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电梯直达

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发表于 2008-10-17 10:25 |只看该作者 |倒序浏览

本文由浅入深的描述了OSI参考模型中物理层传输介质的工作原理、特性，这主要包括同轴电缆、双绞线、光纤、无线。

作者：a_la_lei（xiaobao），转载请注明，谢谢

1. 传的是什么？
在现实社会中，把一个东西给另一个人有大致3种办法，比如一个苹果，您可以拿着苹果直接给对方送过去，也可以让别人帮你转交给对方，还可以把物质分解以后用光的速度传递给对方。可是在由计算机组成的互联网中，客观物体都被表示成了文字、图像。给对方一个苹果，只能描述成一句话“给你苹果”，或者如QQ聊天时给对方发一个“苹果”的图片；这句话和这个图片如果用铅笔画记录在纸上然后送给对方，其实您传输的是由炭原子组成的图案；如果是记录在电脑里，然后用铜线发给对方，其实您传输的是电子！电子是什么东西？它是原子身上的小挂件。本文就从原子开始，讲述了一些常见的网络传输线缆。

1.1 原子
地球上所有的东西都由原子组成，一个原子有3个部分：电子、质子和中子。质子和中子紧密地聚集在一起称为原子核。电子围绕原子核转圈。波尔模型说：如果原子核的大小如球场中间的足球，电子就只有樱桃大小围绕着球场外围看台旋转。

1.2 电
原子的质子和电子具有同等数量，中子不带电，质子带正电，电子带负电，正负电荷相等所以原子不带电。当一个原子失去或得到一个电子，它就不再有相同数目的质子和电子，这样的原子称为离子。电子、质子数目不同，所以它带静电荷。若想让这个原子电人是不太可能的，只有想办法让电子在一个通道里流动起来形成电流。离子由于失去了电子会吸引相邻原子的电子，这样随着相邻原子的电子移动，电流就通过物质流动起来。
根据不同电子在受到同等的压力后摆脱球场运行轨道的能力，原子可以分为3种类型：导体、半导体、绝缘体。导体是由原子和分子（不同的原子组合成分子，比如氢和氧原子组合成水分子）构成，好的导体有：铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)。半导体也是由原子或分子构成，其电子的移动可以精确控制。好的半导体是：硅（加利福尼亚就以硅谷而著名。硅是很普遍的元素，沙、岩石、玻璃里都有）。CPU内部的开关就是由半导体组成的。绝缘体的电子需要很大的力量才能摆脱轨道，常见的绝缘体有：空气、塑料、玻璃等。

1.3 电压，电流，电阻，电功，电路
我们构建一个装置：一个桶里承满了水（原子），在水桶的底部按个水龙头（电阻），把水龙头拧开，由于地里位置的高低差（电压差）使水流（电流）出来。水资源有限，为了让水再流回水桶，我们需要一个水泵（电源、电池、墙上的插座）来维持桶里的水的高度差，以及一个管子（导线）让水在里面流动。

电压
正（质子）负（电子）电荷分离以后，会在它们之间产生压力场，这就是电压。所产生的电压使同种电荷相排斥，异种电荷相吸引，电子周而复始的在导线中流动就形成了电流。电压的高低用伏特表示，单位是字母V。电压分两种：直流电压（DC）－－在直流电路里，电子总是朝一个方向移动，从负极移到正极。交流电压（AC）－－在交流电路里，电子有时间规律的一会从南走到北，一会又从北走到南，电源的正负极总是在变，这个时间规律我们称为周期。

电流
电流是负电荷（电子）移动产生的，只要有电流和电压通过的路径，电子就可以从负极（负极排斥电子）沿着路径朝正极移动（正极勾引电子）。电流用字母I表示。测量电流大小的单位是字母A（安培），通过测量每秒通过一点的电子量来得出A的大小。

电阻
导体，可以很轻松的传递电子，因此不需要太高的电压使电子流动。相反，在绝缘体中，电子被牢固地束缚在自己的轨道上，因此电子移动受到相对较大的阻碍。电阻，就是物质阻碍电子移动的大小。导体的电阻底，绝缘体电阻高。电阻用符号R表示，电阻的大小用欧姆表示。在直流电路中一般称为电阻，在交流电路中称为阻抗。

电功
如果把电流看作流动的电子通过某一点的数量，电压就可以被看作是电子运动的速度。电流大小（I）X 电压高低（V）＝电功或瓦特（W）。电器（如计算机、灯泡）消耗或产生的电能都能用瓦特来度量。高压低流的东西（摩擦产生的静电）只能电人一哆嗦而不感觉疼。汽车发动机需要12V低压但要很高的电流以产生足够的能量启动。高压高流（如闪电）对物体做功后是毁灭性的。

电路
电子在导体中运动最为方便，虽然干燥的气候下空气也可以导电，但电子无法从电池中穿过空气流动到没有与其连接的铜线上。电子的运动只能在完整的环路中实现，这种路径就叫闭合电路。如果网线没有接好，信号是无法传输的。

1.4 网线的电压是多少？
学了上面的知识，您肯定想知道网线的电压是多少。其实网线的电压是随着传输数据的不同而变化的。“苹果”这个词在电脑里是以2进制存储的，比如是 1001010101101010，在传输给对方时，要经过线路编码，也就是1代表几伏特，0代表几伏特，假如双方约定好5伏特代表1，0伏特代表0，这样信号的接收端就可以把随时间变化的电压再还原成原始的2进制数1001010101101010。

1.5 电流的速度是多少？
电流的速度近似光速。既然是光速为什么数据的传输速率一般才100Mbit/s，因为这是信息流的速度，而不是电流的速度，1个比特的信息传输是需要一定时间的，这叫作传播延迟。比如100Mbit/s的以太网，传播1比特需要用去10纳秒。

2. 什么东西可以传输信号？
把一根毛线搭在电脑的两端显然是不妥的，什么样的传输介质可以用在网络之间传输呢？
2.1 铜
铜是用来作为信号传输最常用的介质，这是由它的几个属性决定的：
＊铜是良好的导体。它著名的特征就是廉价而且对电流的传导特别好。
＊韧性：直径1厘米的铜丝可以在热后拉的比头发丝要细。
＊抗腐蚀：铜不太容易生锈、被腐蚀。铜相对于其他金属，其腐蚀和氧化等都慢。
＊常见的铜线有：双绞线电缆－－由一对或者多对铜线组成。同轴电缆－－以一根铜线作为传输线路。

2.2 双绞线
双绞线就是把两根铜线拧在一起传输一路信号。也许您认为串行链路中，用一根铜丝就可以把信号从一端传到另一端，为什么要把两根缠在一起？因为：
* 当电线传送电流时，运动的电流在其周围产生磁场，干扰了周围的相邻的电线。为了解决这个问题，每根铜丝携带相反的两路信号，这样就产生方向相反的两个磁场，这样两个磁场就相互抵消了。两根线缠的越紧，电磁干扰越容易抵消。
* 因为两条铜丝都是同一路数据的拷贝，两份拷贝彼此映像，这样一条线上的噪声干扰也会在另一条线上出现。当接收端收到数据时，把其中一路信号反转后，两条线上的信号一比较，就可以过滤出干扰噪声。这对信号我们称为差异信号。
双绞线分两种：屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线
非屏蔽双绞线（UTP）只能靠抵消和差异信号来降低对相邻导线的干扰；而屏蔽双绞线（STP）的每对绞线还被套在一个信号屏蔽管里，这样就更有效的防止电磁辐射了，这个屏蔽管一般是用金属箔片做的，必须接地，否则不接地的屏蔽物就相当于天线，接收各种无用信号对里面包裹的线对产生干扰。

用于传输数据的UTP电缆类型如下：
5类（CAT1）用于快速以太网，数据的最大传输速率是10Mbit/s。
超5类（CAT 5e）用于吉比特以太网，数据的最大传输速率是1Gbit/s。
6类（CAT 6）用于吉比特以太网，但与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，传输更可靠。

提示：UTP和STP
* 二者在价格上都比其他传输介质便宜，但UTP更便宜。
* STP比UTP的传输更可靠。
* UTP比STP更容易安装。
* 因为大多数建筑都安装的是UTP，所以许多以太网的传输标准也按照UTP来制定。

2.3 同轴电缆

缆线里面裹着一根硬的导线，围绕导线有一层柔韧的塑料绝缘体，一层铜编织物或金属箔片包裹在绝缘体外面，对内部起到屏蔽的作用，减少外部对其干扰，相当于STP的屏蔽层，同样需要接地。

同轴电缆的单位长度比UTP电缆贵，适用于信号的远距离传输，我们家里的有线电视用的就是同轴电缆。

同轴电缆分粗缆和细缆。直径1厘米的称为粗同轴电缆，直径为0.35厘米的称为细同轴电缆。

本文不断增加与更新中，继续关注……

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