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计算机网络传输介质类型及其特性解析

传输介质,也称为传输媒体,是连接发送设备和接收设备之间的物理通路。按照传输特性,传输介质可以分为导向传输介质和非导向传输介质。导向传输介质指的是电磁波沿着固体媒介(如铜线或光纤)传播,而非导向传输介质则包括空气、真空或海水等。
首先,我们常见的导向传输介质之一是双绞线。双绞线由两根相互绝缘的铜导线按照特定规则绞合而成,这种结构有助于减少相邻导线之间的电磁干扰。为了增强抗干扰能力,有时会在双绞线外层加上金属丝编织的屏蔽层,形成屏蔽双绞线(STP),而没有屏蔽层的就是非屏蔽双绞线(UTP)。双绞线因其价格低廉而被广泛应用在局域网和传统电话网中。其传输带宽受铜线粗细和传输距离的影响,可用于模拟传输和数字传输通信距离一般在几公里到数十公里之间。当距离较远时,模拟传输需要放大器来增强信号,数字传输则需要中继器来恢复信号。
另一种导向传输介质是同轴电缆。同轴电缆由导体铜质芯线、绝缘层、网络编织屏蔽层和塑料外层构成。根据特性阻抗的不同,同轴电缆分为50欧姆和75欧姆两种。50欧姆同轴电缆多用于传输基带数字信息,常见于局域网;而75欧姆同轴电缆则用于传输宽带信号,如有线电视系统。同轴电缆因其良好的抗干扰特性,被用于传输高速率数据,其传输距离比双绞线更远,但价格也相对较高。
非导向传输介质中,光纤通信技术因其高带宽和远距离传输能力而备受关注。光纤通过光导纤维传递光脉冲来进行通信,其中光脉冲的有无代表数字信号中的1和0。光纤由纤芯和包层构成,光波在纤芯中传导,而包层具有较低的折射率。当光线入射角大于临界角度时,会在纤芯和包层之间发生全反射,从而实现光信号的传输。根据光纤中光线的传播模式,光纤分为多模光纤单模光纤。多模光纤适合近距离传输,而单模光纤则因损耗小而适用于远距离传输。
此外,无线传输介质在现代通信中也扮演着重要角色。无线通信技术广泛应用于移动电话和无线局域网WLAN)中。无线电波具有强大的穿透力,能传输很长的距离,是无线通信的基础。微波、红外线和激光等视线介质则需要发送方和接收方之间有直线路径,它们将信号转换为特定格式的光信号或电磁波信号,在空间中传播。
微波通信的频率较高,频段范围广,能够承载大量的通信容量。与无线电波不同,微波通信的信号沿直线传播,传播距离有限,需要中继站来接力。卫星通信利用地球同步卫星作为中继,可以实现全球通信,但其端到端的传播延迟较长。
总之,不同的传输介质各有特点,它们为现代通信网络提供了多样化的选择,使得信息在全球范围内快速、高效地流动。

传输介质也称为传输媒体,它是发送设备和接受设备之间的物理通路。传输介质可分为导向传输介质和非导向传输介质,在导向传输介质中,电磁波被导向沿着固体媒介(铜线或光纤)传播,而非导向传输介质可以是空气、真空或海水等。

计算机网络传输介质类型及其特性解析

1、双绞线

双绞线是古老、又常用的传输介质,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。绞合可以减少相邻导线的电磁干扰。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。双绞线的带宽取决于铜线的粗细和传输的距离。模拟传输和数据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,要用放大器放大衰弱的信号;对于数字传输,要用中继器将失真的信号整形。

2、 同轴电缆

同轴电缆由导体铜质芯线、绝缘层、网络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:50π同轴电缆和75π同轴电缆。其中,50π同轴电缆主要用于传送基带数字信息,又称为基带同轴电缆,它在局域网中得到广泛应用;75π同轴电缆主要用于传输宽带信号,又称为宽带同轴电缆,它主要用于有线电视系统。

由于外导体屏蔽层的作用,同轴电缆具有良好的抗干扰特性,被广泛用于传输较高速率的数据,其传输距离更远,但价格较双绞线贵。

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讯。有光脉冲表示1,无光脉冲表示0.而可见光的频率大约10^8MHZ,因此光纤通信系统的宽带范围极大。

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

只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一个临界角度,就可以产生全反射。因此可以存在许多从不同角度入射的光线在一条光纤中传输,这种光纤被称为多模光纤,多模光纤的光源为发光二极管。但光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽,造成失真,因此多模光纤指适合于近距离传输。

若光纤的直径减少到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导那样,它可使光纤一直向前传播,而不会产生多次反射,这样的光纤就是单模光纤。单模光纤的纤芯很细,起致敬只要几微米,制造成本较高。同时,单模光纤的光源为定向性很好的激光二极管,因此单模光纤的损耗较小,适合远距离传输。

4.无线传输介质

无线通信已广泛应用于移动电话领域,构成蜂窝式万县电话网。随着便携式计算机的出现,以及在军事、野外等特殊场合下移动通信联网的需要,促进了数字化移动通信的发展,现在无线局域网产品的应用已非常普遍。

1)无线电波

无线电波具有较强的传透能力,可以传输很长的距离,所以它被广泛地应用于通信领域 ,如无线手机通讯,还有计算机网络中的无线局域网(WLAN)。因此无线电波是将信号向所有方向散播,这样在有效距离范围内的接受设备就无须对某一个方向来与无线电波发射者进行通信连接,大大简化了通信连接,这也是无线电传输的最重要优点之一。

2)微波红外线和激光

目前高带宽的无线通信主要使用单种技术:微波、红外线和激光。它们都需要在发送方和接收方之间有一条视线通路,有很强的方向性,都是沿直线传播,有时统称这三者为视线介质。不同的是红外线通信和激光通信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,再直接在空间中传播。

微波通信的频率较高、频段范围也很广,载波频率通常为2—40GHZ,因为通信信道的容量大。如一个带宽为2MHZ的频段可容纳500条语音线路,若用来传输数字信号,数据率可达到数兆比特每秒。与通常的无线电波不一样,微波通信的信号都是沿直线传播的,故在地面的传播 距离有限,超过一定距离后就要用中继站来接力。

卫星通讯是利用地球同步卫星作为中继来转发微波信号,可以克服地面微波距离的限制。三颗相邻120度的同步卫星几乎能覆盖整个地球表面,因而基本能实现全球通信。卫星通信的优点是通信容量大、距离远、覆盖广,缺点是端到端的传播延迟长,一般在250~270ms。

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