1.3 传输介质

局域网（LAN）常用的传输介质有同轴电缆、双绞线和光缆，以及在无线局域网情况下使用的辐射介质。

局域网技术在发展过程中，首先使用的是粗同轴电缆，其直径近似13 mm（约1/2 英寸），特性阻抗为50Ω。由于这种电缆很重，缺乏柔性性及价格高等问题，随后出现了细同轴电缆，其直径为6.4 mm（约1/4英寸），特性阻抗也是50Ω。使用粗同轴缆构成的以太网（Ethernet）被称为粗缆以太网，使用细同轴电缆的以太网被称为细缆以太网。

20世纪80年代后期，人们广泛采用了以双绞线为传输介质的技术，即10Base-T标准及其他局域网实现技术。为将以太网的范围进一步扩大，随后出现了10Base-F标准，这种技术使用光纤构成链路段，传输距离可延长到2 km，但传输速率仍为10 Mbit/s。

另一种采用光纤作为传输介质的技术是光纤分布式数据接口（FDDI），它是于20世纪80年代中期发展起来的一项局域网技术，提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10 Mbit/s）和令牌网（4Mbit/s或16 Mbit/s）的能力。FDDI是与IEEE 802.3、IEEE 802.4和IEEE 802.5完全不同的新技术，构成FDDI的介质不仅仅是光纤，而且访问介质的机制有了新的提高，传输速率可达100 Mbit/s。下面就这些实现技术所用的介质逐一进行讨论。

1.3.1 同轴电缆

同轴电缆可分为两类，粗同轴电缆和细同轴电缆。同轴电缆在实际中应用很广泛，如有线电视网就使用同轴电缆。不论是粗同轴电缆，还是细同轴电缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层。同轴电缆由内导线环绕绝缘层，以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的绝缘保护套组成，如图1-5所示。这种结构的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号。

1.细同轴电缆连接设备及技术参数

采用细同轴电缆组网，除需要电缆外，还需要BNC头、T型头及终端匹配器等，细同轴电缆组网装置如图1-6所示。同轴电缆组网的网卡必须带有细同轴电缆连接接口（通常在网卡上标有BNC字样）。

细同轴电缆组网能支持的最大的干线电缆段长度为185m；最大网络干线电缆长度为925m；每条干线电缆段支持的最大节点数为30个；BNC头、T型头之间的最小距离为0.5m。

2.粗同轴电缆连接设备及技术参数

采用粗同轴电缆组网，除需要电缆外，还需要EOC网线转换器、DIX连接器、N-系列插头、N-系列匹配器，粗同轴电缆组网设备如图1-7所示。使用粗同轴电缆组网，网卡必须有DIX接口（一般标有DIX字样）。

粗同轴电缆组网能支持的最大的干线电缆段长度为500m；最大网络干线电缆长度为2500 m；每条干线电缆段支持的最大节点数为100个；收发器之间的最小距离为2.5 m；收发器电缆的最大长度为50 m。

1.3.2 双绞线

双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。

1.双绞线工作原理

双绞线采用一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，更主要的是降低自身信号的对外干扰。把两根带绝缘层的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电磁波会被另一根导线上发出的电磁波抵消。

双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成，在实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的。典型的双绞线有4对，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的，这些称为双绞线电缆。双绞线如图1-8所示。

在双绞线电缆（也称双扭线电缆）内，不同线对具有不同的扭绞长度，一般来说，扭绞长度在38.1～140 mm内，按逆时针方向扭绞。相邻线对的扭绞长度在12.7 cm以上，一般扭线越密，其抗干扰能力越强。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速率等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。

2.双绞线种类

双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）与非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）。

屏蔽双绞线在双绞线与外部绝缘层之间有一个金属屏蔽层。金属屏蔽层可减少信号辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰对传输质量的影响，从而使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。

非屏蔽双绞线是一种数据传输线，由4对不同颜色的传输线组成，广泛用于以太网线路和电话线中。非屏蔽双绞线电缆最早在1881年被用于贝尔发明的电话系统中，随后美国的电话线网络发展为主要由非屏蔽双绞线组成，由电话公司拥有。

双绞线常见的有3类线、5类线和超5类线，以及最新的6类线，型号如下。

（1）1类线，主要用于语音传输（1类线标准主要用于20世纪80年代初之前的电话线），不同于数据传输。

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

（3）3类线，指目前在ANSI和EIA/TIA 568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率为16 MHz，用于语音传输及最高传输速率为10 Mbit/s的数据传输，主要用于10Base-T标准的网络。

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

（5）5 类线，该类电缆增加了绕线密度，外套是一种高质量的绝缘材料，传输频率为100 MHz，用于语音传输和最高传输速率为1000 Mbit/s的数据传输，主要用于100Base-T标准和1000Base-T标准的网络。这是最常用的以太网电缆。

（6）超5类线，具有衰减小、串扰少的特点，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（Structural Return Loss）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆以太网（1000 Mbit/s）。

（7）6类线，该类电缆的传输频率为1～250 MHz。6类线布线系统在200 MHz时，综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，提供两倍于超5类线的带宽。6类线布线系统的传输性能远远高于超5类线标准，适用于传输速率高于1Gbit/s的应用。6类线与超5类线的一个重要的不同点在于，6类线改善了在串扰及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。6类线标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。

通常，计算机网络所使用的是3类线和5类线，其中10Base-T标准的网络使用的是3类线，100Base-T标准的网络使用的是5类线。利用双绞线组网，双绞线和其他网络设备（如网卡）连接必须用RJ-45接头（也叫水晶头），如图1-9所示。

利用双绞线组网，可以获得良好的稳定性，因此双绞线在实际应用中越来越多。尤其是近年来，随着以太网的发展，利用双绞线组网无须再增加其他设备，因此被业界普通采用。

1.3.3 光缆

光纤是光导纤维的简称，用极细的石英玻璃纤维作为传输介质。光纤传输是指利用激光二极管或发光二极管在通电后产生光脉冲信号，光脉冲信号沿光纤进行传输。在光纤中，是用光束表示数据的，即用光的有和无表示数据1和0。

光纤通信系统的传输带宽远远大于其他各种传输介质的带宽。光纤能以1000Mbit/s的速率发送数据，大功率的激光器可以驱动100km长的光纤，而中间不带任何中继设备。光缆（Optical Fiber Cable）主要由光纤（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金属物质，一般无回收价值。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成纤芯，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路，如图1-10所示。

光缆是当今信息社会各种信息网的主要传输工具。如果把互联网称作“信息高速公路”，那么光缆网就是“信息高速公路”的基石——光缆网是互联网的物理路由。

目前，长途通信光缆的传输方式已由PDH向SDH发展，传输速率已由当初的140 Mbit/s发展到2.5 Gbit/s、4×2.5 Gbit/s、16×2.5 Gbit/s，甚至更高，也就是说，一对纤芯可开通3万条、12万条……48万条话路，甚至向更多话路发展。光纤与电导体构成的传输介质最基本的差别是，光纤的传输信息是光束，而非电气信号。因此，光纤传输的信号不受电磁的干扰。

1.光纤简介

（1）光是一种电磁波。

可见光部分的波长范围是390～760nm，大于760nm的部分是红外光，小于390nm的部分是紫外光。目前光纤中应用较多的是850nm、1310nm、1550nm三种。

（2）光的折射、反射和全反射。

因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度的变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长的光的折射角度是不同的（不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长的光的折射角度也不同。光纤通信就是基于以上原理而形成的，光线在光纤中的折射如图1-11所示。

2.光纤结构及种类

（1）光纤结构。

光纤裸纤一般分为三层：中心为高折射率玻璃芯（芯径一般为50μm或62.5μm），中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm），最外层采用树脂涂层作为保护层。

（2）数值孔径。

入射到光纤端面的光并不能全部被光纤传输，只有在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。

（3）光纤的种类。

①光纤按光在光纤中的传输模式可分为单模光纤和多模光纤。

单模光纤（Single Mode Fiber，SMF）又称为细光纤，或者称为轴路径光纤，如图1-12所示。它的中心玻璃芯较细（芯径一般为9μm或10μm），只能传输一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通信，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。

单模光纤的工作原理是，光束是沿光纤的轴径进行传播（轴路径传播方式）的。由于光束是沿直线传播的，因此单模光纤的信息传输量有限，但它能进行远距离的传输，单段单模光纤的有效距离最长可达100 km。

多模光纤（Multi Mode Fiber，MMF）又称为粗光纤，或者称为非轴路径光纤，如图1-13所示。它的中心玻璃芯较粗（50μm或62.5μm），可传输多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加，限制情况会更加严重。因此，多模光纤传输的距离比较近，一般单段多模光纤只能传输2～3km的距离，若希望有1000Mbit/s的带宽，则单段多模光纤的长度不得超过600m。

多模光纤沿光纤管道壁间以反射（折射）的方式进行传播（非轴路径传播方式），光束在非轴路径光纤中的传播距离比沿轴路径进行的直线传播的距离要长得多，所以多模光纤的传输速率比单模光纤低，而且传输距离较近。

这里的“模”，即“射线”的含义。单模光纤中只有一条（单条）射线，多模光纤中有多条射线。

②光纤按最佳传输频率窗口可分为常规型光纤和色散位移型光纤。

常规型光纤：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1310 nm。

色散位移型光纤：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在两种波长的光上，如1310 nm和1550 nm。

③光纤按折射率分布情况可分为突变型光纤和渐变型光纤。

突变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散大，适用于短途低速通信，如工控。但单模光纤的模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型光纤。

渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小的，可使光线按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。

（4）常用光纤规格。

单模光纤：8/125μm、9/125μm、10/125μm。

多模光纤：欧洲标准为50/125μm；美国标准为62.5/125μm。

工业、医疗和低速网络用光纤：100/140μm、200/230μm。

塑料光纤：98/1000μm，用于汽车控制。

同轴电缆、双绞线、光缆的性能比较如表1-1所示。

1.3.4 无线介质

无线介质即无线传输介质，如微波、红外线。有线传输介质有一个共同的缺点，即它们都需要一根线缆连接计算机，这在很多场合下是不方便的。无线介质不使用电子或光学导体，在大多数情况下，地球的大气便是数据的物理性通路。从理论上讲，无线介质最好应用于难以布线的场合或远程通信。

1.无线电波

无线电波（Radio Wave）是一种全方位传播的电波，其传播方式有两种：一是直接传播，即电波沿地球表面向四周传播；二是靠大气层中电离层的反射进行传播。

无线电波的频率范围为10～16 kHz，在电磁波频谱里，属于“对频”。当使用无线电波的时候，需要考虑的一个重要问题是电磁波频率的范围（频谱）是相当有限的，其中大部分都已被电视、广播及重要的政府和军队系统占用。因此，只有很少一部分留给网络计算机使用，而且这些频率大部分都由国内无线电管理委员会统一管制。要使用一个受管制的频率必须向无线电管理委员会申请许可证。如果设备使用的是未经管制的频率，则功率必须在1W以下，这种管制的目的是限制设备的作用范围，从而限制对其他信号的干扰。这相当于限制了未管制无线电波的通信带宽。

下面这些频率是未受管制的：902～925 MHz；2.4 GHz（全球通用）；5.72～5.85 GHz。

无线电波可以穿透墙壁，也可以到达普通网络线缆无法到达的地方。针对无线电链路连接的网络，现在已有相当坚实的工业基础，在业界也得到了迅速发展。

2.微波

微波（Laser）是一种定向传播的电波，收发双方的天线必须相对应才能收发信息，即发端的天线要对准收端，收端的天线要对准发端。

3.卫星通信

卫星通信（Satellite Communication）是典型的微波技术应用。利用同步卫星，可以进行更远距离的传输。收发双方都必须安装卫星接收及发射设备，且收发双方的天线都必须对准卫星，否则不能收发信息。一颗同步卫星发射的电波能覆盖地球的1/3，因此，3颗同步卫星就能覆盖全球，也就是说，利用3颗同步卫星就能实现全球通信。

4.红外线

红外线（Infrared）被广泛用于室内短距离通信。家家户户使用的电视及音响设备的遥控器就是利用红外线技术进行遥控的。红外线也是具有方向性的。

红外线的优点是制造工艺简单，价格便宜；缺点是传输距离有限，一般只限于室内通信，而且不能穿透坚实的物体（如砖墙等）。红外线通信可有效地进行数据的安全保密控制。

5.激光

激光可用于在空中传输数据。与微波通信一样，激光通信至少要有两个激光站点。每个激光站点都拥有发送信息和接收信息的能力。因为激光能在很长的距离上聚焦，所以激光的传输距离很远，能传输几十千米。

与微波一样，激光也是沿直线传播的。激光不能穿透建筑物和山脉，但可以穿透云层。