连接器端接多模光缆，用蓝色连接器
端接单模光缆。适用于工作区、水平布线和管理区。
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3.2 传输介质
图 3.47（ a） SC光纤连接器 图 3.47（ b） SC光纤适配器
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3.2 传输介质
(3) MU连接器
MU（ Miniature Unit Coupling）连接器是一种直
插式连接方式的连接器，实际上是 SC型连接器的小型化，
是以目前使用最多的 SC型连接器为基础，由 NTT研制开
发出来的世界上最小的单芯光纤连接器，其体积约为 SC型
连接器的 2/5。如图 3.48(a)为 MU光纤连接器，该连接
器采用 1.25mm直径的套管和自保持机构，能实现高密
度安装。 MU分单芯、双芯和 8芯三类，互换性和重复性好，
适用于 DWDM系统，但在多芯插拔时需用专用工具。
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3.2 传输介质
图 3.48（ a） MU光纤连接器 图 3.48（ b） MU光纤适配器
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3.2 传输介质
(4) FC光纤连接器
FC是 Ferrule Connector的缩写，表明其外部加强
方式采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早的 FC型的连接
器，采用陶瓷插针的对接端面是平面接触方式（ FC）。此
类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对
微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性
能较为困难。现在 FC型连接器对接端面呈球面的插针
（ PC），外部结构没有变化，使得插入损耗和回波损耗性
能有了较大幅度的提高。
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3.2 传输介质
图 3.49（ a） FC光纤连接器 图 3.49（ b） FC光纤适配器
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3.2 传输介质
(5) SFF光纤连接器
SFF光纤连接器是一种新型的连接器。 SFF光纤连接器
可以在一个连接器内端接两芯或更多的光纤。整个连接器
在配线盘或者通信设备上占据的空间跟一个 8线位组合式
连接器差不多。
① MT-RJ SFF光纤连接器
MT-RJ SFF光纤连接器是 Tyco Electronics和
Siecor联合开发的。 MT-RJ SFF光纤连接器类似于 8线
位组合式连接器,MT－ RJ连接头双工光纤性能的所有优
点组合进紧凑式, RJ”型结构。可以端接 50/125?m和
62.5/125?m的多模光缆。
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3.2 传输介质
图 3.50 MT-RJ SFF光纤连接器
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3.2 传输介质
② Volition
VF-45连接器
Volition VF-
45连接器是由 3M公
司开发的，类似于 8
线位组合式连接器，
是专门针对局域网应
用，它用一种没有箍
套的 V型凹槽设计取
代了箍套。
图 3.51 VF-45连接器
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3.2 传输介质
③ LC连接器
LC产品是一款新型的, SFF”产品，如图 3.52所示。
LC型连接器是著名 Bell研究所研究开发出来的，采用操作
方便的模块化插孔 (RJ)闩锁机理制成,其所采用的插针和
套筒的尺寸是普通 SC,FC等所用尺寸的一半，为
1.25mm。这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度。
具有 ST,SC的一切特点以及更高的端接密度。现有单模
和多模两款产品。 LC多模光纤接头可端接 62.5/125μm
及 50/125μm多模光纤,
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3.2 传输介质
图 3.52 LC光纤连接器
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3.2 传输介质
图 3.53 不同连接口的耦合器
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3.2 传输介质
(4) 与光纤连接的设备
与光纤连接的设备目前主要有光纤收发器、网卡和光纤
模块交换机等。
① 光纤收发器
光纤收发器是一种光电转换设备，主要用于设备本身没
有光纤收发器的情况，例如，普通的交换机和网卡。如图
3.54所示为一款光纤收发器。
② 光接口网卡
有些服务器需要与交换机之间进行高速的光纤连接，这
时，服务器中的网卡应该具有光纤接口。主要有 Intel、
IBM,3COM和 D-Link等大公司的产品系列。
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3.2 传输介质
③ 带光纤接口的交换机
许多中高档的交换机为
了满足连接速率与连接距
离的需求，一般都带有光
纤接口。有些交换机为了
适应单模和多模光纤的连
接，还将光纤接口与收发
器设计成通用接口的光纤
模块，根据不同的需要选
用，把这些光纤模块插入
交换机的扩展扩展插槽中。
图 3.54 光纤收发器
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3.2 传输介质
3.2.3 无线传输介质
可以在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信就是无
线传输。地球上的大气层为大部分无线传输提供了物理通道,就
是常说的无线传输介质。
1,微波
微波数据通信系统有两种形式：地面系统和卫星系统。使用
微波传输要经过有关管理部门的批准，而且使用的设备也需要
有关部门允许才能使用。由于微波是在空间直线传播，如果在
地面传播，地球表面是一个曲面，其传播距离受到限制，采用
微波传输的站必须安装在视线内，传输的频率为 4GHz?6GHz和
21GHz?23GHz，传输距离一般只有 50km左右。采用卫星微
波，卫星在发送站和接收站之间反射信号，传输的频率为
11GHz?14GHz。
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3.2 传输介质
2,激光通信
激光通信的优点是带宽更高、方向性好、保密性能好等。激光
通信多用于短距离的传输。激光通信的缺点是其传输效率受天气影
响较大。
3,红外线光
红外线通信不受电磁干扰和射频干扰的影响。红外无线传输建
立在红外线光的基础上，采用光发射二极管、激光二极管或光电二
极管来进行站点与站点之间的数据交换。红外无线传输既可以进行
点到点通信，也可以进行广播式通信。但这种传输技术要求通信节
点之间必须在直线视距之内，不能穿越墙。红外线传输技术数据传
输速率相对较低，在面向一个方向通信时，数据传输率为 16Mbps。
如果选择数据向各个方向上传输时，速度将不能超过 1Mbps。
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3.3 常见的物理层标准
3.3.1 物理层标准概述
物理层是 OSI模型的最低层，它向下直接与传输介质相连接，
是开放系统和物理传输介质的接口，向上相邻且服务于数据链路层。
它的作用是在数据链路层实体之间提供必需的物理连接，按顺序传
输数据位，并进行差错检查。物理层协议要解决的是主机、工作站
等数据终端设备与通信线路上通信设备之间的接口问题。
数据终端设备又称 DTE（ Data Terminal Equitment），
指数据输入、输出设备和传输控制器或计算机等数据处理装置及其
通信控制器。数据电路端接设备又称 DCE（ Data Circuit
Equitment），指自动呼叫设备、调制解调器（ Modem）以及
其他一些中间装置的集合。 DTE的基本功能是产生、处理数据；
DCE的基本功能是沿传输介质发送和接收数据。图 3.55为
DTE/DCE接口框图。
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3.3 常见的物理层标准
DTE DCE DTE DCE
图 3.55 DTE/DCE接口框图
DTE/DCE接口 DTE/DCE接口
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3.3 常见的物理层标准
1.机械特性
机械特性一般是指硬件连接的接口（连接器）的大小尺寸
和形状，即大小和形状合适的电缆、插头或插座。通信电缆
可以是圆形的，也可以是扁平带状的。连接器各个引脚的分
配，具体地说，就是插头 (或插座 )的线 (芯 )数及线的排列，
两设备间接线的数目。连接器一般都是插接式的。
2,电气特性
电气特性规定了数据交换信号以及有关电路的特性。一般
包括最大数据传输速率的说明，信号状态（逻辑电平，通 /断，
传号 /空号）的电压和电流的识别，以及电路特性的说明和与
互连电缆相关的规定。例如，位信号 1和 0电压的大小和 1比
特占多少微秒。电气特性决定了传送速率和传输距离。
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3.3 常见的物理层标准
3,功能特性
功能特性规定接口信号所具有的特定功能，即 DTE-DCE
之间各信号的信号含义。通常信号线可分为四类：数据线、
控制线、同步线和地线。
4,规程特性
规程特性就是协议规定了使用交换电路进行数据交换时
应遵循的控制步骤，即完成连接的建立、维持、拆除时，
DTE和 DCE双方在各线路上的动作序列或动作规则。它涉及
到 DTE与 DCE双方在各线路上的动作规程以及执行的先后顺
序，如怎样建立和拆除物理线路的连接，信号的传输采用
单工、半双工还是全双工方式等。
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3.3 常见的物理层标准
3.3.2 常见的国际标准组织
物理层涉及的范围比较广泛、而且早在 ISO提出 OSI参考模
型之前，许多属于物理层的规程 (Procedure)或协议就已经制定
出来了。
有很多的国际标准组织参与了各类物理层标准的制定工作，
下面介绍其中的一些较为重要和具有影响力的国际标准组织。
1,国际标准化组织 ISO
2,美国电子工业协会 EIA
3,国际电报电话咨询委员会 CCITT
4,国际电信联盟 ITU
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3.3 常见的物理层标准
3.3.3 物理层标准举例
1,EIA RS-232C/V.24 接口标准
EIA RS-232C是由 EIA在 1969年颁布的一种串行物理接口，
RS-232-C中的 RS是 Recommended Standard的缩写，意为
推荐标准； 232是标识号码；而后缀, C”是版本号。 RS-232-C
接口标准与国际电报电话咨询委员会 CCITT的 V.24标准兼容，
是一种非常实用的异步串行通信接口。 RS-232标准提供了一个
利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调制解调器将远程设
备连接起来的技术规定。远程电话网相连接时，通过调制解调
器将数字转换成相应的模拟信号，以使其能与电话网相容；在
通信线路的另一端，另一个调制解调器将模拟信号逆转换成相
应的数字数据，从而实现比特流的传输。
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3.3 常见的物理层标准
图 3.56给出了两台远程计算机通过电话网相连的结构图。
RS-232C标准接口只控制 DTE与 DCE之间的通信，与连接
在两个 DCE之间的电话网没有直接的关系。
主机 A Modem
图 3.56 RS-232C的远程连接
DTE DCERS-232C
主机 BModem
DCE DTERS-232C
公共电话网
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3.3 常见的物理层标准
（ 1）机械特性
RS-232C的机械特性使用 25 针的 D型连接器 DB-25，但也可使用
其他形式的连接器，如：在微型计算机的 RS-232C串行端口上，大
多使用 9针连接器 DB-9。
DB-25的机械技术指标是宽 47.04mm± 13mm(螺丝中心间的距离 )，
25 针插头／座的顶上一排针 (从左到右 )分别编号为 1～ 13，下面一
排针 (也是从左到有 )编号为 14～ 25。还有其他一些严格的尺寸说明。
（ 2）电气特性
RS-232C 的电气特性与 CCITT V.28 兼容，采用非平衡驱动，非
平衡接收的电路连接方式。信号驱动器的输出阻抗 ≤ 300Ω,接收
器输入阻抗为 3～ 7kΩ 。信号电平 -5V～ -15V 代表逻辑,1”, +5～
+15V 代表逻辑,0” 。在传输距离不大于 15m 时，最大速率为
19.2kbps。
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3.3 常见的物理层标准
（ 3）功能特性
RS-232C的功能特性定义了 25芯标准连接器中的 20根信号线，其
中 2根地线,4根数据线,11根控制线,3根定时信号线、剩下的 5根
线做备用。表 3.4给出了其中最常用的 10根信号线的功能特性。其
引线分配如图 3.33所示。由图 3.33可见，数据总是从引线 2上发送，
在引线 3上接收。
（ 4）规程特性
RS-232C的工作规程是在各根控制信号线有序的,ON”( 逻辑
,0”) 和,OFF”( 逻辑,1”) 状态的配合下进行的。在 DTE— DCE连
接的情况下，只有 CD(数据终端就绪 )和 CC(数据设备就绪 )均为,ON”
状态时，才具备操作的基本条件：此后，若 DTE 要发送数据，则须
先将 CA(请求发送 )置为,ON” 状态，等待 CB(清除发送 )应答信号为
,ON” 状态后，才能在 BA(发送数据 )上发送数据。
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3.3 常见的物理层标准
表 3.4 RS-232C标准中常用信号线的功能特性说明
引脚线 信号线 功能说明 信号线类型 信号方向
1 AA 保护地线（ GND） 地线
2 BA 发送数据（ TD） 数据线 DTE?DCE
3 BB 接收数据（ RD） 数据线 DCE?DTE
4 CA 请求发送（ RTS） 控制线 DTE?DCE
5 CB 允许发送（ CTS） 控制线 DCE?DTE
6 CC 数据设备就绪（ DSR） 控制线 DCE?DTE
7 AB 信号地（ SG） 地线
8 CF 载波检测（ CD） 控制线 DCE?DTE
20 CD 数据终端就绪（ DTR） 控制线 DTE?DCE
22 CE 振铃指示（ RI） 控制线 DCE?DTE
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3.3 常见的物理层标准
2,其他标准接口
除 RS232标准接口外，还有 V.24标准,RS449标准,V.35标准、
V.21标准等。
RS-499 标准相当于 CCITT的 V.35。 RS-449标准同时采用了 37芯
和 9芯连接器。它的电气特性有平衡式的 RS-422A标准和非平衡式的
RS-423A标准两个子标准。
RS-422电气标准的全称是“平衡型电压数字接口电路的电气特
性”。它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器。
RS-423电气标准是非平衡标准，采用单端发送器 (即非平衡发送
器 )和差动接收器。虽然发送器与 RS-232C标准相同，但由于接收器
采用差动方式，所以传输距离和速度仍比 RS-232C有较大的提高。
尽管 EIA 希望用 RS-449 替代 RS-232C，但到目前为止,RS-232C仍
然是 DTE和 DCE间最主要的接口标准。
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3.4 常见物理层设备与组件
3.4.1 常见物理层组件
常见的物理层组件除了物理线缆外，还包括连接头、连接插座、
转换器等。连接头和连接插座是配对使用的组件，其基本作用是为
网络线缆连接提供良好的端接。转换器则用于在不同的接口或介质
之间进行信号转换的器件，如 DB-25到 DB-9的转换器，光纤到
UTP的转换器等。
3.4.2 常见物理层设备
不可避免的信号衰减限制了信号的远距离传输从而使每种传输
介质都存在传输距离的限制。但是在实际组建网络的过程中，经常
会碰到网络覆盖范围超越介质最大传输距离限制的情形。为了解决
信号远距离传输所产生的衰减和变形问题，需要一种能在信号传输
过程中对信号进行放大和整形的设备以拓展信号的传输距离、增加
网络的覆盖范围。将这种具备物理上拓展网络覆盖范围功能的设备
称为网络互连设备。
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3.4 常见物理层设备与组件
在物理层通常提供两种类型的网络互连设备，即中继器
(repeater)和集线器 (hub)。
1,中继器
中继器具有对物理信号进行放大和再生的功能，其将从输
入接口接收的物理信号通过放大和整形再从输出接口输出。
中继器具有典型的单进单出结构，所以当网络规模增加时，
可能会需要许许多多的单进单出结构的中继器作为信号放大
之用。
使用中继器应遵守以下两条原则：一是用中继器连接的以
太网不能形成环型网；另一个必须遵守 MAC（介质访问控制）
协议的定时特性，即用中继器将电缆连接起来的段数是有限
的。
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3.4 常见物理层设备与组件
对于以太网，最多只能使用 4个中继器，意味着只能连
接 5个网段即遵守以太网的 5-4-3-2-1规则。其中,5是
局域网最多有 5个网段； 4是全信道上最多可连 4个中继器；
3是其中 3个网段可连网站； 2是有两个网段只能用来扩长
而不连任何网站，其目的是减少竞发网站的个数，而减少
发生冲突的机率； 1是由此组成一个共享局域网，总站数
小于 1024，全长小于 500m（双绞线）或 2.5km(粗同
轴电缆 )。
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3.4 常见物理层设备与组件
集线器就是通常所说的 Hub，就是一种多端口中继器，
其区别仅在于中继器只是连接两个网段，而集线器能够提
供更多的端口服务。集线器通过对工作站进行集中管理，
能够避免网络中出现问题的区段对整个网络正常运行的影
响。
（ 1）集线器的功能
在网络中，集线器是一个共享设备，主要功能是对接收
到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。依据
IEEE802.3协议，集线器功能是随机选出某一端口的设
备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备（交换机、
路由器或服务器等）进行通信。
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3.4 常见物理层设备与组件
图 3.57 集线器
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3.4 常见物理层设备与组件
① 集线器（ Hub）在 OSI（开放系统互联）七层模型中处于物
理层，其实质是一个中继器，同样必须遵守 MAC（介质访问控制）
协议的定时特性，主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩
大网络的传输距离。
② 集线器只是一个多端口的信号放大设备。当一个端口接收到
数据信号时，由于信号从源端口到集线器的传输过程中已有了衰减，
所以集线器便将该信号进行整形放大，使被衰减的信号再生到发送
时的状态，紧接着转发到其他所有处于工作状态的端口上（广播）。
以太网的每个时间片内只允许有一个结点占用公用通信信道而发送
数据，所有端口共享带宽。
③ 集线器只与它的上联设备（如上层集线器、交换机、路由器
或服务器等）进行通信。，同层的各端口之间不直接进行通信，而
是通过上联设备再通过集线器将信息广播到所有端口上。
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3.4 常见物理层设备与组件
（ 2） 集线器的分类
集线器有很多种分类方法。集线器可以按速度、配置形式、
管理方式和端口数不同进行分类。
? 按供电方式可分为无源 HUB和有源 HUB。
? 按网关功能可分为无管理 HUB和管理式 HUB。
? 按 RJ45端口数来分有 8口,12口,16口,24口,48口等
几类。
? 按适用的网络类型可分为以太网 Hub、令牌环网 Hub、
FDDI Hub,ATM Hub。
? 按提供带宽可分为 10Mbps,10/100Mbps,100Mbps、
10/100/1000MbpsHub。
? 按照扩展方式分类，集线器有可堆叠集线器和不可堆叠集线
器两种。
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3.4 常见物理层设备与组件
（ 3） 集线器的端口
端口是所连接结点的端口。集线器通常都提供三种类型的
端口，即 RJ45端口,BNC端口和 AUI端口。以适用于连接
不同类型电缆所构建的网络，一些高档集线器还提供光纤端
口和其他类型的端口,RJ45端口可用于连接 RJ45 接头，
适用于由双绞线构件的网络，这种端口是最常见的。平常所
说的多少口集线器，就是指的具有多少 RJ45端口。一般地，
集线器有一个, UP Link端口,,用于与其它集线器的连接
（级联）。
① RJ45端口既可以直接连接计算机、网络打印机等终端
设备，也可以与其它交换机、集线器或路由器等设备进行连
接。需要注意的是，当连接至不同的设备时，所使用的双绞
线电缆的跳线方法有所不同。
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3.4 常见物理层设备与组件
② BNC端口就是用于与细同轴电缆连接的端口，它一
般是通过 BNC T型接头进行连接。
③ 集线器堆叠端口是只有可堆叠集线器才具备的。
④ AUI端口就是用于与粗同轴电缆连接的端口。
在 10／ 100M自适应集线器或 100M集线器上只有
RJ45 端口。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
3.5.1 三种 UTP线缆
1,直连线的作用和线图
直连线用于将计算机连入到 HUB 或交换机，或在结构化
布线中由接线面板连到 HUB 或交换机等。
根据 EIA/TIA 568-B 标准（又俗称为端接 B），直连线
线图如表 3.5所示：
端 1 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕
端 2 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕
表 3.5 直连线线图
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3.5 技能训练：网络线缆制作
2,交叉线（ crossover ）的作用和线图
交叉线用于将计算机与计算机直接相连、交换机与交换
机直接相连，也被用于计算机直接接入路由器的以太网口。
根据 EIA/TIA 568-B 标准（又俗称为端接 B），对接线
线图如表 3.6所示：
端 1 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕
端 2 白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕
表 3.6 对接线线图
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3.5 技能训练：网络线缆制作
3,反接线（ rollover）的作用和线图
反接线用于将计算机连到交换机或路由器的控制端口，
在此计算机起超级终端作用。
根据 EIA/TIA 568-B 标准,反接线线图如表 3.7所示,
端 1 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕
端 2 棕 白棕 绿 白蓝 蓝 白绿 橙 白橙
表 3.7 反接线线图
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3.5 技能训练：网络线缆制作
3.5.2 制作步骤
1,制作直连线
步骤：
⑴ 用剥线钳在线缆的一端剥出一定长度的线缆。
⑵ 用手将 4对绞在一起的线缆按（白橙、橙、白绿、绿、
白蓝、蓝、白棕、棕）的顺序拆分开来并小心地拉直（注
意：切不可用力过大，以免扯断线缆）。
⑶ 按表 3.5端 1的顺序调整线缆的颜色顺序。（即交换
蓝线与绿线的位置）
⑷ 将线缆整平直并剪齐（确保平直线缆的最大长度不超
过 1.2cm）。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
⑸ 将线缆放入 RJ-45插头，在放置过程中注意 RJ-45
插头的把子朝下，并保持线缆的颜色顺序不变。
⑹ 检查已放入 RJ-45插头的线缆颜色顺序，并确保线
缆的末端已位于 RJ-45插头的顶端。
⑺ 确认无误后，用压线工具用力压制 RJ-45插头，以
使 RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层。
⑻ 重复步骤⑴－⑺制作线缆的另一端，直至完成直连线
的制作。
⑼ 用网线测试仪检查已制作完成的网线。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
2,制作交叉线
步骤：
⑴ 按制作直连线中的步骤⑴－⑺制作线缆的一端。
⑵ 用剥线工具在线缆的另一端剥出一定长度的线缆。
⑶ 用手将 4对绞在一起的线缆按（白绿、绿、白橙、橙、
白蓝、蓝、白棕、棕）的顺序拆分开来并小心地拉直（注
意：切不可用力过大，以免扯断线缆）。
⑷ 按表 3.6端 2的顺序调整线缆的颜色顺序，即交换表
3.6端 1橙线与蓝线的位置。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
⑸ 将线缆整平直并剪齐（确保平直线缆的最大长度不超
过 1.2cm）。
⑹ 将线缆放入 RJ-45插头，在放置过程中注意 RJ-45
插头的把子朝下，并保持线缆的颜色顺序不变。
⑺ 检查已放入 RJ-45插头的线缆颜色顺序，并确保线
缆的末端已位于 RJ-45插头的顶端。
⑻ 确认无误后，用压线工具用力压制 RJ-45插头，以
使 RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层，直至
完成对接线的制作。
⑼ 用网线测试仪检查已制作完成的网线。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
3,制作反接线
步骤：
⑴ 按制作直连线中的步骤⑴－⑺制作线缆的一端，
⑵ 用剥线工具在线缆的另一端剥出一定长度的线缆。
⑶ 用手将 4对绞在一起的线缆按（白橙、橙、白绿、绿、
白蓝、蓝、白棕、棕）的顺序拆分开来并小心地拉直（注
意：切不可用力过大，以免扯断线缆）
⑷ 按表 3.7端 2的顺序调整线缆的颜色顺序。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
⑸ 将线缆整平直并剪齐（确保平直线缆的最大长度
不超过 1.2cm）。
⑹ 将线缆放入 RJ-45插头，在放置过程中注意 RJ-
45插头的把子朝下，并保持线缆的颜色顺序不变。
⑺ 检查已放入 RJ-45插头的线缆颜色顺序，并确
保线缆的末端已位于 RJ-45插头的顶端
⑻ 确认无误后，用压线工具用力压制 RJ-45插头，
以使 RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层，
直至完成反接线的制作
⑼ 用网线测试仪检查已制作完成的网线。
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习题
1,简述物理层在 OSI模型中的地位和作用。
2,什么是数据通信?什么是数字数据通信?
3,什么是基带传输?什么是频带传输?试就两者进行比较。
4,比较频分多路复用技术和时分多路复用技术的异同点。
5,已知脉冲序列为 1101101001101，请按介绍的几种数字数据
编码方案，绘制相应的波形。
6,常用的传输介质有几类？各有和特点？
7,物理层协议包括哪些方面的内容?为什么要做出这些规定?
8,DTE和 DCE是什么，它们对应于网络中的哪些设备?
9,简述两台计算机通过 RS-232C接口标准通信的调制解调器物
理连线方法。
10,请比较中继器和集线器作为物理层网络互连设备的异同。
第 3章 物理层
本章基本要求：
了解数据通信的基本知识，
熟悉常用传输介质、多路复用技术以及
常用的物理层协议以及物理层的网络设备
（中继器和集线器）等内容。
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第 3章 物理层
3.1 数据通信基础
3.2 传输介质
3.3 常见的物理层标准
3.4 常见物理层设备与组件
3.5 技能训练：网络线缆制作
习题
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3.1 数据通信基础
3.1.1 数据通信的基本概念
1．信息、数据和信号
信息是指有用的知识或消息，计算机网络通信的目的就是
为了交换信息。而数据则是是运送信息的实体，是信息的表
达方式，其可以是数字、文字、声音、图形和图象等多种不
同形式。信号（ Signal）是数据在传输过程中的电磁波表示
形式。
2．模拟信号与数字信号
作为数据的电磁波表达形式，信号一般以时间为自变量，
以表示数据的某个参量如振幅、频率或相位为因变量。并且
按其因变量对时间的取值是否连续被分为模拟信号和数字信
号。
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3.1 数据通信基础
模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号，如
图 3.1 所示。电视图像信号、语音信号、温度压力传感器
的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。数字信
号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号，通常表现
为离散的脉冲形式，可表示为 x（ n T），如图 3.2 所示。
显然，在数字信号中，因变量取值状态是有限的。计算机
数据、数字电话和数字电视等都可看成是数字信号。
1 0 1 1 0 0 0
图 3.1 模拟信号 图 3.2 数字信号
t
?(t)
nt
X(nt)
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3.1 数据通信基础
3,数据通信
发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到
数据接收方的过程就称为是数据通信。数据通信被分为模
拟数据通信和数字数据通信。所谓模拟数据通信是指在模
拟信道上以模拟信号形式来传输数据；而数字数据通信则
是指利用数字信道以数字信号方式来传递数据。
4,源点、终点和信道
在数据通信中，通常将数据的发送方称为源点，而将数
据的接收方称为终点。源点和终点一般是计算机或其它一
些数据终端设备。
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3.1 数据通信基础
3.1.2 数据通信系统的模型
数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分
布在各处的数据终端设备连接起来，执行数据传输功能的系
统。 图 3.3给出了数据通信系统的模型。
一个数据通信系统由源系统（或发送端）、传输系统（或
传输网络）和目的系统（或接收端）三部分组成。
源系统一般包括以下两部分：
? 源点：源点设备发送要传输的数据，又称源站，发送输出
的数字比特流。
? 发送器：通常源点发送的数据要通过发送器编码后才能够
在传输系统中进行传输。把源点所要发送的数据转换成适合
于在信道上传输的信号。
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3.1 数据通信基础
目的系统一般包括以下两部分：
? 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够
被目的设备处理的信息。把从信道上接收的信号转换成终点所
能识别的数据。
? 终点：终点设备从接收器获取传送来的数据，又称目的站。
源点和终点分别是数据的出发点和目的地，又被称为数据终
端设备 (Data Terminal Equipment,简称 DTE)。 DTE
通常属于资源子网的设备，如资源子网中的计算机、数据输入 /
输出设备和通信处理机等。
发送器和接收器又称为数据线路端接设备 (Data Circuit-
terminating Equipment，简称 DCE)。 DCE为 DTE提供
了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备。
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3.1 数据通信基础
输出
数据
输入
数据
发送器
图 3.3 数据通信系统的模型
公用电话网
数据通信系统
数字比特流 数字比特流模拟信号 模拟信号
PC机 PC机Modem Modem
源系统 目的系统传输系统
源点 传输系统
器
接收器 终点
发送的
信号
接收的
信号
输入
信息
输出
信息
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3.1 数据通信基础
3.1.3 数据调制与编码
1,调制与编码原理
调制是载波信号的某些特性根据输入信号而变化的过程。一般
说来，有四种传输数据的方法：
（ 1）模拟数据，模拟信号：采取电信号形式的模拟数据可以原封
不动地传输出去，也可以在较高频率下进行调制。
（ 2）数字数据，模拟信号：利用调制器把数字数据变换成能在现
有模拟线路上传输的模拟信号。
（ 3）数字数据，数字信号：数字信号可以按照其原来形式通过数
字通信线路进行传输，也可以编码成不同类型的数字信号，即代表两
个不同二进制值的数字信号。
（ 4）模拟数据，数字信号：为了使模拟信号能在数字通信线路上
传输，将模拟数据变换成数字信号的方法，称为编码。
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3.1 数据通信基础
2,模拟数据的模拟信号调制
模拟数据经由模拟信号传输时不需进行变换，但是
由于考虑到前面谈到的天线尺寸问题，模拟形式的输入数
据要在甚高频下进行调制。输出信号是一种带有输入数据
的频率极高的模拟信号。最常用的两种调制技术是幅度调
制（ AM）和频率调制（ FM）。
(1) 幅度调制
幅度调制如 图 3.4所示，它是一种载波的幅度会随着原
始模拟数据的幅度变化而变化的技术。载波的幅度会在整
个调制过程中变动，而载波的频率是不变的。将接收到的
幅度调制信号进行解调，就可以恢复成原始的模拟数据。
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3.1 数据通信基础
原始模拟信号 载波信号V
时间 （ s） 时间 （ s）
重叠的原始模拟信号
幅度调制信号
V
时间 （ s）
图 3.4 幅度调制
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3.1 数据通信基础
(2) 频率调制
频率调制如 图 3.5所示，它是一种高频载波的频率会随
着原始模拟信号的幅度变换而变化的技术。因此，载波频
率会在整个调制过程中波动，而载波的幅度是不变的。将
接收到的频率调制信号进行解调，就可以恢复成原始的模
拟数据。
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3.1 数据通信基础
（ a） 幅移键控法 （ b） 频移键控法 （ c） 相移键控法
图 3.6 数字数据的模拟信号调制
00110100010 00110100010 0011010 0 0 10
V
时间 （ s）
图 3.5 频率调制
调频信号
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3.1 数据通信基础
3,数字数据的模拟信号调制
模拟信号发送的基础是一种称为载波信号的连续的频率
恒定的信号。通过以下三种载波特性之一来对数字数据进
行调制：振幅、频率和相位，或者这些特性的某种组合。
对数字数据的模拟信号进行调制的三种基本形式：
? 幅移键控法（ ASK,amplitude-shift keying）。
? 频移键控法（ FSK,frequency-shift keying）。
? 相移键控法（ PSK,phase-shift keying）。
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3.1 数据通信基础
4,数字数据的数字信号编码
传输数字信号最普遍而且最容易的办法是用两个电压电平来表
示两个二进制数字。例如，无电压（也就是无电流）常用来表示 0，
而恒定的正电压用来表示 1。常用的数字数据的数字信号编码有以
下几种：
(1) 单极性不归零码和双极性不归零码
不归零编码 (Non-Return Zero，简称 NRZ)分别采用两种高
低不同的电平来表示两个二进制, 0”和, 1”。例如，用高电平表
示, 1”，低电平表示, 0”。
① 单极性码
如图 3.7（ a） 表示单极性码，在每一码元时间间隔内，有电流
发出表示二进制的 1；无电流发出则表示二进制的 0。
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3.1 数据通信基础
每一个码元时间的中心是采样时间，判决门限为半幅度
电平，即 0.5。若接收信号的值在 0.5与 1.0之间，就判为
1；若在 0.5与 0之间，就判为 0。每秒钟发送的二进制码
元数称为码速，其单位为波特（ Baud）。在二进制情况
下,1波特相当于信息传输速率为 1比特每秒（ bps），此
时码元速率等于信息速率。
② 双极性码
如图 3.7（ b） 表示双极性码，在每一码元时间间隔内，
发正电流表示二进制的 1；发负电流表示二进制的 0。正的
幅值和负的幅值相等，所以称为双极性码。这种情况的判
决门限定为零电平。接收信号的值如在零电平以上，判为
1；如在零电平以下判为 0。
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3.1 数据通信基础
采样时间
判决门限1
采样时间
判决门限1
-1
（ a） 单极性码 （ b） 双极性码
图 3.7 单极性码和双极性码
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3.1 数据通信基础
(2) 单极性归零码和双极性归零码
① 单极性归零码,如图 3.8（ a）表示单极性归零码，在
每一码元时间间隔内，当发 1时，发出正电流，但是发电流
的时间短于一个码元的时间，就是说，发一个窄脉冲。当
发 0时，仍然完全不发送电流。这样发 1时有一部分时间不
发电流，幅度降为回零电平。所以称这种码为归零码。
② 双极性归零码,如图 3.8（ b）表示双极性归零码，在
每一码元时间间隔内，当发 1时，发出正的窄脉冲；当发 0
时，发出负的窄脉冲。两个码元之间的间隔时间可以大于
每一个窄脉冲的宽度。采样时间总是对准中心。
图 3.8所示的两种情形表示的二进制序列均为 01101001。
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3.1 数据通信基础
判决门限1
（ a） 单极性码 采样时间
判决门限
1
（ a） 双极性码
-1
图 3.8 单极性归零码和双极性归零码
采样时间
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3.1 数据通信基础
(3) 曼彻斯特码和差分曼彻斯特码
如图 3.9（ a）所示为曼彻斯特码。曼彻斯特编码将每比特信
号周期 T分为前 T/2和后 T/2，用前 T/2传送该比特的反（原）码，
用后 T/2 传送该比特的原（反）码。所以在这种编码方式中，
每一位电信号的中点 (即 T/2 处 )都存在一个电平跳变，如图
3.10（ a）所示。
如图 3.9（ b）所示为差分曼彻斯特码。差分曼彻斯特编码是
对曼彻斯特编码的一种改进。其保留了 Manchester 编码作为
,自含时钟编码, 的优点，仍将每比特中间的跳变作为同步之
用，但是每比特的取值则根据其开始处是否出现电平的跳变来
决定。通常规定有跳变者代表二进制, 0”，无跳变者代表二进
制, 1”,如图 3.8（ b）所示。
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3.1 数据通信基础
（ a）曼彻斯特码 （ b）差分曼彻斯特码
0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1
图 3.9 曼彻斯特码和差分曼彻斯特码
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3.1 数据通信基础
5,模拟数据的数字信号编码
利用数字信号来对模拟数据进行编码的最常见的例子是
脉冲代码调制（ PCM,Pulse Code Modulation），它常
用于对声音信号进行编码。脉冲代码调制是以采样定理为
基础的，采样定理指出：
如果在规则的时间间隔内，以高于两倍最高有效信号频
率的速率对信号 ?（ t）进行采样的话，那么，这些采样值
就包含了原始信号的全部信息。利用低通滤波器可以从这
些采样中重新构造出函数 ?（ t）。
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3.1 数据通信基础
3.1.4 基带传输
在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各类数据。
而脉冲信号是二进制比特的典型表达方式，按傅利叶分析，
脉冲信号由直流、基频、低频和高频等多个分量组成，随
着频率的升高，其相应的幅度减小直至趋于零。在脉冲信
号的整个频谱中，从零开始有一段能量相对集中的频率范
围被称为基本频带 (base band)，简称基频或基带，基频等
于脉冲信号的固有频率。与基频对应的数字信号称为基带
信号。
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3.1 数据通信基础
源
点
编
码
数字信道
信号噪声
图 3.11 数字数据通信系统基本模型
终点解
码
采用基带信号进行传输的数字通信系统的模型如图 3.12所示。
该系统要解决的关键问题是数字数据的编解码问题。即在发送
端，要解决如何将二进制数据序列通过某种编码方式转化为可
直接传送的基带信号；而在接收端，则要解决如何将收到的基
带信号通过解码恢复为与发送端相同的二进制数据序列。
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3.1 数据通信基础
3.1.5 频带传输
利用模拟信道传输二进制数据的方式称为频带传输。采用模拟
信号传输的模拟数据通信系统的模型如图 3.5所示。频带传输的关
键问题是如何将计算机中的二进制数据转化为适合模拟信道传输的
模拟信号。在发送端，需要将二进制数据变换成能在电话线或其他
传输线路上传输的模拟信号，即所谓的调制（ modulation）；而
在接收端，则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据，
即所谓的解调（ demodulation）。通常将在发送端承担调制功能
的设备称为调制器（ modulator），而将在接收端承担解调功能的
设备称为调制器（ demodulator）。由于数据通信是双向的，所
以实际上在数据通信的任何一方都要同时具备调制和解调功能，我
们将同时具备这两种功能的设备称为调制解调器（ modem）。目
前，调制解调器已逐渐被 ADSL取代。
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3.1 数据通信基础
3.1.6 数据通信系统的主要质量指标
数据通信的任务是传输数据，希望达到速度快、出错率
低、信息量大、可靠性高，并且既经济又便于使用维护。
为了衡量通信系统的质量优劣，必须使用通信系统的性能
指标，即质量指标。通信系统的性能指标涉及到通信的有
效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等等。
但从研究信息的传输来说，通信的有效性和可靠性是最重
要的指标。有效性是指传输一定的信息量所消耗的信息资
源（带宽或时间），而可靠性是指接收信息的准确程度。
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3.1 数据通信基础
1,模拟通信系统的质量指标
（ 1）有效性
模拟通信系统的有效性是用有效传输带宽来度量，同样
的信息采用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。频
带宽度越窄，有效性越好。
（ 2）可靠性
模拟通信系统的可靠性是用接收端最终的输出信噪比来
度量。信噪比越大，通信质量越高。如普通电话要求信噪
比在 20dB以上，电视图像则要求信噪比在 40dB以上。
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3.1 数据通信基础
2,数字通信系统的质量指标
数据通信系统中，有效性用传输速率来表示，可靠性用差
错率（误码率）来衡量。
（ 1） 数据传输速率
数据传输速率有两种度量单位：波特率和比特率
① 波特率
波特率又称为波形速率或码元速率。指数据通信系统中，
线路上每秒传送的波形个数。其单位是, 波特, （ Baud）。
设一个波形的持续周期为 T，则波特率 B可以由下式给出：
B=1/T（波特）
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3.1 数据通信基础
② 比特率
比特率又称为信息速率，简称数据率，是指发送端和接
收端之间单位时间内传输数据的平均比特数，其单位是每
秒位（ bps），或每秒千位（ kbps），或每秒兆位
（ Mbps），其换算关系为 1kbps=103bps，
1Mbps=106bps(≠220bps。数据传输速率反映了终
端设备之间的信息处理能力，它是一段时间的平均值。通
常用它来描述数据通信系统的性能。
比特率直接与波形速率和一个波形所携带的信息量有关，
因此比特率 S可以按下式计算：
S=Blog2n
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3.1 数据通信基础
（ 2）数据传输的质量
衡量数据传输质量的指标是差错率，通常用误码率来表
示。
误码率＝（接收方出现差错的比特数（位数） /总的传
输比特数（位数）） × 100％
误码率是一个统计平均值，在统计和测试时应采用统计
学的方法，在足够时间和足够统计的数量后方可正确得出。
计算机网络通信系统中，要求误码率低于 10-6。如果
实际传输的不是二进制码元，需折合成二进制码元计算。
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3.1 数据通信基础
3.1.7 多路复用技术
为了提高通信线路传送信息的效率，通常采用在一条物
理线路上建立多条通信信道的多路复用（ Multiplexing）
技术，多路复用技术使得在同一传输介质上可传输多个不
同信源发出的信号，从而可充分利用通信线路的传输容量，
提高传输介质的利用率。
图 3.12 给出了多路复用的数据传输系统的工作原理。
在输入端，多路复用器将若干个彼此无关的输入信号合并
为在一条物理线路上传输的复合信号，从而多个数据源共
享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。
而在输出端，则由多路解复用器将复合信号按通道号分离
出来。
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3.1 数据通信基础
多
路
复
用
器
多
路
复
用
器
一条物理线路（多条信道）
N
个
输
入
N
个
输
出
图 3.12 多路复用原理
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3.1 数据通信基础
当前采用的多路复用方式有频分多路复用（ Frequency
Division Multiplexing，简称 FDM）、时分多路复用（ Time
Division Multiplexing，简称 TDM）和波分复用 (Wavelength
Division Multiplexing,简称 WDM)等。
1,频分多路复用技术
当介质的有效带宽超过被传输的信号带宽时，可以把多个信
号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现同时传送
多路信号，即将信道的可用频带（带宽）按照频率不同，把传
输频带分成若干个互不交叠的频段，每个信号占据其中一个频
段，从而形成许多个子信道，如图 3.13所示；在接收端用适当
的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理，这种技
术称为频分多路复用技术（ FDM,Frequency Division
Multiplexing）。
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3.1 数据通信基础
时间
子信道 D
子信道 C
子信道 B
子信道 A
可
用
频
带
频率
图 3.13 FDM子信道示意图
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3.1 数据通信基础
FDM系统的原理示意图如图 3.14所示，它假设有六个输
入源，分别输入 6路信号到频分复用器（ FDM-MUX），频分
复用器将每路信号调制在不同的载波频率上（例如 ?1，
?2,? ?6），每路信号以其载波频率为中心，占用一定的
带宽，此带宽范围称作一个通道，各通道之间通常用保护
频带隔离，以保证各路信号的频带间不发生重叠。输入信
号可以是模拟的，也可以是数字的。
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3.1 数据通信基础
图 3.14 频分多路复用示意图
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3.1 数据通信基础
2,时分多路复用技术
如果传输介质能达到的传输速率超过单一信源要求的数据传
输速率，可以采用时分多路复用技术（ TDM,Time Division
Multiplexing）。这种多路复用技术的出发点是将一条线路按
工作时间划分周期 T，每一周期再划分成若干时间片 t1,t2，
t3 ?? tn,轮流分配给多个信源来使用公共线路，在每一
周期的每一时间片 ti 内，线路供一对终端使用，在时间片 tj内，
线路供另一对终端占用。
例如 A与 A'通信时占用时间片 t1，当 A需要与 A'交换数据时，
它们只能在每一个周期的第一个时间片 t1内进行通信，而在其
他的时间片内这一用户不能进行通信。如果 A与 A'需要交换的信
息很多，一个时间片内不能完成，则必须将信息分割成一个个
小信息段，在每次占用线路的时间片里交换一段信息。 6路时分
复用的示意图如图 3.15所示。
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3.1 数据通信基础
图 3.15 时分多路复用示意图
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3.1 数据通信基础
时分多路复用又分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。
（ 1）同步时分多路复用
同步时分多路复用是指分配给每个终端数据源的时间片是固定的，
不管该终端是否有数据发送，属于该终端的时间片都不能被其他终端
占用。
（ 2）异步时分多路复用
异步时分多路复用允许动态地分配时间片，如果某个终端不发送信
息，则其他的终端可以占用该时间片。
TDM适用于数字信号，而 FDM适用于模拟信号； TDM在时域上
各路信号是分隔开的； FDM在频域上各路信号是分隔开的； TDM信
号的形成和分离都可通过数字电路实现，比 FDM信号使用调制器和滤
波器要简单得多。在宽带局域网中，可以把 TDM和 FDM结合起来，
将整个信道频分成几个子信道，每条子信道再使用时分多路复用技术。
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3.1 数据通信基础
3,波分多路复用
波分多路复用（ Wave-length Division Multiplexing，
WDM）是频分多路复用在光纤信道上使用的一个变种。
如图 3.16 所示,WDM系统的核心器件是棱柱或衍射
光栅。多根光纤发出的光信号到达同一个棱柱或衍射光栅，
每根光纤里的光波处于不同的波段上，多束光信号通过棱
柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再
由一个棱柱或衍射光栅将光重新分解为多路光信号。
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3.1 数据通信基础
共享光纤
光纤 4
光纤 5
光纤 6
光纤 1
光纤 2
光纤 3
光谱
?
?
?
F1
F2
F3 F3F2F1
共享光纤的光谱
图 3.16 波分多路复用系统
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3.1 数据通信基础
3.1.7 数据通信技术
1,数据传送方式
数据传送有两种方式：并行通信和串行通信。通常情况
下，并行通信用于距离较近的情况，串行通信用于距离较
远的情况。
(1) 并行通信
一个数据代码由若干位组成，在数据设备内进行近距离
传输（ 1米或数米之内）时，为了获得高的数据传输速率，
使每个代码的传输延迟尽量小，可以采用并行传输方式，
即数据的每一位各占一条信号线并行传输。
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3.1 数据通信基础
如图 3.17所示，两数据设备之间一次传输 n位并行数据，
每条连线对应一条信道，用于传输代码的对应位,N条信
道组成了 N位并行信号。计算机内的数据总线都是以并行
方式进行的，并行的数据传送线也叫总线，
在并行数据传输中所使用的并行数据总线的物理形式有
几种，但功能都一样，例如：
? 计算机内部的数据总线很多就直接是电路板。
? 扁平带状电缆，如硬盘驱动器、软盘驱动器上的电缆即
是。
? 圆形屏蔽电缆，用于与计算机外设相连的并行通信电缆，
通常有屏蔽以防干扰。
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3.1 数据通信基础
DTE
数
据
源
DTE
数
据
宿
图 3.17 并行传输方式
0
1
1
1
0 0
1 1
2 2
3 3
n-1 n-1
信号地 信号地
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3.1 数据通信基础
(2) 串行传输 DTE
串行传输指的是代码的若干位顺序按位串行排列成数据
流，在一条信道上传输。如图 3.18所示，数据源向数据宿
发出了,01001101” 的串行数据。由于代码采取了串行传
输方式，其传输速度与并行传输相比要低得多。但是在硬
件信号的连接上节省了信道，利于远程传输，所以广泛用
于远程数据传输中，通信网和计算机网络中的数据传输都
是以串行传输方式进行的。
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3.1 数据通信基础
DTE
数
据
源
DTE
数
据
宿
0 0 0 1 1 11 0
图 3.18 串行传输方式
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3.1 数据通信基础
2,数据同步方式
无论是并行传输还是串行传输，数据发送方发出数据后，
接收方如何在合适的时刻正确地接收数据，即从发送方连续
不断地送来的数据中，正确地区分出每一个代码，即收发两
端保持同步（同步是指接收端要按发送端所发送的每个码元
的重复频率和起止时间接收数据），以正确完成传输任务是
一个必须解决的问题。
在串行通信中，为了节省信道，通常不能设立专用的握手
信号线进行收发双方的数据同步，必须在串行数据信道上传
输的数据编码中解决此问题。在数据串行传输过程中，传输
的是已编码的各种传输码形，接收到的是变化的电平信号，
为了正确识别和恢复代码，必须解决以下问题：
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3.1 数据通信基础
① 正确区分和识别每个比特（即每位）；
② 区分出每个代码（如一个 ASCII码字符），即区分
出每个代码的起始和结束位；
③ 区分出完整的报文数据块（数据帧）的开始和结束位。
以上三个问题对应着三个概念：位同步、字符同步和帧
同步。通常解决上述问题的办法有两种：同步传输方式和
异步传输方式。这两种传输方式的区别在于发送和接收设
备的时钟是异步的，还是同步的。
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3.1 数据通信基础
(1) 异步传输
这种方式为：每个字符都独立传输，接收设备每收到一个字符
的开始位后进行同步，如图 3.19所示。每个字符在传输时都前后
分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。起始位
为, 0”，结束位为, 1”，结束位的长度可以为 1位,1.5位或 2位。
起始位和结束位的作用是实现字符同步，字符之间的间距（时间）
是任意的，但发送一个字符时，发送每一位占用的时间长度都是双
方约定好的，且保持各位都恒定不变。每位占用时间的倒数称为波
特率。如果没有发送的数据，那么发送方就发送连续的停止位。接
收方根据从 1到 0的跳变来识别一个新字符的开始。这样收发双方
的收发速率按编程约定而基本保持一致，从而实现位同步；通过起
始位和结束位而实现字符同步；帧同步靠传送特殊控制字符来实现。
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1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1位起始位 8位数据位 结束位
图 3.19 异步传输
3.1 数据通信基础
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3.1 数据通信基础
(2) 同步传输
这种方式为：以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符
间顺序相连，既无间隙也没有插入位。收发双方的时钟信
号与传输的每一位严格对应，以达到位同步，在开始发送
一帧数据前须发送固定长度的帧同步字符，发送完数据后
再发送帧终止字符，这样就实现了字符和帧的同步，之后
连续发送空白字符，直到发送下一帧时重复上述过程。
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3.1 数据通信基础
3．数据传输方式
当数据通信在点对点之间进行时，按照信息的传送方向，其通
信方式有三种。
（ 1）单工通信（ Simplex）
传送的信息始终是一个方向。单工通信只需要一条信道。
（ 2）半双工通信（ Half-duplex）
通信双方都可以发送（接收）信息，但不能同时双向发送。半
双工通信的双方具备发送装置和接收装置，但要按信息流向轮流使
用这两个装置。
（ 3）全双工通信（ Full-duplex）
通信双方可以同时发送和接收信息。全双工通信的效率最高，
但控制相对复杂一些，系统造价也较高。随着通信技术及大规模集
成电路的发展，这种方式正越来越广泛地应用于计算机通信之中。
全双工通信一般采用多条线路或频分法来实现。
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3.2 传输介质
传输介质也称传输媒体，泛指计算机网络中用于连接各个
计算机的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理
介质。传输介质是构成物理信道的重要组成部分，计算机网
络中使用各种传输介质来组成物理信道。
3.2.1 传输介质的分类
传输介质包括有线传输介质和无线传输介质两大类。有线
介质将信号约束在一个物理导体之内，如双绞线、同轴电缆
和光纤等，故又被称作有界介质；而无线传输介质如无线电
波、红外线、激光等由于不能将信号约束在某个空间范围之
内，故又被称为无界介质。究竞选择哪一种传输介质，必须
考虑到价格、安装难易程度、容量、抗干扰能力、衰减等方
面的因素，同时还要根据具体的运行环境全面考虑。
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3.2 传输介质
3.2.2 有线传输介质
1,双绞线
双绞线 TP（ Twisted Pair）。, Twisted”表示在双绞线电缆
的内部由若干对两两绞在一起的相互绝缘的铜导线组成，导线的典型
直径为 1mm（在 0.4mm ?1.4mm之间）。采用两两相绞的绞线技
术可以抵消相邻线对之间的电磁干扰和减少近端串扰。
双绞线既可以传输模拟信号，又能传输数字信号。用双绞线传输数
字信号时，其数据传输率与电缆的长度有关。距离短时，数据传输率
可以高一些。典型的数据传输率为 10Mbps和 100Mbps，也可高达
1000Mbps。
双绞线电缆一般由多对双绞线外包缠护套组成，其护套称为电缆护
套。电缆的对数可分为 4对双绞线电缆、大对数双绞线电缆（包括 25
对,50对,100对等）。
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3.2 传输介质
双绞线按照是否有屏蔽层又可以分为非屏蔽双绞线（ UTP，如图
3.20所示）和屏蔽双绞线（ STP，如图 3.21所示）。到目前为止，
EIA / TIA已颁布了六类 (Category，简写为 Cat)线缆的标准。
? Cat1：适用于电话和低速数据通信；
? Cat2：适用于 ISDN及 T1/E1，支持高达 16MHz 的数据通信；
? Cat3：适用于 10Base-T或 100Mbps的 100Base-T4，支持
高达 20MHz的数据通信；
? Cat5：适用于 100Mbps的 100Base-TX和 100Base-T4，支
持高达 100MHz的数据通信。
? Cat5e：既适用于 100Mbps的 100Base-TX, 100Base-T4，
支持高达 100MHz的数据通信；又适用于 1000Mbps的
1000Base-TX，支持高达 1000MHz的数据通信。
? Cat6：适用于 1000Mbps的 1000Base-TX，支持高达
1000MHz的数据通信。
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3.2 传输介质
图 3.20 4对非屏蔽双绞线电缆结构图
导线
双绞线对
外皮
拉绳：外皮下面
图 3.21 超 5类 4对 S-FTP截面图
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3.2 传输介质
2,UTP电缆的颜色编码
双绞线电缆中的每一根绝缘线路都用不同颜色加以区分，
这些颜色构成标准的编码，因此很容易识别和正确端接每
一根线路。每个线对都有两根导线。其中一根导线的颜色
为线对的颜色加一个白色条纹，另一根导线的颜色是白色
底色加线对颜色的条纹，即电缆中的每一对双绞线电缆都
是互补颜色。
（ 1） 4对 UTP电缆的颜色编码
4对 UTP电缆的 4对线具有不同的颜色标记，这四种颜
色是蓝色、橙色、绿色、棕色。
具体的的颜色编码方案如表 3.2所示。
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3.2 传输介质
线对 颜色编码 简写
线对 1
白 -蓝 W-BL
蓝 BL
线对 2
白 -橙 W-O
橙 O
线对 3
白 -绿 W-G
绿 G
线对 4
白 -棕 W-BR
棕 BR
表 3.2 4对 UTP电缆颜色编码
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3.2 传输介质
6类双绞线电缆为了减少线对间的串扰，通常在线对间
采用了圆形、片形、十字星形、十字骨架等种类填充物，
如图 3.22所示。十字星形填充的双绞线对称电缆构造是在
电缆中建一个十字交叉中心，把 4个线对分成不同的信号
区，这样就可以提高电缆的抗近端串扰性能，减少在安装
过程中由于电缆连接和弯曲引起的电缆物理上的失真，十
字骨架构造在保证前后位置精准方面做了更多的改进。
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3.2 传输介质
图 3.22 6类双绞线结构
图
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3.2 传输介质
7类屏蔽双绞线对
称电缆
全屏蔽 7类（ Cat7）
双绞线电缆远远超过 7
类 /CLASSF级标准
要求；传输带宽超过
1.2GHz,可同时支持
语音、高速网络、
CATV等视频应用。
被国际 ISO/IEC组织
选为非 RJ457类标准
接口。如图 3.23所示。 图 3.23 7类双绞线电缆截面图
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3.2 传输介质
双绞线电缆连接硬件包括电缆配线架、信息插座和接插
软线等。它们用于端接或直接连接电缆，使电缆和连接件
组成一个完整的信息传输通道。常用的有 RJ45头（俗称
水晶头，如图 3.24所示）和信息插座（信息模块，如图
3.25所示）
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3.2 传输介质
图 3.23UTP电缆使用的 8针插头
图 3.24UTP电缆使用的 8针模块式插座 图 3.24 ScTP电缆使用的 8针模块式插座
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3.2 传输介质
3,GP45插头与插座
2001年 8月，在德国召开的 ISO/IEC会议上，耐克森的
连接件 IEC 60603-7-7被最终确认为 7类接口标准。耐
克森, GG45”保证 100%向后兼容 RJ45和超越
600MHz的更高性能。如图 3.26所示。
图 3.26 (a) GP45插头 (b) GG45插座
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3.2 传输介质
同轴电缆也像双绞线电缆那样，由两个导体组成，其结
构是一个外部圆柱形空心导体围裹着一个内部导体。如图
3.27所示。内部导体可以是单股实心线也可以是绞合线；
外部导体可以是单股线也可以是编织线。内部导体的固定
用规则间隔的绝缘环或者用固体绝缘材料，外部导体用一
个罩或者屏蔽层覆盖。因为同轴电缆只有一个中心导体，
所以它通常被认为是非平衡传输介质。中心导体和屏蔽层
之间传输的信号极性相反，中心导体为正，屏蔽层为负。
中心导体和电缆屏蔽层以同一个轴为对称中心构成了两
个同心圆结构，可以保证中心导体处在中心位置，并保证
它与屏蔽层之间的距离的准确性，这两个电缆部件用绝缘
层隔开。
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3.2 传输介质
3.3.1 同轴电缆类型
常用同轴电缆型号有下列几种：
RG-8或 RG-11：即粗缆；
RG-58/U或 RG-58C/U：即细缆；
RG-6/RG-59：是公用有线电视天线 CATV中使用的标准；
RG-62,ARCnet网络及 IBM3270系统使用的电缆。
图 3.27 同轴电缆结构截面图
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3.2 传输介质
3.3.2 同轴电缆连接器
同轴电缆用同轴电缆连接器端接。一些常见的同轴电缆
连接器有 N型连接器,BNC连接器和 F型连接器。
同轴电缆连接器把中心导线与电缆金属箔和网状屏蔽层
隔离开来，同时还为同轴电缆的金属箔和网状屏蔽层提供
了连接。
1.N型连接器
N型连接器是用于 50?同轴粗缆的连接器，如图 3.28所示。
N型连接器是螺口连接器，它用于同轴电缆粗缆的端接。
2.BNC型连接器
BNC型连接器是和 50?细缆一起用的连接器，如图 3.29所
示。 BNC型连接器是卡口式连接器。
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3.2 传输介质
图 3.28 N型连接器
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3.2 传输介质
（ a） BNC头 （ b） T型头
图 3.29 BNC型连接器
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3.2 传输介质
3.3.3 光缆
1,光纤的结构
光纤是光缆的纤芯，光纤由
光纤芯、包层和涂覆层三部分组
成。最里面的是光纤芯，包层将
光纤芯围裹起来，使光纤芯与外
界隔离，以防止与其他相邻的光
导纤维相互干扰。包层的外面涂
覆一层很薄的涂覆层，涂覆材料
为硅酮树酯或聚氨基甲酸乙酯，
涂覆层的外面套塑（或称二次涂
覆），套塑的原料大都采用尼龙、
聚乙烯或聚丙烯等塑料，从而构
成光纤纤芯。
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3.2 传输介质
（ 1） 光纤芯包层光线包层光纤芯
光纤芯是光的传导部分，而包层的作用是将光封闭在光
纤芯内。光纤芯和包层的成分都是玻璃，光纤芯的折射率
高，包层的折射率低，这样可以把光封闭在光纤芯内。如
图 3.32所示。
包层
光线
包层
光纤芯
图 3.32 光纤中光的传输
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3.2 传输介质
（ 2）涂覆层
涂覆层是光纤的第一层保护，它的目的就是保护光纤的
机械强度，是第一缓冲层（ Primary Buffer），由一层
或几层聚合物构成，厚度约为 250?m，在光纤的制造过
程中就已经涂覆到光纤上。光纤涂覆层在光纤受到外界震
动时保护光纤的光学性能和物理性能，同时又可以隔离外
界水气的侵蚀。
（ 3）缓冲保护层
在涂覆层外面还有一层缓冲保护层，给光纤提供附加
保护。在光缆中这层保护分为紧套管缓冲和松套管缓冲两
类。
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3.2 传输介质
① 紧套管缓冲：紧套管是直接在涂覆层外加的一层塑
料缓冲材料，约 650?m，与涂覆层合在一起，构成一个
900?m的缓冲保护层。
紧套管缓冲光缆主要用于室内布线。由于它的尺寸较小，
所以使用灵活，并在安装过程中允许有大的弯曲半径，使
得安装起来比较容易。
② 松套管缓冲：松套管缓冲光缆使用塑料套管作为缓
冲保护层，套管直径是光纤直径的几倍，在这个大的塑料
套管的内部有一根或多根已经有涂覆层保护的光纤。光纤
在套管内可以自由活动，并且通过套管与光缆的其他部分
隔离开来。这种结构可以防止因缓冲层收缩或扩张而引起
的应力破坏，并且可以充当光缆中的承载元件。
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3.2 传输介质
（ 4）光缆加强元件
为保护光缆的机械强度和刚性，光缆通常包含有一个或
几个加强元件。在光缆被牵引的时侯，加强元件使得光缆
有一定的抗拉强度，同时还对光缆有一定支持保护作用。
光缆加强元件有芳纶砂、钢丝和纤维玻璃棒等三种。
（ 5） 光缆护套
光缆护套是光缆的外围部件，它是非金属元件，作用是
将其他的光缆部件加固在一起，保护光纤和其他的光缆部
件免受损害。
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3.2 传输介质
2,光纤的型号
根据我国通信行业标准, 光缆型号命名方法,
（ YD/T908－ 1997）的规定，光缆型号由光缆型式代号和
规格代号构成，用一空格分隔开。
（ 2）型式
光缆型式由 5个部分构成，各部分均用代号表示。如图
3.33所示。
（ 2）规格
光缆规格由四大部分构成，如图 3.34所示。各部分均
用代号表示，相邻的各大部分的代号都是数字时，用规定
符号把它们隔开。
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3.2 传输介质
图 3.33 光纤型号的构成
I II III IV V
外护层
护套
结构特征
加强构件
分类
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3.2 传输介质
图 3.34光纤的规格
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3.2 传输介质
3,光缆的种类
（ 1）按照折射率分布不同来分
通常采用的是均匀光纤（突变型光纤）和非均匀光纤（渐
变型光纤）两种。
① 均匀光纤
光纤纤芯的折射率 n1和包层的折射率 n2都为一常数，且
n1>n2，在纤芯和包层的交界面处折射率呈阶梯型变化，这种
光纤称为均匀光纤，又称为突变型光纤。
② 非均匀光纤
光纤纤芯的折射率 n1随着半径的增加而按一定规律减小，
到纤芯与包层的交界处为包层的折射率 n2，即纤芯中折射率
的变化呈近似抛物线型。这种光纤称为非均匀光纤，又称为
渐变型光纤。
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3.2 传输介质
（ 2）按照传输的总模数来分
① 单模光纤 SMF（ Single Mode Fiber）
单模光纤的纤芯直径很小，约为 4?m ~10?m，理论上只传输
一种模态。在综合布线系统中，常用的单模光纤有 8.3/125?m突
变型单模光纤，常用于建筑群之间的布线。
② 多模光纤 MMF（ MultiModeFiber）
多模光纤的纤芯直径一般在 50?m ~75?m，包层直径为 100?m
~200?m。多模光纤的光源一般采用 LED（发光二极管），工作波
长为 850nm或 1300nm。这种光纤的传输性能差，带宽比较窄，传
输容量也较小。
在综合布线系统中常用纤芯直径为 50?m,62.5?m，包层均为
125?m，也就是通常所说的 50?m,62.5?m。常用于建筑物内干线
子系统、水平子系统或建筑群之间的布线。
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3.2 传输介质
（ 3）按照
结构分
光缆按照
结构分有中
心束管式、
层绞式和带
状式。
光纤用填充物
阻水层 （ 热熔胶 ）
松套管
钢丝加强件
UV光纤
铠装层
PE护套
图 3.35 中心束管式光缆
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3.2 传输介质
图 3.36 铝带纵包层绞式光缆
中心加强件
UV光纤
松套管
LAP带
扎带及填充带
光纤用填充物
PE护套
缆芯用填充物
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3.2 传输介质
中心金属加强件
松套管
光纤带
光纤带填充膏
缆芯填充膏
阻水带
钢带
MDPE护套
图 3.37带状式光缆截面图
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3.2 传输介质
（ 4）按照敷设方式分光纤
光缆按照敷设方式分为室内光缆、架空光缆、自承式
（ ADSS）光缆、直埋光缆、管道光缆、水底（海底）光
缆和吹光纤等。综合布线系统中采用的光缆主要依据此分
类方式。
4.常用光缆
在综合布线系统中常用的光缆有,
8.3/125μm、单模。
62.5/125μm、多模。
50/125μm、多模。
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3.2 传输介质
光纤
涂覆层
紧套层
加强件
护套
图 3.38 多模室内光缆结构图
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3.2 传输介质
图 3.39 架空光缆结构
UV固化光纤
PBT松套管
PE垫层
光纤油膏
非金属加强构件 （ FRP）
光缆填充膏
无纺布及扎带
PE护套
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3.2 传输介质
光纤带
金属加强芯
纤膏
松套管
缆膏
阻水带
双面涂塑铝带
PE内护层
阻水层
双面涂塑轧纹钢带
PE外护层
图 3.40中心束管式直埋光缆
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3.2 传输介质
光纤带
金属加强芯
纤膏
松套管
缆膏
阻水层
双面涂塑铝带
PE内护层
阻水层
双面涂塑轧纹钢带
PE外护层
图 3.41 层绞式直埋光缆
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3.2 传输介质
图 3.42 管道光缆的结构图
光纤
金属加强芯
纤膏
松套管
缆膏
阻水层
双面涂塑铝带
PE护套
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3.2 传输介质
光纤
金属加强芯
纤膏
松套管
缆膏
阻水层
双面涂塑铝带
PE内护套
钢丝
PE外护套
图 3.43海底光缆结构图
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3.2 传输介质
5,光纤通信的基本原理
目前使用的光纤通信系统，普遍采用数字编码、强度调
制和直接检波通信系统。光纤通信系统的基本构成如图
3.44所示。
图 3.44 光纤通信系统的基本构成
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3.2 传输介质
6,光缆连接部件
光纤配线设备作为光纤接入网技术的关键技术设备之一，
主要分为室内配线和室外配线设备两大类。其中，室内配
线包括机架式（光纤配线架、混合配线架）、机柜式（光
纤配线柜、混合配线柜）和壁挂式（光纤配线箱、光缆终
端盒、综合配线箱），室外配线设备包括光缆交接箱、光
纤配线箱、光缆接续盒。这些配线设备主要由配线单元、
熔接单元、光缆固定开剥保护单元、存储单元及连接器件
组成，综合布线系统配线产品包含有相应的数字配线模块、
音频配线模块。连接部件主要有配线架、端接架、接线盒、
光缆信息插座、各种连接器（如 ST,SC,FC等）以及用于
光缆与电缆转换的器件。
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3.2 传输介质
7,光纤连接器
光纤连接器是光纤通信中使用量最多的光无源器件，大
多数的光纤连接器是由三部分组成，两个光纤接头和一个
耦合器。耦合器是把两条光缆连接在一起的设备，使用时
把两个连接器分别插到光纤耦合器的两端。耦合器的作用
是把两个连接器对齐，保证两个连接器之间有一个低的连
接损耗。耦合器多配有金属或非金属法兰，以便于连接器
的安装固定。光纤连接器使用卡口式、旋拧式,,n”型弹
簧夹和 MT -RJ等方法连接到插座上。光纤连接器件之间
的连接关系如图 3.45所示。
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3.2 传输介质
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3.2 传输介质
按照不同的分类方法，光纤连接器可以分为不同的种类。
按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；
按结构的不同可分为 FC,SC,ST,D4,DIN,Biconic,MU,LC、
MT等各种型式；按连接器的插针端面可分为 FC,PC（ UPC）和
APC；按光纤芯数还有单芯、多芯之分。在实际应用过程中，一
般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。综合布线系统领域
应用最多的光纤连接器是以 2.5mm陶瓷插针为主的 FC,ST和 SC型，
以 LC,VF-45,MT-RJ为代表的超小型光纤连接器应用也正增长。
以下简单介绍一些目前比较常见的光纤连接器。
要传输数据，至少需要两根光纤。一根光纤用于发送，另
一根用于接收。光纤连接器根据光纤连接的方式被分为两种：
单连接器在装配时只连接一根光纤。
双连接器在装配时要连接两个光纤。
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3.2 传输介质
(1) ST光纤连接器
ST光纤连接器最早由 AT＆ T开发出来，是双锥型连接
器（ Biconic Connector）。
ST是 StraightTip（直通式）的缩写。 ST光纤连接器有
一个直通和卡口式锁定机构。 ST连接头使用一个坚固的金
属卡销式耦合环和一个发散形状的凹弯使适配器的柱头可
以方便地固定。双 ST头可用于带护套光纤，一个用米色护
套，一个用黑色护套，两种颜色使光纤易于识别，单个适
用于带缓冲光纤的 ST头。
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3.2 传输介质
图 3.46（ a） ST光纤连接器 图 3.46（ b） ST光纤适配
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3.2 传输介质
(2) SC光纤连接器
SC光纤连接器是商业布线标准推荐的用于新的布线工
程的连接器。由日本 NTT公司开发，外形呈矩形，插针的
断面多采用 PC或 APC型研磨方式。
SC光纤连接器为插拔销闩型连接器，与耦合器相接时，
通过压力固定，这样只需轻微的压力就可以插入或拔出 SC
适配器，不需旋转。
SC光纤连接器既可以端接 50/125?m和
62.5/125?m的多模光缆，也可以端接单模光纤。工业
布线标准推荐用棕色连接器端接多模光缆，用蓝色连接器
端接单模光缆。适用于工作区、水平布线和管理区。
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3.2 传输介质
图 3.47（ a） SC光纤连接器 图 3.47（ b） SC光纤适配器
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3.2 传输介质
(3) MU连接器
MU（ Miniature Unit Coupling）连接器是一种直
插式连接方式的连接器，实际上是 SC型连接器的小型化，
是以目前使用最多的 SC型连接器为基础，由 NTT研制开
发出来的世界上最小的单芯光纤连接器，其体积约为 SC型
连接器的 2/5。如图 3.48(a)为 MU光纤连接器，该连接
器采用 1.25mm直径的套管和自保持机构，能实现高密
度安装。 MU分单芯、双芯和 8芯三类，互换性和重复性好，
适用于 DWDM系统，但在多芯插拔时需用专用工具。
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3.2 传输介质
图 3.48（ a） MU光纤连接器 图 3.48（ b） MU光纤适配器
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3.2 传输介质
(4) FC光纤连接器
FC是 Ferrule Connector的缩写，表明其外部加强
方式采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早的 FC型的连接
器，采用陶瓷插针的对接端面是平面接触方式（ FC）。此
类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对
微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性
能较为困难。现在 FC型连接器对接端面呈球面的插针
（ PC），外部结构没有变化，使得插入损耗和回波损耗性
能有了较大幅度的提高。
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3.2 传输介质
图 3.49（ a） FC光纤连接器 图 3.49（ b） FC光纤适配器
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3.2 传输介质
(5) SFF光纤连接器
SFF光纤连接器是一种新型的连接器。 SFF光纤连接器
可以在一个连接器内端接两芯或更多的光纤。整个连接器
在配线盘或者通信设备上占据的空间跟一个 8线位组合式
连接器差不多。
① MT-RJ SFF光纤连接器
MT-RJ SFF光纤连接器是 Tyco Electronics和
Siecor联合开发的。 MT-RJ SFF光纤连接器类似于 8线
位组合式连接器,MT－ RJ连接头双工光纤性能的所有优
点组合进紧凑式, RJ”型结构。可以端接 50/125?m和
62.5/125?m的多模光缆。
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3.2 传输介质
图 3.50 MT-RJ SFF光纤连接器
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3.2 传输介质
② Volition
VF-45连接器
Volition VF-
45连接器是由 3M公
司开发的，类似于 8
线位组合式连接器，
是专门针对局域网应
用，它用一种没有箍
套的 V型凹槽设计取
代了箍套。
图 3.51 VF-45连接器
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3.2 传输介质
③ LC连接器
LC产品是一款新型的, SFF”产品，如图 3.52所示。
LC型连接器是著名 Bell研究所研究开发出来的，采用操作
方便的模块化插孔 (RJ)闩锁机理制成,其所采用的插针和
套筒的尺寸是普通 SC,FC等所用尺寸的一半，为
1.25mm。这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度。
具有 ST,SC的一切特点以及更高的端接密度。现有单模
和多模两款产品。 LC多模光纤接头可端接 62.5/125μm
及 50/125μm多模光纤,
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3.2 传输介质
图 3.52 LC光纤连接器
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3.2 传输介质
图 3.53 不同连接口的耦合器
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3.2 传输介质
(4) 与光纤连接的设备
与光纤连接的设备目前主要有光纤收发器、网卡和光纤
模块交换机等。
① 光纤收发器
光纤收发器是一种光电转换设备，主要用于设备本身没
有光纤收发器的情况，例如，普通的交换机和网卡。如图
3.54所示为一款光纤收发器。
② 光接口网卡
有些服务器需要与交换机之间进行高速的光纤连接，这
时，服务器中的网卡应该具有光纤接口。主要有 Intel、
IBM,3COM和 D-Link等大公司的产品系列。
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3.2 传输介质
③ 带光纤接口的交换机
许多中高档的交换机为
了满足连接速率与连接距
离的需求，一般都带有光
纤接口。有些交换机为了
适应单模和多模光纤的连
接，还将光纤接口与收发
器设计成通用接口的光纤
模块，根据不同的需要选
用，把这些光纤模块插入
交换机的扩展扩展插槽中。
图 3.54 光纤收发器
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3.2 传输介质
3.2.3 无线传输介质
可以在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信就是无
线传输。地球上的大气层为大部分无线传输提供了物理通道,就
是常说的无线传输介质。
1,微波
微波数据通信系统有两种形式：地面系统和卫星系统。使用
微波传输要经过有关管理部门的批准，而且使用的设备也需要
有关部门允许才能使用。由于微波是在空间直线传播，如果在
地面传播，地球表面是一个曲面，其传播距离受到限制，采用
微波传输的站必须安装在视线内，传输的频率为 4GHz?6GHz和
21GHz?23GHz，传输距离一般只有 50km左右。采用卫星微
波，卫星在发送站和接收站之间反射信号，传输的频率为
11GHz?14GHz。
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3.2 传输介质
2,激光通信
激光通信的优点是带宽更高、方向性好、保密性能好等。激光
通信多用于短距离的传输。激光通信的缺点是其传输效率受天气影
响较大。
3,红外线光
红外线通信不受电磁干扰和射频干扰的影响。红外无线传输建
立在红外线光的基础上，采用光发射二极管、激光二极管或光电二
极管来进行站点与站点之间的数据交换。红外无线传输既可以进行
点到点通信，也可以进行广播式通信。但这种传输技术要求通信节
点之间必须在直线视距之内，不能穿越墙。红外线传输技术数据传
输速率相对较低，在面向一个方向通信时，数据传输率为 16Mbps。
如果选择数据向各个方向上传输时，速度将不能超过 1Mbps。
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3.3 常见的物理层标准
3.3.1 物理层标准概述
物理层是 OSI模型的最低层，它向下直接与传输介质相连接，
是开放系统和物理传输介质的接口，向上相邻且服务于数据链路层。
它的作用是在数据链路层实体之间提供必需的物理连接，按顺序传
输数据位，并进行差错检查。物理层协议要解决的是主机、工作站
等数据终端设备与通信线路上通信设备之间的接口问题。
数据终端设备又称 DTE（ Data Terminal Equitment），
指数据输入、输出设备和传输控制器或计算机等数据处理装置及其
通信控制器。数据电路端接设备又称 DCE（ Data Circuit
Equitment），指自动呼叫设备、调制解调器（ Modem）以及
其他一些中间装置的集合。 DTE的基本功能是产生、处理数据；
DCE的基本功能是沿传输介质发送和接收数据。图 3.55为
DTE/DCE接口框图。
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3.3 常见的物理层标准
DTE DCE DTE DCE
图 3.55 DTE/DCE接口框图
DTE/DCE接口 DTE/DCE接口
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3.3 常见的物理层标准
1.机械特性
机械特性一般是指硬件连接的接口（连接器）的大小尺寸
和形状，即大小和形状合适的电缆、插头或插座。通信电缆
可以是圆形的，也可以是扁平带状的。连接器各个引脚的分
配，具体地说，就是插头 (或插座 )的线 (芯 )数及线的排列，
两设备间接线的数目。连接器一般都是插接式的。
2,电气特性
电气特性规定了数据交换信号以及有关电路的特性。一般
包括最大数据传输速率的说明，信号状态（逻辑电平，通 /断，
传号 /空号）的电压和电流的识别，以及电路特性的说明和与
互连电缆相关的规定。例如，位信号 1和 0电压的大小和 1比
特占多少微秒。电气特性决定了传送速率和传输距离。
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3.3 常见的物理层标准
3,功能特性
功能特性规定接口信号所具有的特定功能，即 DTE-DCE
之间各信号的信号含义。通常信号线可分为四类：数据线、
控制线、同步线和地线。
4,规程特性
规程特性就是协议规定了使用交换电路进行数据交换时
应遵循的控制步骤，即完成连接的建立、维持、拆除时，
DTE和 DCE双方在各线路上的动作序列或动作规则。它涉及
到 DTE与 DCE双方在各线路上的动作规程以及执行的先后顺
序，如怎样建立和拆除物理线路的连接，信号的传输采用
单工、半双工还是全双工方式等。
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3.3 常见的物理层标准
3.3.2 常见的国际标准组织
物理层涉及的范围比较广泛、而且早在 ISO提出 OSI参考模
型之前，许多属于物理层的规程 (Procedure)或协议就已经制定
出来了。
有很多的国际标准组织参与了各类物理层标准的制定工作，
下面介绍其中的一些较为重要和具有影响力的国际标准组织。
1,国际标准化组织 ISO
2,美国电子工业协会 EIA
3,国际电报电话咨询委员会 CCITT
4,国际电信联盟 ITU
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3.3 常见的物理层标准
3.3.3 物理层标准举例
1,EIA RS-232C/V.24 接口标准
EIA RS-232C是由 EIA在 1969年颁布的一种串行物理接口，
RS-232-C中的 RS是 Recommended Standard的缩写，意为
推荐标准； 232是标识号码；而后缀, C”是版本号。 RS-232-C
接口标准与国际电报电话咨询委员会 CCITT的 V.24标准兼容，
是一种非常实用的异步串行通信接口。 RS-232标准提供了一个
利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调制解调器将远程设
备连接起来的技术规定。远程电话网相连接时，通过调制解调
器将数字转换成相应的模拟信号，以使其能与电话网相容；在
通信线路的另一端，另一个调制解调器将模拟信号逆转换成相
应的数字数据，从而实现比特流的传输。
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3.3 常见的物理层标准
图 3.56给出了两台远程计算机通过电话网相连的结构图。
RS-232C标准接口只控制 DTE与 DCE之间的通信，与连接
在两个 DCE之间的电话网没有直接的关系。
主机 A Modem
图 3.56 RS-232C的远程连接
DTE DCERS-232C
主机 BModem
DCE DTERS-232C
公共电话网
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3.3 常见的物理层标准
（ 1）机械特性
RS-232C的机械特性使用 25 针的 D型连接器 DB-25，但也可使用
其他形式的连接器，如：在微型计算机的 RS-232C串行端口上，大
多使用 9针连接器 DB-9。
DB-25的机械技术指标是宽 47.04mm± 13mm(螺丝中心间的距离 )，
25 针插头／座的顶上一排针 (从左到右 )分别编号为 1～ 13，下面一
排针 (也是从左到有 )编号为 14～ 25。还有其他一些严格的尺寸说明。
（ 2）电气特性
RS-232C 的电气特性与 CCITT V.28 兼容，采用非平衡驱动，非
平衡接收的电路连接方式。信号驱动器的输出阻抗 ≤ 300Ω,接收
器输入阻抗为 3～ 7kΩ 。信号电平 -5V～ -15V 代表逻辑,1”, +5～
+15V 代表逻辑,0” 。在传输距离不大于 15m 时，最大速率为
19.2kbps。
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3.3 常见的物理层标准
（ 3）功能特性
RS-232C的功能特性定义了 25芯标准连接器中的 20根信号线，其
中 2根地线,4根数据线,11根控制线,3根定时信号线、剩下的 5根
线做备用。表 3.4给出了其中最常用的 10根信号线的功能特性。其
引线分配如图 3.33所示。由图 3.33可见，数据总是从引线 2上发送，
在引线 3上接收。
（ 4）规程特性
RS-232C的工作规程是在各根控制信号线有序的,ON”( 逻辑
,0”) 和,OFF”( 逻辑,1”) 状态的配合下进行的。在 DTE— DCE连
接的情况下，只有 CD(数据终端就绪 )和 CC(数据设备就绪 )均为,ON”
状态时，才具备操作的基本条件：此后，若 DTE 要发送数据，则须
先将 CA(请求发送 )置为,ON” 状态，等待 CB(清除发送 )应答信号为
,ON” 状态后，才能在 BA(发送数据 )上发送数据。
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3.3 常见的物理层标准
表 3.4 RS-232C标准中常用信号线的功能特性说明
引脚线 信号线 功能说明 信号线类型 信号方向
1 AA 保护地线（ GND） 地线
2 BA 发送数据（ TD） 数据线 DTE?DCE
3 BB 接收数据（ RD） 数据线 DCE?DTE
4 CA 请求发送（ RTS） 控制线 DTE?DCE
5 CB 允许发送（ CTS） 控制线 DCE?DTE
6 CC 数据设备就绪（ DSR） 控制线 DCE?DTE
7 AB 信号地（ SG） 地线
8 CF 载波检测（ CD） 控制线 DCE?DTE
20 CD 数据终端就绪（ DTR） 控制线 DTE?DCE
22 CE 振铃指示（ RI） 控制线 DCE?DTE
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3.3 常见的物理层标准
2,其他标准接口
除 RS232标准接口外，还有 V.24标准,RS449标准,V.35标准、
V.21标准等。
RS-499 标准相当于 CCITT的 V.35。 RS-449标准同时采用了 37芯
和 9芯连接器。它的电气特性有平衡式的 RS-422A标准和非平衡式的
RS-423A标准两个子标准。
RS-422电气标准的全称是“平衡型电压数字接口电路的电气特
性”。它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器。
RS-423电气标准是非平衡标准，采用单端发送器 (即非平衡发送
器 )和差动接收器。虽然发送器与 RS-232C标准相同，但由于接收器
采用差动方式，所以传输距离和速度仍比 RS-232C有较大的提高。
尽管 EIA 希望用 RS-449 替代 RS-232C，但到目前为止,RS-232C仍
然是 DTE和 DCE间最主要的接口标准。
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3.4 常见物理层设备与组件
3.4.1 常见物理层组件
常见的物理层组件除了物理线缆外，还包括连接头、连接插座、
转换器等。连接头和连接插座是配对使用的组件，其基本作用是为
网络线缆连接提供良好的端接。转换器则用于在不同的接口或介质
之间进行信号转换的器件，如 DB-25到 DB-9的转换器，光纤到
UTP的转换器等。
3.4.2 常见物理层设备
不可避免的信号衰减限制了信号的远距离传输从而使每种传输
介质都存在传输距离的限制。但是在实际组建网络的过程中，经常
会碰到网络覆盖范围超越介质最大传输距离限制的情形。为了解决
信号远距离传输所产生的衰减和变形问题，需要一种能在信号传输
过程中对信号进行放大和整形的设备以拓展信号的传输距离、增加
网络的覆盖范围。将这种具备物理上拓展网络覆盖范围功能的设备
称为网络互连设备。
2010年 5月 21日星期五 计算机网络技术实用教程 (第 3版 )
3.4 常见物理层设备与组件
在物理层通常提供两种类型的网络互连设备，即中继器
(repeater)和集线器 (hub)。
1,中继器
中继器具有对物理信号进行放大和再生的功能，其将从输
入接口接收的物理信号通过放大和整形再从输出接口输出。
中继器具有典型的单进单出结构，所以当网络规模增加时，
可能会需要许许多多的单进单出结构的中继器作为信号放大
之用。
使用中继器应遵守以下两条原则：一是用中继器连接的以
太网不能形成环型网；另一个必须遵守 MAC（介质访问控制）
协议的定时特性，即用中继器将电缆连接起来的段数是有限
的。
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3.4 常见物理层设备与组件
对于以太网，最多只能使用 4个中继器，意味着只能连
接 5个网段即遵守以太网的 5-4-3-2-1规则。其中,5是
局域网最多有 5个网段； 4是全信道上最多可连 4个中继器；
3是其中 3个网段可连网站； 2是有两个网段只能用来扩长
而不连任何网站，其目的是减少竞发网站的个数，而减少
发生冲突的机率； 1是由此组成一个共享局域网，总站数
小于 1024，全长小于 500m（双绞线）或 2.5km(粗同
轴电缆 )。
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3.4 常见物理层设备与组件
集线器就是通常所说的 Hub，就是一种多端口中继器，
其区别仅在于中继器只是连接两个网段，而集线器能够提
供更多的端口服务。集线器通过对工作站进行集中管理，
能够避免网络中出现问题的区段对整个网络正常运行的影
响。
（ 1）集线器的功能
在网络中，集线器是一个共享设备，主要功能是对接收
到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。依据
IEEE802.3协议，集线器功能是随机选出某一端口的设
备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备（交换机、
路由器或服务器等）进行通信。
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3.4 常见物理层设备与组件
图 3.57 集线器
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3.4 常见物理层设备与组件
① 集线器（ Hub）在 OSI（开放系统互联）七层模型中处于物
理层，其实质是一个中继器，同样必须遵守 MAC（介质访问控制）
协议的定时特性，主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩
大网络的传输距离。
② 集线器只是一个多端口的信号放大设备。当一个端口接收到
数据信号时，由于信号从源端口到集线器的传输过程中已有了衰减，
所以集线器便将该信号进行整形放大，使被衰减的信号再生到发送
时的状态，紧接着转发到其他所有处于工作状态的端口上（广播）。
以太网的每个时间片内只允许有一个结点占用公用通信信道而发送
数据，所有端口共享带宽。
③ 集线器只与它的上联设备（如上层集线器、交换机、路由器
或服务器等）进行通信。，同层的各端口之间不直接进行通信，而
是通过上联设备再通过集线器将信息广播到所有端口上。
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3.4 常见物理层设备与组件
（ 2） 集线器的分类
集线器有很多种分类方法。集线器可以按速度、配置形式、
管理方式和端口数不同进行分类。
? 按供电方式可分为无源 HUB和有源 HUB。
? 按网关功能可分为无管理 HUB和管理式 HUB。
? 按 RJ45端口数来分有 8口,12口,16口,24口,48口等
几类。
? 按适用的网络类型可分为以太网 Hub、令牌环网 Hub、
FDDI Hub,ATM Hub。
? 按提供带宽可分为 10Mbps,10/100Mbps,100Mbps、
10/100/1000MbpsHub。
? 按照扩展方式分类，集线器有可堆叠集线器和不可堆叠集线
器两种。
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3.4 常见物理层设备与组件
（ 3） 集线器的端口
端口是所连接结点的端口。集线器通常都提供三种类型的
端口，即 RJ45端口,BNC端口和 AUI端口。以适用于连接
不同类型电缆所构建的网络，一些高档集线器还提供光纤端
口和其他类型的端口,RJ45端口可用于连接 RJ45 接头，
适用于由双绞线构件的网络，这种端口是最常见的。平常所
说的多少口集线器，就是指的具有多少 RJ45端口。一般地，
集线器有一个, UP Link端口,,用于与其它集线器的连接
（级联）。
① RJ45端口既可以直接连接计算机、网络打印机等终端
设备，也可以与其它交换机、集线器或路由器等设备进行连
接。需要注意的是，当连接至不同的设备时，所使用的双绞
线电缆的跳线方法有所不同。
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3.4 常见物理层设备与组件
② BNC端口就是用于与细同轴电缆连接的端口，它一
般是通过 BNC T型接头进行连接。
③ 集线器堆叠端口是只有可堆叠集线器才具备的。
④ AUI端口就是用于与粗同轴电缆连接的端口。
在 10／ 100M自适应集线器或 100M集线器上只有
RJ45 端口。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
3.5.1 三种 UTP线缆
1,直连线的作用和线图
直连线用于将计算机连入到 HUB 或交换机，或在结构化
布线中由接线面板连到 HUB 或交换机等。
根据 EIA/TIA 568-B 标准（又俗称为端接 B），直连线
线图如表 3.5所示：
端 1 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕
端 2 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕
表 3.5 直连线线图
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3.5 技能训练：网络线缆制作
2,交叉线（ crossover ）的作用和线图
交叉线用于将计算机与计算机直接相连、交换机与交换
机直接相连，也被用于计算机直接接入路由器的以太网口。
根据 EIA/TIA 568-B 标准（又俗称为端接 B），对接线
线图如表 3.6所示：
端 1 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕
端 2 白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕
表 3.6 对接线线图
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3.5 技能训练：网络线缆制作
3,反接线（ rollover）的作用和线图
反接线用于将计算机连到交换机或路由器的控制端口，
在此计算机起超级终端作用。
根据 EIA/TIA 568-B 标准,反接线线图如表 3.7所示,
端 1 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕
端 2 棕 白棕 绿 白蓝 蓝 白绿 橙 白橙
表 3.7 反接线线图
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3.5 技能训练：网络线缆制作
3.5.2 制作步骤
1,制作直连线
步骤：
⑴ 用剥线钳在线缆的一端剥出一定长度的线缆。
⑵ 用手将 4对绞在一起的线缆按（白橙、橙、白绿、绿、
白蓝、蓝、白棕、棕）的顺序拆分开来并小心地拉直（注
意：切不可用力过大，以免扯断线缆）。
⑶ 按表 3.5端 1的顺序调整线缆的颜色顺序。（即交换
蓝线与绿线的位置）
⑷ 将线缆整平直并剪齐（确保平直线缆的最大长度不超
过 1.2cm）。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
⑸ 将线缆放入 RJ-45插头，在放置过程中注意 RJ-45
插头的把子朝下，并保持线缆的颜色顺序不变。
⑹ 检查已放入 RJ-45插头的线缆颜色顺序，并确保线
缆的末端已位于 RJ-45插头的顶端。
⑺ 确认无误后，用压线工具用力压制 RJ-45插头，以
使 RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层。
⑻ 重复步骤⑴－⑺制作线缆的另一端，直至完成直连线
的制作。
⑼ 用网线测试仪检查已制作完成的网线。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
2,制作交叉线
步骤：
⑴ 按制作直连线中的步骤⑴－⑺制作线缆的一端。
⑵ 用剥线工具在线缆的另一端剥出一定长度的线缆。
⑶ 用手将 4对绞在一起的线缆按（白绿、绿、白橙、橙、
白蓝、蓝、白棕、棕）的顺序拆分开来并小心地拉直（注
意：切不可用力过大，以免扯断线缆）。
⑷ 按表 3.6端 2的顺序调整线缆的颜色顺序，即交换表
3.6端 1橙线与蓝线的位置。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
⑸ 将线缆整平直并剪齐（确保平直线缆的最大长度不超
过 1.2cm）。
⑹ 将线缆放入 RJ-45插头，在放置过程中注意 RJ-45
插头的把子朝下，并保持线缆的颜色顺序不变。
⑺ 检查已放入 RJ-45插头的线缆颜色顺序，并确保线
缆的末端已位于 RJ-45插头的顶端。
⑻ 确认无误后，用压线工具用力压制 RJ-45插头，以
使 RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层，直至
完成对接线的制作。
⑼ 用网线测试仪检查已制作完成的网线。
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3.5 技能训练：网络线缆制作
3,制作反接线
步骤：
⑴ 按制作直连线中的步骤⑴－⑺制作线缆的一端，
⑵ 用剥线工具在线缆的另一端剥出一定长度的线缆。
⑶ 用手将 4对绞在一起的线缆按（白橙、橙、白绿、绿、
白蓝、蓝、白棕、棕）的顺序拆分开来并小心地拉直（注
意：切不可用力过大，以免扯断线缆）
⑷ 按表 3.7端 2的顺序调整线缆的颜色顺序。
2010年 5月 21日星期五 计算机网络技术实用教程 (第 3版 )
3.5 技能训练：网络线缆制作
⑸ 将线缆整平直并剪齐（确保平直线缆的最大长度
不超过 1.2cm）。
⑹ 将线缆放入 RJ-45插头，在放置过程中注意 RJ-
45插头的把子朝下，并保持线缆的颜色顺序不变。
⑺ 检查已放入 RJ-45插头的线缆颜色顺序，并确
保线缆的末端已位于 RJ-45插头的顶端
⑻ 确认无误后，用压线工具用力压制 RJ-45插头，
以使 RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层，
直至完成反接线的制作
⑼ 用网线测试仪检查已制作完成的网线。
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习题
1,简述物理层在 OSI模型中的地位和作用。
2,什么是数据通信?什么是数字数据通信?
3,什么是基带传输?什么是频带传输?试就两者进行比较。
4,比较频分多路复用技术和时分多路复用技术的异同点。
5,已知脉冲序列为 1101101001101，请按介绍的几种数字数据
编码方案，绘制相应的波形。
6,常用的传输介质有几类？各有和特点？
7,物理层协议包括哪些方面的内容?为什么要做出这些规定?
8,DTE和 DCE是什么，它们对应于网络中的哪些设备?
9,简述两台计算机通过 RS-232C接口标准通信的调制解调器物
理连线方法。
10,请比较中继器和集线器作为物理层网络互连设备的异同。
