计算机网络中的导向传输介质

引言

通信是计算机网络这一广阔领域的重要组成部分，它依赖于各种传输方法来实现数据交换。在这个过程中，导向传输介质，也称为有界介质或有线介质，至关重要。这些介质是将信号引导在网络中连接的设备之间传输的实际通道。在本文中，我们将深入探讨其复杂性，并研究导向传输介质在计算机网络中的不同类型、特性和用途。

导向传输介质的类型

1. 双绞线

• 描述：为了尽量减少电磁干扰，将绝缘的铜线成对绞合在一起，制成双绞线。
  双绞线是一种由两根互相绞合的电缆组成的物理介质。与其它传输介质相比，双绞线电缆价格便宜。双绞线电缆易于安装，而且它是一种轻质电缆。双绞线电缆的频率范围是 0 到 3.5KHz。
• 特性：双绞线在局域网和电话线中很常见。它们有两种类型：非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。
  双绞线由两根绝缘的铜线组成，这两根铜线以规则的螺旋图案排列。

每英尺的绞合次数决定了噪声干扰的降低程度。增加每英尺的绞合次数会降低噪声干扰。

双绞线类型

非屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线广泛用于电信行业。以下是非屏蔽双绞线电缆的类别：

• 1 类：1 类用于数据传输速率较低的电话线。
• 2 类：支持高达 4Mbps。
• 3 类：支持高达 16Mbps。
• 4 类：支持高达 20Mbps。因此，可用于长距离通信。
• 5 类：支持高达 200Mbps。

非屏蔽双绞线的优点

• 它价格便宜。
• 非屏蔽双绞线易于安装。
• 可用于高速局域网。

缺点

• 由于衰减，该电缆只能用于较短距离。

屏蔽双绞线

屏蔽双绞线是一种在其线材周围有网状屏蔽层的电缆，可实现更高的传输速率。

屏蔽双绞线的特性

• 屏蔽双绞线电缆的成本不高也不低。
• 屏蔽双绞线的安装很简单。
• 与非屏蔽双绞线电缆相比，它的容量更高。
• 它的衰减较高。
• 它经过屏蔽处理，可提供更高的数据传输速率。

缺点

• 与 UTP 和同轴电缆相比，它更贵。
• 它的衰减率更高。

同轴电缆

• 同轴电缆是一种非常常用的传输介质，例如，电视线通常是同轴电缆。
• 该电缆之所以称为同轴，是因为它包含两个平行排列的导体。
• 与双绞线电缆相比，它的频率更高。
• 同轴电缆的内导体由铜制成，外导体由铜网制成。中间绝缘层由非导电材料制成，用于分隔内导体和外导体。
• 中间绝缘层负责数据传输，而铜网则防止 **EMI**（电磁干扰）。

同轴电缆有两种类型：

1. 基带传输：定义为以高速传输单个信号的过程。
2. 宽带传输：定义为同时传输多个信号的过程。

同轴电缆的优点

• 数据可以高速传输。
• 与双绞线电缆相比，它具有更好的屏蔽效果。
• 它提供更高的带宽。

同轴电缆的缺点

• 与双绞线电缆相比，它更贵。
• 如果电缆发生故障，会导致整个网络瘫痪。

光纤

• 光纤电缆是一种使用电信号进行通信的电缆。
• 光纤是一种内部包含塑料涂层光纤的电缆，用于通过光脉冲发送数据。
• 塑料涂层保护光纤免受高温、低温以及其他类型电线的电磁干扰。
• 与铜线相比，光纤提供更快的數據传输速度。

光纤电缆的示意图

光纤电缆的基本组成部分

• 纤芯：光纤由一根细小的玻璃或塑料丝组成，称为纤芯。纤芯是光纤的光传输区域。纤芯的面积越大，传输到光纤中的光就越多。
• 包层：由玻璃组成的同心层称为包层。包层的关键功能是在纤芯界面提供较低的折射率，从而在纤芯内发生反射，使光波能够通过光纤传输。
• 护套：由塑料组成的保护层称为护套。护套的主要目的是保持光纤强度，吸收冲击并提供额外的保护。

光纤电缆相比铜线的优势如下：

• 更大的带宽：与铜线相比，光纤电缆提供更大的带宽。因此，光纤可以传输比铜线更多的数据。
• 更快的速度：光纤电缆以光的形式传输数据。这使得光纤电缆能够以更高的速度传输信号。
• 更远的距离：与铜线相比，光纤电缆可以传输更远距离的数据。
• 更好的可靠性：光纤电缆比铜线更可靠，因为它不受任何温度变化的影响，而温度变化可能会阻碍铜线的连接。
• 更细更坚固：光纤电缆更细，重量更轻，因此比铜线能承受更大的拉力。

4. 导向介质连接器

• 描述：连接器是连接导向介质部分的部件，以便创建连续的通信通道。
• 特性：为了在计算机网络中提供稳定高效的通信，各种连接器都很重要，例如用于同轴电缆的 BNC 连接器和用于双绞线的 RJ-45 连接器。

导向传输介质的应用

1. 局域网 (LAN)

在局域网 (LAN) 中，导向传输介质，特别是同轴电缆和双绞线电缆，通常用于在特定地理区域内连接计算机和其他设备。

2. 广域网 (WAN)

由于其高带宽和在长距离传输数据而不会造成显著信号损失的能力，光纤电缆是广域网的首选。

3. 互联网骨干网络

通过高容量的光纤连接构成的互联网骨干网络，可以轻松快速地跨大洲传输大量数据。

4. 电信网络

通过高容量的光纤连接构成的互联网骨干网络，可以轻松快速地跨大洲传输大量数据。

导向传输介质的优势

1. 可靠性

导向传输介质，如光纤和双绞线电缆，提供了高水平的稳定性。由于这些介质是物理的，因此发生干扰或信号丢失的可能性较小，从而确保了安全可靠的通信。

2. 安全性

与无线选项相比，导向传输方法提供了更安全的通信环境。由于这些介质是引导的，黑客更难截获信号，从而提高了整体网络安全性。

3. 更高的带宽

导向介质（尤其是光纤）可确保比许多无线选项更高的带宽。这使得它们非常适合对数据传输量要求较高的应用，因为这使得能够以更快的速度传输更多数据。

4. 对干扰的敏感度较低

与无线传输相比，双绞线和同轴电缆对电磁干扰的敏感度较低。此功能可确保信号完整性，并使其适用于高电气噪声环境。

5. 可预测的性能

导向传输介质提供一致的性能特性。由于这些介质允许更精确地控制和管理信号行为，因此它们非常适合对稳定性要求较高的应用。

6. 适用于长距离传输

特别是光纤，信号衰减较低，非常适合长距离通信。它们对于在广阔地理区域和核心网络上进行快速数据传输也很重要。

7. 短距离传输的成本效益

与构建无线基础设施相比，双绞线等导向传输介质在相对较短的距离上可能更便宜。它们也是连接设备和局域网的一些连接的首选。

导向传输介质的缺点

1. 移动性受限

通过导向介质连接的设备依赖于基础设施的物理连接。由于这种对移动性和灵活性的限制，这些介质不太适合需要持续移动的应用，例如移动通信。

2. 易受物理损坏

即使是导向传输介质的电缆也容易受到物理损坏。由于环境的建造或意外切割，通信可能会中断。这些情况需要维护和维修。

3. 长距离通信的成本

由于光纤和其他导向介质非常适合长距离通信，因此这些系统的初始安装成本可能很高。对于预算有限的公司来说，这笔费用可能是一个问题。

4. 某些类型的带宽有限

与无线技术相比，一些导向传输介质类型（如双绞线电缆）的带宽可能较低。对于需要高数据传输速率的应用来说，这可能是一个问题。

5. 基础设施依赖性

导向介质主要依赖于物理基础设施。任何网络升级或更改都需要对当前基础设施进行重大调整，这可能会导致延迟和额外费用。

6. 环境影响

导向传输介质（尤其是电缆）的生产和处置可能对环境产生影响。随着技术的发展，开发更环保、更可持续的替代品变得越来越重要。

结论

导向传输介质是现代计算机网络中默默无闻的英雄，它们提供了数据在机器之间传输的物理通道。随着技术的发展，对可靠、快速通信的需求日益增长，这使得导向传输介质比以往任何时候都更加重要。在我们的互联世界中，在构建和管理可靠有效的计算机网络时，了解导向传输介质的类型、特性和用途至关重要。