网络传输介质探析

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　　摘要:在进行网络综合布线前,针对不同的地域,不同的网络环境,如何选取网络传输介质,文章基于此探讨了网络传输介质的相关问题。
　　关键词:网络传输介质;网络布线;有线传输;无线传输
　　中图分类号:TP311文献标识码:A
　　文章编号:1009-2374 (2010)24-0059-03
　　
　　0前言
　　随着计算机应用的普及,特别是20世纪90年代以后网络时代的到来,在现代化大楼中计算机网络必将与电话一样,日益成为一个不可或缺的系统。因此将计算机网络布线系统与电话布线系统结合考虑,组成一个统一的综合布线网络,必能更加方便用户,降低用户的总投资,也使得计算机网络系统本身更加易于管理,更加灵活、可靠。
　　在多媒体、音视频技术被广泛应用的今天,用户对于网络要求越来越高,传输的数据量也变的越来越大。网络用于数据的传输,其数据传输必须依赖于某种介质来进行。在这种环境下,作为数据传输的承载体-传输介质变的更加重要,在计算机网络布线中,可以分为有线介质和无线介质两种,而有线介质是计算机网络最主要的传输介质,通常又被分为铜介质(双绞线和同轴电缆)和光介质两种,无线介质作为有线介质的有效补充,被广泛的应用于不适合布线的网络当中。本文主要介绍各种常见传输介质,以及各自的特点。
　　1有线传输介质
　　1.1铜介质
　　铜介质是被广泛应用于计算机网络当中的一种电信号传输介质,主要有双绞线和同轴电缆两种,现在新构建的计算机网络基本上都是以双绞线作为传输介质的星型拓朴结构网络,而同轴电缆则在渐渐退出计算机网络市场,目前应用最多的场景是我们熟知的有线电视网络,家中的有线电视连接线缆就是细同轴电缆。
　　1.1.1双绞线双绞线是在星型拓朴结构的计算机网络中应用最多的一种传输介质,内部是由八根铜导线组成,为了减少电磁信号的相互干扰,每两根按一定的密度缠绞在一起。这样,在传输电信号时相互之间辐身出的电波就会相互抵消,有效的消除干扰。双绞线这个名字也是因为这样的结构而引申出来的。 在外部,有一层韧性及高的保护外皮保护。
　　(1)屏蔽双绞线。按其双绞线是否有屏蔽层,我们可以把双绞线分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线两种,在区分的时候,可以直观的去看外保护套内是否有铝锡包裹。基本上我们在布线时都会选择无屏蔽双绞线,其最大的原因是因为这种双绞线在制作工艺上要比屏蔽双绞线容易很多。从安全性的角度来考虑,屏蔽双绞线要比无屏蔽双绞线有更高的防窃听能力,传输性能也优于无屏蔽双绞线。
　　(2)无屏蔽双绞线。双绞线最早的使用是被用于电话信号的传输,后来才被渐渐引入到数字信号的传输当中,在很久以前,我们基本上都是使用的3类双绞线,最大只能达到16Mbps的带宽,而现在我们在计算机网络中广泛使用的都是超五类双绞线及六类双绞线。最大能达到1000Mbps的带宽。通常我们都是RJ45连接器,也就是俗称的水晶头进行连接双绞线与网络端口,其中在使用的只有八根线芯中的4根,用于双向传输(全双工),根据连接两端的网络端口不同,会有直通线、交叉线及rollover三种,直通线主要用于不同的两个端口,比如网卡-交换机,交叉线用于连接相同的两个端口,如网卡-网卡,而rollover线主要被用于使用RJ45转换器连接交换机或者路由器的控制端口。双绞线唯一的缺点就是传输距离较短,只能达到100m,所以在布线的时候,如果使用星型拓朴结构,覆盖的范围只能达到200m×200m。
　　1.1.2同轴电缆铜介质的另一类就是同轴电缆,这种电缆与双绞线不同,内部只有一根做为传输信号用途的铜导线,在铜导线和保护外套中间还有屏蔽层,不同的同轴电缆屏蔽层不尽相同,如在基带同轴电缆当中,屏蔽性通常都是铜制材料的网状,而宽带同轴电缆则使用铝状的冲压技术材料。这都使得铜轴电缆具有更高的屏蔽性能,抗干扰能力要优于双绞线。因为同轴电缆内部只有一根铜导线,所以全部的设备都必须使用BNC连接头连接到这一根导线上,这就是我们常说的总线型物理拓朴结构。在总线型拓朴结构的网络当中,信号是从发送机器向线缆两头同时发送的,所以在这种结构的末端需要有接地。通过使用接地,信号才不会反射回线缆。 如果不安装接地,线缆中就会产生重复的电信号,淹没正常的信号。 同轴电缆主要有两种,粗同轴电缆和细同轴电缆,粗同轴电缆是铜介质中传输距离最长的,在10base5的标准当中,可以达到500米的传输距离。细同轴缆在10base2的标准当中可以传输185米。
　　1.2光介质
　　光纤因为使用光信号,在传输距离、数据承载量及信号的抗干扰性能等方面都有铜介绍不可比拟的优势,但其造价相对过高。从光纤的结构来看,基本都包括三个部分外部保护层,内部敷层及光纤核心组成。其中外部保护层主要是为了保护光纤的内部,通常都会使用非常坚硬的材料制成,内部敷层主要功能是防止光信号的泄露。在光纤的核心部分,是传输光信号的主要部分,一般都是使用石英玻璃制成,横截面积非常小,光纤的线芯直径一般都被设计为62.5微米或150微米。还有一种是没有外部保护层和内部敷层的光纤,我们称之为裸光纤,光纤跳线就是裸光纤的一种。
　　根据不同的分类方式,光纤通常会被分为多模光纤和单模光纤或者阶跃光纤和渐变光纤,后者由于涉及到光学理论,读者会比较难理解。所以这里我们为大家介绍多模光纤和单模光纤。
　　(1)多模光纤的线芯横截面比单模光纤要宽很多,光信号可以从不同的角度进入光纤的线芯进行传输。在多模光纤中,光信号可以以不同的模式进行传输,可以直线传输也可以使用折射和反射来向前发送信号。由于信号的发送模式的不同,同时进入光纤的光信号到达目的地的时间也会不同,同时由于多组信号在一条通道上传输,形成光散的可能性也较大。
　　(2)单模光纤的线芯横截面通常很窄,只能有一道光信号传输,正因只使用单独模式的光信号,所以在单模光纤中,无光的信号色散,这使得传输信号的距离会更长,传输数据量也更高。
　　(3)两根光纤的全双工传输 。一根光纤一般只能单向传输信号,所以如果想要组成全双工系统,就必须得要有两根光纤组成。光信号传输实际上是电信号传输的一种变体。完整的光纤通信系统都会有一个光信号到电信号和电信号到光信号的转换过程,这个过程由光电转换器来完成。为了保证光信号远距离、低损耗的传输,整条光纤链路必须满足非常苛刻且敏感的物理条件。任何细微的几何形变或者轻微污染都会造成信号的巨大衰减,甚至中断通信。在实际工作中,引起光缆链路故障的主要原因有:光缆过长、弯曲过渡、光纤受压或断裂、熔接不良、核心直径不匹配、模式混用、填充物直径不匹配、接头污染、接头抛光不良、接头接触不良。
　　2无线传输介质
　　无线介质不使用电或光导体进行电磁信号的传递工作。从理论上讲,地球上的大气层为大部分无线传输提供了物理数据通路。由于各种各样的电磁波都可用来携载信号,所以电磁波就被认为是一种介质。
　　2.1无线电频率电波
　　电磁波频谱10KHz至1GHz之间为无线电频率,它包含的广播频道被称为短波无线频带;甚高频(VHF)电视及调频无线电频带;超高频(UHF)无线电及电视频带。无线电频率按管制带宽和非管制带宽划分管制带宽的用户必须从无线电管理部门得到许可证才能使用。对无线电管理部门有权管理的频率区域,用户一旦得到使用许可,即可保证能在这一特定区域内得到良好的传输效果。
　　(1)低功率、单频率无线电仅适用于短距离、开放式环境中。尽管低频相对长的波长可在大多数材料上通过,但是低功率的特性限制了这种系统只能在短距离或者是无障碍的通路上传输。低功率、低频不能保持高的传输率,它的标准传输率是1Mbps。单频系统可以提供与铜线相近的传输率,然而它的衰减率较大,抗电磁干扰的能力也非常小,因而它一般的有效距离仅为几十米。
　　(2)大功率、单频率无线电也可以在整个无线电频率范围使用,同小功率、单频率无线电的差别是主要用于长距离户外环境。大功率决定了信号通路的灵活性,目前它已成为理想的移动式传输手段。它的传输率可达10Mbps,但所需费用是相当昂贵的。
　　2.2微波
　　微波数据通信系统主要分为地面系统与卫星系统两种。尽管它们使用同样的频率,又非常相似,但能力上有较大差别。
　　(1)地面微波,一般采用定向抛物面天线,这要求发送与接收方之间的通路没有大障碍或视线能及。地面微波信号一般在低GHz频率范围。由于微波连接不需要什么电缆,所以它比起基于电缆方式的连接,较适合跨跃荒凉或难以通过的地段。一般它经常用于连接两个分开的建筑物或在建筑群中构成一个完整网络。微波数据系统无论大小,它的安装都比较困难,需要良好的定位,并要申请许可证。传输率一般取决于频率,小的是1～10Mbps。衰减程度随信号频率和天线尺寸而变化。对于高频系统,长距离会因雨天或雾天而增大衰减;近距离对天气的变化不会有什么影响。无论近距离、远距离,微波对外界干扰都非常灵敏。
　　(2)卫星微波,是利用地面上的定向抛物天线,将视线指向地球同频卫星。卫星微波传输跨越陆地或海洋。所需要的时间与费用,与只传输几公里没有什么差别。由于信号传输的距离相当远,所以会有一段传播延迟。这段传播延迟时间小为500毫秒,大至数秒。卫星微波也常使用低GHz频率,一般在11～14GHz之间,它的设备费用相当昂贵,但是对于超长距离通信时,它的安装费用则会比电缆安装要低。由于涉及卫星这样现代空间技术,它的安装要复杂得多。地球站的安装要简单一些。对于单频数据传输来讲,传输速率一般小于1～10MHz。同地面微波一样,高频微波会由于雨天或大雾,使衰减增加较大,抗电磁干扰性也较差。
　　2.3红外系统
　　还有一种无线传输介质是建立在红外线基础之上的。红外系统采用光发射二极管(LED)、激光二极管(ILD)来进行站与站之间的数据交换。红外设备发出的光,非常纯净,一般只包含电磁波或小范围电磁频谱中的光子。传输信号可以直接或经过墙面、天花板反射后,被接收装置收到。红外信号没有能力穿透墙壁和一些其它固体,每一次反射都要衰减一半左右,同时红外线也容易被强光源给盖住。红外波的高频特性可以支持高速度的数据传输,它一般可分为点到点与广播式两类。
　　(1)点到点红外系统。这是我们大家最熟悉的,如大家常用的遥控器。红外传输器使用光频(大约100GHz到1000THz)的最低部分。除高质量的大功率激光器较贵以外,一般用于数据传输的红外装置都非常便宜。然而它的安装必须精确到绝对点对点。目前它的传输率一般为几Kbps,根据发射光的强度、纯度和大气情况,衰减有较大的变化,一般距离为几米到几公里不等。聚焦传输具有极强的抗干扰性。
　　(2)广播式红外系统。广播式红外系统是把集中的光束,以广播或扩散方式向四周散发。这种方法也常用于遥控和其它一些消费设备上。利用这种设备,一个收发设备可以与多个设备同时通信。
　　3结语
　　从各种通信介质在计算机网络中的应用可以看出,通信介质的选用在很大程度上取决于计算机网络设备,不同的介质和设备适用于不同的场合,必须通过用户现场环境进行设计。不但要考虑其性能指标和参数,还要考虑其价格、施工难易程度和对连接硬件的要求等。随着网络通信技术的不断发展,传输介质将会在各个方面有更大程度的完善,从而更好的实现各类信息的可靠、安全、高速的传输。
　　
　　参考文献
　　[1] 仇佩亮.计算机网络技术[M].北京:人民邮电出版社,2006.
　　[2] 张德树.网络综合布线与施工[M].北京:机械工业出版社,2006.
　　
　　作者简介:李跃春(1980-),男,新疆人,武警伊犁州消防局工程师,研究方向:网络信息工程。
　　

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