浅谈计算机通信传输介质的选择.docx
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浅谈计算机通信传输介质的选择
浅谈计算机通信传输介质的选择
内容摘要：
网络中连接各个通信处理设备的物理媒体称为传输介质。
其性能特点对传输速率、成本、抗干扰能力、通信距离、可连接的网络节点数目和数据传输的可靠性等均有重大影响。
必须根据不同的通信要求，合理地选择传输介质。
传输介质分为有线介质和无线介质。
有线介质包括同轴电缆、双绞线和光纤，无线介质包括无线短波、地面微波、卫星、红外线等。
下面介绍几种常用的传输介质。
关键词：
性价比；抗干扰能力；通信距离
一、双绞线
双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰。
把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消，它在现在人们生活中用的较广泛的一类传输介质。
（一）UTP和STP
双绞线可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。
屏蔽双绞线（如图1a）电缆的外层由铝铂包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。
屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。
图1双绞线
非屏蔽双绞线（如图1b所示）无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间，重量轻、易弯曲、易安装，将串扰减至最小或加以消除，具有阻燃性，具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。
（二）双绞线的类型
双绞线规格型号有1类线、2类线、3类线、4类线、5类线、超5类线和最新的6类线。
局域网中非屏蔽双绞线分为3类、4类、5类、超5类以及6类线五种，屏蔽双绞线分为3类和5类两种。
类越高则性能越好，但价格也越贵。
[1]
（三）双绞线的连接器
双绞线的连接器最常见的是RJ-11和RJ-45。
RJ-11用于连接3对双绞线缆，RJ-45用于连接4对双绞线缆。
RJ-45接头俗称水晶头，双绞线的两端必须都安装RJ-45插头，以便插在以太网卡、集线器（Hub）或交换机（Switch）RJ-45接口上。
水晶头也可分为几种档次。
质量的好坏主要体现为接触探针是镀铜的，容易生锈，造成接触不良，网络不通。
质量差的另一点明显表现为塑扣位扣不紧（通常是变形所致），也很容易造成接触不良，网络中断。
水晶头虽小，但在网络中却很重要，在许多网络故障中就有相当一部分是因为水晶头质量不好而造成的。
图2直通线和交叉线
注：
在目前的交换机设备端口实现技术中，大多数厂商都实现了MDI及MDI-X接口的自动切换，即对于普通用户来讲，使用交换机连接不同设备时，如果交换机的端口类型是MDI-MDIX自动协商的，连接所使用的双绞线类型即可无需考虑，交换机会按照在端口的哪个管脚接收数据而自动进行MDI及MDI-X的切换。
下面内容是按照标准的情况进行的建议，如使用一些自适应交换机时，可不必考虑双绞线的适用场合的限制。
（四）双绞线的适用场合
在实际的网络环境中，一根双绞线的两端分别连接不同设备时，必须根据标准确定两端的线序，否则将无法连通。
通常，在下列情况下，双绞线的两端线序必须一致才可连通。
如图3所示。
1.主机与交换机的普通端口连接。
2.交换机与路由器的以太口相连。
3.集线器的uplink口与交换机的普通端口相连。
图3采用直通缆的场合
在下列情况下，双绞线的两端线序必须将一端中的1与3对调，2与6对调才可连通，如图4所示。
1.主机与主机的网卡端口连接。
2.交换机与交换机的非uplink口相连。
3.路由器的以太口互连。
4.主机与路由器以太口相连。
图4采用交叉缆的场合
（五）双绞线的优缺点：
使用双绞线作为传输介质的优越性在于其技术和标准非常成熟，价格低廉、而且安装也相对简单。
缺点是双绞线对电磁干扰比较敏感，并且容易被窃听。
双绞线目前主要在室内环境中使用。
（六）双绞线的选用
双绞线用于模拟传输或数字传输，其通信距离一般为几千米到十几千米。
对于模拟传输，当传输距离太长时要加放大器，以将衰减了的信号放大到合适的数值。
对于数字传输则要加中继器，以将失真了的数字信号进行整形。
导线越粗，其通信距离就越远，但造价也越高。
双绞线主要用于点到点的连接，如星型拓扑结构的局域网中，计算机与集线器之间常用双绞线来连接，但其长度不超过100米。
双绞线也可用于多点连接。
作为一种多点传输介质，它比同轴电缆的价格低，但性能要差一些。
表1双绞线用途
绞合线类别
带宽
典型应用
3
16MHZ
低速网路；模拟电话
4
20MUZ
短距离的10BASE-T以太网
5
100MHZ
以太网；某些10BASE-T快速以太网
5F（超五类）
100MHZ
100BASE-T快速以太网；100BASE-T吉比特快速以太网
6
250MHZ
1000BASE-T吉比特快速以太网；网络
7
600MHZ
可能用于以后的10吉比特快速以太网
二、同轴电缆
同轴电缆是一种用途广泛的传输媒介，这种传输媒介由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成。
内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开，如图5所示。
图5同轴电缆结构图
（一）同轴电缆的分类：
根据传输频带的不同，同轴电缆可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型。
1.基带同轴电缆
基带（Raseband）同轴电缆是特性阻抗为50欧姆的同轴电缆，用于传送数学信号。
通常把表示数字信号的方波所固有的频带称为基带。
2.宽带同轴电缆
宽带（Broadband）同轴电缆是特性阴抗为75欧的CATV（CommunityAntennaTelevision，公用天线电视）电缆，用于传送模拟信号。
宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的。
宽带同轴电缆由于其通频带宽，故能将语音、图像、图形、数据同时在一条电缆上传送。
宽带同轴电缆的传输距离最长可达10千米（不加中继器），一般为20千米（加中继器）。
其抗干扰能力强，可完全避开电磁干扰，可连接上千台设备。
。
（二）同轴电缆连接设备
同轴电缆主要应用于环形拓扑结构的小型局域网中。
采用同轴电缆进行网络连接时，常用到如下接头设备。
BNC桶型接头：
用于连接两段细同轴电缆。
BNC连接器：
BNC电缆连接器由一根中心针、一个外套和卡座组成。
每段电缆的两端必须安装BNC连接器，如图6所示。
图6BNC电缆连接设置
BNCT型接头：
T型接头用于连接细缆的BNC连接器和网卡，每台工作站都需要一个T型接头。
如图7所示。
终端匹配器：
每个粗同轴电缆网段都必须用50Ω系列终端匹配器连接。
每个细同轴电缆网段的两端都有必须有一个50Ω的BNC终端匹配器，直接连接于BNCT型接头。
（三）同轴电缆的特点：
与双绞线相比，同轴电缆的抗干扰能力强、屏蔽性能好、传输数据稳定、价格也便宜，它不用连接在集线器或交换机上即可使用。
同轴电缆的带宽取决于电缆长度，1km的电缆可以达到1Gbps到2Gbps的数据传输速率。
它可以使用更长的电缆，但是传输率要降低或使用中间放大器细缆安装较容易，但日常维护不方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。
目前，同轴电缆大量被光纤取代，但仍广泛应用于有线电视和某些局域网中。
（四）同轴电缆选用原则
现在，光传输介质网路已经被分成三个参次：
核心网、城域网和接入网。
光缆的敷设方式大致有：
直埋、管道和架空等。
光缆制造厂商和用户都是根据光缆所应用的环境条件差异和所采用的敷设方式来针对性的设计不同的光缆结构。
选择不同的光缆材料来确保光缆在所采用的敷设方式敷设之后，光缆能够长期安全可靠的工作。
众所周知，光缆是由光纤和各种不同材料构成的组合体。
光缆质量的好坏除了与制造技术有关之外，光缆材料的品种和性能的正确与否也会对光缆质量、价格和寿命起到十分重要的影响。
一般光缆材料的选择所遵循的原则是：
首先，根据光缆的使用环境和敷设方式选择所用材料的种类；其次，所选用的材料应该依据国家标准、行业标准、参照国际标准、结合我国的具体实际对各种的各项性能逐一检测并综合考擦，以求能够达到既有利于光缆生产，又便于质量的双重效果；最后，再考虑材料性能优良和稳定的基础上，我们必须考虑材料的工艺性能、销售价格成本、长期供应渠道，以及环境保护等问题。
三、光纤
（一）光缆的组成
光纤是光缆的纤芯，光纤由光纤芯、包层和涂覆层三部分组成。
双绞线的结构如图7所示。
图7光纤的构成
（二）光纤的分类
光纤可以根据构成光纤的材料、光纤的制造方法、光纤的传输总模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长进行分类。
1.按照折射率分布不同来分
通常采用的是均匀光纤（阶跃型光纤）和非均匀光纤（渐变型光纤）两种。
2.按照传输的总模数来分
通常可分为单模光纤和多模光纤两种，单模光纤常用于建筑群之间的布线。
多模光纤常用于建筑物内干线子系统、水平子系统或建筑群之间的布线。
3.按波长分类
综合布线所用光纤有三个波长区：
850nm波长区。
1310nm波长区。
1550nm波长区。
4.按纤芯直径划分
光纤纤芯直径有三类，光纤的包层直径均为125μm。
62.5μm渐变增强型多模光纤。
50μm渐变增强型多模光纤。
8.3μm突变型单模光纤。
应用传输距离
网络速率
传输距离
网络标准光纤
光源波长
100Mbps
2000m
100BASE-FXMMF（多模）
LED1300nm
1000Mbps
300m
1000BASE-SXMMF（多模）
VCSEL850nm
1000Mbps
550m
1000BASE-LX*MMF（多模）
Laser1300nm
1000Mbps
2000m
1000BASE-LXSMF（单模）
Laser1310nm
10Gbps
300m
10GBASE-SOM3（多模）
VCSEL850nm
10Gbps
300m
10GBASE-LX4OM1（多模）
Laser1310nm
10Gbps
2~10Km
10GBASE-LOS1（单模）
Laser1310nm
10Gbps
40Km
10GBASE-EOS1（单模）
Laser1550nm
表2
（三）光纤通信系统
目前在局域网中实现的光纤通信是一种光电混合式的通信结构。
通信终端的电信号与光缆中传输的光信号之间要进行光电转换，光电转换通过光电转换器完成，如图8所示。
图8光纤通信系统
在发送端，电信号通过发送器转换为光脉冲在光缆中传输。
到了接收端，接收器把光脉冲还原为电信号送到通信终端。
由于光信号目前只能单方向传输，所以，目前光纤通信系统通常都是用2芯，一芯用于发送信号，一芯用于接收信号。
[3]
（四）光纤连接器
光纤连接部件主要有配线架、端接架、接线盒、光缆信息插座、各种连接器（如ST、SC、FC等）以及用于光缆与电缆转换的器件。
它们的作用是实现光缆线路的端接、接续、交连和光缆传输系统的管理，从而形成光缆传输系统通道。
常用的光纤适配器如图9所示。
常用的光纤连接器主要有以下几种，如图10所示。
图9光纤适配器2
图10光纤连接器
（五）光纤通信的特点
1.通信容量大、传输距离远。
2.信号串扰小、保密性能好。
3.抗电磁干扰、传输质量佳。
4.光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输。
5.材料来源丰富,环境保护好。
6.无辐射,难于窃听。
7.光缆适应性强,寿命长。
（六）光纤的选择建议
对光纤的选择必须依据实际需求，综合考虑光纤的传输性能、系统单信道速率、传输距离等因素，同时还要兼顾良好的性能价格比。
对于长途干线传输网，建议经济允许的情况下采用G.655C、G656光纤。
对于局域网和本地网，建议一般采用性价比高的波长扩展的G.652C、G.652D光纤。
目前局域网中采用的光传输技术有以下3种：
基于从STM-1至STM-65等级的SDH的MSTP技术、16、32、50波DWDM技术、2/5/8波CWDM技术。
光纤的选择需要于这些光纤通信技术相一致或略有超前。
采用G.652B和G.652C有以下理由：
最大的优点是便宜，其价格约为G.655的三分之一，其唯一缺点是不支持未来可能多用于城域网的单通道40Gb/s系统
（七）光缆与光纤的比较
光缆是由光纤、高分子材料、复合材料及金属材料共同构成的光信息传输介质。
因此，除了要求光缆中采用光纤中具有的光传输性能之外，光缆本身具有体积小、重量轻、机械和环境性能好、寿命长等优点。
光缆的这些性能与光纤性能、光缆结构设计机制造工艺密切相关，还与构成光缆的各种材料及其性能息息相关。
在光纤波导特性优异、光缆结构设计合理、成揽工艺完善的情况下，光缆材料的性能直接决定着光缆的传输性能、机械性能、环境性能和使用寿命。
所以在选用时应综合考虑.
四.无线传输媒介
无线传输介质：
无线传输介质是利用可以穿越外太空的大气电磁波来传输信号的。
由于无线信号不需要物理的媒体，它可以克服线缆限制引起的不便，解决某些布线有困难的区域联网问题。
无线传输介质具有不受地理条件的限制、建网速度快等特点，目前应用于计算机无线通讯的手段主要有无线电短波、超短波、微波、红外线、激光以及卫星通信等。
电磁波是发射天线感应电流而产生的振荡波。
这些电磁波在空中传播，最后被感应天线接收。
在真空中，所有的电磁波以相同的速度传播，与频率无关，大约为3×108m/s。
电磁波可运载的信息量与它的带宽有关。
无线电波、微波、红外线和可见光都可以通过调节振幅、频率或相位来传输信息。
紫外线、X射线和伽玛射线也可以用来传输信息且可以获得更好的效果，但它们难以生成和调制，穿过建筑物的特性不好，且对生物有害。
如图11所示的电磁波的辐射频率。
图11电磁波频率
（一）短波通信
短波通信，又称高频通信，是以波长为10～100m的电磁波进行信号传输的一种通信方式，其工作频率范围在3～30MHz。
短波通信可以通过地表以地波形式传播，也可以通过电离层的反射以天波形式传播。
这两种传播形式有其各自的频率范围和传输距离。
地波传播时，陆地和海洋均会引起信号的衰损，所以短波一般采用天波形式进行传播。
在这种方式下，电波经过电离层与地面之间的多次反射，进行远距离通信。
短波通信系统配置简单，机动性大，广泛应用于电话、电报、传真和广播等业务。
但是该通信系统载频较低，稳定性较差。
（二）微波通信
微波通信是指用频率在300MHz到10GHz的微波信号进行通信。
微波通信沿直线进行信号传播,并且不能穿透障碍物，因此微波通信的主要依靠视距通信,超过视距以后需要中继转发。
一般相隔50公里就需要设置中继站,将电波放大转发而延伸。
远距离微波通信通常要经过数十次中继，微波通信频带宽、容量大、广泛应用于各种电信业务的传送。
微波的传播如图12所示。
图12微波的传播
（三）卫星通信
卫星通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。
通信卫星一般被发射在赤道上方3.6万公里的同步轨道上，与地球的自转同步运行。
1.通信波段
最适合卫星通信的频率是1-10GHz的微波频段。
卫星收发信号的频率范围一般都很宽，每个异频雷达收发机处理一个特定范围内的信号。
为避免干扰，上行和下行分别使用不同的频率。
表1列出卫星通信四个常用波段的上行频率和下行频率。
表3常用卫星通信频率
在微波频带,整个通信卫星的工作频带约为50OMHz宽度,为了便于放大发射及减少变调干扰,一般在卫星上设置若干个转发器。
每个转发器的工作频带宽度为36MHz或72MHz。
卫星通信多采用频分多址复用FDM技术，时分多址复用TDM技术和码分多址复用CDMA技术。
如图13所示。
图13卫星与工作站
2.卫星通信的特点
卫星通信覆盖范围广，只要在卫星发射的电磁波所覆盖的范围内,任何两点之间都可进行通信。
卫星通信容量大，同一信道可用于不同方向或不同区间，同时可在多处接收,能经济地实现广播、多址通信。
卫星通信的缺点是传输延时较大，费用较高。
（四）.空间激光通信
空间激光通信是指用激光束作为信息载体进行空间（包括大气空间、低轨道、中轨道、同步轨道、星际间、太空间）通信。
激光空间通信与微波空间通信相比，波长比微波波长明显短，具有高度的相干性和空间定向性，它的特点如下：
大通信容量、低功耗、体积小、重量轻、高度的保密性、激光空间通信具有较低的建造经费和维护经费。
（五）红外传输
无导向的红外线被广泛用于短距离通信，电视、录像机使用的遥控装置都利用了红外线装置。
红外线不能穿透坚固的墙壁，这意味着一间房屋里的红外系统不会对其他房间里的系统产生串扰。
正是由于这个原因，红外线成为室内无线网的候选对象。
在实际应用中，由于红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，一般要求的发射功率较高，而采用现行技术，特别是LED，很难获得高的比特速率（＞10Mb/s）。
（六）无线局域网传输波段
在这个“网络就是计算机”的时代，伴随着有线网络的广泛应用，以快捷高效，组网灵活为优势的无线网络技术也在飞速发展。
无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。
从专业角度讲，无线局域网利用了无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。
[4]
参考文献：
[1]刘岩，通信测试技术及应用[M]，人民邮电出版社，2010
（1）
[2]陈昌海，通信电缆线路[M]，人民邮电出版社，2005
（2）
[3]胡先知，光纤与光缆技术[M]，电子工业出版社，2007
（1）
[4]木村磐根，光通信与无线通信系统[M],科学出版社，2001（4）
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