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计算机网络之物理层传输介质(双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质)

一、导向性传输介质

双绞线

定义与结构:双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成,这两根导线按一定密度互相缠绕在一起,以降低信号干扰的程度。根据是否有屏蔽层,双绞线可分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)两大类。
工作原理:双绞线中的两根导线在传输中辐射的电波会相互抵消,从而有效减少干扰。
应用场景:双绞线主要用于模拟声音信息和数字信号的传输,特别适用于较短距离的信息传输,如局域网和星型拓扑网络中。
特点:价格便宜,传输距离一般为几到十几公里,但信道宽度和数据传输速度受到一定限制。尽管如此,由于其价格优势和对一般快速以太网中的影响甚微,双绞线仍是企业局域网中首选的传输介质。

同轴电缆

定义与结构:同轴电缆由外到内依次为塑料外层、网状编织屏蔽层、绝缘层和导体铜质芯线。根据用途的不同,同轴电缆可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。
工作原理:同轴电缆的电磁场封闭在内外导体之间,因此辐射损耗小,受外界干扰影响也较小。
应用场景:同轴电缆可用于模拟信号和数字信号的传输,广泛应用于电视传播、长途电话传输、计算机系统之间的短距离连接以及局域网等有线电视系统。
特点:具有抗干扰性强、传输距离远、能负载多个电视频道等优点。然而,随着光纤技术的不断发展,同轴电缆在许多方面已被光纤取代,目前主要使用于监控设备和一些电视传播等场景。

光纤

定义与结构:光纤是光导纤维的简写,是一种由玻璃或塑料制成的纤维,可作为光传导工具。光纤通常具有微细的结构,并被封装在塑料护套中,使其能够弯曲而不易断裂。
工作原理:光纤的传输原理是光的全反射。在光纤的一端,发射设备使用发光二极管或一束激光将光脉冲发送至光纤中,而在另一端,接收设备使用光敏组件检测这些脉冲。
应用场景:光纤主要用于通信领域,是长距离信息传递的理想介质。此外,光纤还广泛应用于光纤通信系统、光纤接入网、光纤数据传输以及局域网等领域。
特点:传输距离长、损耗小、中继距离长;抗干扰性强,能抗雷电和电磁干扰;保密性好,没有串音干扰,不容易被窃听或截取数据;体积小、重量轻。根据传输模式的不同,光纤可分为多模光纤和单模光纤两种类型。多模光纤适合短距离传输,而单模光纤则适合远距离传输。

二、非导向性传输介质

非导向性传输介质指的是自由空间传输介质,其传输路径不是固定的,而是利用电磁波在空气中的传播来进行数据传输。这种传输方式可以在空气、真空或海水等介质中进行。常见的非导向性传输介质包括无线电波、微波、红外线和激光等。

无线电波

传播方向:无线电波在所有方向上传播。
特点:穿透能力强、传输距离远,广泛用于通信领域。然而,在传播过程中可能会受到多径效应的影响,导致信号失真或产生错误。

微波

传播方向:微波信号沿固定方向传播。
特点:通信频率高、频段范围宽、数据率高。微波通信常用于地面微波接力通信和卫星通信等领域。但需要注意的是,微波通信容易受到气候因素的影响(如太阳黑子、日凌等),且成本较高。

红外线和激光

传播方向:红外线和激光信号也沿固定方向传播。
特点:通常用于点对点的通信。与微波不同,红外线和激光需要将传输的信号转换为相应的红外线信号或激光信号进行传输。这两种传输方式具有方向性好、传输距离远等优点,但也需要相应的接收设备来接收信号。

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