计算机网络的传输介质及其特点 物理层传输介质如何选择

在计算机网络中，我们都知道网线是网络中比较重要的组成部分，那么我们常见的网线一般是双绞线。但在我们常见的网线中，它也是有不同种类的。不同种类的网线有不同的传输速率。那我们要选择怎么样的网线呢？现在告诉你。

物理层下面的传输介质

传输媒体也称为传输介质，它就是数据传输系统中的在发送端和接收端之间的物理通路。那么传输媒体也分为两大类，一种是导引型传输媒体另一种是非导引型传输媒体。引导型传输媒体是电磁波被导向固体媒体中传输（铜线或光纤），那非导引型传输媒体是指在自由空间中运用无线传输进行通信。 那么我们就从这两个方面进行展开。

导引型传输媒体1.双绞线

双绞线也称为双扭线。是最古老但又是最常用的传输媒体。是把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后按照规则绞合起来构成的双绞线。绞合可以减少相邻的导线的电磁干扰。使用最多的是到处都有的电话系统，因此它是最古老但到现在还在使用的传输介质。那么从用户的电话机到交换机的双绞线称为用户线或用户环路。那么通常是将一定数量的双绞线捆成电缆，在其外面包上护套。那么现在的以太网（目前主流的计算机局域网）基本上也是使用这种双绞线电缆进行连接的。

在电话系统中，通信距离一般在几公里。也可以使用较粗的导线，传输距离可以达到十几公里。距离过远就要放置放大器减少信号的衰变，好让信号保持在一个稳定的数值上。（对于模拟传输）或是加上中继器对于失真的数字信号进行调整（对于数字传输）。

双绞线电缆

那么在局域网问世以后，人们在想如何可以把长期使用的电话系统运用到局域网通信传输中来，如何可以传输高速数据，那么为了传送高速数据的情况，也就是提高双绞线抗干扰的能力以及减少电缆内窜干扰的能力。就采用了提高双绞线的绞合度以及增加电磁屏蔽的方法。

无法屏蔽双绞线和屏蔽双绞线

五屏蔽双绞线UTP价格较为便宜。担当数据的传送速率增高时，可以采用屏蔽双绞线STP。如果是对整条双绞线进行屏蔽则标记为 x/UTP。F/UTP 则采用了铝箔屏蔽层。S/UTP 则表明采用了金属编织层进行屏蔽。SF/UTP 则是在铝箔屏蔽层外面加上金属编织层进行屏蔽。

无屏蔽双绞线UTP

屏蔽双绞线STP

那么在市面上的网线中有分为3类线和5类线的区别。那么它们之间又有什么区别呢？5类线的绞合度要比3类线的绞合度更高。其耦合度越高的线传送数据率就越好。所以我们在选购双绞线的时候就需要注意啦！

不同角度的双绞线

那么随着网络的不断提升，对于网线的要求也有了新的需求。在5类线以后又研发出更高绞合度的双绞线。现在最新的8类线的带宽已达到2000MHz，可用于40吉比特以太网的连接。下面给出常用的双绞线的类别和带宽与典型应用。

总结无论是哪种类型的双绞线，衰变会随着频率的增大而增大。虽然使用更粗的导线可以减小衰变，但是其价格和重量也有所增加。那么要使双绞线传输高速率还是与数字信号的编码有关系。

2.同轴电缆

同轴电缆是由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层，由内导体屏蔽层以及绝缘保护套所组成，由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰性，被广泛使用在传输较高速率的数据。目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz。

同轴电缆

3.光纤

光纤通信是利用光导纤维传播光脉冲进行通信的。有光脉冲相当于1，没有光脉冲相当于0。由于光的频率非常的高，约为10的8次方MHz的量级，因此一个光脉冲系统的带宽远远大于目前其他各种传输系统。

光纤是光纤通信的传输介质，在发送端有光源。可采用发光二极管或半导体激光器。它们在电脉冲的作用下发射光信号。在接收端利用发光二极管做成光检测器，在检查到光脉冲后转换成电脉冲。

光纤主要是由石英玻璃拉丝而成的，主要由纤丝和包层构成双层通信圆柱体。光波通过纤丝进行传导通信的，利用光的折射原理，只要入射角足够大，就会出现全反射，如果光线碰到了包层就会又折射回纤芯，就这要不断重复，光就沿着光纤传输下去。

光线在光纤中的折射

现代的生产工艺可以制造出超低损耗的光纤，基本上传输数公里基本上没有什么损耗。这也是为什么光纤通信广泛运用的关键。

光波在纤丝中的传输

只要光线在光纤中传输的入射角大于某个临界角度，就可以产生全反射。因此，可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。那么这种光纤就称为多模光纤。光脉冲在多模光纤中传输会逐渐展宽，造成失真。因此多模光纤只适用于近距离传输。

非导引型传输媒体无线电微波通信

电磁波包含很多种类，按照频率从低到高的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线

无线电波其频谱范围为：10KHz~300GHz，微波是无线电波中的一个有限频带（300MHz~300GHz，，即波长在1米~1毫米的电磁波）的简称，是分米波、厘米波、毫米波（波长10mm（30GHz）-1mm（300GHz）的电磁波）的统称

（微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。）

波长越长其绕射能力越强（可以绕过比其波长小的物体）；频率越高其穿透能力就越强。

传统无线射频通信,其载波频率范围为：10KHz~300GHz

无线光通信，以光为载波，其频率范围为：10^12~10^17Hz, 涵盖了红外线、可见光和紫外线，因此其潜在的信息容量很大，而且这些频段无需频谱许可。

特别地，水下无线光通信的低损耗窗口为450nm~550nm，蓝绿光，频谱在6*10^14左右。

大气激光通信一般选择的波长为850nm，有些系统为了获得更大的功率选择1550nm,均属于近红外波段。

注：850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响

另外，太阳辐射光谱分布在300-1500nm，峰值强度在480nm。

信道复用

信道复用指的是在通信过程中可以共享信道的技术。

频分复用（FDM）

指的是用户在分配到一定的频带后，在通信过程中始终占用这个频带。即所有用户在同一时间占用不同的带宽资源。

发送端：

接收端：

时分复用（TDM）

将时间划分为一段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期的出现。TDM信号也成为等时信号。

所有用户是在不同时间占用相同的频带宽度。

然而时分复用是不能保证信道的利用率的，例如下面的情况：

则出现了时分复用的改良版：

统计时分复用（STDM）

为了避免上述出现的情况，统计时分复用将每个信道过来的数据添加上标记，这样在接收端就可以分清哪个数据是哪个信道传过来的。

波分复用（WDM）

波分复用其实就是光的频分复用。

数字传输系统

在广域网的连接中，目前有两种互不兼容的国际标准，北美的T1和欧洲的E1。

E1的速率为：2.048Mbit/s，T1的速率为：1.544Mbit/s。

当需要更高速率时，采用复用的方法。

宽带接入技术

ADSL技术

非对称数字用户线，指的是，将电话通信放入低频信道，网络上的上传放在中频的上行信道，下载放在高频的下行信道，非对称指的就是中频的频率范围和高频的频率范围不是1:1的。

HFC技术

光纤同轴混合网，为了提高传输的可靠性和信号的质量，HFC将原来的同轴电缆的主干部分换成了光纤。光纤从头端连接到光纤结点，光信号转换成电信号，通过同轴电缆将电信号传输到各家各户中。为了能使电视机能够接受到数字电视信号，还需要机顶盒连接在电视个同轴电缆之间。在电脑和机顶盒之间连接一个调制解调器就能上网了。

FTTx技术

光纤到户技术，运营商拉一根光纤到指定用户家中，在用户家中光信号转化成电信号，提高上网速率。

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物理层通信篇内容已完结，下一章讲解网络层通信。

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