1.4 网络传输介质

不同的传输介质的特性各不相同，其特性对网络中的数据通信速度、通信质量有较大影响。网络传输介质可分为有线传输介质和无线传输介质两大类。

1.4.1 有线传输介质

有线传输介质是指在两个通信设备之间实现信号传输的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方。有线传输介质主要包括双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。

1. 双绞线

双绞线（Twisted Pair，TP）是计算机网络中常见的传输介质，由两条互相绝缘的铜线组成，其典型直径为1mm。将两条铜线拧在一起，就可以减少邻近线对电信号的干扰。双绞线既能用于传输模拟信号，又能用于传输数字信号，其带宽取决于铜线的直径和传输距离。双绞线由于性能较好且价格便宜，得到了广泛应用。双绞线可以分为非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）两种，分别如图1.8和图1.9所示，屏蔽双绞线的性能优于非屏蔽双绞线。

双绞线是模拟和数字数据通信普遍使用的一种传输介质，它的主要应用范围是电话系统中的模拟语音传输和局域网中的以太网组网。双绞线适合短距离的信息传输，当传输距离超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，此时就要使用中继器来进行信号放大。

双绞线的相关特性如下。

◎ 物理特性：铜质线芯，传导性能良好。

◎ 传输特性：可用于传输模拟信号和数字信号。

◎ 连通性：可用于点到点或点到多点连接。

◎ 传输距离：可传输100m。

◎ 传输速率：可达10～1000Mbit/s。

◎ 抗干扰性：低频（10kHz以下）抗干扰性能强于同轴电缆，高频（10～100kHz）抗干扰性能弱于同轴电缆。

◎ 相对价格：比同轴电缆和光纤的价格便宜。

目前，美国电子工业协会/美国电信工业协会（Electronic Industries Association/Telecommunications Industries Association，EIA/TIA）为双绞线定义了10种不同质量的型号，分别介绍如下。

（1）1类线：主要用于语音传输（如20世纪20年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。

（2）2类线：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率为4Mbit/s的数据传输，常见于使用4Mbit/s规范令牌传输协议的令牌环网。

（3）3类线：指目前在美国国家标准学会（American National Standards Institute，ANSI）和EIA/TIA 586标准中指定的线缆，该类线缆的传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbit/s的数据传输，主要用于10BASE-T网络。

（4）4类线：传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率为16Mbit/s的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10BASE-T/100BASE-T网络。

（5）5类线：增加了绕线密度，其外套是一种高质量的绝缘材料，传输频率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbit/s的数据传输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络。

（6）超5类线：衰减小、串扰小，有更小的时延误差，性能得到了极大提高，主要用于最高传输速率为1Gbit/s的数据传输。

（7）6类线：传输频率范围为1MHz～250MHz，6类布线系统的传输频率为200MHz时，综合衰减串扰比应该有较大的余量，它能提供两倍于超5类线的带宽。6类线的传输性能远强于超5类线，适用于传输速率高于1Gbit/s的应用，最高传输速率为10Gbit/s。6类线标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，布线距离的要求如下：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。

（8）7类线：一种8芯屏蔽线，每对都有一个屏蔽层（一般为金属箔屏蔽），8根芯外还有一个屏蔽层（一般为金属编织丝网屏蔽），接口与RJ-45相同。7类线STP Cat7最高传输频率为600MHz，超7类线的传输频率为1000MHz。6类和7类布线系统有很多显著的差别，最明显的就是带宽。6类布线系统提供了至少200MHz的综合衰减串扰比及250MHz的整体带宽；7类布线系统可以提供至少500MHz的综合衰减串扰比和600MHz的整体带宽。

（9）7A类线：更高等级的线缆，其实现带宽为1000MHz，对应的连接模块的结构与目前的RJ-45完全不兼容，目前市面上能看到GG-45（向下兼容RJ-45）和Tear模块（可完成1200MHz传输）。7A类线只有屏蔽线缆，由于频率的提升，所以必须采用线对铝箔屏蔽加外层铜网编织层屏蔽实现。7A类双绞线是为适应万兆位以太网技术而准备的线缆。

（10）8类线：是目前最高等级的传输线缆，8类双绞线（Cat8）采用双屏蔽网线，可支持2000MHz带宽，且传输速率高达40Gbit/s，但传输距离需在30m以内，才能保证其最佳性能。因此，8类线常用于短距离的数据中心的服务器、交换机、配线架等设备连接。

2. 同轴电缆

同轴电缆比双绞线的屏蔽性更好，因此可以将电信号传输得更远。它以硬铜线为芯（导体），外包一层绝缘材料（绝缘层），这层绝缘材料被密织的网状导体环绕形成屏蔽，其外又覆盖一层保护性材料（护套），如图1.10所示。

同轴电缆的这种结构使它具有更高的带宽和良好的噪声抑制特性。同轴电缆可分为基带同轴电缆（细缆）和宽带同轴电缆（粗缆）。常用的有75Ω和50Ω的同轴电缆，75Ω的同轴电缆用于有线电视（Cable Television，CATV）网，50Ω的同轴电缆用于总线型结构的以太网。

同轴电缆的相关特性如下。

◎ 物理特性：单根同轴电缆直径为1.02cm～2.54cm，可在较宽频率范围工作。

◎ 传输特性：基带同轴电缆仅用于数字传输，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可达10Mbit/s，被广泛用于局域网中。为保持同轴电缆正确的电气特性，电缆必须接地，同时两头要有端接器来削弱信号的反射。宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号的传输。

◎ 连通性：可用于点到点或点到多点的连接。

◎ 传输距离：基带同轴电缆的最大传输距离限制在185m，网络干线电缆的最大长度为925m，每条网络干线电缆支持的最大节点数为30；宽带同轴电缆的最大传输距离可达500m，网络干线电缆的最大长度为2500m，每条网络干线电缆支持的最大节点数为100。

◎ 抗干扰性：抗干扰性比双绞线强。

◎ 相对价格：比双绞线价格高，比光纤价格低。

3. 光纤

光纤广泛应用于计算机网络的主干网中，通常可分为单模光纤和多模光纤，分别如图1.11和图1.12所示。只要射到光纤截面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射。当有许多条从不同角度入射的光线在一条光纤中传输时，这种光纤就称为多模光纤。当光纤的直径小到与光波的波长在同一数量级时，光以平行于光纤中的轴线的形式直线传播，这样的光纤称为单模光纤。单模光纤具有更大的通信容量和更远的传输距离。光纤是由纯石英玻璃制成的，通常被扎成束，光纤的传输速率可达100Gbit/s。

光纤具有带宽范围大、数据传输速率高、抗干扰能力强、传输距离远等优点，其相关特性如下。

◎ 物理特性：在计算机网络中均采用两根光纤组成传输系统，常用单模光纤为8.3μ m芯/125μ m外壳，常用多模光纤为62.5μ m芯/125μ m外壳（市场主流产品）。

◎ 传输特性：在光纤中，包层较纤芯有较低的折射率，当光线从高折射率介质射向低折射率介质时，其折射角将大于入射角，如果入射角足够大，则会出现全反射，此时光线碰到包层就会折射回纤芯，这个过程不断重复，光就会沿着纤芯传输下去。

◎ 连通性：采用点到点或点到多点连接。

◎ 传输距离：可以在6～8km的距离内不使用中继器进行传输，因此光纤适用于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网。

◎ 抗干扰性：不受噪声或电磁波影响，适合在长距离内保持高数据传输速率，而且能够提供良好的安全性。

◎ 相对价格：比同轴电缆和双绞线的价格都高。

1.4.2 无线传输介质

利用无线电波在自由空间进行传播可以实现多种无线通信。无线传输突破了有线网的限制，能够穿透墙体，布局机动性强，适用于不宜布线的环境（如酒店等），为网络用户提供移动通信服务。

无线传输介质包括无线电波、微波、红外线和激光等。在局域网中，通常只使用无线电波和红外线作为传输介质。无线传输介质通常用于广域互联网的广域链路的连接。无线传输的优点在于安装、移动及变更都比较容易，不会受到环境的限制；其缺点在于信号在传输过程中容易受到干扰且信息易被窃取，且初期的安装费用比较高。

1. 无线电波

无线电波通信主要靠大气层的电离层反射。电离层会随季节、昼夜，以及太阳活动的情况而变化，导致电离层不稳定，进而影响了信号的传输质量，出现信号衰弱的现象。虽然利用无线电波电台进行数据通信在技术上是可行的，但是由于短波信道的通信质量较差，一般只能利用短波无线电台进行几十到几百比特每秒的低速数据传输。

2. 微波

微波通信广泛用于长距离的电话干线（有些微波干线目前已被光纤代替）、移动电话通信和电视节目转播。

微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。

（1）地面微波接力通信。由于地球表面是弯曲的，信号直线传输的距离有限，增加天线高度虽可以延长传输距离，但更远的距离必须通过微波中继站来“接力”。一般来说，微波中继站建在山顶上，两个中继站大约相隔50km，中间不能有障碍物。

地面微波接力通信可有效地传输电报、电话、图像、数据等信息。微波波段频率高，频段范围很宽，因此其通信信道的容量很大且传输质量及可靠性较高。与相同容量和长度的电缆载波通信相比，微波通信建设投资少、见效快。

（2）卫星通信。卫星通信就是利用位于36000km高空的人造地球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。

卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，通信费用与通信距离无关。同步卫星发射出的电磁波可以辐射到地球1/3以上的表面。只要在地球赤道上空的同步轨道上等距离地放置3颗卫星，就能基本实现全球通信。卫星通信的频带比地面微波接力通信更宽，通信容量更大，信号所受的干扰较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠。

3. 红外线和激光

红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外线信号和激光信号，使它们直接在自由空间沿直线传播。它们比微波通信具有更强的方向性，难以窃听、不相互干扰，但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。

红外线因对环境气候较为敏感，一般用于室内通信，如组建室内的无线局域网，用于便携机之间相互通信。但此时便携机和室内必须安装全方向性的红外发送装置和接收装置。在建筑物顶上安装激光收发器，就可以利用激光连接两个建筑物中的局域网，但因激光硬件会发出少量射线，故必须经过特许才能安装。 EfvRc/jV2su3FGQTycW7Vmq7jZWXr3BoirzQ7uB5qpss7LqV4JnUALXcI5fOGtGA