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传输介质
考情分析
传输介质是物理层的基础内容，选择题考频较高。典型考法：给出场景判断应选哪种传输介质，或者考查光纤的工作原理（全反射）、双绞线绞合的目的、物理层接口四特性的区分。物理层接口四特性在 2012 和 2018 年真题中都出现过。
考频：★★☆
传输介质分类
传输介质分为两大类：
- 导向传输介质：电磁波沿固体介质传播，如双绞线、同轴电缆、光纤
- 非导向传输介质：电磁波在自由空间中传播，如无线电波、微波、红外、激光
注意：传输介质本身不属于物理层，它位于物理层之下，有时被称为"第 0 层"。传输介质只是信号的通道，物理层才是赋予信号语义的规则制定者。
双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜导线按一定规则绞合而成。绞合的目的是减少相邻导线间的电磁干扰。
两种类型：
| 类型 | 全称 | 特点 |
|---|---|---|
| UTP | 非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair） | 价格低，广泛用于局域网 |
| STP | 屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair） | 外加金属屏蔽层，抗干扰能力更强 |
双绞线价格低廉，既可用于模拟传输也可用于数字传输，通信距离通常为几千米至数十千米。局域网中常用的以太网接口为 RJ-45。
同轴电缆
同轴电缆由内导体、绝缘层、外导体屏蔽层和绝缘保护套层构成。外导体的屏蔽作用使同轴电缆具有良好的抗干扰性能。
| 类型 | 阻抗 | 用途 |
|---|---|---|
| 基带同轴电缆 | 50 | 数字信号传输，早期局域网 |
| 宽带同轴电缆 | 75 | 模拟信号传输，有线电视系统 |
随着交换技术和集线器的普及，局域网已基本采用双绞线取代同轴电缆。
光纤
光纤通信利用光导纤维传输光脉冲：有光脉冲表示 1，无光脉冲表示 0。
工作原理
光纤由纤芯和包层构成。纤芯折射率高于包层，当光从纤芯射向包层时，若入射角大于临界角，就会发生全反射，使光线在纤芯与包层界面反复反射而向前传播。
多模光纤 vs 单模光纤
| 对比项 | 多模光纤 | 单模光纤 |
|---|---|---|
| 纤芯直径 | 较粗（50~100 | 极细（8~10 |
| 传播方式 | 多条不同角度的光线同时传输 | 仅单一模式的光沿直线传播 |
| 光源 | 发光二极管（LED），成本低 | 半导体激光器，定向性好 |
| 衰减 | 较大 | 较小 |
| 适用距离 | 短距离（几百米到几千米） | 长距离（数十千米，无中继传输） |
光纤的优点
- 传输损耗小，中继距离长
- 抗雷电和电磁干扰性能强
- 无串音干扰，保密性好，不易被窃听
- 体积小，重量轻
无线传输介质
无线电波
- 穿透能力较强，传播距离远
- 全向传播，接收端无须对准发射源
- 广泛用于移动通信和 WLAN
微波
- 工作在较高频段，带宽大、容量高
- 沿直线传播，地面传输需要中继站接力
- 卫星通信利用地球同步卫星作为中继，覆盖范围广，但传播时延大、保密性差
红外线和激光
- 将电信号转换为光信号，在自由空间直接传播
- 常用于短距离点对点链路（如遥控器）
- 无法穿透墙壁，易受障碍物阻挡
四种无线传输方式中，无线电波是全向传播的；微波、红外线和激光都需要视距传输，具有强指向性。
物理层接口的四特性
物理层的任务是定义与传输介质接口相关的特性，屏蔽底层硬件差异，使数据链路层无需关心具体的传输介质。
| 特性 | 定义 | 举例 |
|---|---|---|
| 机械特性 | 接口的形状、尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置 | RJ-45 接口的形状和引脚排列 |
| 电气特性 | 电压范围、传输速率、距离限制 | 信号电平用 +10V~+15V 表示 0 |
| 功能特性 | 某条线上某一电平所代表的含义，各条线的功能 | 高电平表示二进制 1 |
| 过程特性（规程特性） | 各种功能事件发生的顺序和时序关系 | 建立连接、传输数据、释放线路的先后顺序 |
电气特性 vs 功能特性的区分：电气特性规定电压的"范围"（比如 +10V~+15V），功能特性规定这个电压"代表什么含义"（比如表示二进制 1）。电气特性关注"多少伏"，功能特性关注"什么意思"。
易错点
1. 传输介质不属于物理层
传输介质位于物理层之下（第 0 层），它只负责承载信号，不能区分信号所代表的比特值。物理层通过定义四特性来将原始信号解释为有意义的比特流。
2. 双绞线绞合的目的是减少干扰，不是增大传输距离
绞合减少的是两根导线之间的电磁干扰，不是增大抗拉强度或提高传输速度。
3. 多模光纤的原理是全反射，单模光纤不是
多模光纤利用全反射使多条光线在纤芯中传播。单模光纤的纤芯细到接近光波波长，光沿直线传播，几乎无反射。
4. 电气特性和功能特性容易混淆
"规定电压范围和距离限制" = 电气特性。"规定某电平表示什么含义" = 功能特性。2009 年真题原话："信号电平用 +10V~+15V 表示 0，-10V~-15V 表示 1，电线长度限于 15m 以内"——这是电气特性，因为在描述电压范围和距离限制，而不是在解释含义。
5. 物理地址（MAC 地址）不属于物理层
物理地址虽然名字带"物理"，但它属于数据链路层，不在物理层接口规范的定义范围内。这是 2018 年真题考过的坑。
高频考点清单
- 双绞线绞合的目的（减少电磁干扰）
- UTP 和 STP 的区别
- 50
同轴电缆（基带）和 75 同轴电缆（宽带）的用途 - 光纤的全反射原理
- 多模光纤 vs 单模光纤的区别（直径、光源、距离）
- 光纤的优点（抗干扰、保密性好、损耗小）
- 无线电波全向传播 vs 微波/红外/激光需要视距
- 物理层接口四特性的区分（机械、电气、功能、过程）
- 电气特性 vs 功能特性的辨析