32网络通信的传输介质

3.2网络通信的传输介质信道是指以传输介质为为基础的信号通路，它是传输数据的物理基础。有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和光纤。无线传输介质：包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。3.2.1双绞线（twistedpair)每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，每根铜线的直径大约1mm。减少电磁干扰，提高传输质量。电话线就是双绞线。双绞线可以用于传输模拟传输或数字传输。计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。屏蔽双绞线(STP，ShieldedTwistedPair)：抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里。但成本也较高，所以一直没有广泛使用。非屏蔽双绞线(UTP，UnshieldedTwistedPair)：非屏蔽双绞线的传输距离一般为100米由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。非屏蔽双绞线有1、2、3、4、5五类，常用的是3类线和5类线，5类线既可支持100Mbps的快速以太网连接，又可支持到150Mbps的ATM数据传输，是连接桌面设备的首选传输介质。双绞线最便宜的传输媒介易受环境中电信号的干扰通常用于较短距离的连接3.2.2同轴电缆(coaxialcable)同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根圆柱形的套管，一般是细金属线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。如图。另外，同轴电缆的两端需要有终结器(用50欧姆或75欧姆的电阻连接内外导体)，中间连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。同轴电缆基本结构示意图同轴电缆支持点到点连接，也支持多点连接。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆一般用于二进制数据信号的传输，多用于计算机局域网；宽带同轴电缆主要用于高带宽数据通信，支持多路复用。基带同轴电缆又分为粗缆和细缆。粗缆多用于局域网主干，支持2500米的传输距离，可以连接数千台设备，但其价格较高；细缆多用于与用户桌面连接，级连使用可支持800米的传输距离，但一般不超过180米，可以连接数千台设备。基带同轴电缆的最大优点是抗干扰性强，而且支持多点连接。缺点是物理可靠性不好，在公用机房、教学楼等人员嘈杂的地方，极易出现故障，而且一点发生故障，整段局域网都无法通信，所以基本已被非屏蔽双绞线所取代。绝缘层绝缘层内导体(铜芯)外导体(编织状)外保护层(塑料)外保护层(塑料)外导体(编织状)同轴电缆比较便宜绝缘层保护外层绝缘层外导体3.2.3光缆(opticalfiber)光纤即光导纤维。利用光导纤维作为光的传输介质，以光波为信号载体的光纤通信，只20/30年的历史。1960年，美MAINMAN，红宝石激光器1966年，英籍华人高锟（C。K。KAO）博士提出，Sio2石英玻璃制成光纤，低消耗1970年，美国康宁公司制出了损耗为20分贝的光纤。1、光纤通信的原理见图，入射角∠１∠２∠３逐渐增大，∠1’∠2’是折射角，当入光纤通信的原理，是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射的特性射角达到∠3时，发生全反射，即光波能量几乎全部反射，这样才可以达到长距离高速传输的目的。入射光11'22'折射光折射光反射光3光密介质光疏介质光纤通信的原理2.室外光缆和室内光纤光纤传输介质有室外光缆和室内光纤之分室外光缆，主要用于室外环境，可以架空或走地下管道。由于室外光缆所处环境比较恶劣，需要防水、防晒、防压、防化学侵蚀等，所以需要有很好保护，其结构如图所示。室外光缆室内光纤，主要用于室内，单根光纤加上稍许保护材料。光波在纤芯上传播。纤芯是一种直径50到100微米的柔软的光导介质，成分主要是二氧化硅。在折射率较高的纤芯外面，由折射率较低的包层包裹着，以保证在界面上光波可以发生全反射。光纤(单根)3、单模和多模两种单模光纤指光纤做得极细，接近光波波长，光信号只能与光纤轴成单个可辨角度传输。多模光纤的纤芯比单模的粗，光信号与光纤轴成多个可辨角度传输。单模光纤成本较高，但性能很好，在几十公里内能以几千兆bps的速率传输数据。多模光纤成本较低，但性能比单模光纤差一些。填充物填充物光纤(多根)钢铠外铠(塑料)外铠(塑料)钢铠填充物填充物纤芯(50～100微米)保护层(塑料)保护层(塑料)光纤•昂贵的传输媒介•不受电信号的干扰•使用于长距离、高速率的信号传输3.2.4无线传输介质无线电、微波、卫星、移动通信等，各种无线介质传输介质对应的电磁波谱范围如图所示。1010101010101010101010101045678910111213141516频率(Hz)无线电微波红外紫外线双绞线卫星通信光纤同轴电缆无线电AM无线电FM地面微波通信电视各通信类型使用的电磁波谱范围在计算机网络领域，无线通信介质主要是微波和卫星。•微波通信是指用频率在100MHz到10GHz的微波信号进行通信。特点是：只能进行可视范围内的通信；大气对微波信号的吸收与散射影响较大。微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。•卫星通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。商用的通信卫星一般被发射在赤道上方3.6万公里的同步轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信，如Motorala公司的铱星系统。特点是：适合与很长距离的传输，如国际之间、洲际之间；传输延时较大，一般为500ms左右；费用较高。3.2.5几种传输介质的比较下表列出了计算机通信中几种传输介质的比较。我们在选择通信介质的时候，一定要从性能、价格和使用场合等各个角度综合考虑，一般来说，影响传输介质选择的因素包括：•拓扑结构：(如星形结构不适合选用同轴电缆，可选择双绞线方等方式)•容量：介质提供的传输速率应能够满足要求•可靠性(差错率)：在可能的情况下，尽量选择可靠性高的介质•应用环境：包括传输距离、环境恶劣程度、信号强度等等常用传输介质比较非屏蔽双绞线基带同轴电缆光纤卫星分类3类5类粗缆细缆单模多模同步低轨传输速率3类UTP最大16Mbps因种类、距离不同，几千Mbps根据租用费用变化较大5类UTP最大155Mbps变化较大(但总要高于UTP)地理范围100米左右细缆小于800米几公里到几十公里很大粗缆小于2500米差错率一般(10~10)中等(10~10)最低(10)高成本低中较高高－５－６－７－９－１０