【通讯原理】Ch.7：传输媒介

POOPE

　　计算机通信中，总是需要传输媒介的。不管是对于有线通信的铜线或光纤还是无线通信的空气介质。本章主要探讨有线介质和无线介质。

 Usually free space, metallic cable, or fiber-optic cable：无线，铜线，光纤是这三者的最常见媒体。

有线：同轴电缆，双绞线，光纤。
　　无线：红外线，微博，无线电波。
有线传输
双绞线

　　双绞线由两根导体(通常是铜)组成，每根导体都有自己的塑料绝缘层，双绞线缠绕在一起。

• 双绞线为什么要两根？
  原来的信号传输都是电信号，电信号传输需要电压，两个电线之间产生的电势差作为Rx接收信号时解析用。
  
• 双绞线为什么要扭合在一起？
  电信号在线路中传输时，势必会收到外界干扰，如果平行的话，因为有相对位置差，会导致靠近干扰源的那一侧受到的干扰多，另一侧受到的干扰相对较少，整体信号变化大的情况。扭合在一起，则信号整体受到的干扰相似，再Rx识别时，也会更好的识别。同样，两根线平行会对彼此有串扰，扭合会解决这个问题。
  单位长度扭合越多，造价越贵，性能越好。
  

　　IBM已经生产了一个版本的双绞线。虽然金属外壳通过防止噪音或串扰的穿透提高了电缆的质量，但它更笨重，也更昂贵。UTP是非屏蔽双绞线，STP是屏蔽双绞线。

比较衰减与频率和距离，可以发现带宽越高传输性能越好且几乎无上限增加。

　　双绞线在电话线中用于提供声音和数据通道，在之前网络刚开始普适化时，都没有专门的网线接入，一般是用家里的电话线做网线，然后使用与电话线不同的频段作为网络频段使用。
　　双绞线：8根线，两两缠绕。

T56B又称为直通线，用于接交换机、集线器这样的设备。直通线允许线缆两端均为同一种线序T56B。
交叉线是一段T56B一端T56A。线缆两端的排线方式不同。比如两台PC的网卡是同一型号，每个网卡都有接收端和发送端两个接线口，如果用直通线就会变成发送-发送，接收-接收的接线方式，所以此时需要交叉线，发送-接收，接收-发送。对应。

　　交换机与设备，路由器的连接都是使用直通线，路由器相当于有网卡的功能。交换机的口在造的时候已经调整过线序，所以可以直接使用直通线连接。但是交换机接交换机时，因为是同种设备，相连时需要用交叉线。
现在很多设备可以协商，线序就没那么重要了。新型计算机可以不用太关注了。

同轴电缆

比双绞线带来更高的频率范围的信号，固体或绞线的核心导体(通常是铜)封闭在一个绝缘护套。外层金属包装用于抵御噪声和第二导体。

应用例子如上。

目前使用的最常见的连接器类型，用于连接电缆的末端到一个设备，如电视机。

同轴电缆比双绞线衰减高得多的
虽然同轴电缆有一个更高的带宽、信号迅速减弱,需要频繁使用中继器。
同轴电缆被广泛使用在一个单一的模拟电话网络，同轴网络可以携带10000语音信号。
之后它被用于数字电话网络,一个同轴电缆可以携带数字数据600 Mbps。
有线电视网络也使用同轴电缆。
有线电视使用RG-59同轴电缆。
同轴电缆的另一个常见的应用是在传统以太网局域网
被现在光纤取代

光纤

光在传播时碰到介质后，根据入射角度临界值的不同，可能会产生不同的效果，只要入射角大于临界值既可反射。反射就是光纤实现的条件。反射与介质之间的密度有关。

光纤使用反射来引导光通过一个通道，核心周围是玻璃或塑料密度较低的包层玻璃或塑料

　　目前的技术支持两种模式(多模式和单模式)沿光通道传播光，而每一种模式都需要具有不同物理特性的光纤。

Step index：来自光源的多束光以不同的路径通过核心，核的密度从中心到边缘保持不变
Graded index：通过电缆减少信号的这种失真，这里的折射率指的是核的光信号折射率。

　　如果光信号想近乎直线的传输，那么发射源（核心）就要足够小。直线传输相对于反射传输，核大小差值可以达到十倍以上。

　　用户频道(SC)连接器:有线电视。
直嘴(ST)连接器:有线网络设备
MT-RJ连接器:RJ45一样的大小


　　光纤构造衰减比双绞线和同轴电缆要平缓，当我们使用光纤电缆时，中继器更少(实际上是十分之一)。光纤电缆经常被发现在骨干网，因为它的宽带经济效率高。
波分复用(WDM)下我们可以在1600 Gbps的速度传输数据。
一些有线电视公司使用光纤和同轴电缆创建一个混合网络来提供服务。
　　光纤的优点
更高的带宽
减少信号衰减
对电磁干扰的免疫力
耐腐蚀材料
重量轻
对敲击有更强的免疫力
光纤的缺点
安装和维护
单向光传播
成本
无线传输

无线通信电波普如图所示。

• 在地面传播中，无线电波穿过大气层的最低部分，紧贴地球
  
• 在天空传播中，高频无线电波向上辐射到电离层(粒子以离子形式存在的大气层层)，在那里它们被反射回地球。
  
• 在视线传播中，非常高频的信号以直线的方式直接从天线传输到天线。
  
  
  

　　无线电波和微波分为八个范围，被政府管理。频率在3千赫到1千赫之间的电磁波
GHz通常被称为无线电波
电波频率介于1和300 GHz称为微波
使用全向天线,无线电波向四面八方发出信号
电波在空中传播模式,可以长途旅行
中低频率,可以穿透墙壁
无线电波被用于多播通信,如无线电(AM, FM),电视,和分页系统
微波：
　　单向
微波传播视线o中继器往往需要长途通信。
非常高频微波不能穿透墙壁
微波频带比较宽,近299 GHz

使用单向天线，微波需要单向天线发送信号在一个方向上，应用于单播通信如移动电话、卫星网络、无线局域网。
红外线

　　频率从300ghz到400thz(波长从1mm到770 nm)
用于短程通信
红外遥控
远程通信中没有意义
此外,我们不能使用红外波建筑外,因为太阳光线包含红外波干扰的通信。
　　应用
红外波段,近400太赫兹,一个优秀的数据传输
红外数据协会,一个研究并发行红外设备的协会类企业
用于短程通信在一个封闭的区域使用视距传播