各种传输媒介在计算机网络中的应用

[键入文字]1/7各种传输媒介在计算机网络中的应用摘要：传输媒介（transmissionmedium）是指数据传输系统中发送方和接收方之间的物理通道。它可以分为有线(导向，guided)传输介质和无线（非导向，unguided）传输介质两类。不同的传输媒介具有不同的传输特性，有各自的应用场合。因此了解传输媒介的种类和特性，对于我们正确的设计和组建网络很重要。随着社会的发展和社会需求的不同，各种传输媒介也有不同的发展动态和发展前景。关键词：传输媒介（transmissionmedium），有线传输，无线传输，特性，应用，价格，组网，发展动态，前景传输媒介（transmissionmedium）可以分为有线(导向，guided)传输介质和无线（非导向，unguided）传输介质两类【1，2，3，5，6】。传输介质直接影响着数据的传输质量。下面将简要介绍各种传输媒介及其应用。一、有线传输媒介有线媒介主要包括明线、双绞线、同轴电缆和光纤等。1.双绞线（Twisted-PairCable）1.1双绞线介绍及其特性双绞线也称为双扭线。把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来（减少相邻的导线的电磁干扰）而构成双绞线，局域网中的双绞线是将四对双绞线封装在绝缘外套中的一种传输介质。双绞线电缆分为非屏蔽双绞线（UTP:UnshieldedTwistedPair）和屏蔽双绞线（STP：ShieldedTwistedPair）两大类。UTP的频率在100Hz~5MHz之间。UTP的类型：1)1#UTP，基本双绞线，应用电话系统，通话质量较好，但是通信的速率较低。2)2#UTP，适合于传输声音和数据，传输速率在4Mbps以上。3)3#UTP，主要用在电话系统中，对于数据传输，其速率在10Mbps以上。4)4#UTP，传输速率可以达到16Mbps。5)5#UTP，对于数据传输，其速率在100Mbps以上。6)Cat5E(增强型)–超5类，衰减小，串扰少（ACR和信噪比高），用于1000BASE-T和622MbpsATM。7)6#UTP，Cat6频率最高200MHz8)7#UTP频率最高600MHz。双绞线主要特性有：1)从物理特性上来看，双绞线芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。2)从传输特性上来看，双绞线既可以用于传输模拟信号，也可以用于传输数字信号，双绞线带宽可达268kHz，而一条全双工语音通道的标准带宽是300Hz~4kHz，因而可以使用频分多路复用技术实现多个语音通道的复用。3)从连通性上来说，双绞线普遍用于点到点的连接，也可以用于多点的连接。4)从地理范围上来看，在100kbps速率下传输距离可达1公里，但在10Mbps和100Mbps传输速率下传输距离均不超过100米。5)抗干扰性。在低频传输时，双绞线的抗干扰性相当于或高于同轴电缆，但如果频率超过10~100kHz时，双绞线的抗干扰能力较低。[键入文字]2/76)价格。非屏蔽双绞线价格低廉，屏蔽双绞线在双绞线外面包上了用金属丝编织的屏蔽层，价格高。1.2双绞线应用场合、组网类型及组网成本双绞线是最古老但又最常用的传输媒体。非屏蔽双绞线易弯曲、易安装，具有阻燃性，布线灵活。UTP是目前电信中最常用的传输媒介。而屏蔽双绞线安装困难，需连结器，但抗干扰性好，传送数据更可靠。如以下场合【1，2】：1)电话网。用于用户回路等2)建筑物内，如Toprivatebranchexchange(PBX)3)用于局域网(LAN)。局域网中常用的3类双绞线和5类双绞线电缆均由4对双绞线组成，其中3类双绞线通常用于10BASE-T，5类双绞线通常用于100BASE-T。总之，双绞线是目前最常见的连网方式。它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆要短。2．同轴电缆（CoaxialCable）2.1同轴电缆介绍及特性同轴电缆是按“同轴”的形式构成的线对，最里层是内芯，向外依次为绝缘层、屏蔽层，最外层则是起保护作用的塑料外套，内芯和屏蔽层构成一对导体【2，3】。由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰性。通常按特性阻抗值的不同，将同轴电缆分为两大类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。同轴电缆又可分为细缆和粗缆两大类，细缆使用较普遍，主要用于总线形网络布线。细缆两端装BNC头，可连接在网卡的T形头上。细缆每段干线最大长度为185m，每段干线可接30台计算机。若要拓宽网络范围则需加中继器，最多加4个，最大传输距离可达925m。细缆安装容易，造价低，但维护麻烦，中大型网一般不使用。粗缆每段干线最大长度为500米,每段干线可接100台计算机，最长网络范围可达到2500米，收发器间最小2.5米,收发器电缆最长50米。同轴电缆主要特性：1)物理特性。同轴电缆可以工作在较宽的频率范围内。2)传输特性。基带同轴电缆仅用于数字传输，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可以达10Mbps。宽带同轴电缆既可用于模拟信号传输又可用于数字信号传输。3)连通性。同轴电缆适用于点到点和多点连接。4)地理范围。基带电缆的最大传输距离限制在几公里，宽带电缆的传输距离则可达几十公里。5)抗干扰性。同轴电缆的抗干扰性能比双绞线强。6)价格。同轴电缆的价格比双绞线贵，比光纤低。2.2同轴电缆主要应用场合、组网类型及成本由于同轴电缆比双绞线有优越的频率特性，可以携带较高频率范围的载波信号，其频率范围在100KHz~500MHz之间，现已被广泛用于较高速率和较高频率的数字数据传输中。是最通用的媒介。目前普遍用于长距离的电话或电报传输，有线电视，局域网络和短距离系统连的通信线路（如主机和外设，终端的高速I/O通道的连接等）。比如一下场合:1)电视布线。宽带同轴电缆常用于传输模拟信号，是公用天线电视系统CATV中的标准传输电缆，利用频分多路复用技术，一条同轴电缆可以同时发送一万多个相互独立的话音信道上的信息。但在传送数字信号时，必须将数字信号用调制器转换成模拟信号，在宽带同轴电缆上传送。2)用于长途电话传输，可同时承载10,000路电话，但是正被光纤所取代。3)用于短距离计算机系统连接。[键入文字]3/74)用于局域网。基带同轴电缆用于传输离散的基带数字信号，用这种同轴电缆可以将10Mb/S的基带数字信号传送1千米到1.2千米，因此被广泛用于局域网中。总之，同轴电缆网是常见的一种连网方式。它比较经济，安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般，传输距离较短。3.光纤（OpticalFiber）3.1光纤介绍及特性【8】光导纤维（光纤）是一种能够传导光信号的极细(50μm～100μm)而柔软的介质。常用的光纤材料有：超纯二氧化硅、多成份玻璃纤维、塑料纤维。光纤的模截面为圆形，由纤芯、包层两部分构成，二者由两种光学性能不同的介质构成。其中，纤芯为光通路；包层由多层反射玻璃纤维构成，用来将光线反射到纤芯上。从传输点模数来分，光纤可以分为单模和多模两种传输方式，单模提供单条光通路；多模光纤，即发散为多路光波，每一路光波走一条通路。单模光纤因为衰减小而具有更大的容量，但是它的生产要比多模光纤昂贵。光纤主要特性：1)物理特性。在网络中均采用两根光纤组成传输系统。2)传输特性。光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号，与双绞线相比，光纤传送数据的速度相当快。光纤最低传送率是100Mbit/s.双绞线或同轴电缆传送电信号，而光纤传送光信号，其中一种光源是发光二极管（LEO），另一种光源是激光。光纤频带很宽，传输速率极高，可以传送大量的数据。3)连通性。光纤普遍用于点到点的链路。光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，它必须成对出现，一个用于输入，一个用于输出，光纤两端接到光学接口上.4)地理范围。光纤可以在6~8公里的距离内不用中继器传输，因此光纤适合于再几个建筑物之间通过点到点的链路连接的局域网络。5)抗干扰性。光信号不受电磁干扰或噪声影响，光波也不会互相干扰，因此光纤不存在信号衰减问题，可以再长距离内传输数据；光纤中的光匹配好，使人很难再光纤上窃取数据，安全性好。6)价格。光纤的价格比双绞线和同轴电缆都要贵。3.2光纤主要应用场合、组网类型及成本光纤传输距离长，传输率高，可达数千兆bps，抗干扰性强，不会受到电子监听设备的监听，是高安全性网络的理想选择。不过由于其价格较高，且需要高水平的安装技术，所以现在尚未普及。如以下场合：1)长途干线，可同时承载6万路电话。2)市区干线，可承载10万话路。3)用于农用交换干线。4)也可用于用户环路（Betweenhouseandlocalexchange）。5)用于局域网（LAN）。光纤是目前有线通信传输介质中最良好的传输介质，是最理想的传输介质。但是其技术和成本要求高。4.明线。除了以上有线媒介还有明线等，明线是电线杆支持的、架设在地面上的一种裸线线路，在目前已经不发展【4】，故此不详细探讨。二、无线传输媒介[键入文字]4/7无线传输媒介通过空间传输，不需要架设或铺设电缆等，包括：微波，无线电波、红外线和激光等【1，2，3，4，5，6，7】。1.微波。微波传送是单向的，并且信号沿直线传播。所以传送信号时一个微波站的天线必须指向另一个微波站，这样才能发送和接收信号。微波信号受天气环境和微波站之间障碍物的影响较大。由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此微波通信分为两种主要方式：地面微波接力通信和卫星通信。1)地面微波接力通信地球上两个微波站之间的微波传送方式叫地面微波传送。微波通信的载波频率很高，可同时传送大量信息，利用无线电波在对流层的视距范围内沿直线传播的。由于地球表面是曲面，微波在地面的传播距离受到限制。为了增大直接传播距离，而增大天线塔的高度，塔越高传播距离。例如一般传播距离为50km，但当天线塔为100m时，距离可增大到100km。当超过一定距离后，则需在一个无线通信信道的两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前一端送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为微波接力通信。地面微波通信主要有以下特点：波段频率高、传输频带宽、通信容量大、传输距离远、抗干扰能力强、可靠性较高，但微波接力通信业也存在着如下的一些缺点：相邻站点之间必须直视，不能有障碍物。有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达天线，因而造成失真。微波的传播有时也会受到恶劣天气的影响，与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差，对大量中继的使用和维护要耗费一定的人力和物力。但是，对于地面微波通信，频率越高，使用的天线就越小，价格就越便宜。主要应用：a)用于长途电信服务，可替代同轴电缆或光纤，常用于话音和电视传输。b)建筑物之间的点对点短距离传输。这种方式可以用于闭路电视或局域网之间的数据链路。c)另一个重要的应用是蜂窝系统。与同容量的光纤和长度的电缆载波在组网上相比，微波建设投资少，见效快。2)卫星微波卫星通信实质上是在利用地球站之间利用位于36000km高空的人造同步地球卫星作为中继的一种微波接力通信。而通信卫星就是在太空的无人职守的微波通信的中继站。采用三个适当配置的卫星，即可覆盖两极音区以外的整个地球。和微波接力通信相似，卫星通信的频带较宽，通信容量较大，信号改变干扰小，通信比较稳定，适合于卫星通信的频段是1GHz—10GHz。卫星通信特性：a)卫星通信是“面覆盖”式的，因此广泛用于传输多路长距离电话，电报，电视业务，数据等。b)具有较大的传播时延，无论地面上两站的距离有多远，从发送站通过卫星载发到接收站的传播延迟时间要花270s这对于微波接力通信的3ns/km与同轴电缆的5ns/km相比，显然要慢的多。c)从安全方面考虑，卫星通信系统的保密性也较差。卫星通信适合场合：同步卫星发射出的电磁波能辐射到地球的1/3的区域，因而便于实现多址和移动通信，也便于组成通信网。如：a)电视广播。由于卫星通信本质上是广播形式的，因此非常适用于电视广播。b)长途电话传输。对于使用率很高的国际干线而言，卫星通信时最好的选择。[键入文字]5/7c)专用商业网络。2.无线电无线电波频率范围在3k