2.6 物理层传输介质

分类

• 导向传输介质
  • 双绞线
    • 屏蔽双绞线
    • 非屏蔽双绞线
  • 同轴电缆
  • 光纤
    • 多模光纤
    • 单模光纤
• 非导向传输介质
  • 无线电波
  • 微波
    • 地面微波接力通信
    • 卫星通信
  • 红外线、激光

传输介质及分类

• 传输介质也称传输媒体/传输媒介，它就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。
• 传输媒体并不是物理层。传输媒体在物理层的下面，因为物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为 0层。（物理层是傻瓜，传输媒体连傻瓜都不如）
• 在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。 但物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。

传输介质

• 导向性传输介质：电磁波被导向沿着固体媒介（铜线/光纤）传播。【火车】
• 非导向性传输介质：自由空间，介质可以是空气、真空、海水等。【飞机】

导向性传输介质——1.双绞线

双绞线是古老、又最常用的传输介质，它由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的铜导线组成。 绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。（由右手准则可知，此情况下产生的电磁波大小相等，可相互抵消。）

为了进一步提高抗电磁干扰能力，可在双绞线的外面再加上一个由金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线 （STP），无屏蔽层的双绞线就称为非屏蔽双绞线（UTP）。

双绞线价格便宜，是最常用的传输介质之一，在 局域网和传统电话网中普遍使用。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几公里到数十公里。距离太远时，对于模拟传输， 要用放大器放大衰减的信号；对于数字传输，要 用中继器将失真的信号整形。

导向性传输介质——2.同轴电缆

• 同轴电缆由导体铜质芯线、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成。
• 按特性阻抗数值的不同，通常将同轴电缆分为两类：50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。
• 其中，50Ω同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称为基带同轴电缆，它 在局域网中得到广泛应用；75Ω同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称为宽带同轴电缆，它主要用于有线电视系统。

同轴电缆VS双绞线

由于外导体屏蔽层的作用， 同轴电缆抗干扰特性比双绞线好，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更 远，价格自然更贵。

导向性传输介质——3.光纤

光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信。有光脉冲表示1，无光脉冲表示0。

而可见光的频率大约是10^8 MHz，因此光纤通信系统的带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

光纤在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，它们在电脉冲作用下能产生出光脉冲﹔在接收端用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。

结构

光纤主要由纤芯(实心的!)和包层构成，光波通过纤芯进行传导，包层较纤芯有较低的折射率。

传输原理

全反射：当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时候就会折射回纤芯、这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。

特点

• 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
• 抗雷电和电磁干扰性能好。
• 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
• 体积小，重量轻。

单模光纤与多模光纤

非导向性传输介质

无线电波

• 信号向所有方向传播
• 较强的穿透力，可远距离传播，广泛用于通信

微波

• 信号固定方向传播
• 微波通信频率较高，频段范围宽，因此数据率很高。

分类

• 地面微波接力通信
• 卫星通信
  • 优点
    • 通信容量大
    • 距离远
    • 覆盖广
    • 广播通信
  • 缺点
    • 传播时延长（250-270ms）
    • 受气候影响大（eg：强风 太阳黑子爆发、日凌）
    • 误码率较高
    • 成本高

红外线、激光

• 信号固定方向传播
• 把要传输的信号分别转换为各自的信号格式，即红外光信号和激光信号，
• 再在空间中传播