2.2 通信介质

通信介质是网络中信息传输的载体，其性能特点对传输速率、传输距离、传输可靠性、可连接的网络节点数目等都有很大的影响，必须根据不同的通信要求，合理地选择通信介质。

2.2.1 有线介质

1.双绞线

由若干对双绞线缆（一般为4对）及外包保护套组成。两根绝缘的金属导线扭在一起而成双绞线，线对扭在一起可减少相互间的电磁干扰，如图2-3所示。

双绞线分为STP（Shielded Twisted Pair，屏蔽双绞线）和UTP（UnShielded Twisted Pair，非屏蔽双绞线）。非屏蔽双绞线易弯曲易安装，价格较低，使用较为广泛，但非屏蔽双绞线中的传输信号可以被特殊设备截获；屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层，屏蔽层可减少辐射，也可阻止外部电磁干扰的进入，因此在安全性要求更高的场合会使用屏蔽双绞线。

非屏蔽双绞线的有效传输距离一般为100m。EIA（Electronic Industries Association，电子工业协会）为双绞电缆定义了多种质量级别，目前常用的是超5类（CAT-5e）和6类（CAT-6）双绞线。其中超5类线传输速率为100Mbit/s，常用于百兆位以太网；6类线传输速率为1000Mbit/s（4对线中每对线可传输250Mbit/s），常用于千兆位以太网。

思考：双绞线适用于楼宇内部的布线还是楼宇间的布线，为什么？

2.光纤

光纤使用光脉冲形成的数字信号进行通信。有光脉冲相当于1，没有光脉冲相当于0。由于可见光的频率极高，因此其传输速率高，抗干扰能力强，信号衰减小，传输距离远。

根据光源不同，可将光纤分为单模光纤（Single Mode Fiber）和多模光纤（Multi Mode Fiber）。单模光纤中光线只沿光纤的内芯进行传输，如图2-4a所示，完全避免了模式色散，使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用于大容量、长距离的光纤通信，其传输距离可达100km。多模光纤中光线有多个模式在光纤中传输，如图2-4b所示，由于色散或像差，传输性能较差，频带较窄，传输距离一般小于5km。

由于光纤细微且易折断，一般放置在光缆中使用。光缆由光纤芯、包层和护套层组成，如图2-5所示。根据光缆中光纤芯的数量分为单芯光缆和多芯光缆，图2-5所示的是多芯光缆。由于单芯光缆不能实现全双工（同时双向）传输，因此计算机网络中大多采用多芯光缆。

光缆终端一般使用光缆终端盒熔接并固定，如图2-6所示，将光缆固定，光缆终端盒的作用和我们日常生活中的墙壁电源插座类似，是一个固定装置并留有接口。在光缆终端盒中将光缆里的每一根光纤芯分别熔接和光纤尾纤（又称光纤跳线）相连。

光纤一般用于数字信号的长距离传输，但由于计算机、交换机、路由器等设备和终端最终处理的是电信号，因此光纤接入电子设备时还需要进行光电转换，常见的光电转换设备包括光纤收发器、光模块、光纤网卡等。

（1）光纤收发器

光纤收发器价格便宜，使用方便，一般有一对光口和一个电口，可以实现光信号和电信号的相互转换，连接方式如图2-7所示。

图2-8所示的是一台常见的千兆位以太网光纤收发器，其左侧为光口，可插入光纤尾纤；右侧为电口，可插入双绞线；光口和电口之间的指示灯可以指示连接状态和传输速率。

（2）光模块

光模块（图2-9）也可以实现光电转换，但光模块不能单独使用，必须插入支持光模块的设备，例如带光口的交换机，如图2-10所示。和光纤收发器相比，光模块+光交换的方案价格较高，但可以实现多路光电信号的转换和交换。

（3）光纤网卡

随着光纤入户接入方式的推广，越来越多的光纤进入家庭和办公室。如需将光纤直接接入计算机终端，可以在计算机上安装光纤网卡取代双绞线网卡，如图2-11所示。

3.同轴电缆

同轴电缆由铜质导体、绝缘层、屏蔽层和保护塑料外层组成，如图2-12所示。这种结构中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，因而具有很好的抗干扰特性。

同轴电缆按带宽分为两类：基带同轴电缆，用于直接传输离散变化的数字信号，阻抗为50Ω；宽带同轴电缆，用于传输连续变化的模拟信号，阻抗为75Ω。

早期同轴电缆曾广泛用于总线型局域网，但由于目前计算机网络多为星形结构，且相对于双绞线来说同轴电缆造价较高、安装较复杂，因此在计算机网络中已很少使用。目前同轴电缆主要用于有线电视、语音广播等单向总线型网络。

2.2.2 无线介质

无线介质包括微波、红外线、无线电和激光等，它们无需架设或铺埋通信介质，且允许终端设备在一定范围内移动。

1.无线电波

大气中的电离层是具有离子和自由电子的导电层。无线电波通信就是利用地面的无线电波通过电离层的一次或多次反射，而到达接收端的一种远距离通信方式。无线电波广泛用于室内通信和室外通信。由于无线电波传播距离很远，并很容易穿过建筑物，而且可以全方向传播，使得无线电波的发射和接收装置不必要求精确对准。例如常见的Wi-Fi、蓝牙、GPS等都使用无线电波进行通信。

2.红外线

红外线通信在发送端设有红外线发送器，接收端要有红外线接收器。红外线的频率在300G～200 000GHz。使用红外线进行通信具有以下优点：收发信机体积小、重量轻、价格低，红外线的频率范围比较灵活，不受各个国家和地区输出的限制。缺点是距离较短且不允许有障碍物。例如遥控器一般都使用红外线进行传输。

3.微波

微波是一种具有极高频率（通常为300M～300GHz）、波长很短的电磁波。在微波频段，由于频率很高，电波的绕射能力弱，所以微波的信号传输一般限定在视线距离内的直线传播。微波具有传播较稳定，受外界干扰小等优点。但在传播过程中，难免受到影响而引起反射、折射、散射和吸收现象，产生传播衰减和传播失真。例如无线广播电视、军事雷达、卫星系统一般都使用微波进行通信。

4.激光

激光通信是利用激光束调制成光脉冲来传输数据。激光通信只能传输数字信号，不能传输模拟信号。激光通信必须配置一对激光收发器，而且要安装在可视范围内。激光的频率比微波高，可以获得较高带宽，激光具有高度的方向性，因而难以窃听和被干扰。缺点在于激光源会发出少量射线污染环境，所以只有通过特许后才能安装。