# 2.2 传输介质

## 一、传输介质概述

### 1.1 什么是传输介质

**传输介质**：
- 数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路
- 是信号传输的载体

### 1.2 传输介质的分类

**有线传输介质**：
- 双绞线
- 同轴电缆
- 光纤

**无线传输介质**：
- 无线电波
- 微波
- 红外线
- 激光

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## 二、双绞线

### 2.1 结构

**组成**：
- 两根绝缘的铜导线（通常是22-26号）
- 按一定密度相互绞合

**绞合的作用**：
- 减少电磁辐射
- 减少外部电磁干扰

### 2.2 类型

#### 非屏蔽双绞线（UTP）

**特点**：
- 无金属屏蔽层
- 成本低
- 重量轻
- 易安装
- 抗干扰能力较弱

**类别**：
| 类别 | 带宽 | 传输速率 | 应用 |
|-----|------|---------|------|
| Cat3 | 16MHz | 10Mbps | 电话、10Base-T |
| Cat5 | 100MHz | 100Mbps | 100Base-TX |
| Cat5e | 100MHz | 1Gbps | 1000Base-T |
| Cat6 | 250MHz | 1Gbps | 1000Base-T |
| Cat6a | 500MHz | 10Gbps | 10GBase-T |
| Cat7 | 600MHz | 10Gbps | 10GBase-T |

#### 屏蔽双绞线（STP）

**特点**：
- 有金属屏蔽层
- 成本高
- 重量重
- 安装复杂
- 抗干扰能力强

**应用**：
- 电磁干扰强的环境
- 工业环境

### 2.3 双绞线的连接

**直通线**：
- 两端线序相同
- 用于：计算机-交换机、计算机-路由器

**交叉线**：
- 两端线序不同（1-3、2-6交叉）
- 用于：计算机-计算机、交换机-交换机

**线序标准**：
- **T568A**：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
- **T568B**：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

### 2.4 优缺点

**优点**：
- 成本低
- 易安装
- 灵活

**缺点**：
- 传输距离短（100米）
- 带宽有限
- 易受干扰

### 2.5 应用

- 以太网（10/100/1000Mbps）
- 电话系统
- 局域网

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## 三、同轴电缆

### 3.1 结构

**组成**：
- 内导体（铜芯）
- 绝缘层
- 外导体屏蔽层（金属编织网）
- 外护套

### 3.2 类型

#### 基带同轴电缆（50Ω）

**特点**：
- 用于数字传输
- 传输速率：10Mbps
- 传输距离：1-2公里

**应用**：
- 早期以太网（10Base-2、10Base-5）

#### 宽带同轴电缆（75Ω）

**特点**：
- 用于模拟传输
- 频分复用
- 传输距离：几十公里

**应用**：
- 有线电视（CATV）
- 有线电视上网（Cable Modem）

### 3.3 优缺点

**优点**：
- 抗干扰能力强
- 传输距离较远
- 带宽较大

**缺点**：
- 成本高
- 安装复杂
- 体积大

### 3.4 应用

- 有线电视
- 早期以太网
- 宽带接入

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## 四、光纤

### 4.1 原理

**全反射原理**：
- 光从光密介质（高折射率）射向光疏介质（低折射率）
- 入射角大于临界角时，发生全反射
- 光在光纤中反复全反射，向前传输

### 4.2 结构

**组成**：
- **纤芯**：高纯度二氧化硅，光信号传输
- **包层**：折射率略低于纤芯，实现全反射
- **护套**：保护光纤

### 4.3 类型

#### 单模光纤（SMF）

**特点**：
- 纤芯直径：8-10μm
- 使用激光光源（1310nm或1550nm）
- 只允许一种模式传输
- 传输距离：几十到几百公里
- 带宽：几十GHz

**优点**：
- 传输距离远
- 带宽大
- 衰减小

**缺点**：
- 成本高
- 光源贵
- 连接困难

#### 多模光纤（MMF）

**特点**：
- 纤芯直径：50μm或62.5μm
- 使用LED光源（850nm或1300nm）
- 允许多种模式传输
- 传输距离：几公里
- 带宽：几百MHz到几GHz

**优点**：
- 成本低
- 光源便宜
- 连接相对容易

**缺点**：
- 传输距离近
- 带宽较小
- 模态色散

### 4.4 光纤的连接

**光纤连接器**：
- SC：方形连接器，推拉式
- ST：圆形连接器，卡扣式
- LC：小型连接器，推拉式
- FC：圆形连接器，螺纹式

**连接方式**：
- **光纤熔接**：永久性连接，损耗小
- **机械连接**：可拆卸，损耗较大

### 4.5 优缺点

**优点**：
- 带宽极大（THz级别）
- 传输距离远（几十到几百公里）
- 抗电磁干扰
- 重量轻、体积小
- 安全性高（难以窃听）
- 衰减小

**缺点**：
- 成本高
- 接口复杂
- 不能弯折太厉害
- 需要光电转换

### 4.6 应用

- 主干网
- 城域网
- 数据中心
- 长距离通信
- 海底光缆

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## 五、无线传输介质

### 5.1 无线电波

**频率范围**：3kHz - 1GHz

**特点**：
- 传播距离远
- 穿透能力强
- 容易受到干扰

**应用**：
- AM/FM广播
- 电视广播
- 移动通信

### 5.2 微波

**频率范围**：1GHz - 300GHz

**特点**：
- 直线传播（视距传播）
- 不能穿透障碍物
- 需要中继站
- 频率高，带宽大

**应用**：
- 地面微波通信
- 卫星通信
- 移动通信（4G/5G）
- WiFi（2.4GHz、5GHz）

### 5.3 红外线

**频率范围**：300GHz - 400THz

**特点**：
- 直线传播
- 不能穿透障碍物
- 短距离通信
- 安全性高

**应用**：
- 遥控器
- 红外数据传输（IrDA）
- 短距离无线通信

### 5.4 激光

**特点**：
- 频率高，带宽大
- 直线传播
- 方向性强
- 需要精确对准

**应用**：
- 空间通信
- 楼宇间通信

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## 六、传输介质的比较

| 特性 | 双绞线 | 同轴电缆 | 光纤 | 无线 |
|-----|--------|---------|------|------|
| 带宽 | 低 | 中 | 极高 | 中 |
| 传输距离 | 短（100m） | 中（1-2km） | 远（几十km） | 视环境 |
| 抗干扰 | 弱 | 中 | 强 | 弱 |
| 成本 | 低 | 中 | 高 | 中 |
| 安装 | 简单 | 较复杂 | 复杂 | 简单 |
| 安全性 | 一般 | 较好 | 好 | 差 |

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## 七、考研重点

1. **双绞线**：
   - 结构、绞合作用
   - UTP和STP的区别
   - 类别（Cat5、Cat5e、Cat6等）
   - 直通线和交叉线
2. **同轴电缆**：
   - 结构
   - 基带和宽带的区别
3. **光纤**：
   - 全反射原理
   - 结构（纤芯、包层、护套）
   - 单模和多模的区别
   - 优缺点
4. **无线传输介质**：
   - 无线电波、微波、红外线、激光
   - 各自的特点和应用
5. **传输介质的比较**

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