网络传输介质

1.3 网络传输介质

1.3.1 线缆

在网络的最低层次上，所有计算机通信都以某种能量形式对数据进行编码，并将这些能量通过传输介质发送出去。例如，电流可用来在导线上传输数据，而无线电波可用来在空中传输数据。因为附属于计算机的硬件设施执行数据的编码和译码，程序员和用户并不需要了解数据传输的细节。但是，通信软件的一个主要功能是处理底层硬件工作过程中出现的错误和故障，了解这些软件就要用到一些数据传输的基本概念和知识。以下章节将讨论数据传输的基本概念。

目前的网络工程中普遍采用有线通信线路和无线通信线路两种布线方式，我们可以根据实际需要选择。有线通信是利用电缆、光缆或电话线来充当传输导体的，无线通信是利用卫星、微波和红外线来充当传输导体。此处以多数用户采用的有线通信线方式来叙述布线系统所使用的线（电）缆、导线槽、线（电）缆架、光纤保护系统、连接器及其他一些常用材料。

1.双绞线（Twisted Pair，TP）

双绞线是一种综合布线工程中最常用的传输介质。双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成，把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起组成一对，可降低信号干涉的程度，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根与之相绞合的导线上发出的电波抵消。如果把四对互相缠绕的双绞线放在一个绝缘套中便成了双绞线电缆。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的限制，但它制作容易、价格低廉，特别适用于星形网络拓扑结构的局域网连接。目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）、屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）两种，如图，屏蔽双绞线电缆的外层包围着一层编织的或起皱的屏蔽，多数用的是铝箔材料。编织的屏蔽用于室内布线，起皱的屏蔽用于室外或地下布线。屏蔽减少了由RFI（电磁干扰）和EMI（射频干扰）引起的对通信信号的干扰，将一对双绞线缠绕在一起也有助于减少RFI和EMI，在周围有重型电力设备和强干扰源的地方，比较适合采用STP。左图是UTP，右图是STP。

图1-3-1 超5类UTP（左图）和STP（右图）

简单地绞在一起就改变了导线的电气特性，并使其能用于网络。首先，绞在一起限制了电磁能量的发射，并有助于防止双绞线中的电流发射能量干扰其他导线。其次，绞在一起也使双绞线本身不易被电磁能量所干扰，有助于防止其他导线中的信号干扰这两根导线。

在双绞线中加入屏蔽层的想法出现了屏蔽双绞线（shielded twisted pair）由一根为屏蔽

层所围绕的双绞线所组成。每根线覆有绝缘材料，这样导线相互隔离—屏蔽层仅形成一个防止电磁辐射进入或逸出的屏障。更强的屏蔽能力使得带屏蔽的双绞线经常被用于网络的通信线需要经过某一产生强电磁场设备的场合（如大型空调）。

屏蔽双绞线的缺点主要是价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器。

与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线的主要优点是重量轻、易弯曲、易安装、组网灵活等，非常适合结构化布线。

2.双绞线的分类

(1)3类双绞线：其最高传输频率为16MHZ，最高数据传输速率为10Mbit/s，目前已基本淘汰。

(2)4类双绞线：其最高传输频率为20MHZ，最高数据传输速率为16Mbit/s，很少用于网络布线，市面上基本看不到。

(3)5类双绞线：使用了特殊的绝缘材料，其最高传输频率为100MHZ，最高数据传输速率为100Mbit/s，是构建10M/100M局域网的主要通信介质。

(4)超5类双绞线：属非屏蔽双绞线，与普通5类双绞线相比，超5类双绞线在传送信号时衰减更小，抗干扰能力更强。主要用于千兆位以太网。

3.双绞线的连接头

双绞线是通过RJ-45接头与网卡或Hub相连接的。根据RJ-45接头金属片形状的不同，RJ-45接头可以分为“二叉式”和“三叉式”两类。

图1-3-2 双绞线的连接头

在双绞线中共有4对芯线，每根芯线都有不同的作用。双绞线的排列顺序应与RJ-45

接头相对应。在这8个脚位中，只有4个脚位使用。

4.同轴电缆（Coaxial Cable）

同轴电缆由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成，外圆柱导体与内导线用绝缘材料隔开，其频率特性比双绞线好，能进行较高速率的传输。其屏蔽性较好，抗干扰能力强，在未使用双绞线连网前，曾盛行一时。

图1-3-3 双层屏蔽带悬挂线的RG系列型号同轴电缆

如图所示为双层屏蔽带悬挂线的RG系列型号同轴电缆，其导体采用钢质镀铜材料，内外导体之间用物理发泡聚乙烯，屏蔽层使用的是铝塑复合膜及34线规格铝镁合金丝编织，最外层护套用聚氯乙烯材料。此类同轴电缆常用作CATV和MATV的接入电缆。

同轴电缆一般采用总线型网络拓扑结构，即在一根电缆上连接多台计算机，这种结构适用于计算机比较密集的场合，但是如果当某一个节点发生故障时，故障会串联影响到整根电缆上所有连接的机器，故障的诊断和修复都很麻烦，现已逐步被非屏蔽双绞线或光缆所替代，但在一些小型办公网和家庭网络中仍有一定的使用。

目前，同轴电缆有如下几种型号：

RG-650Ω

RG-850Ω

RG-1150Ω

RG-5850Ω

RG-5975Ω

RG-6293Ω

计算机网络一般选用RG-11以太网粗缆和RG-58以太网细缆，其他型号用于一些专用网络。

1.3.2 光纤

1.光纤概述

计算机网络也使用柔软的玻璃纤维传输数据。这种介质用光传输数据，这就是众所周知的光纤（Optical Fiber）。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。（虽然光纤不能弯成直角，但可以在一个小于两英寸的很小半径内转弯）。光纤一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode，L E D）或激光器以发送光脉冲至光纤，光纤另一端的接收器使用光敏元件检测光脉冲。

光纤较导线有四大优点。首先，因为传输的形式是光，所以光纤不会引起电磁干扰也不会被干扰。其次，因为玻璃纤维可以被制成能反射光纤内绝大多数的光，所以光纤传输信号的距离比导线所能传输的距离要远得多。第三，因为较之电信号，光可以对更多的信息进行编码，所以光纤可在单位时间内传输比导线更多的信息。第四，与电流总是需要二根导线形成回路不同，光仅需一根光纤即可从一台计算机传输数据到另一台计算机。

尽管光纤有不少优点，但它也确有其不利之处。首先，光纤的安装需要专门设备以保证光纤的端面平整以便光能透过。其次，当一根光纤在护套中断裂（如被弯成直角），要确定其位置是非常困难的。第三，修复断裂光纤也很困难，需要专门的设备联结二根光纤以确保光能透过结合部。

2.FC型光纤连接器

表明其外部加强方式采用的是金属套，紧固方式为螺丝扣，此类连接器结构简单、操作方便、制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，一般用于周围环境比较清洁的场合。