计算机网络通信：双绞线与光纤传输介质比较

传输介质又叫传输媒介，是构成信道的主要部分，是数据通信系统中源到宿的物理线路，它的特性直接影响通信的质量指标，如信道容量、传输速率、误码率、路线费用等。

在计算机网络中有多种传输介质，总体上可分为两大类：导引型传输介质和非导引型传输介质。

1.导引型传输介质

导引型传输介质也就是信号被固定沿着信道的一个或多个方向进行传输的介质，主要是指常见的有线介质：双绞线、同轴电缆和光纤。

1）双绞线

双绞线（twisted pair）适用于模拟和数字通信，是一种通用的传输介质，特别是在短距离范围内（如局域网）应用非常广泛。把两根互相绝缘的铜导线按照一定规则互相扭绞在一起，在外层再套上一层保护套或屏蔽套，就可以做成双绞线。成对线扭绞的目的是使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。多对双绞线封装后构成对称电缆。双绞线的传输速率取决于芯线质量、传输距离、距离和接收信号的技术等。芯线为软铜线，一般线径为0.4～1.4 mm 不等，每根线夹绝缘层并有颜色来标记。双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两种，如图2-3所示。屏蔽双绞线带有金属屏蔽外套，抵抗外部干扰的能力强。

图2-3　屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线

EIA/TIA（美国电子通信工业协会）按质量等级给双绞线定义了技术标准，目前计算机局域网组网时主要选择5 类和超5 类的非屏蔽双绞线，新的UTP 产品还有6 类和7 类线缆。类型数字越大，版本越新，技术越先进，带宽也越宽，当然价格也越高。

1 类：由两对双绞线组成的非屏蔽双绞线，频谱范围窄，通常在局域网中不使用，主要用于传输语言信息，传统的电话线即为1 类线。

2 类：由4 对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和最高可达4 Mb/s 的数据传输，早期用于1 Mb/s 令牌网。

3 类：由4 对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和10 Mb/s 以太网。

4 类：由4 对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和16 Mb/s 令牌网，也可勉强用于10/100 Mb/s 以太网。

5 类：由4 对双绞线组成的非屏蔽双绞线。用于语音传输和高于100 Mb/s 的数据传输，主要用于百兆以太网。

超5 类：由4 对双绞线组成的非屏蔽双绞线。与5 类线相比，超5 类线所使用的铜导线质量更高，单位长度绕数也更多，因而衰减和信号串扰更小，也可以用于吉比特以太网。

6 类：是一种新型的非屏蔽双绞线，适用于传输速率高于1 Gb/s 的应用。

非屏蔽双绞线具有直径小、节省空间、成本低、重量轻、易安装等特点，非常适用于结构化综合布线。虽然双绞线与其他传输介质相比，在传输距离、信道带宽、数据传输速度等方面能力有限，但其价格较为低廉，目前是计算机局域网中首选的传输介质。

2）同轴电缆

同轴电缆（coaxial cable）由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、外导体屏蔽层、塑料保护套（外层）等构成，如图2-4所示。同轴电缆的低频串音及抗干扰特性不如对称双绞线电缆，但随着频率升高，外导体的屏蔽作用增强，其串音和抗干扰能力大为改善，所以常用于较高速率的数据传输，但其价格比双绞线高。(www.xing528.com)

图2-4　同轴电缆

同轴电缆按其特性阻值的不同，主要可以分为50 Ω和75 Ω两类。

50 Ω同轴电缆又称基带同轴电缆，用于传输基带数字信号，专为数据通信网所用。使用这种同轴电缆在1 km 距离内，基带数字信号传输速率上限可达50 Mb/s，一般应用在10 Mb/s。

75 Ω电缆是公用天线电视系统（CATV）采用的标准电缆，它常用于传输频分多路（FDM）方式产生的模拟信号，频率可达300～500 MHz，所以又称它为宽带同轴电缆。使用该电缆也可传输数字信号。

同轴电缆按其线缆粗细的不同，还可分为粗缆和细缆。粗缆抗干扰性能好，传输距离较远；细缆价格低，传输距离较近。

3）光纤

光纤（fiber optical cable）是由一组光导纤维作为芯线加上防护外皮做成的。光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，柔韧并能传输光信号的传输介质，主要由纤芯和包层构成双层同心圆柱体，如图2-5所示。相对于其他传输介质，光纤具有传输距离长、传输速率高、安全性好等特点，主要适用于长距离、大容量、高速度的场合，如大型网络的主干线等。

图2-5　光纤构造及光传播情况

光纤只能作单向传输，如需双向通信，则应成对使用。当光线从一种介质转入另一种介质时发生折射，如果射到光纤表面的光线的入射角大于一个临界值，就会发生全反射，光线将完全限制光纤之中。不同光线在介质内部以不同的反射角传播。可认为每一束光有一个不同的模式，具备这种特性的光线称为多模光纤。当光纤的直径减少到一个光波波长的时候，光纤就如同一个波导，光在其中没有反射，而沿直线传播，这就是单模光纤。

单模光纤需要使用较贵的半导体激光器作为光源，仅有一条光通路，传输距离远，在传输速率为2.5 Gb/s 下的无中继传输距离可达几十千米，目前在传输干线和室外线路上一般都使用单模光纤。多模光纤使用较便宜的发光二极管作光源，在传输过程中存在光线扩散，容易造成信号失真，因此一般只在局域网的室内线路使用。

光纤通过传递光脉冲来进行数字通信，有光脉冲相当于传输“1”，而没有光脉冲相当于传输“0”。一根光纤相当于一条在1014～1015 Hz 波段内工作的光波导，可用于传输的带宽约为108 MHz 数量级，所以它是目前最理想的宽带传输介质。光纤作为传输介质具有传输速率高、频带宽、误码率低、传播时延小、抗干扰能力强、线径细重量轻等优点。

4）无线传输介质

在自由空间传播的电磁波或光波成为“无线”传输介质，它不同于有线信道，不用电缆铜线或光纤连接，而是采用各个波段的无线电波或光波等进行传播。因此，无线信道不受固定位置的限制，可全方位三维立体通信和移动通信。

无线电波：在数据通信中所用的无线频率范围为 30 MHz～300 GHz，主要应用于600 MHz 以上的高端频段。由于这个频段内的信号会穿透电离层，传播损耗较大，所以一般用于沿地面局部范围的通信应用。例如，用于电视和收音机广播。在组网通信中，广泛用于移动通信电话网、移动数据网等。

红外线：红外线链路只需一对收发器，设备相对比较便宜，且不需要天线。在调制不相干的红外光后，即可在较小的范围传输数据。红外线具有很强的方向性，可防止窃听、插入数据等，但对环境干扰敏感。计算机网络可以使用红外线进行数据传输，电视和立体声系统所使用的遥控器都是使用红外线进行通信。

激光通信：在有线网络中，可以在光纤内使用光进行通信，同样，光也能在空气中传输数据。激光通信技术将激光与电子很好地结合在一起，具有通信容量大、通信质量高、保密性好等特点。