1.4 传输介质及通信方式
1.4.1 传输介质
码1-4 传输介质及通信方式
1.双绞线
双绞线（Twisted Pair，TP）是计算机网络中最常用的传输介质，按其抗干扰能力分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线（Unshield Twisted Pair，UTP），如图1-7所示。
图1-7 屏蔽和非屏蔽双绞线
屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。屏蔽双绞线分为STP（Shielded Twisted Pair）和FTP（Foil Twisted-Pair），STP指每条线都有各自的屏蔽层，而FTP只在整个电缆有屏蔽装置，并且两端都正确接地时才起作用。所以要求整个系统是屏蔽器件，包括电缆、信息点、水晶头和配线架等，同时建筑物需要有良好的接地系统。屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。
非屏蔽双绞线是一种数据传输线，由4对不同颜色的传输线所组成，广泛用于以太网络和电话线中。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间，成本低；重量轻，易弯曲，易安装；将串扰减至最小或加以消除；具有阻燃性；具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。因此，在综合布线系统中，非屏蔽双绞线得到了广泛应用。
按照频率和信噪比进行分类，双绞线常见的有3类线、5类线和超5类线，以及6类线，这三类线中，五类线的线径最细，六类线的线径最粗。双绞线主要类型如下。
（1）1类线（CAT1）
1类线线缆的最高频率带宽是750kHz，用于报警系统，或只适用于语音传输（1类标准主要用于20世纪80年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。
（2）2类线（CAT2）
2类线线缆的最高频率带宽是1MHz，用于语音传输和最高传输速率为4Mbit/s的数据传输，常见于使用4Mbit/s规范令牌传递协议的旧的令牌网。
（3）3类线（CAT3）
3类线是在ANSI和EIA/TIA 568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率为16MHz，最高传输速率为10Mbit/s，主要应用于语音、10Mbit/s以太网（10Base-T）和4Mbit/s令牌环，最大网段长度为100m，采用RJ形式的连接器，已淡出市场。
（4）4类线（CAT4）
4类线线缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率为16Mbit/s的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10Base-T/100Base-T，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。
（5）5类线（CAT5）
5类线线缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率为100MHz，最高传输速率为100Mbit/s，用于语音传输和最高传输速率为100Mbit/s的数据传输，主要用于100Base-T和1000Base-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。
（6）超5类线（CAT5e）
超5类线衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（SNR）、更小的时延误差，性能得到了很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbit/s）。
（7）6类线（CAT6）
6类线线缆的传输频率为1MHz～250MHz。6类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供两倍于超5类的带宽。6类布线的传输性能远远高于超5类标准，最适用于传输速率高于1Gbit/s的应用。6类线与超5类线的一个重要的不同点在于，改善了串扰以及回波损耗方面的性能。对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。6类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求永久链路的布线距离不能超过90m，信道长度不能超过100m。
（8）超6类或6A（CAT6A）
此类产品传输带宽介于6类和7类之间，传输频率为500MHz，传输速度为10Gbit/s，标准外径为6mm。和7类产品一样，国家还没有出台正式的检测标准，只是行业中有此类产品，各厂家会宣布一个测试值。
（9）7类线（CAT7）
7类线线缆传输频率为600MHz，传输速度为10Gbit/s，单线标准外径为8mm，多芯线标准外径为6mm。
不同双绞线的传输速率与用途对比见表1-1。这些不同类型的双绞线的标注方法是这样规定的，如果是标准类型则按CAT×方式标注，如常用的5类线和6类线，则在线的外皮上标注为CAT 5、CAT 6；如果是改进版，就按×e方式标注，如超5类线就标注为5e（字母是小写，而不是大写）。
表1-1 不同双绞线的传输速率与用途对比
无论是哪一种线，衰减都随频率的升高而增大。在设计布线时，要考虑到衰减的信号还应当有足够大的振幅，以便在有噪声干扰的条件下能够在接收端正确地被检测出来。双绞线能够传送多高速率的数据与数字信号的编码方法有很大的关系。
目前，计算机网络常用的是超5类和6类UTP，如100Base-T快速以太网、1000Base-T千兆快速以太网。其基本接线方法有以下两种标准。
568A标准：绿白-1，绿-2，橙白-3，蓝-4，蓝白-5，橙-6，棕白-7，棕-8。
568B标准：橙白-1，橙-2，绿白-3，蓝-4，蓝白-5，绿-6，棕白-7，棕-8。
一条双绞线，如果其两端的连线方式相同，都为568A或568B，则这样的双绞线称为直连线。直连线主要用于连接不同种类的设备，如交换机与计算机之间的连接。将两端接线方法不同，一端为568A或568B，另一端为568B或568A的双绞线称为交叉线。交叉线主要用于连接种类相同的设备，如计算机之间的互相连接。
2.同轴电缆
同轴电缆广泛应用于有线电视网（CATV）和总线型以太网，常用的有75Ω和50Ω的同轴电缆。75Ω电缆常用于CATV，50Ω电缆常用于总线型以太网。同轴电缆分为细同轴电缆和粗同轴电缆，如图1-8所示。
3.光纤
目前，光纤广泛应用于计算机主干网，可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤芯径小（10μm左右），具有更大的通信容量和传输距离；多模光纤芯径大（62.5μm或50μm），价格便宜，适合近距离传输。常见的多模光纤为62.5μm芯/125μm外壳和50μm芯/125μm外壳，如图1-9所示。
图1-8 同轴电缆
图1-9 光纤
1.4.2 通信方式
对于点对点之间的通信，按照消息传送的方向与时间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信和全双工通信3种。
1.单工通信
单工通信（Simplex Communication）是指消息只能单方向传输的工作方式。
在单工通信中，通信的信道是单向的，发送端与接收端也是固定的，即发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息。基于这种情况，数据信号从一端传送到另外一端，信号流是单方向的。
例如，生活中的广播就是一种单工通信的工作方式。广播站是发送端，听众是接收端。广播站向听众发送信息，听众接收获取信息。广播站不能作为接收端获取到听众的信息，听众也无法作为发送端向广播站发送信号。
通信双方采用的“按—讲”（Push To Talk，PTT）的单工通信属于点到点的通信。根据收发频率的异同，单工通信可分为同频通信和异频通信。
2.半双工通信
半双工通信（Half Duplex Communication）可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行。
在这种工作方式下，发送端可以转变为接收端；相应的，接收端也可以转变为发送端。但是在同一个时刻，信息只能在一个方向上传输。因此，也可以将半双工通信理解为一种切换方向的单工通信。
例如，对讲机是日常生活中最为常见的一种半双工通信方式。手持对讲机的双方可以互相通信，但在同一个时刻，只能由一方在讲话。
3.全双工通信
全双工通信（Full Duplex Communication）是指在通信的任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无须进行方向的切换，因此没有切换操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间延误的交互式应用（如远程监测和控制系统）十分有利。这种方式要求通信双方均有发送器和接收器，同时，需要两根数据线传送数据信号。
理论上，全双工传输可以提高网络效率，但是实际上仍需配合其他相关设备才可用。例如，必须选用双绞线的网络缆线才可以全双工传输，而且中间所接的集线器（Hub）也要能全双工传输，所采用的网络操作系统也得支持全双工作业，这样才能真正发挥全双工传输的作用。
例如，计算机主机用串行接口连接显示终端，而显示终端带有键盘。这样，一方面，通过键盘输入的字符送到主机内存；另一方面，主机内存的信息可以送到屏幕显示。通常，通过键盘上输入一个字符以后，先不显示，计算机主机收到字符后，立即回送到终端，然后终端把这个字符显示出来。这样，前一个字符的回送过程和后一个字符的输入过程是同时进行的，即工作于全双工方式。