数据通信——物理层（传输媒介）

引言

    我们开车的时候，每一条道路是不同的：在乡间小路你只能慢慢开，在高速上你可以全速开。信道也是一样，信道的不同，让信号只能乖乖遵守“交通规则”。我们知道信道是一个抽象化的概念，它是信号沿某个方向传输的媒介，这个媒介是什么呢？

传输媒介

传输媒介分为两大类：导向传输媒介和非导向传输媒介

导向传输媒介：沿着固体媒介进行传播

非导向传输媒介：以电磁波等非固体形式传播

导向传输媒介

双绞线

    咱们的电脑啊！电话啊！家里的网线什么的，很多都是采用双绞线。双绞线现在还是很流行，优秀的性能使得双绞线这三个字一直活跃在人们耳中。

    双绞线是把两根互相绝缘的铜导线并放在一起，通过规则进行一定密度的绞合，这样就诞生了。不同线还有不同的扭绞长度（扭距）扭绞长度在38.1cm-14cm之间。扭绞可以提抗电磁干扰，扭距越小，抗干扰能力越强。

双绞线还分为：屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线（以是否有铝箔来屏蔽干扰作为区分）

双绞线优点：

1. 成本低
2. 信号的传输距离远、传输质量高
3. 坚实耐用

同轴电缆

    说实话，同轴电缆的应用领域和双绞线几乎差不多，小到家庭电视和网络，大到汽车，航空等设备。同轴电缆和双绞线的区别就是在他们的工作原理的不同，三言两语很难说明白，大家可以去百度自己看看。

同轴电缆由内导体的铜质芯线，绝缘层，外导体屏蔽层和塑料外绝缘层组成。

同轴电缆一般分为：

50Ω同轴电缆：一条电缆只用于一个信道

75Ω同轴电缆：一条电缆可以同时传送不同频率的模拟信号

同轴电缆特点：

1. 体积大
2. 抗干扰能力好,传输数据稳定
3. 不能承受缠结、压力和严重的弯曲

光纤

    提到这个东西，你肯定再熟悉不过了，光纤可谓是现在很流行的东西，现在办宽带总能听到光纤到户这一说，但是光纤真就有咱们想的这么好吗？

    光纤通常由透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层组成。纤芯很细，通过纤芯传递光波。光纤采用光的折射原理，当光从一种介质射到另一种介质时会产生折射，当处于全反射时，保证不会泄露（光纤的原理也很复杂，这里只是简单的说一下）。

光纤分为两种：

单模光纤：纤芯细，散射少，适用于长距离传输，激光作为光源

多模光纤：纤芯粗，散射大，适用于短距离传输，红外光作为光源

光纤特点是

1. 光波承载信息
2. 速率高，通信容量大
3. 传输稳定，适合长距离传输
4. 抗干扰强，轻便
5. 易损坏，价格贵

    光纤比起上述的两样什么都好，就是贵还爱坏，这是材质决定的特点，基于这些，纵使性能再优越，使用场景还是少得可怜。

    以上提到的导向媒介都是很常见的，其实导向传输媒介还有很多。未来，随着通信的发展，新的传输介质会大放光彩的。

非导向传输媒介

    这个就长话短说了，我们用的wifi，无线电话，就是通过非导向传输媒介传播的，有时候我们常会说没有信号了，这是为什么呢？

短波通信

    通过高频，电离层反射，短波通信的质量差，速率低

    像我们的电报机，收音机等带有天线的设备就大部分采用短波通信，一旦超出信号最大接收距离，就会导致信号不稳定。在战争时期，一切通信手段皆有被摧毁的风险，但是唯有短波通信依靠电离层可以正常运作，这也就使得短波通信没有被淘汰。

地面微波接力

    频率高，通信容量大。但是受环境干扰多，需要基站作为中转站，且不能有障碍物。保密性差

    你知道为什么我们能在电视上看到五湖四海的节目吗？这要得益于地面微波接力。信号经过层层的中转站后被我们所接收。比起短波通信，我们可以接收到来自更远的地方的信号了。但是基站很重要，我们在自己家乡较为偏远的地方附近看到接收站。失去了接收站，信号自然也就无法达到了。

卫星通信

传输距离远，保密性差，广播通信，技术复杂，成本高，传播时延大。

卫星通信可就太高端了，现在我们的导航，位置信息和通信信号几乎都是依靠卫星来支持的。卫星这种高大上的东西，还是放一张图来解释下卫星通信流程吧！

后续    

    以上就是信号的传输媒介，信号通过以上的媒介进行传输，在不同的媒介上的信号，它的传播方式和速率等信息是不同的，传播的速率和信号的吞吐量也是不一样的。就像一辆汽车，在高速上行驶必然不同于在乡间小路上行驶！