傳輸介質(zhì)

不同的傳輸介質(zhì)，其特性也各不相同。他們不同的特性對網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)通信質(zhì)量和通信速度有較大影響!這些特性是:

1、物理特性。說明傳播介質(zhì)的特征。

2、傳輸特性。包括信號形式、調(diào)制技術、傳輸速度及頻帶寬度等內(nèi)容。

3、連通性。采用點到點連接還是多點連接。

4、地域范圍。網(wǎng)上各點間的最大距離。

5、抗干擾性。防止噪聲、電磁干擾對數(shù)據(jù)傳輸影響的能力。

6、相對價格。以元件、安裝和維護的價格為基礎。

有線傳輸介質(zhì)是指在兩個通信設備之間實現(xiàn)的物理連接部分，它能將信號從一方傳輸?shù)搅硪环?，有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光纖。雙絞線和同軸電纜傳輸電信號，光纖傳輸光信號。

雙絞線:

由兩條互相絕緣的銅線組成，其典型直徑為1mm。這兩條銅線擰在一起，就可以減少鄰近線對電氣的干擾。雙絞線即能用于傳輸模擬信號，也能用于傳輸數(shù)字信號，其帶寬決定于銅線的直徑和傳輸距離。但是許多情況下，幾公里范圍內(nèi)的傳輸速率可以達到幾Mbit/s.由于其性能較好且價格便宜，雙絞線得到廣泛應用，雙絞線可以分為非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線兩種，屏蔽雙絞線性能優(yōu)于非屏蔽雙絞線。雙絞線共有6類，其傳輸速率在4~1000Mbit/s之間。

同軸電纜:

它比雙絞線的屏蔽性要更好，因此在更高速度上可以傳輸?shù)酶h。它以硬銅線為芯(導體)，外包一層絕緣材料(絕緣層)，這層絕緣材料再用密織的網(wǎng)狀導體環(huán)繞構(gòu)成屏蔽，其外又覆蓋一層保護性材料(護套)。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)使它具有更高的帶寬和極好的噪聲抑制特性。1km的同軸電纜可以達到1~2Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

光纖:

它是由純石英玻璃制成的。纖芯外面包圍著一層折射率比芯纖低的包層，包層外是一塑料護套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護。光纖的傳輸速率可達100Gbit/s.

指我們周圍的自由空間。我們利用無線電波在自由空間的傳播可以實現(xiàn)多種無線通信。在自由空間傳輸?shù)碾姶挪ǜ鶕?jù)頻譜可將其分為無線電波、微波、紅外線、激光等，信息被加載在電磁波上進行傳輸。

無線傳輸?shù)慕橘|(zhì)有:無線電波、紅外線、微波、衛(wèi)星和激光。在局域網(wǎng)中，通常只使用無線電波和紅外線作為傳輸介質(zhì)。無線傳輸介質(zhì)通常用于廣域互聯(lián)網(wǎng)的廣域鏈路的連接。

無線傳輸?shù)膬?yōu)點在于安裝、移動以及變更都較容易，不會受到環(huán)境的限制。但信號在傳輸過程中容易受到干擾和被竊取，且初期的安裝費用較高。

微波傳輸:

微波是頻率在10的8次方~10的10次方Hz之間的電磁波。在100MHz以上，微波就可以沿直線傳播，因此可以集中于一點。通過拋物線狀天線把所有的能量集中于一小束，便可以防止他人竊取信號和減少其他信號對它的干擾，但是發(fā)射天線和接收天線必須精確地對準。由于微波沿直線傳播，所以如果微波塔相距太遠，地表就會擋住去路。因此，隔一段距離就需要一個中繼站，微波塔越高，傳的距離越遠。微波通信被廣泛用于長途電話通信、監(jiān)察電話、電視傳播和其他方面的應用。

紅外線:

紅外線是頻率在10的12次方~10的14次方Hz之間的電磁波。無導向的紅外線被廣泛用于短距離通信。電視、錄像機使用的遙控裝置都利用了紅外線 裝置。紅外線有一個主要缺點:不能穿透堅實的物體。但正是由于這個原因，一間房屋里的紅外系統(tǒng)不會對其他房間里的系統(tǒng)產(chǎn)生串擾，所以紅外系統(tǒng)防竊聽的安全性要比無線電系統(tǒng)好。正因為于此應用紅外系統(tǒng)不需要得到政府的許可。

激光傳輸:

通過裝在樓頂?shù)募す庋b置來連接兩棟建筑物里的LAN。由于激光信號是單向傳輸，因此每棟樓房都得有自己的激光以及測光的裝置。激光傳輸?shù)娜秉c之一是不能穿透雨和濃霧，但是在晴天里可以工作的很好。

傳輸介質(zhì)可以支持聲波、電磁波和光波信號的傳播。這些介質(zhì)通常能夠?qū)⑦@些信號限制在它們內(nèi)部的金屬電線或光纖線纜內(nèi)。無線電傳輸是通過直線型的微波和衛(wèi)星通信提供的。介質(zhì)的類型、它的屏蔽情況，甚至在銅質(zhì)電線對中絞線的數(shù)目，決定了這個電纜上可能的數(shù)據(jù)傳輸率。

傳輸線路可以是"平衡的"或"不平衡的"。平衡的線纜通常是包含兩個導體的雙絞線或雙股電纜。非平衡線纜通常是一個同軸電纜。在平衡線路中，兩根電線都連接到發(fā)生器(發(fā)送方)和接收方，并且它們都有相同的電流，但是電流是反方向的。在非平衡線纜中，電流通過導體流過去，并通過大地返回。

有線傳輸介質(zhì)是指在兩個通信設備之間實現(xiàn)的物理連接部分，它能將信號從一方傳輸?shù)搅硪环?，有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線(五類、六類)、同軸電纜(粗、細)和光纖(單模、多模)。雙絞線和同軸電纜傳輸電信號，光纖傳輸光信號 .

雙絞線:雙絞線(Twisted Pair)是由兩條相互絕緣的導線按照一定的規(guī)格互相纏繞(一般以逆時針纏繞)在一起而制成的一種通用配線，屬于信息通信網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)。雙絞線過去主要是用來傳輸模擬信號的，但現(xiàn)在同樣適用于數(shù)字信號的傳輸。

雙絞線分為屏蔽雙絞線(Shielded Twisted Pair，STP)與非屏蔽雙絞線(Unshielded Twisted Pair，UTP)

1)一類線(CAT1):線纜最高頻率帶寬是750kHZ，用于報警系統(tǒng)，或只適用于語音傳輸(一類標準主要用于八十年代初之前的電話線纜)，不同于數(shù)據(jù)傳輸。

2)二類線(CAT2):線纜最高頻率帶寬是1MHZ，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見于使用4MBPS規(guī)范令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌網(wǎng)。

3)三類線(CAT3):指目前在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜，該電纜的傳輸頻率16MHz，最高傳輸速率為10Mbps(10Mbit/s)，主要應用于語音、10Mbit/s以太網(wǎng)(10BASE-T)和4Mbit/s令牌環(huán)，最大網(wǎng)段長度為100m，采用RJ形式的連接器，目前已淡出市場。

4)四類線(CAT4):該類電纜的傳輸頻率為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps(指的是16Mbit/s令牌環(huán))的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和 10BASE-T/100BASE-T。最大網(wǎng)段長為100m，采用RJ形式的連接器，未被廣泛采用。

5)五類線(CAT5):該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，線纜最高頻率帶寬為100MHz，最高傳輸率為100Mbps，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100BASE-T和1000BASE-T網(wǎng)絡，最大網(wǎng)段長為100m，采用RJ形式的連接器。這是最常用的以太網(wǎng)電纜。在雙絞線電纜內(nèi)，不同線對具有不同的絞距長度。通常，4對雙絞線絞距周期在38.1mm長度內(nèi)，按逆時針方向扭絞，一對線對的扭絞長度在12.7mm以內(nèi)。

6)超五類線(CAT5e):超5類具有衰減小，串擾少，并且具有更高的衰減與串擾的比值(ACR)和信噪比(Structural Return Loss)、更小的時延誤差，性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)(1000Mbps)。

7)六類線(CAT6):該類電纜的傳輸頻率為1MHz~250MHz，六類布線系統(tǒng)在200MHz時綜合衰減串擾比(PS-ACR)應該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠遠高于超五類標準，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應用。六類與超五類的一個重要的不同點在于:改善了在串擾以及回波損耗方面的性能，對于新一代全雙工的高速網(wǎng)絡應用而言，優(yōu)良的回波損耗性能是極重要的。六類標準中取消了基本鏈路模型，布線標準采用星形的拓撲結(jié)構(gòu)，要求的布線距離為:永久鏈路的長度不能超過90m，信道長度不能超過100m。

8)超六類或6A(CAT6A):此類產(chǎn)品傳輸帶寬介于六類和七類之間，500MHz，目前和七類產(chǎn)品一樣，國家還沒有出臺正式的檢測標準，只是行業(yè)中有此類產(chǎn)品，各廠家宣布一個測試值。

9)七類線(CAT7):帶寬為600MHz，可能用于今后的10吉比特以太網(wǎng)。

通常，計算機網(wǎng)絡所使用的是3類線和5類線，其中10 BASE-T使用的是3類線，100BASE-T使用的5類線。

目前，雙絞線可分為非屏蔽雙絞線(UTP=UNSHILDED TWISTED PAIR)和屏蔽雙絞線(STP=SHIELDED TWISTED PAIR)。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁鉑包裹，以減小輻射，但并不能完全消除輻射，屏蔽雙絞線價格相對較高，安裝時要比非屏蔽雙絞線電纜困難。

同軸電纜:同軸電纜從用途上分可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜(即網(wǎng)絡同軸電纜和視頻同軸電纜)。同軸電纜分50Ω 基帶電纜和75Ω寬帶電纜兩類。基帶電纜又分細同軸電纜和粗同軸電纜?；鶐щ娎|僅僅用于數(shù)字傳輸，數(shù)據(jù)率可達10Mbps。

同軸電纜由里到外分為四層:中心銅線，塑料絕緣體，網(wǎng)狀導電層和電線外皮。電流傳導與中心銅線和網(wǎng)狀導電層形成的回路。因為中心銅線和網(wǎng)狀導電層為同軸關系而得名。

同軸電纜傳導交流電而非直流電，也就是說每秒鐘會有好幾次的電流方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

如果使用一般電線傳輸高頻率電流，這種電線就會相當于一根向外發(fā)射無線電的天線，這種效應損耗了信號的功率，使得接收到的信號強度減小。

同軸電纜的設計正是為了解決這個問題。中心電線發(fā)射出來的無線電被網(wǎng)狀導電層所隔離，網(wǎng)狀導電層可以通過接地的方式來控制發(fā)射出來的無線電。

同軸電纜也存在一個問題，就是如果電纜某一段發(fā)生比較大的擠壓或者扭曲變形，那么中心電線和網(wǎng)狀導電層之間的距離就不是始終如一的，這會造成內(nèi)部的無線電波會被反射回信號發(fā)送源。這種效應減低了可接收的信號功率。為了克服這個問題，中心電線和網(wǎng)狀導電層之間被加入一層塑料絕緣體來保證它們之間的距離始終如一。這也造成了這種電纜比較僵直而不容易彎曲的特性。

同軸電纜(Coaxial)是指有兩個同心導體，而導體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜。最常見的同軸電纜由絕緣材料隔離的銅線導體組成，在里層絕緣材料的外部是另一層環(huán)形導體及其絕緣體，然后整個電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護套包住。

有線傳輸介質(zhì)同軸電纜的得名與它的結(jié)構(gòu)相關。同軸電纜也是局域網(wǎng)中最常見的傳輸介質(zhì)之一。它用來傳遞信息的一對導體是按照一層圓筒式的外導體套在內(nèi)導體(一根細芯)外面，兩個導體間用絕緣材料互相隔離的結(jié)構(gòu)制選的，外層導體和中心軸芯線的圓心在同一個軸心上，所以叫做同軸電纜，同軸電纜之所以設計成這樣，也是為了防止外部電磁波干擾異常信號的傳遞。

同軸電纜分為細纜:RG-58 和粗纜RG-11 兩種。

細纜的直徑為0.26厘米，最大傳輸距離185米，使用時與50Ω終端電阻?如圖5 、T型連接器(如圖6)、BNC接頭與網(wǎng)卡相連，線材價格和連接頭成本都比較便宜，而且不需要購置集線器等設備，十分適合架設終端設備較為集中的小型以太網(wǎng)絡。纜線總長不要超過185米，否則信號將嚴重衰減。細纜的阻抗是50Ω。

粗纜 (RG-11)的直徑為1.27厘米，最大傳輸距離達到500米。由于直徑相當粗，因此它的彈性較差，不適合在室內(nèi)狹窄的環(huán)境內(nèi)架設，而且RG-11連接頭的制作方式也相對要復雜許多，并不能直接與電腦連接，它需要通過一個轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)成AUI接頭，然后再接到電腦上。由于粗纜的強度較強，最大傳輸距離也比細纜長，因此粗纜的主要用途是扮演網(wǎng)絡主干的角色，用來連接數(shù)個由細纜所結(jié)成的網(wǎng)絡。粗纜的阻抗是75Ω。分類方式

同軸電纜根據(jù)其直徑大小可以分為:粗同軸電纜與細同軸電纜。粗纜適用于比較大型的局部網(wǎng)絡，它的標準距離長，可靠性高，由于安裝時不需要切斷電纜，因此可以根據(jù)需要靈活調(diào)整計算機的入網(wǎng)位置，但粗纜網(wǎng)絡必須安裝收發(fā)器電纜，安裝難度大，所以總體造價高。相反，細纜安裝則比較簡單，造價低，但由于安裝過程要切斷電纜，兩頭須裝上基本網(wǎng)絡連接頭(BNC)，然后接在T型連接器兩端，所以當接頭多時容易產(chǎn)生不良的隱患，這是目前運行中的以太網(wǎng)所發(fā)生的最常見故障之一。

無論是粗纜還是細纜均為總線拓撲結(jié)構(gòu)，即一根纜上接多部機器，這種拓撲適用于機器密集的環(huán)境，但是當一觸點發(fā)生故障時，故障會串聯(lián)影響到整根纜上的所有機器。故障的診斷和修復都很麻煩，因此，將逐步被非屏蔽雙絞線或光纜取代。

光纖

是光導纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導工具。光導纖維由前香港中文大學校長高錕發(fā)明。

微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。

在日常生活中，由于光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。

通常光纖與光纜兩個名詞會被混淆.多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護結(jié)構(gòu)包覆,包覆后的纜線即被稱為光纜.光纖外層的保護結(jié)構(gòu)可防止周遭環(huán)境對光纖的傷害,如水,火,電擊等.光纜分為:光纖,緩沖層及披覆.光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15μm~50μm， 大致與人的頭發(fā)的粗細相當。而單模光纖芯的直徑為8μm~10μm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護。 纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,因此需要外加一保護層。

按材質(zhì)分,有無機光導纖維和高分子光導纖維，目前在工業(yè)上大量應用的是前者。無機光導纖維材料又分為單組分和多組分兩類。單組分即石英，主要原料為四氯化硅、三氯氧磷和三溴化硼等。其純度要求銅、鐵、鈷、鎳、錳、鉻、釩等過渡金屬離子雜質(zhì)含量低于10ppb。除此之外,OH-離子要求低于10ppb。石英纖維已被廣泛使用。多組分的原料較多，主要有二氧化硅、三氧化二硼、硝酸鈉、氧化鉈等。這種材料尚未普及。高分子光導纖維是以透明聚合物制得的光導纖維，由纖維芯材和包皮鞘材組成。芯材為高純度高透光性的聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯抽絲制得的纖維，外層為含氟聚合物或有機硅聚合物等。

光導通信的研究和實用化，與光導纖維的低損耗密切相關。光能的損耗可否大大降低，關鍵在于材料純度的提高。玻璃材料中的雜質(zhì)產(chǎn)生的光吸收，造成了最大的光損耗，其中過渡金屬離子特別有害。目前，由于玻璃材料的高純度化，這些雜質(zhì)對光導纖維的損耗影響已很小。

石英玻璃光導纖維的優(yōu)點是損耗低,當光波長為1.0~1.7μm(約14μm附近)，損耗只有1dB/km，在1.55μm處最低，只有0.2dB/km。高分子光導纖維的光損耗較高，1982年，日本電信電報公司利用氘化甲基丙烯酸甲酯聚合抽絲作芯材,光損耗率降低到20dB/km。但高分子光導纖維的特點是能制大尺寸，大數(shù)值孔徑的光導纖維，光源耦合效率高，撓曲性好，微彎曲不影響導光能力，配列、粘接容易，便于使用，成本低廉。但光損耗大，只能短距離應用。光損耗在10~100dB/km的光導纖維，可傳輸幾百米。

光纖主要分以下兩大類:

1)傳輸點模數(shù)類

傳輸點模數(shù)類分單模光纖(Single Mode Fiber)和多模光纖(Multi Mode Fiber)。單模光纖的纖芯直徑很小, 在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長上,能以多個模式同時傳輸?shù)墓饫w。 與單模光纖相比,多模光纖的傳輸性能較差。

2)折射率分布類

折射率分布類光纖可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護層的折射率都是一個常數(shù)。 在纖芯和保護層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小, 在纖芯與保護層交界處減小為保護層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。

光及其特性:

1.光是一種電磁波

可見光部分波長范圍是:390~760nm(毫微米)。大于760nm部分是紅外光，小于390nm部分是紫外光。光纖中應用的是:850，1300，1550三種。

2.光的折射，反射和全反射。

因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時，在兩種物質(zhì)的交界面處會產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達到或超過某一角度時，折射光會消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對相同波長光的折射角度是不同的(即不同的物質(zhì)有不同的光折射率)，相同的物質(zhì)對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。

1.光纖結(jié)構(gòu):

光纖裸纖一般分為三層:中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為50或62.5μm)，中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125μm)，最外是加強用的樹脂涂層。

2.數(shù)值孔徑:

入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。光纖的數(shù)值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同(AT&T CORNING)。

3.光纖的種類:

A.按光在光纖中的傳輸模式可分為:單摸光纖和多模光纖。

多模光纖:中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如:600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。單模光纖:中心玻璃芯較細(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。

單模光纖(Single-mode Fiber):一般光纖跳纖用黃色表示，接頭和保護套為藍色;傳輸距離較長。

多模光纖(Multi-mode Fiber):一般光纖跳纖用橙色表示，也有的用灰色表示，接頭和保護套用米色或者黑色;傳輸距離較短。

B.按最佳傳輸頻率窗口分:常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。

常規(guī)型:光纖生產(chǎn)廠家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1300nm。

色散位移型:光纖生產(chǎn)長家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上，如:1300nm和1550nm。

C.按折射率分布情況分:突變型和漸變型光纖。

突變型:光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如:工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。

漸變型光纖:光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。

4.常用光纖規(guī)格:

單模:8/125μm，9/125μm，10/125μm

多模:50/125μm，歐洲標準

62.5/125μm，美國標準

工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡:100/140μm，200/230μm

塑料:98/1000μm，用于汽車控制