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传输介质通常分为有线传输介质（或有界传输介质）和无线传输介质（或无界传输介质）。有线传输介质将信号约束在物理导体之内，如双绞线、同轴电缆和光纤；无线传输介质则不能将信号约束在某个空间范围之内。有些传输介质支持单工传输方式，而有些传输介质支持半双工或全双工传输方式。
双绞线 （ twisted pair ）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以顺时针方向缠绕）在一起而制成的一种传输介质。双绞线过去主要用来传输模拟信号，现在同样适用于数字信号的传输。把两根绝缘的铜导线按一定规格互相缠绕在一起，利用电磁感应相互抵销的原理来消除电磁干扰。将一对或多对双绞线安置在一个套桶中，便形成了双绞线电缆。
双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）和非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）两种。
屏蔽双绞线一般由4对铜线组成，每对铜线都是由两根铜线绞合在一起形成的，而每根铜线都外裹不同颜色的塑料绝缘体。每对铜线包裹在金属箔片（线对绝缘层）里，而整个4对铜线又包在另外一层金属箔片（整体绝缘层）里，最后在屏蔽双绞线的最外面还包有一层塑料外套，如图2-17a所示。
非屏蔽双绞线一般也由4对铜线组成，每对铜线也是由两根铜线绞合在一起形成的，而每根铜线都外裹不同颜色的塑料绝缘体，4对铜线的最外面包有一层塑料外套，如图2-17b所示。
图2-17 双绞线
屏蔽双绞线的优点是抗电磁干扰效果比非屏蔽双绞线好。其缺点是屏蔽双绞线比非屏蔽双绞线更难以安装，因为屏蔽层需要接地。如果安装不当，屏蔽双绞线对电磁干扰可能非常敏感，因为没有接地的屏蔽层相当于一根天线，很容易接收各种噪声信号。
非屏蔽双绞线具有直径小、安装容易（不需要接地）、价格便宜等优点。非屏蔽双绞线的主要缺点在于它抗电磁干扰能力比较差，而且它的最大传输距离一般比较小。非屏蔽双绞线使用的接头叫作RJ-45。
美国电子工业协会（Electronic Industries Association，EIA）的电信工业分会（Telecommunication Industries Association，TIA），即通常所说的EIA/TIA。EIA/TIA负责“CAT”即Category系列非屏蔽双绞线标准的制定。大多数以太网在安装时使用符合EIA/TIA标准的非屏蔽双绞线电缆。EIA/TIA为用于计算机组网的非屏蔽双绞线电缆定义了不同质量的型号。
· 3类（CAT-3）：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。该电缆的传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbit/s的数据传输，主要用于10BASE-T。
· 4类（CAT-4）：该类电缆的传输频率为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100BASE-T的快速以太网。
· 5类（CAT-5）：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输频率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbit/s的数据传输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络，这是最常用的以太网电缆。
· 超5类（CAT-5e）：该类衰减小、串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比、更小的时延误差，性能得到很大提高。
· 6类（CAT-6）：主要用于10BASE-T/100BASE-T/1000BASE-T。传输频率为250MHz，传输速度为10Gbit/s，标准外径为6mm。
· 扩展6类（CAT-6A）：主要用于10GBASE-T。传输频率为500MHz，传输速度为10Gbit/s，标准外径为9mm。
· 扩展6类（CAT-6e）传输频率为500MHz，传输速度为10Gbit/s，标准外径为6mm。
· 7类（CAT-7）：传输频率为600MHz，传输速度为10Gbit/s，单线标准外径为8mm，多芯线标准外径为6mm。
用于计算机组网的双绞线一般采用RJ-45接头。TIA/EIA-568-A或TIA/EIA-568-B标准规定了双绞线的8根线接入RJ-45接口时的线序。TIA/EIA-568-A和TIA/EIA-568-B两个标准的区别是：发送信号的一对线与接收信号的一对线交换了位置。
另一种常用的传输介质是同轴电缆。同轴电缆中用于传输信号的铜芯和用于屏蔽的导体是共轴的，同轴之名由此而来。同轴电缆的屏蔽导体（外导体）是一个由金属丝编织而成的圆形空管，铜芯（内导体）是圆形的金属芯线，内外导体之间填充着绝缘介质，而整个电缆外包一层塑料管，起保护作用，如图2-18所示。同轴电缆内芯的直径一般为1.2～5mm，外管的直径一般为4.4～18mm。内芯线和外导体一般都采用铜质材料。
图2-18 同轴电缆
目前广泛使用的同轴电缆有两种。一种是阻抗为50Ω的基带同轴电缆，另一种是阻抗为75Ω的宽带同轴电缆。
基带同轴电缆可直接传输数字信号，主要是用作10Mbit/s以太网的传输介质。以太网使用的基带同轴电缆又分为粗以太电缆和细以太电缆两种，它们之间最主要的区别是支持的最大段距离是不同的。
宽带同轴电缆用于传输模拟信号。宽带这个词最早来源于电话业，指比4kHz话音信号更宽的频带。宽带同轴电缆目前主要用于闭路电视信号的传输，一般可用的有效带宽大约为750MHz。
同轴电缆的低频串音及抗干扰性不如双绞线电缆，但当频率升高时，外导体的屏蔽作用加强，同轴电缆所受的外界干扰以及同轴电缆间的串音都将随频率的升高而减小，因而特别适用于高频传输。由于同轴电缆具有寿命长、频带宽、质量稳定、外界干扰小、可靠性高、维护便利、技术成熟等优点，其费用又介于双绞线与光纤之间，因此在光纤通信没有大量应用之前，同轴电缆在闭路电视传输系统中一直占主导地位。
随着光通信技术的飞速发展，人们可以利用光导纤维来传输数据。人们用光脉冲来表示“0”和“1”。由于可见光所处的频率段为108MHz左右，因此光纤传输系统可以使用的带宽范围极大。事实上，目前光纤传输技术使人们可以获得超过50THz的带宽，而且还可能更高。目前通过密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）技术可以在单根光纤上获得超过1Tbit/s的数据率。目前限制光纤数据率提高的原因主要是光/电以及电/光信号转换的速度较慢。如果今后在网络中实现光交叉和光互联，即构成全光网络，则网络的速度将成千上万倍地增加。
实际上，如果不是利用一个有趣的物理原理，光纤传输系统会由于光纤的漏光而变得没有实际利用价值。我们知道，当光线经过两种不同折射率的介质进行传播时（如从玻璃到空气），光线会发生折射，如图2-19a所示。假定光线在玻璃上的入射角为 α 1 时，则在空气中的折射角为 β 1 ，折射量取决于两种介质的折射率之比。当光线在玻璃上的入射角大于某一临界值时，光线将完全反射回玻璃，而不会射入空气，这样，光线将被完全限制在光纤中，而且几乎无损耗地向前传播，如图2-19b所示。
图2-19 光的折射原理
图2-19b中仅给出了一束光在玻璃内部全反射传播的情形。实际上，任何以大于临界值角度入射的光线，在不同介质的边界都将按全反射的方式在介质内传播，而且不同频率的光线在介质内部将以不同的反射角传播。
光纤传输系统一般由三部分组成：光纤、光源和检测器。光纤就是超细玻璃或熔硅纤维光源，可以是发光二极管（Light Emitting Diode，LED）或激光二极管，这两种二极管在通电时都发出光脉冲。检测器就是光电二极管，当光电二极管检测到光信号时，它会产生一个电脉冲。
光纤介质一般为圆柱形，包含有纤芯和包层，如图2-20所示。纤芯直径约为5～75μm，包层的外直径约为100～150μm，最外层的是塑料，对纤芯起保护作用。纤芯材料是二氧化硅掺以锗和磷，包层材料是纯二氧化硅。纤芯的折射率比包层的折射率高1%左右，这使得光局限在纤芯与包层的界面以内向前传播。
图2-20 光纤
我们根据光纤纤芯直径的粗细，可将光纤分为多模光纤（multi-mode fiber）和单模光纤（single-mode fiber）两种。如果光纤纤芯的直径较粗，则当不同频率的光信号（实际上就是不同颜色的光）在光纤中传播时，就有可能在光纤中沿不同传播路径进行传播，我们将具有这种特性的光纤称为多模光纤。如果将光纤纤芯直径一直缩小，直至光波波长大小，则光纤此时如同一个波导，光在光纤中的传播几乎没有反射，而是沿直线传播，这样的光纤称为单模光纤。单模光纤的造价很高，且需要激光作为光源，但其无中继传输距离非常长，且能获得非常高的数据率，一般用于广域网主干线路。相对来说，多模光纤的无中继传播距离较短，而且数据率要小于单模光纤，但多模光纤的价格便宜一些，并且可以用发光二极管作为光源，多模光纤一般用作局域网组网时的传输介质。单模光纤与多模光纤的比较如表2-1所示。
表2-1 单模光纤与多模光纤的比较
光纤的主要的传播特性为损耗和色散。损耗是光信号在光纤中传输时发生的信号衰减，其单位为dB/km。色散是到达接收端的延迟误差，即脉冲宽度，其单位是μs/km。光纤的损耗会影响传输的中继距离，色散会影响数据率，两者都很重要。自1976年以来，人们发现使用1.3μm和1.55μm波长的光信号通过光纤传输时的损耗幅度大约为0.5～0.2dB/km，而使用0.85μm波长的光信号通过光纤传输时的损耗幅度大约为3dB/km。使用0.85μm波长的光信号在多模光纤中传输时，色散可以降至10μs/km以下，而使用1.3μm波长的光信号在单模光纤中传输时，产生的色散近似于零。单模光纤在传输光信号时，产生的损耗和色散都比多模光纤要低得多，因此单模光纤支持的无中继距离和数据率比多模光纤都要高得多。
需要说明的是，并不是任意波长的光信号在光纤中都可以很好地工作。科学家们通过大量实验发现，只有3个波长的光信号在光纤传输时具有极低的衰减，它们分别是850nm、1310nm和1550nm窗口，我们称之为光纤的3个低损耗窗口。其中，850nm窗口主要应用于多模光纤；1310nm窗口称为零色散窗口，光信号在此窗口传输色散最小；1550nm窗口称为最小损耗窗口，光信号在此窗口传输的衰减最小；如图2-21所示。
图2-21 光纤的低损耗窗口
光纤传输系统一般由三个部分组成：光纤、光源和检测器。光纤就是超细玻璃或熔硅纤维，光源可以是发光二极管（Light Emitting Diode，LED）或激光二极管，这两种二极管在通电时都发出光脉冲。检测器就是光电二极管，当光电二极管检测到光信号时，它会产生一个电脉冲，从而完成光/电转换。
光纤信道既可以传送模拟信息，也可以传送数字信息。目前由于光源特别是激光器的非线性比较严重，模拟光纤系统用得较少，广泛采用的是数字光纤信道，即用光载波脉冲的有无来代表二进制数据。要传送的电信号（可以是模拟信号）经处理变成可以对光进行调制的电信号，例如二进制电信号。从光源发出的光和该电信号输入光调制器，输出的已调光信号能够反映电信号的变化，然后耦合到光纤线路中去。在接收端的光探测器检测到光波，将其转换（解调）成相应的电信号，并经处理输出给用户可以接收的信号形式。图2-22给出了光纤传输系统传输信息的基本过程。
图2-22 光纤传输系统传输信息的基本过程
光纤通信频带宽，传输容量大，重量轻，尺寸小，不受电磁干扰和静电干扰，保密性强，原材料丰富。因而，光纤介质已经成为当前主要的传输介质。
无线通信的传输介质，即是无线信道，更确切地说，无线信道是基站天线与用户天线之间的传播路径。天线感应电流而产生电磁振荡并辐射出电磁波，这些电磁波在自由空间或空中传播，最后被接收天线所感应并产生感应电流。电磁波的传播路径可能包括直射传播和非直射传播，多种传播路径的存在造成了无线信号特征的变化。了解无线信道的特点对于理解无线通信是非常必要的。
无线传输介质不使用电或光导体进行电磁信号的传输，而是利用电磁信号可以在自由空间中传播的特性传输信息。无线传输介质实际上是一套无线通信系统。在无线通信系统中，为了能够区分不同的信号，通常以信号的频率作为标志，因此在无线通信中频率是非常重要的资源。世界各国都有相关的无线电管理部门来负责管理本国的无线频率资源，唯有如此，才能保证各种无线信号在各自规定的频率范围内工作而不发生冲突。另外，在无线通信中常常需要传输的数据基带信号本身是低频信号，但为了能够依照频率的划分来区分各种信号，需要对信号进行调制，即把低频信号通过一定的调制方式附着在特定频率的高频信号上，然后再进行发送，以便信号能够进行远距离传输，同时避免造成信号之间的干扰。无线通信根据所占频带的不同可分为无线电波通信（包括无线电广播、地面微波、卫星通信、移动通信等）、红外线通信和激光通信等。
1.无线电波
根据无线电波在自由空间的传播特性，可人为地将无线电波分为长波（波长为1000m以上）、中波（波长为100～1000m）、短波（波长10～100m）、超短波和微波（波长为10m以下）等，如表2-2所示。
表2-2 无线电波频段划分
电磁波在自由空间的传播方式大体可分为三种：靠地面传播的称为“地波”，靠空间两点间直线传播的称为“空间波”，靠地球上空的电离层反射到地面的单跳或多跳方式传播，称为“天波”。
地波沿大地与空气的分界面进行传播，如图2-23a所示。传播时无线电波可随地球表面的弯曲而改变传播方向，传播比较稳定，且不受昼夜变化的影响。根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，无线电波才能明显地绕到障碍物的后面。由于地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们，中波和中短波也能较好地绕过，而短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领很差。所以长波、中波和中短波通常用来进行无线电广播（频率从几百千赫到数兆赫），如民用广播从535kHz至1605kHz频段，每10kHz左右一个节目频段。但沿地表传播的地波，会因电磁波跳跃性传播产生感应电流，从而受到地面这种非良导体衰减，且频率越高，集肤效应越明显，损耗就越大，因此地波频率通常控制在3MHz以下。在传播途中的衰减大致与距离成正比。中波和中短波的传播距离一般在几百千米范围内，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。长波沿地面传播的距离要远得多，但发射长波的设备庞大、造价高，所以长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等。另外，用中、低频无线电波进行数据通信的主要问题是它们的通信带宽较低，能携载的信息量较少。
天波是靠电磁波在地面和电离层（大约100～500km高）之间来回反射而传播的，如图2-23b所示，频率范围在高频段（3～30MHz），天波是短波的主要传播途径。短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以多次反射，因而传播距离很远，可达上万千米，这与天线入射角的大小有关。由于电离层会对反射的电磁波进行吸收、衰减，电离浓度越大则损耗越大，且对不同波长的电磁波表现出不同的特性。波长超过3000m的长波几乎会被电离层全部吸收。对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多。因此，短波最适宜以天波的形式传播。但是，电离层是不稳定的，白天受阳光照射时电离程度高，夜晚电离程度低。因此夜晚它对中波和中短波的吸收减弱，这时中波和中短波也能以天波的形式传播。收音机在夜晚能够收听到许多远地的中波或中短波电台，就是这个原因。
图2-23 无线电波的传播
频率高于30MHz的电磁波（微波波段）将穿透电离层，不能被反射回来，且电离层对它的吸收很少。它只能进行视线传播，即直线传播。典型的应用是利用微波接力站进行微波通信。天线越高，传播距离越远，如卫星通信，电磁波可穿透电离层传播到卫星，这种空间波传播与光类似。
微波通信系统主要分为地面微波与卫星微波两种。尽管它们使用同样的频段，又非常相似，但能力上有较大的差别。
地面微波一般采用定向抛物面天线，发送方与接收方之间的通路不能有较大障碍物，或者说要求视线能及。地面微波系统的频率一般为4～6GHz或21～23GHz。几百米的短距离系统较为便宜，甚至采用小型天线进行高频传输即可，超过几千米的系统价格则相对贵一些。
微波通信系统无论大小，它的安装都比较困难，需要良好的定位，并要申请许可证。传输率一般取决于频率，小的微波通信系统的传输率为1～10Mbit/s，衰减程度随信号频率和天线尺寸而变化。对于高频系统，长距离会因雨天或雾天而增大衰减，短距离则不受天气变化的影响。无论是短距离还是长距离，微波对外界干扰都非常敏感。
卫星微波利用地面上的定向抛物天线，将视线指向地球同频卫星，卫星微波传输可跨越陆地或海洋。同步通信卫星信道是一种特殊的无线信道，在地球赤道上空约3.6万千米的太空中均匀分布着三个同步卫星（运行方向与地球自转的方向相同，运行速度约为地球自转的角速度3.1km/s），可以通过它们的转发器（transponder）实现除两极外的全球通信（如图2-24a所示）。自20世纪60年代初（1962年）问世以来，至今稳定使用上行6GHz、下行4GHz频点的系统，总带宽为500MHz，并提供带宽各为36MHz的12个转发器，各能容纳1200路数字电话或25～150个窄带会议电视。一个转发器可支持五六个HDTV（高清晰度数字电视）的传输。由于跨洋卫星通信需经过两个卫星的转发器与双方地球站沟通信息，因此通信延迟较高。目前国内卫星通信已开办大量业务，如卫星电视节目、远程教育等。
低轨道卫星（如图2-24b所示）主要用于移动通信，一般距地面约1000km，由于卫星的轨道高度低，卫星形成的覆盖小区在地球表面快速移动，绕地球一周约需两个小时。低轨道卫星传输延时短，路径损耗小，若干数量的卫星组成空间移动通信网，在任一时间和地球上的任一地点都有至少一颗卫星可以覆盖。卫星之间实行空间交换，以保证陆地、海洋乃至空中的移动通信不间断地进行。
卫星设备费用相当昂贵，但是对于超长距离通信，它的安装费用比电缆安装费用要低。由于涉及卫星这样的现代空间技术，它的安装要复杂得多，地球站的安装要简单一些。同地面微波一样，卫星微波会由于雨天或大雾，使衰减增加较大，抗电磁干扰性能也较差。
上述无线通信均通过自由空间（包括空气和真空）传播，为了合理使用频段，各地区各种通信又不致互相干扰，ITU科学地分配了各种通信系统所适用的频段，各频段频率与其波长对应值及其名称由国际电信联盟无线电委员会（ITU-R）颁布，各国、各地区和城市均设有相应的无线电管理委员会，负责无线频点的合理协调。
图2-24 卫星通信系统示意图
此外，电磁波也可以在水中传播，但在水中有着不同于空气中的传播特性。海水对电磁波能量的吸收作用很强，但对于不同波长的电磁波又有所不同，波长越短，衰减越大。水的电导率越高，衰减也越大，一般来说，长波可穿透水的深度是几米，甚长波穿透水深是10～20m，超长波穿透水深是100～200m。因此，极低频段用于海底通信通常有较好的传输性能。
2.红外线
红外传输系统是建立在红外线信号之上的。采用光发射二极管、激光二极管来进行站与站之间的数据交换。红外设备发出的光非常纯净，一般只包含电磁波或小范围电磁频谱中的光子。传输信号可以直接或经过墙面、天花板反射后，被接收装置收到。
红外信号没有能力穿透墙壁和一些其他固体，每一次反射都要衰减一半左右，同时红外线也容易被强光源盖住。红外波的高频特性可以支持高速度的数据传输，它一般可分为点到点与广播式两类传输。
· 点到点红外系统：这是我们最熟悉的，如常用的遥控器。红外传输器使用光频（大约100GHz～1000THz）的最低部分。除高质量的大功率激光器较贵以外，一般用于数据传输的红外装置都非常便宜，然而安装必须精确到点对点。目前它的传输率一般相对较低，根据发射光的强度、纯度和大气情况，衰减有较大的变化，一般距离为几米到几千米不等。聚焦传输具有极强的抗干扰性。
· 广播式红外系统：广播式红外系统是将集中的光束以广播或扩散的方式向四周散发。这种方法也常用于遥控和其他消费设备。利用这种设备，一个收发设备可以与多个设备同时通信。
3.激光
激光是一种方向性极好的单色相干光。利用激光来有效地传送信息叫作激光通信。激光通信依据传输介质的不同，可分为光纤通信、大气通信、空间通信和水下通信四类，其中最常见、发展最成熟的是大气激光通信和光导纤维通信。激光大气通信主要具有如下优点。
· 与光纤通信类似，通信容量极大。在理论上，激光通信可同时传送1000万路电视节目和100亿路电话。
· 保密性强。激光不仅方向性强，而且可采用不可见光，因而不易被敌方所截获。
· 结构轻便，设备经济。由于激光束发散角小，方向性好，激光通信所需的发射天线和接收天线都可做得很小，一般天线直径为几十厘米，重量不过几公斤，而功能类似的微波天线，重量则以吨计。
激光大气通信存在的主要问题是：
· 大气衰减严重。激光在传播过程中受大气和气候的影响比较大，云雾、雨雪、尘埃等会妨碍光波传播。这就严重地影响了通信的距离。
· 瞄准困难。激光束有极高的方向性，这给发射和接收点之间的瞄准带来不少困难。为保证发射和接收点之间瞄准，不仅对设备的稳定性和精度提出了很高的要求，操作也复杂。
激光通信系统包括发送和接收两个部分。发送部分主要有激光器、光调制器和光学发射天线，接收部分主要有光学接收天线、光学滤波器、光探测器。在发送端，要传送的信息被送到与激光器相连的光调制器中，光调制器将信息调制在激光上，通过光学发射天线发送出去。在接收端，光学接收天线将激光信号接收下来，送至光探测器，光探测器将激光信号变为电信号，经放大、解调后变为原来的信息。
大气激光通信不但可以传送电话，还可以传送数据、传真、电视和可视电话等。现在的研究主要集中在增大通信距离、提高全天候性能和传输速率以及实现移动通信等方面。据报道，苏联早已建造了一条直线距离为160～180km的大气通信系统，美国海军电子中心则在17.6km二氧化碳激光通信中实现了可通信率为99%的准全天候通信，日本用氦氖激光器在2km线路上的传输速率达到1.544Kbit/s。此外，美激光系统公司研制的系统中，装有高倍双目望远镜，可将活动目标放大20倍，从而解决了移动通信问题，可用于各种移动车辆、舰艇、高速直升机的移动通信。可见，激光大气通信已成为现代保密通信的得力工具。
无线通信具有有线通信不可替代的优点，具有不受线缆约束，自由自在、随处随地均可通信的特点。但与有线通信相比，其保密性差、传输质量不高、易受干扰、价格贵、速度低。主要技术难题是：无线频率是不可再生的资源且十分有限，信道复杂，传输环境恶劣。需要设计复杂的通信协议而且效率低，因此性能不好且不稳定。但近年来，编码和调制技术及DSP算法和硬件的突破性进展使无线通信技术得到蓬勃发展，无线通信技术也是将来通信技术开发和研究的主要方向。