计算机局域网络中不同传输介质的性能及优劣 江苏 罗升 陈洪森 1994-01-07 一、双绞线(Twisted Pair) 双绞线是最广泛使用的一种数字信号及模拟信号传输介质。 (一)：物理特性：双绞线是由两根用绝缘导线绞合而成，导线多为铜线或铜套的钢线；双绞线包套在有屏蔽金属网或铝箔全屏蔽内的坚韧橡胶保护层中，一般来说有五对、十对、二十对、五十对等多对绞合电缆。成对的双绞线能减少导线之间的电磁互扰，屏蔽层能排除外界的电磁干扰。一般双绞线的导线径在0.015～0.056英寸之间。 (二)、传输特性：双绞线适用于短距离传送数字及模拟信号。当传送模拟信号时应每隔2～3公里安装一个放大器；当传输数字信号时应每隔1～2公里安装一个中继器(Repeater)。双绞线最普遍的应用是进行声音信号的模拟传输，语音的频率分量分布虽然在20hz～20Khz之间，但是可听的语音仅要求比这个频率范围窄的频带即可，所以一条全双工音频信道带宽为0.3～Khz；采用频分多路(FDM)技术一对双绞线可传输多路音频信号能力，最大带宽可达268Khz。数字信号则必须通过调制解调器(Modem)才可在模拟音频信道上传输。Modem通过串行同步或起止形式传输。采用四线全双工点对点或点对多点、二线半双工点对点传输方式；选用差动二相码和三阶高密度双性码(HDB3码)调制方式，可使传输速率达到9600bps。当然，也可以在双绞线上传输数字信号和基带信号。 (三)：链接方式：双绞线既可作为点__点的链路，又可以实现多点链路。作为多点链路时双绞线较同轴电缆价格便宜，但传输性能稍差些，支持的工作站也相应少一些。因而较适宜于点__点链路的局域网络。 (四)：距离范围：双绞线可将数据信息传输到10公里以外的地域。在局域网络LAN(Local Area Network)中，双绞线可用于一栋建筑物内，在CBX中双绞线还可跨越几个建筑进行信息传输。 (五)：抗噪声性：双绞线对低频噪声有较好的抑制作用，但容易受高频率电磁波的干扰影响；通过对双绞线的电磁波屏蔽可以一定程度地减少高频干扰。但是对相邻两根双绞线之间的串扰不容易消除。 (六)：相对价格：双绞线的价格相对于各种传输电缆较便宜的一种，但其局域网络的安装费用与其它传输介质相近。 二：同轴电缆(Coaxial Cable) 同轴电缆是局域网络中较广泛使用的一种传输介质。按其阻抗不同又可分为两类，即75Ω同轴电缆：它是共用电视天线(CATV)系统使用的标准；以及50Ω同轴电缆，它只适用于直接传输数字信号(即基带信号)，又称基带(Base band)同轴电缆。75Ω电缆用于传输频分多路(FDM)方式产生的摸拟信号(宽带信号)；又称宽带(Broadband)同轴电缆。 (一)：物理特性：同轴电缆结构上由空芯的园柱形外导体中包裹一根内导线构成。内导线可以是单股实心线，也可以是多股绞合铜芯线；外导体可以是整体的也可以是编织的。内导体由有规律放置的绝缘环或绝缘固体材料包裹着，外层体被屏蔽层及橡塑套管覆盖。内、外导体同轴心；同轴电缆内导体线径大约在0.4～1英寸之间。 (二)：传输特性：同轴电缆具有良好的电气性能，非常适合于传输高频信号。同轴电缆的电磁辐射较小、信号损耗低、抗外界电磁干扰强。对50Ω的基带同轴电缆不使用MODEM进行调制即可直接传输数字信号；通过曼彻斯特编码，可实现高达到10Mbps速率的数据传输。对公用电视天线CATV电缆；使用MODEM，通过频分多路技术的调制调器方式传输模拟信号。 (三)：链接方式：同轴电缆可用于点__点及多点的链路结构。每段50Ω基带同轴电缆可支持上百台设备工作，而且还可以通过中继器将各段链接在一起。75Ω宽带同轴电缆理论上可以支持上千台设备工作，但是75Ω宽带同轴电缆在较高传输率(50Mbps)下工作时就会出现一些技术问题，所以设备数量一般控制在20～30台之间。 (四)：距离范围：基带同轴电缆传输的最远距离只有几公里；宽带同轴电缆传输距离可达数十公里。其差别在于模拟信号和数字信号的相对信号完整性。在工厂及市区由于磁干扰频率一般都较低，而数字信号的能量也恰好集中在低频段，因而受磁干扰严重；当用高速率(50Mbps)传输时，无论是模拟信号还是数字信号传输的，都难以超过一公里的距离。因为数据传输速率太高，在传输介质上两个信号之间的物理距离很小，所以即使有很小的信号衰减或电磁干扰都会使传输的信号有误。 (五)：抗噪声性：同轴电缆的抗噪声性取决于具体的应用环境与实施方案。在低频段，它的抗噪声性能与双绞线相近，甚至还略差一些；而在高频段时，却优于双绞线。因此，为使信号能远距离传送而不受外界电磁干扰，需将待传输信号调制到较高的频率载波后再在同轴电缆上传输。 (六)：相对价格：安装同轴电缆局域网络的费用略微高于双绞线、低于光缆线的局域网络费用。但是，同轴电缆较之双绞线容量大、速率高；在大流量、重负载的场合下都很适用。其性能价格比仍为较优的。 三：光纤电缆(Oplical Fiber) 光纤电缆是局域网络中最有前途的传输介质，由于以光纤为传输介质的计算机通讯网络中的其它设备、技术还未完全成熟，仍然处于发展之中；所以在计算机网络中的运用还不是很普遍。 (一)：物理特性：光纤电缆是由两层折射率不同的材料所构成，是一种能通过光线的细小(80～100um)而柔韧的传输介质。其内层是具有较高折射率的玻璃或塑料单根纤维线，外层是折射率较低的材料。 (二)：传输特性：光纤电缆是利用全反射的原理来传输被调制好的光信号。只要外部物质的光折射率低于传输光纤的折射率，则产生内部全反射。带有信息编码的光束在光纤电缆中不断地全反射，最终将信息从发出端传输到接受端。在光纤电缆中，发射端用电信号对光源进行光强调制，从而转化待传输信息为光信号。目前常使用的光源有：发光二极管(LED)及注入式激光二极管(ILD)。在接收端，用光电检波二极管把光信号还原成电信号；主要有：PIN光电二级管及APD雪崩光电二极管。光载波调制即亮度调制，属于移健控制法ASK的一种形式。在给定的频率下，以光的出现及消失来表示二进制0和1。LED及ILD两种光源器可以运用这种方法调制所传输的信息；PIN及APD检波器可直接响应亮度调制。 (三)：链接方法：光纤电缆主要运用于点__点的链路。总线式的局域网络结构中也能使用，但在实际运用中由于其价格昂贵使用还很不普遍。 (四)：距离范围：从目前的技术水平来看，光纤电缆可以在6～10KM距离内不使用中继器就能进行有关信息的传输。因而，光纤电缆较适合于在几个建筑物之间通过点__点链路实现局域网络。 (五)：抗噪声性：光纤电缆不受电磁波的干扰或噪声的影响。这种特性使得光纤电缆能在较长距离内保持高数据传输率，而且安全性、保密性强；损耗及误码率都低。 (六)：相对价格：按光纤电缆及其所需设备如：发光器、接收器、连接器、中继器等等计算，光纤电缆局域网络比双绞线及同轴电缆局域网络的费用要高得多。但是随着科学的进步和发展，以光纤电缆为传输介质及其网络设备的价格不会下降，而以双绞线及同轴电缆为传输介质的网络设备的价格不会下降；所以从长远眼光来看是有美好前景的。 四：几种传输介质的性能及其比较 通过以上对双绞线、同轴电缆及光纤电缆为传输介质所组成网络的逐个分析，我们可以得出以下特性比较(表1-A) 五：转输介质的应用选择 传输介质是局域网络总体设计任务的一部分。所以，对传输介质的选择由多方面因素决定。 (1)：设计局域网络的拓朴结构是影响选择传输介质的主要方面。 (2)：支持局域网络所预计的通讯容量。 (3)：依据实际要求对局域网络的可靠性要求。 (4)：局域网络设计所决定的传输介质支持的传输信号类型。 (5)：在局域网络结构中实际使用的适宜距离、范围等等。在目前的技术水平下，双绞线是一种使用广泛的廉价传输介质；与同轴电缆相比，其频率受到限制。同轴电缆的网络造价比双绞线高，但容量大得多。光纤电缆较适合点__点的链路通讯，其信号噪声比高、损耗低、容量大；将成为今后局域网络中传输介质中强有力的竞争者。总之，传输介质的选择要从多方面去考虑，以达到最大的性能价格比。 几种传输介质性能及比较 项目\类型 双绞线 同轴电缆 基带 宽带 光缆 传输信息 数字或模拟 数字 数字或模拟 模拟 最大带宽 100～1MHZ 10M～50MHZ 300M～400MHZ 不受限制 互连复杂性 简单 较简单 较复杂 复杂 可使用部件 广泛 受限制 广泛 很受限制 介质价格 低 较低 较高 高 多站适用性 较好 好 很好 差 端点个数 10 10～100 100 2 信号噪声比 低 中 中 高 最大距离 100M 数公里 数十公里 6～8公里 传输速率 1～2Mbps 10Mbps 50Mbps 10Mbps 技术状态 成熟 较成熟 较成熟 不太成熟 表(1-A)