计算机网络（11）--- 物理层的传输媒体

    传输媒体也被称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类，导向传输媒体和非导向传输媒体。在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固体媒体传播（铜线或光纤），而非导向传输媒体就是指自由空间，在非导向传输媒体中电磁波的传输被称为无线传输。

    导向传输的媒体分为以下几类

    ①、双绞线

        双绞线也成为双扭线。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（twist）起来就构成了双绞线。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。

        模拟传输和数字传输都可以使用双绞线。但距离太长时，对于模拟传输，就要加放大器以便将衰减了的信号放大到合适的数值；对于数字传输，就要加上中继器以便将失真了的数字信号进行整形。双绞线的导线越粗，其通信距离就越远，其价格也越高，由于其价格便宜且性能也不错，因此使用十分广泛。

        为了提高双绞线的抗电磁干扰能力，可以在双绞线的外面再加上一层用金属丝编织成屏蔽层，这就是屏蔽双绞线。无论是那种像，衰减都随频率的升高而增大。使用更粗的导线可以降低衰减，但却增加了导线的价格和重量。

    ②、同轴电缆

        通州电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层。由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。但随着技术的进步，在局域网领域基本上都是采用双绞线作为传输媒体。目前同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。同轴电缆的宽带取决于电缆的质量。

    ③、光缆

        光缆通信就是利用光导纤维传递光脉冲来进行通信。有光脉冲相当于1，而无光脉冲相当于0。由于可见光的频率非常高，约为MHz的量级，因此一个光纤通信系统的传输宽带远大于目前其它各种传输媒体的宽带。

        光纤是光纤通信的传输媒体。在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，它们在电脉冲的作用下能产生出光脉冲，在接收端利用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。

        光纤通常由非常长透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。

    非导向传输媒体分为以下几类

        上面介绍了三种导向传输媒体，但是当通信线路想要通过一些高山或岛屿时，有时很难施工，即使城市中，挖开马路铺设电缆也不是一件很容易的事。如果利用无线电波在自由空间的传播就很快的实现多种通信，自由空间是指无任何衰减、无任何阻挡、无任何多径的传播空间。理想的无线传播条件是不存在的，一般认为只有地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，由于信号能量在自由空间的扩散，在传播了一定距离后，信号能量也会发生衰减。

        短波通信（高频通信）主要是靠电离层的反射。但电离层的不稳定所产生的衰落现象和电离层反射所产生的多径效应，使短波通信的通信质量较差。所以，当使用短波无线电台传送数据时，一般都是低速传输，即速率传输速率为几十至几百比特/秒。只有在采用复杂的调制解调技术后，才能使数据的传输速率达到几千比特/秒。

        无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围时300MHz~300GHz（波长10cm~1m），但主要是使用2~40GHz。微波在空间是直线传播，由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像短波那样可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。传统的微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。

        由于微波在空间是直线传播，而地球表面是个曲面，因此地面微波通信的传播距离受到限制，一般只有50KM左右，如果采用100M高的天线塔，则传播距离可以增大到100KM。如果要实现超远距离通信就必须在一条无线电通信信道的两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前一站送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为“接力”。

        微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息，其主要特点是：

        ①微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大。

        ②工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比微波频率低得多，对微波通信的危害比对短波和米波通信小的多，因而微波传输质量较高。

        ③与相同容量和长度的电缆载波通信相比，微波接力通信建设投资少，见效快，易于跨越山区、江河。

        常用的卫星通信方法是利用人造同步卫星做为中继器的一种微波接力通信。卫星通信的最大特点时通信距离元，且通信费用与通信距离无关。同步地球卫星发射出的电磁波能辐射到地球上的通信覆盖区的跨度达1万8千多公里，面积约占全球的三分之一，只要在赤道上空的同步轨道上，等距放置相隔120度的3颗卫星，就能基本上实现全球通信。

        卫星通信和微波接力通信相似。卫星通信的宽带很宽，通信容量很大，信号所受到的干扰也比较小，通信也比较稳定为了避免产生干扰，卫星上可以使用不同的频段来进行通信。因此总的通信容量还是很大的，目前常用的三个频段如下图所示。 

        卫星通信的另一特点就是具有较大的传播时延。由于各地球站的天线仰角并不相同，并且由于距离的因素，所以不管两个地球站之间的地面距离时多少，从一个地球站点经卫星到另一地球站点的传播时延在250~300ms之间。注意，这里和两个站点之间的距离并没有什么关系。

        再次注意，“卫星信道的传播时延较大”并不等于“卫星信道传输数据的时延较大”。这是因为在前面的计算机网络的性能指标介绍中可以知道，传送数据的总时延除了传播时延外，还有传输时延、处理时延和排队时延等部分。

        除了同步卫星外，低轨道卫星通信系统已开始使用（低轨道卫星相对于地球不是静止）。这些卫星不停地围绕着地球旋转，这些卫星在天空上构成了高速的链路。

        从上面的描述中可以看出，卫星通信非常适合于广播通信，因为它的覆盖面很广，但是从安全方面去考虑，卫星通信系统的保密性是比较差的。