传输介质的选择

5.2.1　传输介质的选择

物理传输媒体是计算机网络的最基本的组成部分，任何信息的传输都离不开它。在当今的世界上有许许多多的物理材料，各种材料都有着其独特的物理特性。我们可以利用其中的一些特性来传递信息。如某些材料可以用来传导光波而某些材料可以用来传送电波。这些特性都可以被利用来传递数据信息。用于网络传输的介质有：

1．光纤

光纤的完整名称叫做光导纤维，英文名是 Optic Fiber（也有叫Optical Fiber的）。光纤是用纯石英以特别的工艺拉成细丝而成，光纤的直径比头发丝还要细，但它的本事非常大，可以在很短的时间内传递巨大数量的信息。依目前取得的水平，人们已经实现在一根光纤中每秒传递几百个“太”位（T=1 012）的信息速率。而且这个速率还远远不是光纤的传输速率的极限。光纤的剖面结构和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层，其中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15～50mm；而单模光纤芯的直径为8～10mm。芯外面包裹着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。它利用了光的全反射原理，这样信号能量损失小。再外面是一层薄的塑料外套，用来作保护封套。光纤通常被扎起来，外面有外壳保护。纤芯的石英玻璃丝是横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆，易断裂，因而在外面有一层保护层。目前我们通常在使用光纤的时候，其带宽的利用率是非常低的。主要原因是现在计算机都是采用集成电路来运行的，也就是说在计算机内传输的都是电的数字信号，而光纤则是传递光信号的。两台计算机之间如果要互通信息，就要先把某一台计算机发出的电信号转变成光的形式送到光纤上去传输，而传到另一台计算机那一端时则又需要把光形式的信号转变过来，还原成电信号。光纤的传递容量非常大，但是集成电路对信号的处理速率与光纤能传递的速率相比就很低了。这就出现了一个瓶颈。因为这个限制的缘故，一般光纤通信时速率不能够做得很高。当然，现在又有了新的方法来解决这个问题。如用光波的波长复用技术，这种复用技术称为WDM。简单讲就是把不同的光谱作为每路数据传输信道的载波，分别携带多路信号，再分别通过不同的入射角把这些多路的光线合到一起成为一束混合光，在光纤里传输。到达传输对方时再用相反的途径把混合在一起的光分解开来，分别送到各路信道里去。另一方面，光纤的制造工艺和材料也在发展中。现在新出一种“全频”光纤，可以传递比原来宽得多的光谱的信号。最近出现的DWDM就是密集波分复用技术，采用这种技术在一根光纤里可以同时传输几百路高速数字信号，并且，现在可以根据需要放置许多光纤芯，因此，一些光缆可以同时传递更大量的信息。

光纤一般分以下两大类：

（1）传输点模拟类

根据工艺不同分成两大类：单模光纤（Singles Mode Fiber）和多模光纤（Multi-Mode Fiber）。单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。单模光纤使用“纯净”的单一光谱的光源（一般用激光）作载波，而多模光纤则用混合光谱的光源，光线在传递过程中发散损耗较大，所以，一般只能传递不超过2km的距离。当然，这并不等于说单模的一定好于多模，由于多模光纤的终端设备简单，所以其价位要比单模的便宜很多。

（2）折射率分布类

折射率分布类光纤分为跳变光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面，折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小，在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率，纤芯的折射率的变化近似于抛物线。

光纤的特点有：传输速度快，距离远，容量大，并且不受电磁干扰，不怕雷电击，很难在外部窃听，不导电，在设备之间没有接地的麻烦等。

2．光缆

光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的介质。光导纤维电缆由一捆纤维组成，简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质，它有以下几个优点：

（1）频带较宽。

（2）电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束，由于光束不受外界电磁干扰的影响，而且本身也不向外辐射信号，因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。当然，抽头困难是它固有的问题，因为割开的光缆需要再生和重发信号。

（3）衰减较小，可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。

（4）中继器的间隔较大，因此可以减少整个通道中继器的数目以降低成本。而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。

在使用光缆互联多个小型机的应用中，必须考虑光纤的单向特性，如果要进行双向通信，就应使用双股光纤。

光纤通信系统的主要优点有：

（1）传输频带宽，通信容量大；

（2）线路损耗低，传输距离远；

（3）抗干扰能力强，应用范围广；

（4）线径细，重量轻；

（5）抗化学腐蚀能力强；

（6）光纤制造资源丰富。

3．双绞线

双绞线（Twist-Pair）是综合布线工程中最常用的一种传输介质，是直接采用标准的电话线来传输信息的媒体。双绞线采用了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。把两根绝缘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波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名称也是由此而来。双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成，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对的，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的。这些我们称之为双绞线电缆。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38.1cm至14cm内，按逆时针方向扭绞。相邻线对的扭绞长度在12.7cm以上，一般扭线越密，抗干扰能力就越强。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度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。

双绞线在选用时应该注意，越粗的导线则线路的衰减小，因此高速的网络传输中就要求双绞线的线芯粗。双绞线的传输速率虽不如光纤，但它有布线容易、接口便宜等优点，特别适合短距离传输的场合（主要在楼宇内部）。一般的双绞线应用在10～1000Mb/s 的传输率之间，直接传输距离一般控制在100m以内，低速的传得远一点，高速的传得近一些。当然可以经过集线器或交换机的中继放大后 ，再多传几百米的距离，所以双绞线一般是用于室内局域网络的布线。

双绞线具体分成三类线、五类线和超五类线，现在已有六类线出现，前者线径细而后者线径粗，五种型号如下：

（1）第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于20世纪80年代初之前的电话线缆），不同于数据传输。

（2）第二类：传输频率为1MHz，用于语言传输和最高传输速率为4Mb/s的数据传输，常见于使用4Mb/s规范令牌传递协议的旧的令牌网。

（3）第三类：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10Mb/s的数据传输，主要用于10BASE-T。

（4）第四类：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16Mb/s的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和 10BASE-T/100BASE-T。

（5）第五类：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10Mb/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。

目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP=Unshilded Twisted Pair）和屏蔽双绞线（STP=Shielded Twisted Pair）。虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变，采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术，只要精心选择和安装双绞线，就可以在有限距离内达到每秒几百万位的可靠传输率。当距离很短且采用特殊的电子传输技术时，传输速率可达100～155Mb/s。由于利用双绞线传输信息时要向周围辐射，信息很容易被窃听，因此要花费额外的代价加以屏蔽。屏蔽双绞线电缆的外层由铝铂包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射，屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊联结器和相应的安装技术，但它有较高的传输速率，在100m范围内其速度可达到155Mb/s。

另外，非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：

（1）无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间；

（2）重量轻，易弯曲，易安装；

（3）将串扰减至最小或加以消除；

（4）具有阻燃性；

（5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

在这两大类中又分100Ω电缆、双体电缆、大对数电缆、150Ω屏蔽电缆等。

4．同轴电缆

同轴电缆（Coarial Cable）的得名也与它的结构相关。它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制成的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴电缆。同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部电磁波干扰正常信号的传递，同轴电缆与双绞线相类似，也是电缆越粗则信号的衰减越小，同轴电缆的无中继传输距离要比双绞线的略长一些，但由于布线、连接和接口不方便等原因，现在计算机网络的物理信道上已经用得较少了。用来做网络信道的同轴电缆是50Ω特性阻抗的，它与广播电视里用的同轴电缆75Ω不一样。同轴电缆具有高带宽和极好的噪声抑制特性，带宽取决于电缆长度。其中用来做网络信道的同轴电缆叫做基带同轴电缆，而75Ω电缆用于模拟传输叫做宽带同轴电缆。在铺设主干网时多用光纤而不用同轴电缆，但在某些局域网中，同轴电缆的应用还是比较广泛的。

同轴电缆根据其直径大小可以分为粗同轴电缆与细同轴电缆。粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高。由于安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置，但粗缆网络必须安装收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。相反，细缆安装则比较简单，造价低，但由于安装过程要切断电缆，线缆两端必须装上终端匹配器，每一个断开的缆线用T形连接器连接，所以当接头多时容易产生不良的隐患，这是目前运行中的以太网最常见的故障之一。

为了保持同轴电缆的正确电气特性，电缆屏蔽层必须接地，同时两头要有终端器来削弱信号反射作用。

无论是粗缆还是细缆均为总线拓扑结构，即一根缆上接多部机器，这种拓扑结构适用于机器密集的环境，但是任何一个触点发生故障时，故障会串联影响到整个缆线上的所有机器，故障的诊断和修复都很麻烦，因此，将逐步被非屏蔽双绞线或光缆取代。