【25软考网工笔记】第二章 数据通信基础（3）传输介质

一、传输介质

1. 传输介质与电磁波谱

1）传输介质的基本概念

• 定义: 两个终端用一条能承载数据传输的传输介质连接起来，就形成了一个简单的网络。
• 类型:
  • 有线传输介质: 同轴电缆、双绞线、光纤。
  • 无线传输介质: 微波、红外线、激光。

2）电磁波谱与无线传输介质

• 电磁波频谱: 包括了从低频到高频的各种电磁波，如MHz、GHz、THz等。
• 无线传输介质的分类: 根据无线电波的频率进行划分。

3）微波的特性与应用

• 频率范围: 300MHz-300GHz，需要记忆这个频率范围。
• 特点:
  • 波长较低，频率较高: 使得微波具有高频高能量的特性。
  • 应用广泛: 主要用于雷达、飞机导航等领域。
• 微波波段:
  • P波段: 230-1000MHz
  • L波段: 1-2GHz
  • S波段: 2-4GHz（WIFI用的2.4GHz频段就在此范围）
  • C波段: 4~8GHz
  • X波段: 8-12.5GHz
  • Ku波段: 12.5~18GHz
  • K波段: 18~26.5GHz
  • Ka波段: 26.5~40GHz
• 记忆点: 微波因其高频高能量的特性，在雷达和飞机导航等领域有重要应用。

4）WIFI使用的频段

• WIFI频段: 主要使用2.4GHz和5GHz两个频段。
• 对应电磁波频谱:
  • 2.4GHz对应S波段，属于特高频。
  • 5GHz则对应更高频段的电磁波谱。
• 考点: 需要知道WIFI使用的频段及其对应的电磁波频谱位置。

2. 频谱资源划分（了解）

1）频谱资源概述

• 频段范围与名称: 频谱资源被划分为多个频段，每个频段有特定的名称，如极低频(ELF)、超低频(SLF)等，这些名称对应着不同的频率范围和波长。
• 主要用途: 各频段因其特性有不同的主要用途，如船舶通信、导航、广播、电视、雷达、卫星通信等。
• 不需要背诵: 老师强调，学生只需对频谱资源划分有个基本印象，不需要去背诵具体的频段和用途。

2）题型示例

题目解析

• 审题过程: 题目可能会给出特定频段或用途，要求选择或填写对应的频段名称、频率范围或主要用途。
• 解题思路: 根据课堂上学到的频谱资源划分知识，结合题目给出的信息，进行匹配和选择。
• 答案与易错点: 答案应准确反映频段与用途的对应关系。易错点可能在于混淆了相似频段的名称或用途。

3. 应用案例

1）例题

• 题目

题目解析

• 审题过程：题目要求从给定的频率中选出属于微波波段的选项。
• 解题思路：首先明确微波波段的频率范围，然后对比选项中的频率，看哪个落在微波波段的范围内。

选项分析：

• A选项：30Hz，远低于微波波段的最低频率。
• B选项：30KHz，也远低于微波波段的最低频率。
• C选项：30MHz，仍然低于微波波段的最低频率。
• D选项：30GHz，落在微波波段的频率范围内（300MHz∼300GHz）。
• 答案：D
• 易错点：需要准确记忆微波波段的频率范围，否则容易误选其他选项。
• 考点：微波波段的频率范围及识别。
• 记忆点：微波频率范围是300MHz∼300GHz，注意是MHz到GHz。

4. 同轴电缆

1）同轴电缆的基本概念与用途

• 定义: 同轴电缆是一种传输介质，早期在以太网和闭路电视中广泛应用。
• 用途: 曾用于电子上网和闭路电视系统，现在主要用于视频监控和广播系统中的模拟信号传输，但正在逐步被淘汰。

2）同轴电缆的优缺点

• 优点: （此处原文中未直接提及优点，但可推断出）具有一定的传输性能和屏蔽效果，适用于特定场景下的信号传输。
• 缺点:
  • 施工麻烦: 部署同轴电缆需要专业技能和经验，不如光纤等现代传输介质易于施工和部署。
  • 成本高: 同轴电缆内部使用大量铜材，导致成本较高，且容易遭受盗窃。
  • 衰减大: 若施工不当，同轴电缆的信号衰减会非常大，影响传输效果。

3）同轴电缆与光纤的对比

• 施工难度: 光纤施工相对简单，易于部署，而同轴电缆施工复杂。
• 成本: 光纤成本较低，且不易被偷盗，因为光纤本身不具有直接的经济价值；而同轴电缆成本高，且铜材易被盗。
• 应用场景: 随着技术的发展，光纤已逐渐成为主流传输介质，特别是在偏远地区，光纤的优越性更加明显；同轴电缆则逐渐退出历史舞台，仅在部分特定场景（如视频监控和广播系统的模拟信号传输）中仍有应用。

5. 基带和宽带同轴电缆

1）基带同轴电缆

• 定义: 通常把表示数字信号的方波所固有的频带称为基带，这种电缆也叫基带同轴电缆。
• 传输方式: 直接传输方波信号，被称为基带传输。

2）宽带同轴电缆

• 用途: 用于传输模拟信号，如语音。
• 优点:
  • 传输距离远，可达几十千米。
  • 可同时提供多个信道。
• 缺点:
  • 技术更复杂，需要专门的射频技术人员进行安装和维护。
  • 接口设备昂贵。
• 信号特性: 模拟信号比数字脉冲受噪声和衰减的影响更小，可以传播更远的距离，甚至达到100km。

3）基带与宽带同轴电缆的比较

• 传输信号类型: 基带同轴电缆传输数字信号，宽带同轴电缆传输模拟信号。
• 传输距离: 宽带同轴电缆的传输距离更远，可达几十千米甚至100km，而基带同轴电缆的传输距离相对较短。
• 技术复杂度与成本: 宽带系统的技术更复杂，需要专门的射频技术人员进行安装和维护，且接口设备昂贵；基带系统则相对简单且成本较低。

6. 双绞线

1）双绞线基本介绍

• 定义: 由多对绝缘铜导线两两相互缠绕而成，用于降低信号干扰。
• 传输: 百兆传输需四根线（两对，1、2、3、6），千兆传输需八根线（四对）。
• 应用: 网线、电话线等。

• 分线器应用: 可通过分线器将一根八芯网线分成两根四芯百兆网线使用。
• 网口：RJ45水晶头
• 电话口：RJ11水晶头

2）双绞线规格

类别:

• 1/2/3/4类：已淘汰。
• 5类：可用于100M以太网传输，短距离可传千兆。
• 超5/6类：可用于1G以太网传输。
• 超6类（Cat 6A）：可用于10G以太网传输。
• 7类（Cat 7）：10G以太网传输，必须为屏蔽线，使用较少。
• 8类（Cat 8）：25G/40G服务器连接（30米），用于数据中心。

标准制定: 主要由TIA/EIA（电信工业协会/电子工业协会）定义，7类由ISO（国际标准化组织）规定。

3）非屏蔽双绞线与屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线（UTP）:

• 特点: 绝缘套管中无屏蔽层，价格低廉，用途广泛。
• 应用: 企业、教育等。

屏蔽双绞线（STP）:

• 特点: 绝缘套管中外层由铝箔包裹，减小辐射/干扰，价格较高，安装复杂，传输速率更高。
• 应用: 军队、政府、医疗、航空航天等高精密场景。

4）应用案例

• 例题

题目解析

• 审题: 题目问的是STP和UTP在双绞线中分别代表什么。
• 解析: 根据知识点，STP代表屏蔽双绞线，UTP代表非屏蔽双绞线。
• 答案: C. 屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。
• 考点: 对双绞线类型的识别与理解。

7. 光纤概述

1）光纤的基本概念

• 光纤定义: 光纤是利用光在玻璃或塑料纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
• 传导特性: 光在光纤中传导损耗很低，适合用作长距离的信息传递。
• 光纤特点:
  • 重量轻
  • 体积小
  • 传输远（衰减小）
  • 容量大
  • 抗电磁干扰

2）光纤的组成

• 纤芯: 一般都是玻璃或者塑料纤维，是光传导的核心部分。
• 包层: 包裹在纤芯外层，用于保护纤芯并控制光的传导。
• 保护层: 最外层，提供进一步的保护。
• 光缆: 由多组光纤、塑料保护套等构成，是实际应用中常见的形式，通常包含多芯光纤。“一捆光纤”

3）光缆的构造与功能

• 光缆内容: 包含多组光纤以及一些固定和加强的组件。
• 构造特点:
  • 可能有金属保护件，如铠甲装备，特别用于埋地光缆以防止侵蚀。
  • 光缆外壳做得很扎实，以保护内部光纤不受损害。
  • 光缆内部有一系列屏蔽保护机制，确保光纤在施工过程中不被拉坏。

8. 光纤分类

1）单模光纤 波长1310nm或1550nm

• 定义: 当光纤的几何尺寸可以与光波长相比拟时，即纤芯的集合尺寸和光信号波长相差不大时（一般为5~10um）。
• 特点: 光纤只允许一种模式在其中传播，具有极宽的带宽，特别适用于大容量、长距离的光纤通信。
• 适用场景: 通常用于十公里起步的长距离通信。

2）多模光纤 波长850nm或1300nm

• 定义: 多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长（一般为50um、62.5um）。
• 特点: 允许多种模式光信号传播，相较于单模光纤，多模光纤具有较小的容量。
• 适用场景: 主要用于短距离（一般500米以内）的光纤传输通信。

3）单模与多模光纤对比

波长:

• 多模：短波850nm或1300nm
• 单模：长波1310nm、超长波1550nm

距离:

• 多模：220-550m
• 单模：10km-120km

模态:

• 多模：允许多种模式
• 单模：只允许一种模式

颜色:

• 多模：橘黄色或浅绿
• 单模：黄色

光源:

• 多模：发光二极管LED或激光二极管LD
• 单模：激光二极管LD或光谱线较窄的LED

标识:

• 多模：SX
• 单模：LX、LH/ZX

举例:

• 多模模块：eSFP-GE-SX-MM850（850nm, 0.5km, LC）
• 单模模块：eSFP-GE-LX-SM1310（1310nm, 10km, LC）、eSFP-GE-LH40-SM1550（1550nm, 40km, LC）等

注意: 单模光纤与单模光模块配合使用，多模光纤与多模光模块配合使用，两者不能混合使用。

9. 光接口与光模块

1）光接口与光模块的基本概念

• 光接口: 交换机等设备上的接口，用于连接光纤跳线，实现光信号的传输。一台交换机通常有多个光接口，如本例中的4个千兆光接口。
• 光模块: 插入光接口中的组件，用于将光纤跳线连接到交换机等设备内部。光模块通常具有双芯，一收一发，实现光信号的双向传输。也有单芯的光模块，但价格相对较贵。
• 光纤跳线: 两端都有接头的光纤线缆，用于连接光模块和光纤设备，实现光信号的传输。
• 连接方式: 光模块插入光接口后，通过光纤跳线将光模块与光纤设备连接起来，实现光信号的传输。连接方式为即插即用，简单快速。
• 接口类型: 常见的光模块接口类型为LC/UPC，本例中的光模块即为双LC接口，可以连接多模跳线。
• 多模纤芯与陶瓷插芯: 高品质多模纤芯用于传输光信号，高性能陶瓷插芯则保证了光模块的稳定性和耐用性。

10. 单模光纤与单模光模块

1）单模单芯光纤跳线特点

• 损耗低: 单模单芯光纤跳线具有较低的损耗特性。
• 重复性好: 其性能在多次使用中保持稳定，重复性好。
• 回波损耗大: 回波损耗较大，有助于减少信号反射。
• 可定制性: SC-SC三环陶瓷插芯的米数和接口都可以根据需求进行定制。

2）单模光模块的应用情况

• 成本较高: 单模光模块及相应的跳线价格相对较高。
• 适用场景: 通常在光纤资源特别紧缺的情况下使用，一般常规项目更倾向于使用双星光模块。

11. 光纤连接器

1）光纤连接的方式

• 熔接: 使用专用的设备（熔接机）将两根光纤熔接起来，主要用于光纤长度的延长，衰减会更小。
• 光纤连接器（冷接）: 用于光纤跳线或是不同光纤连接器的转换，损耗会大一点。

2）光纤连接器的类型

• SC: 方型接口，大，连接GBIC（较少）。
• LC: 方型接口，小，连接Mini-GBIC（网络设备常用），在交换机上用的比较多。
• FC: 圆型接口，螺口固定，连接光纤跳线架（配线架常用）。
• ST: 圆型接口，卡口固定，连接10Base-F网卡（配线架常用）。

3）题型（课堂提及）

• 考点: 光纤连接器的类型及其应用场景。
• 题型: 选择题，主要考察对光纤连接器类型的识别及其使用场景的了解。
• 记忆点: 交换机上常用LC小方头，配线架上常用FC或ST。

4）光纤连接的选择

• 实际项目: 光纤的连接和延长，一般使用熔纤机进行熔接，因为衰减会更小。

12. 跳线与尾纤

1）跳线

• 定义: 跳线是两端都带有连接头的线缆。
• 种类:
  • 双绞线跳线（带水晶头的网线）。
  • 光纤跳线（带有连接器与保护层的光纤，多模为浅绿色或橘黄色，单模为黄色）。

2）尾纤

• 定义: 尾纤是只有一头有光纤接口的线缆。
• 用途: 用于光纤的熔接。当需要将两段光纤连接起来时，可以使用尾纤进行熔接，以减少衰减。
• 制作: 市场上一般没有现成的尾纤出售，可以通过将跳线中间切开得到两个尾纤。

13. 应用案例

1）例题(网工2018年5月)

题目解析

• 选项A分析: 芯线可以由玻璃或塑料制成，这是正确的。
• 选项B分析: 单模光纤的纤芯确实比多模光纤的纤芯小，这也是正确的。
• 选项C分析: 光波在单模光纤中不是以多种反射路径传播，而是以直线传播。多种反射路径是多模光纤的特点，所以这是错误的。
• 选项D分析: 单模光纤的传输距离确实比多模光纤远，这是正确的。
• 答案: C

2）例题(网工2021年5月)

题目解析

• 光信号传播方式: 在单模光纤中，光信号是以直线方式传播的，这是单模光纤的特点。
• 多模光纤: 多模光纤则使用LED光源，光信号在纤芯中以多种路径反射传播，分为渐变反射和突变反射两种。
• 答案: A

3）例题(网工2024年5月)

题目解析

• 选项A分析: 光纤通信传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济，这是正确的。
• 选项B分析: 光纤通信无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据，这也是正确的。
• 选项C分析: 光纤通信抗雷电和电磁干扰性能好，在有大电流脉冲干扰的环境下通讯效果良好，这同样是正确的。
• 选项D分析: 在有效距离内，设备无须对准某个方向就能进行通讯，这是微波通信的特点，不是光纤通信的特点，所以这是错误的。
• 答案: D

4）例题(网工2024年5月)

题目解析

• 光功率转换: 100mW的光功率等于20dBm，这是一个重要的转换关系，需要记住。
• 答案: C

扩展知识点:

• 单模用一般激光器，多模一般用LED ，但两者可以混用 混用
• 在我们国家，室内AP的发射功率不高于100mW（20dBm），室外AP的发射功率不高于500mW（27dBm）。

5）例题(网工2024年11月)

题目解析

• 量子通信: 量子隐形传态是量子通信的一种方式，能够将微观粒子的量子态信息绝对安全地传输到遥远的地方，而不需要传输物体本身。
• 排除法: 通过排除法，可以排除经典的电磁波通过光纤传输、纠缠态量子比特通过自由空间传输以及单个光子通过超低损耗的单模光纤传输等选项，最终确定答案为C。
• 答案: C
• 扩展知识点: 量子通信是一种高级的通信方式，利用了量子纠缠等特性，实现了信息的绝对安全传输。这与传统的通信方式有着本质的区别。

二、知识小结