1.4.1 有線傳輸介質

有線傳輸介質是指在兩個通信設備之間實現信號傳輸的物理連接部分，它能將信號從一方傳輸到另一方。有線傳輸介質主要包括雙絞線、同軸電纜和光纖。雙絞線和同軸電纜傳輸電信號，光纖傳輸光信號。

1. 雙絞線

雙絞線（Twisted Pair，TP）是計算機網絡中常見的傳輸介質，由兩條互相絕緣的銅線組成，其典型直徑為1mm。將兩條銅線擰在一起，就可以減少鄰近線對電信號的干擾。雙絞線既能用于傳輸模擬信號，又能用于傳輸數字信號，其帶寬取決于銅線的直徑和傳輸距離。雙絞線由于性能較好且價格便宜，得到了廣泛應用。雙絞線可以分為非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pair，UTP）和屏蔽雙絞線（Shielded Twisted Pair，STP）兩種，分別如圖1.8和圖1.9所示，屏蔽雙絞線的性能優于非屏蔽雙絞線。

雙絞線是模擬和數字數據通信普遍使用的一種傳輸介質，它的主要應用范圍是電話系統中的模擬語音傳輸和局域網中的以太網組網。雙絞線適合短距離的信息傳輸，當傳輸距離超過幾千米時信號因衰減可能會產生畸變，此時就要使用中繼器來進行信號放大。

雙絞線的相關特性如下。

◎ 物理特性：銅質線芯，傳導性能良好。

◎ 傳輸特性：可用于傳輸模擬信號和數字信號。

◎ 連通性：可用于點到點或點到多點連接。

◎ 傳輸距離：可傳輸100m。

◎ 傳輸速率：可達10～1000Mbit/s。

◎ 抗干擾性：低頻（10kHz以下）抗干擾性能強于同軸電纜，高頻（10～100kHz）抗干擾性能弱于同軸電纜。

◎ 相對價格：比同軸電纜和光纖的價格便宜。

目前，美國電子工業協會/美國電信工業協會（Electronic Industries Association/Telecommunications Industries Association，EIA/TIA）為雙絞線定義了10種不同質量的型號，分別介紹如下。

（1）1類線：主要用于語音傳輸（如20世紀20年代初之前的電話線纜），不用于數據傳輸。

（2）2類線：傳輸頻率為1MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為4Mbit/s的數據傳輸，常見于使用4Mbit/s規范令牌傳輸協議的令牌環網。

（3）3類線：指目前在美國國家標準學會（American National Standards Institute，ANSI）和EIA/TIA 586標準中指定的線纜，該類線纜的傳輸頻率為16MHz，用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbit/s的數據傳輸，主要用于10BASE-T網絡。

（4）4類線：傳輸頻率為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為16Mbit/s的數據傳輸，主要用于基于令牌的局域網和10BASE-T/100BASE-T網絡。

（5）5類線：增加了繞線密度，其外套是一種高質量的絕緣材料，傳輸頻率為100MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbit/s的數據傳輸，主要用于100BASE-T和10BASE-T網絡。

（6）超5類線：衰減小、串擾小，有更小的時延誤差，性能得到了極大提高，主要用于最高傳輸速率為1Gbit/s的數據傳輸。

（7）6類線：傳輸頻率范圍為1MHz～250MHz，6類布線系統的傳輸頻率為200MHz時，綜合衰減串擾比應該有較大的余量，它能提供兩倍于超5類線的帶寬。6類線的傳輸性能遠強于超5類線，適用于傳輸速率高于1Gbit/s的應用，最高傳輸速率為10Gbit/s。6類線標準中取消了基本鏈路模型，布線標準采用星形的拓撲結構，布線距離的要求如下：永久鏈路的長度不能超過90m，信道長度不能超過100m。

（8）7類線：一種8芯屏蔽線，每對都有一個屏蔽層（一般為金屬箔屏蔽），8根芯外還有一個屏蔽層（一般為金屬編織絲網屏蔽），接口與RJ-45相同。7類線STP Cat7最高傳輸頻率為600MHz，超7類線的傳輸頻率為1000MHz。6類和7類布線系統有很多顯著的差別，最明顯的就是帶寬。6類布線系統提供了至少200MHz的綜合衰減串擾比及250MHz的整體帶寬；7類布線系統可以提供至少500MHz的綜合衰減串擾比和600MHz的整體帶寬。

（9）7A類線：更高等級的線纜，其實現帶寬為1000MHz，對應的連接模塊的結構與目前的RJ-45完全不兼容，目前市面上能看到GG-45（向下兼容RJ-45）和Tear模塊（可完成1200MHz傳輸）。7A類線只有屏蔽線纜，由于頻率的提升，所以必須采用線對鋁箔屏蔽加外層銅網編織層屏蔽實現。7A類雙絞線是為適應萬兆位以太網技術而準備的線纜。

（10）8類線：是目前最高等級的傳輸線纜，8類雙絞線（Cat8）采用雙屏蔽網線，可支持2000MHz帶寬，且傳輸速率高達40Gbit/s，但傳輸距離需在30m以內，才能保證其最佳性能。因此，8類線常用于短距離的數據中心的服務器、交換機、配線架等設備連接。

2. 同軸電纜

同軸電纜比雙絞線的屏蔽性更好，因此可以將電信號傳輸得更遠。它以硬銅線為芯（導體），外包一層絕緣材料（絕緣層），這層絕緣材料被密織的網狀導體環繞形成屏蔽，其外又覆蓋一層保護性材料（護套），如圖1.10所示。

同軸電纜的這種結構使它具有更高的帶寬和良好的噪聲抑制特性。同軸電纜可分為基帶同軸電纜（細纜）和寬帶同軸電纜（粗纜）。常用的有75Ω和50Ω的同軸電纜，75Ω的同軸電纜用于有線電視（Cable Television，CATV）網，50Ω的同軸電纜用于總線型結構的以太網。

同軸電纜的相關特性如下。

◎ 物理特性：單根同軸電纜直徑為1.02cm～2.54cm，可在較寬頻率范圍工作。

◎ 傳輸特性：基帶同軸電纜僅用于數字傳輸，并使用曼徹斯特編碼，數據傳輸速率最高可達10Mbit/s，被廣泛用于局域網中。為保持同軸電纜正確的電氣特性，電纜必須接地，同時兩頭要有端接器來削弱信號的反射。寬帶同軸電纜可用于模擬信號和數字信號的傳輸。

◎ 連通性：可用于點到點或點到多點的連接。

◎ 傳輸距離：基帶同軸電纜的最大傳輸距離限制在185m，網絡干線電纜的最大長度為925m，每條網絡干線電纜支持的最大節點數為30；寬帶同軸電纜的最大傳輸距離可達500m，網絡干線電纜的最大長度為2500m，每條網絡干線電纜支持的最大節點數為100。

◎ 抗干擾性：抗干擾性比雙絞線強。

◎ 相對價格：比雙絞線價格高，比光纖價格低。

3. 光纖

光纖廣泛應用于計算機網絡的主干網中，通常可分為單模光纖和多模光纖，分別如圖1.11和圖1.12所示。只要射到光纖截面的光線的入射角大于某一臨界角度，就可以產生全反射。當有許多條從不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸時，這種光纖就稱為多模光纖。當光纖的直徑小到與光波的波長在同一數量級時，光以平行于光纖中的軸線的形式直線傳播，這樣的光纖稱為單模光纖。單模光纖具有更大的通信容量和更遠的傳輸距離。光纖是由純石英玻璃制成的，通常被扎成束，光纖的傳輸速率可達100Gbit/s。

光纖具有帶寬范圍大、數據傳輸速率高、抗干擾能力強、傳輸距離遠等優點，其相關特性如下。

◎ 物理特性：在計算機網絡中均采用兩根光纖組成傳輸系統，常用單模光纖為8.3μ m芯/125μ m外殼，常用多模光纖為62.5μ m芯/125μ m外殼（市場主流產品）。

◎ 傳輸特性：在光纖中，包層較纖芯有較低的折射率，當光線從高折射率介質射向低折射率介質時，其折射角將大于入射角，如果入射角足夠大，則會出現全反射，此時光線碰到包層就會折射回纖芯，這個過程不斷重復，光就會沿著纖芯傳輸下去。

◎ 連通性：采用點到點或點到多點連接。

◎ 傳輸距離：可以在6～8km的距離內不使用中繼器進行傳輸，因此光纖適用于在幾個建筑物之間通過點到點的鏈路連接局域網。

◎ 抗干擾性：不受噪聲或電磁波影響，適合在長距離內保持高數據傳輸速率，而且能夠提供良好的安全性。

◎ 相對價格：比同軸電纜和雙絞線的價格都高。