2.1 网络传输介质

网络传输介质是连接网络上各种网络设备的物理通道，是网络的基本构件。局域网中所采用的传输介质主要有同轴电缆、双绞线、光纤以及无线传输介质。在广域网中，传输线路通常是由电信部门提供的，用户没有多大的自行选择余地，常见的传输介质主要有双绞线（普通电话线）、光纤和无线传输介质等。本节主要介绍局域网常用的传输介质。

2.1.1 同轴电缆

同轴电缆（Coaxial Cable）由中心导体、绝缘层、外部导体以及外部PVC封套组成，其结构如图2-1所示。内部中心导体可以是单股实心铜线，也可以是多股绞合线；外部导体一般是金属网线编织的网状屏蔽层，能很好地阻隔外界的电磁干扰，提高通信质量。有些同轴电缆在绝缘层与网状屏蔽层之间加封一层铝箔纸。

1.规格型号

同轴电缆可分为两种基本类型，基带同轴电缆和宽带同轴电缆。目前基带同轴电缆的屏蔽层通常是用铜线织成的网状，其特征阻抗为50 Ω；宽带同轴电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的，其特征阻抗为75 Ω。根据同轴电缆直径的粗细，50 Ω的基带同轴电缆又可分为细缆和粗缆两种。细缆和粗缆其直径并没有严格的规定，不同的厂家生产的线缆其粗细各有区别。

最常用的同轴电缆：

⊙ RG-8或RG-11（50 Ω阻抗）粗缆。

⊙ RG-58 A/U或C/U（50 Ω阻抗）细缆。

⊙ RG-59（75 Ω阻抗）CATV电缆。

⊙ RG-62（93 Ω阻抗）。

计算机网络最常使用的是RG-58以太网细缆和RG-8以太网粗缆，适合于数字信号传输，数据传输率可达10Mbps。RG-59用于电视系统。RG-62用于ARCnet网络和IBM3270网络。

2.布线结构

在计算机网络布线系统中，对同轴电缆的粗缆和细缆有三种不同的结构方式，即细缆结构、粗缆结构和粗/细缆混合结构。下面介绍前两种结构的要点。

（1）细缆结构

① 硬件配置：50 Ω BNC终端接头、BNC接头、T型接头、BNC接口网卡，如图2-2所示。

② 网段及其扩展：对于使用细缆的以太网，每个干线段的长度不能超过185m，可以用中继器连接两个干线段，以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用4个中继器，连接5段干线段电缆。

③ 技术参数

⊙ 最大的干线段长度：185m。

⊙ 最大网络干线电缆长度：925m。

⊙ 每条干线段支持的最大节点数：30个。

⊙ T型连接器之间的最小距离：0.5m。

（2）粗缆结构

① 硬件配置：AUI接口网卡、收发器（Transceiver）、AUI电缆、RG-11 A/U粗缆、N-系列连接器插头、N-系列桶型连接器、N-系列50 Ω终端匹配器。

② 网段及其扩展：对于使用粗缆的以太网，每个干线段的长度不超过500m，可以用中继器连接两个干线段，以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用4个中继器，连接5段干线段电缆。

③ 技术参数

⊙ 最大的干线段长度：500m。

⊙ 最大网络干线电缆长度：2500m。

⊙ 每条干线段支持的最大节点数：100个。

⊙ 收发器之间最小距离：2.5m。

⊙ 收发器电缆的最大长度：50m。

2.1.2 双绞线

双绞线（Twisted Pairwire，TP）是网络综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的22、24、26号绝缘铜导线按照一定密度互相扭绞而成。把两根绝缘铜导线按一定密度互相扭绞在一起的目的，是为了降低信号干扰的程度，每根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。如果把一对或多对双绞线封装在一个绝缘套管中便形成了双绞线电缆，习惯上仍称为双绞线。为了最大限度减少双绞线内的信息干扰，必须使不同线对的扭绞长度控制在3.8cm（1.5英寸）到14cm（5.5英寸）标准范围内，并按逆时针（左手）方向扭绞，相邻线对的扭绞长度在1.27cm（1/2英寸）以上。

局域网常用的双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）和非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）两种。它们均包含4对双绞线，且用不同的颜色来区分，其色彩标记方法如表2.1所示。

双绞线的最大传输距离为100m，如果要延长传输距离，可以通过交换机或集线器，采用级联的方式进行，但最大传输距离也只能达到500m。

（1）非屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线只在塑料绝缘封套内包裹绝缘铜导线对，没有屏蔽层，每对导线相互缠绕，其结构如图2-3所示。每对导线在每英寸长度上相互缠绕的次数决定了抗干扰的能力和通信的质量，缠绕得越紧密其通信质量越高，就可以支持更高的网络数据传输速率，当然它的成本也就越高。

EIA/TIA（Electronic Industries Alliance /Telecommunication Industry Association，美国电子工业协会/美国通信工业协会）为非屏蔽双绞线电缆定义了1类、2类、3类、4类、5类、超5类、6类、超6类等8种规格。数字越大，版本越新，技术就越先进，带宽也相应越宽，当然价格就越贵。

1类双绞线（CAT1）：ANSI/EIA/TIA-568A标准中最原始的非屏蔽双绞铜线电缆，但它开发之初的目的不是用于计算机网络数据通信，而是用于电话语音通信。

2类双绞线（CAT2）：ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 2类/A级标准中第一个可用于计算机网络数据传输的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为1MHz，数据传输速率达4Mbps，主要用于语音传输和最高数据传输速率为4Mbps的数据传输，如4Mbps规范令牌传递协议的旧令牌网。

3类双绞线（CAT3）：ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 3类/B级标准中专用于l0Base-T以太网络的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为16MHz，数据传输速率可达10Mbps，用于语音传输及最高数据传输速率为10Mbps的数据传输。

4类双绞线（CAT4）：ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 4类/C级标准中用于令牌环网络的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为20MHz，数据传输速率达16Mbps，用于语音传输和最高数据传输速率16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10/100Base-T。

5类双绞线（CAT5）：ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 5类/D级标准中用于快速以太网和FDDI网络的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为100MHz，数据传输速率达100Mbps，用于语音传输和数据传输，主要用于10Base-T和100Base-T网络。

超5类双绞线（CAT5e）：ANSI/EIA/TIA-568B.1和ISO 5类/D级标准中用于快速以太网的非屏蔽双绞线电缆，传输频率也为100MHz，数据传输速率可达155Mbps。与5类线缆相比，超5类在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比4个主要指标上都有较大的改进。

6类双绞线（CAT6）：ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆，也主要应用于百兆位快速以太网和千兆位以太网中。因为它的传输频率可达200～250MHz，是超5类线带宽的2倍，最大数据传输速率可达1000Mbps，能满足千兆位以太网需求。

超6类双绞线（CAT6e）：6类线的改进版，同样是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆，主要应用于千兆位以太网中。在传输频率方面与6类线一样，也是200～250MHz，最大数据传输速率也可达1000Mbps，只是在串扰、衰减和信噪比等方面有较大改善。

目前，3类、4类和5类UTP已逐步退出市场，计算机网络综合布线一般使用超5类、6类或者超6类UTP。超5类UTP价廉质优，在网络工程中应用最多。

（2）屏蔽双绞线

屏蔽双绞线使用金属箔或金属网线包裹其内部的信号线，在屏蔽层外面再包裹绝缘外皮。根据屏蔽方式的不同，屏蔽双绞线又分为STP（Shielded Twisted-Pair）和FTP（Foil Twisted-Pair）两类。STP是指每条线对都有各自屏蔽层的屏蔽双绞线，而FTP则是采用整体屏蔽的屏蔽双绞线。其结构如图2-4所示。

屏蔽层用来有效地隔离外界电磁信号的干扰。屏蔽层被正确接地后，可将接收到的电磁干扰信号变成电流信号，与在双绞线中形成的干扰信号电流反向。只要两个电流是对称的，它们就可抵消，而不给接收端带来噪声，减少辐射，防止信息被窃听。

STP具有较高的数据传输速率（如5类STP在100m内可达155Mbps），抗干扰性好；但价格较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。类似于同轴电缆，STP必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器和相应的安装技术，在高频传输时衰减增大，如果没有良好的屏蔽效果，平衡性会降低，也会导致串扰噪声。

STP一般分为3类、5类、超5类、6类和7类等5种不同的规格型号。

7类屏蔽双绞线（CAT7）：ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 7类/F级标准中最新的一种双绞线，主要是为适应万兆位以太网技术的应用和发展而制定的屏蔽双绞线标准。其传输频率可达500MHz，数据传输速率可达10 Gbps，是6类和超6类非屏蔽双绞线的2倍以上。

（3）双绞线的性能与识别方法

双绞线的性能参数主要有衰减（Attenuation）、串扰、直流电阻、特性阻抗、衰减串扰比（ACR）、信噪比（SNR）、传播时延（T）、线对间传播时延差、回波损耗（RL）和链路脉冲噪声电平等。这些性能参数的具体说明，可参看双绞线电缆的说明书，必要时可通过专用仪器测得。

识别双绞线的方法主要是看其绝缘外皮上的标注。例如，“AMP SYSTEMS CABLE E1380340100 24 AWG (UL) CMR/MPR OR C(UL) PCC FT4 VERIFIED ETL CAT5 O22766 FT 0307”，其中的AMP代表公司名称，0100表示100 Ω，24表示线心是24号铜导线，AWG表示美国线缆规格标准，UL表示通过认证的标记，FT4表示4对线，CAT5表示5类线，O22766为双绞线的长度，FT为英尺缩写，0307表示生产日期为2003年第7周。

2.1.3 光纤电缆

（1）光纤的结构

光纤（Fiber Optic Cable）也称为光导纤维，以光脉冲的形式来传输信号。光纤裸纤一般由纤芯、包层和涂层组成，其结构如图2-5所示。

纤芯：光传播的通道，其制造材料有超纯二氧化硅、多成分玻璃纤维、石英玻璃纤维、氟化物纤维和塑料纤维，一般都采用高折射率玻璃纤芯。其直径一般有8.3μm、9μm、10μm、50μm、62.5μm、100μm等规格。

包层：由低折射率硅玻璃纤维构成，用来将光线反射到纤芯上，使光的传输性能相对稳定。其外直径一般有125μm、140μm等规格。

涂层：涂层材料为树脂，包括一次涂覆、缓冲层和二次涂覆，起到保护光纤不受水汽的侵蚀和机械的擦伤，又增加光纤的柔韧性，起着延长光纤寿命的作用。

光纤电缆由一根或多根光纤捆在一起放在光缆中心，外部加一些保护材料而构成。对于室内光缆（也称为尾纤或跳线），外部保护材料一般使用抗拉纤维、皱纹钢带铠装和塑料外套，如图2-6所示。对于室外光缆，外部保护材料一般有纤膏、松套管、阻水材料、塑料复合带、皱纹钢带铠装、加强钢丝和PE外护套等，如图2-7所示。

（2）光纤的分类与规格

光纤的种类很多，分类方法也是各种各样的。

① 按照制造光纤所用的材料分，光纤可分为石英玻璃光纤、多成分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤。

塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）制成的。它的特点是制造成本低廉，相对来说，芯径较大，与光源的耦合效率高，耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由于损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短距离低速率通信，如短距离计算机网络链路、船舶内通信等。目前，通信中普遍使用的是石英玻璃光纤和多成分玻璃光纤。

② 按光在光纤中的传输模式分，光纤可分为多模光纤和单模光纤。

多模光纤（Multi Mode Fiber，MMF）：以发光二极管或激光作光源。纤芯较粗，纤芯直径有50μm和62.5μm两种规格，包层外直径均为125μm。传输模式如图2-8（a）所示，可传输多种模式的光，光线会沿着光纤的边缘壁不断反射，有许多的色散和光能量的浪费，传输效率低。端接容易，价格比较便宜。适用于短距离与低速通信，传输距离一般在2km以内。

单模光纤（Single Mode Fiber，SMF）：以激光作光源，纤芯较细，纤芯直径有8.3μm、9μm和10μm三种规格，包层外直径均为125μm。传输模式如图2-8（b）所示，只能传输一种模式的光，即光线只沿着光纤的轴心传输，完全避免了色散和光能量的浪费，传输效率高。端接难，价格比较贵。适用于长距离与高速通信，传输距离一般在2km以上。

③ 按最佳传输频率窗口分，光纤可分为常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。

常规型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1310nm。

色散位移型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如1310nm和1550nm。

④ 按光纤的工作波长分，光纤可分为850nm波长区、1300nm波长区和1500nm波长区。

850nm波长区：多模通信所用的800～900nm短波段。1300nm波长区：单模或多模通信所用的1250～1350nm长波段。1500nm波长区：单模通信所用的1530～1580nm长波段。

光纤损耗一般随波长加长而减小，850nm的损耗为2.5dB/km，1310nm的损耗为0.35dB/km，1550nm的损耗为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长1650nm以上的损耗趋向加大。波长为1310nm的光波在普通单模光纤中传播时，能够达到零色散。所以，目前计算机网络主干线路和室外连接光纤的工作波长通常采用850nm、1310nm和1550nm三种波长。

⑤ 按折射率分布情况分，光纤可分为跳变式和渐变式光纤。

跳变式光纤：纤芯的折射率和包层的折射率都是一个常数。在纤芯和包层的交界面，折射率呈阶梯形变化，如图2-9（a）所示。

渐变式光纤：纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小，在纤芯与包层交界处减小为包层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线，如图2-9（b）所示。

（3）光纤的工程应用

多模光纤：50/125μm欧洲标准（其中50表示纤芯直径，125表示包层的外直径），62.5/125μm美国工业标准。

单模光纤：8.3/125μm，9/125μm，10/125μm。

医疗和低速网络：100/140μm，200/230μm。

塑料：98/1000μm，用于汽车控制。

我国使用的单模光纤主要类型与标准如下。

① G.652：指1310nm波长性能最佳的单模光纤，又称为色散未移位单模光纤。这种光纤可适用于1310nm和1550nm窗口工作。在1310nm波长工作时，总色散为零；在1550nm波长工作时，传输损耗最低，但色散系数较大。这样，1310nm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1310nm常规单模光纤的主要参数是由ITU-T（国际电信联盟）在G652建议中确定的，因此又称为G.652光纤，是目前广泛应用的常规单模光纤。

② G.653：指1550nm波长性能最佳的单模光纤，又称为色散移位单模光纤（DSF）。这种光纤可以对色散进行补偿，使光纤的零色散点从1310nm处移到1550nm附近。这种光纤又称为1550nm零色散单模光纤，代号为G.653。

③ G.655：即非零色散移位单模光纤，其零色散点不在1550nm，而是移至1510～1520nm附近或1600nm以后，从而在1550nm波长区内仍保持很低的色散。这种光纤主要应用于现在的单信道、超高速传输，还可用于波分复用的扩容，是一种既满足当前需要又兼顾将来发展的理想传输媒介。

在网络工程实际应用中，若主干通信在2km以内，一般采用多模光纤；若在2km以上，则采用单模光纤。多模光纤一般采用50/125μm或62.5/125μm两种规格，用波长为850nm或1310nm的激光，实际上大多采用850nm波长。单模光纤一般采用9/125μm或10/125μm两种规格，用波长为1310nm或1550nm的激光。至于光缆需要多少纤芯、选定哪种规格，都要根据实际需求来确定。

（4）光缆的型号与识别

光缆的型号由型式和规格两大部分组成，其间用1个空格相隔。型式由分类、加强构件、结构特性、护套和外护层5部分组成。规格由光纤数和光纤类别组成。光缆型号组成的格式如图2-10所示。

各部分均用代号表示，代号及其意义说明如下。

① 分类、加强构件、结构特性和护套，如表2.2所示。

② 外护层。当有外护层时，可包括垫层、铠装层和外被层的某些部分或全部，其代号用两组数字表示（垫层不需表示），第一组表示铠装层，可以是一位或两位数字，其意义见表2.3；第二组表示外被层或外套，为一位数字，其意义见表2.4。

③ 光纤数，用光缆中同类别光纤的实际有效数目的数字表示。

④ 光纤类别。光纤类别代号采用光纤产品的分类代号表示，即用大写A和B分别表示多模光纤和单模光纤，再用小写字母或数字表示不同类别的多模光纤或单模光纤，如表2.5所示。

例如，若光缆型号为GYFTY04 24B1，其中，GY表示通信用室外光缆，F表示非金属加强固件，T表示填充式，Y表示聚乙稀护套，0表示无铠装层，4表示加覆尼龙套，24表示24根光纤，B1表示非色散位移单模光纤。所以，此光缆是松套层绞填充式、非金属中心加强件、聚乙稀护套加覆防白蚁尼龙层的通信用室外光缆，包含24根非色散位移单模光纤。

2.1.4 无线传输介质

无线局域网使用的是无线传输介质。无线传输介质利用可以穿越外太空的大气电磁波来传输信号的。按照组建无线局域网所采用的技术，无线传输介质可分为三类：红外线、无线电波和微波。

红外线是波长在750nm～1 um之间的电磁波，其频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。为了保证不同厂商的红外线产品能够获得最佳的通信效果，红外线通信协议将红外线数据通信所采用的光波波长的范围限定在850～950nm之内。红外线局域网就是采用850～950nm波长的红外线作为信号的传输媒体。

无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波，其波长大于1mm，频率小于300 GHz。采用无线电波作为无线局域网的传输介质是目前应用最多的、普遍使用的技术是扩展频谱技术。

微波是一种频率高于300MHz的电磁波。采用微波作为无线局域网的传输介质，是近年来发展较为迅速的无线局域网技术。在实际应用中，一般采用微波扩频通信技术，该项技术具有传输速率高、受外界干扰小、便于为计算机网络提供物理接口信道等特点。其接入速率一般为64 kbps～11Mbps，使用频段为2.4～2.4835 GHz。该频段属于工业自由辐射频段，也是国内目前唯一不需要无线电管理委员会批准的自由频段。