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2.2 传输介质 (答案见原书 P45)

news 2025/9/28 9:06:50

第2章物理层 (续)

2.2 传输介质 (答案见原书 P45)

01. 双绞线是用两根绝缘导线绞合而成的, 绞合的目的是 ( A )

(该题答案应为A)

题目原文

双绞线是用两根绝缘导线绞合而成的, 绞合的目的是 ( )
A. 减少干扰 B. 提高传输速度 C. 增大传输距离 D. 增大抗拉强度

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察双绞线（Twisted Pair） 这一传输介质的核心设计原理。
正确选项分析 (A. 减少干扰)：
- 将两根导线相互绞合，是为了利用电磁感应原理来抵御外部的电磁干扰（EMI）。
- 当外部电磁场穿过绞合的线对时，由于两根线的位置在不断交替，它们感应出的干扰信号在幅值上基本相等，但相位相反。
- 在接收端，通过差分信号接收技术，可以将这两个相位相反的干扰信号相互抵消掉，从而提取出有用的数据信号。
- 同时，绞合也能减少线对自身的电磁辐射，即减少对其他线对的串扰（Crosstalk）。
错误选项分析：
- B, C: 减少干扰可以间接支持更高的速度和更长的距离，但“减少干扰”是其最直接、最根本的目的。
- D: 与抗拉强度无关。

02. 在电缆中采用屏蔽技术带来的好处主要是 ( B )

题目原文
02. 在电缆中采用屏蔽技术带来的好处主要是 ( )
A. 减少信号衰减 B. 减少电磁干扰辐射
C. 减少物理损坏 D. 减少电缆的阻抗

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察屏蔽双绞线（STP）和同轴电缆中屏蔽层的作用。
正确选项分析 (B. 减少电磁干扰辐射)：
- 屏蔽层通常是一层金属网或金属箔，包裹在信号线的外层。
- 它的作用有两个方面：
  1. 防止外部电磁干扰进入，保护内部的信号不被干扰。
  2. 防止内部信号的电磁波向外辐射，减少对邻近设备的干扰。
- 选项B准确地描述了这两个方面的作用。
错误选项分析：
- A: 信号衰减主要与传输介质的材料和长度有关，屏蔽层对此影响不大。
- C: 虽然有一定物理保护作用，但不是其主要电磁目的。
- D: 阻抗是电缆的固有电气特性，由其结构和材料决定。

03. 利用一根同轴电缆互连主机构成以太网,则主机间的通信方式为 ( B )

题目原文
03. 利用一根同轴电缆互连主机构成以太网,则主机间的通信方式为 ( )
A. 全双工 B. 半双工 C. 单工 D. 不确定

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察早期的总线型以太网（如10Base5, 10Base2）的通信方式。
正确选项分析 (B. 半双工, Half-duplex)：
- 使用一根同轴电缆作为共享总线时，所有主机都连接在这条公共的介质上。
- 在任何一个时刻，这条总线上只能有一个信号在传输。
- 这意味着，一个主机不能同时发送和接收数据。当它在发送时，必须监听信道，不能接收；当它在接收时，也不能发送。
- 这种“可以双向通信，但不能同时进行”的通信方式，就是半双工。
错误选项分析：
- A. 全双工：需要独立的发送和接收信道，如现代的点对点双绞线以太网。
- C. 单工：只能单向通信。

04. 同轴电缆比双绞线的传输速率更快,得益于 ( C )

题目原文
04. 同轴电缆比双绞线的传输速率更快,得益于 ( )
A. 同轴电缆的铜心比双绞线粗,能通过更大的电流
B. 同轴电缆的阻抗比较标准,减少了信号的衰减
C. 同轴电缆具有更高的屏蔽性,同时有更好的抗噪声性
D. 以上都正确

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察同轴电缆相比于（非屏蔽）双绞线的性能优势来源。
正确选项分析 (C. 同轴电缆具有更高的屏蔽性,同时有更好的抗噪声性)：
- 同轴电缆的结构（中心导体被绝缘层、金属屏蔽网和外皮包裹）提供了非常好的屏蔽效果。
- 这种良好的屏蔽性使得它能够有效地抵抗外部的电磁干扰。
- 抗干扰能力强，意味着信号在传输过程中失真小，信噪比高。根据香农定理，这允许它支持更高的频率带宽和更高的数据传输速率。
错误选项分析：
- A, B: 虽然也是其物理特性，但C选项的“高屏蔽性”和“抗噪声性”是其能支持高速率的最根本原因。
- D: 虽然A,B,C都有一定道理，但C是核心原因。在选择题中，应选择最根本、最主要的原因。

05. 不受电磁干扰和噪声影响的传输介质是 ( C )

题目原文
05. 不受电磁干扰和噪声影响的传输介质是 ( )
A. 屏蔽双绞线 B. 非屏蔽双绞线 C. 光纤 D. 同轴电缆

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察不同传输介质的抗干扰能力。
正确选项分析 (C. 光纤, Optical Fiber)：
- 光纤中传输的是光信号（光脉冲），而不是电信号。
- 电磁干扰只会影响电信号的传输。
- 因此，光纤从根本上免疫于所有的电磁干扰和噪声，具有极高的抗干扰能力。这也是它能支持超高速、超长距离传输的核心原因之一。
错误选项分析：
- A, B, D: 屏蔽/非屏蔽双绞线和同轴电缆，传输的都是电信号，都会受到不同程度的电磁干扰。

06. 多模光纤传输光信号的原理是 ( C )

题目原文
06. 多模光纤传输光信号的原理是 ( )
A. 光的折射特性 B. 光的发射特性 C. 光的全反射特性 D. 光的绕射特性

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察光纤通信的基本物理原理。
正确选项分析 (C. 光的全反射特性, Total Internal Reflection)：
- 光纤由一个折射率较高的纤芯（Core） 和一个折射率较低的包层（Cladding） 构成。
- 当光以一个大于临界角的角度从高折射率的纤芯射向低折射率的包层时，会发生全反射现象，光线会被完全反射回纤芯内部，而不会折射出去。
- 光信号就是通过在纤芯和包层的交界面上不断地发生全反射，从而沿着光纤曲折前进的。
错误选项分析：
- A, B, D: 都不是光在光纤中传播的主要原理。

07. 以下关于单模光纤的说法中, 正确的是 ( B )

题目原文
07. 以下关于单模光纤的说法中, 正确的是 ( )
A. 光纤越粗,数据传输速率越高
B. 如果光纤的直径减小到只有光的一个波长大小,那么光沿直线传播
C. 光源是发光二极管或激光
D. 光纤是中空的

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察对单模光纤和多模光纤的对比。
正确选项分析 (C. 光源是发光二极管或激光)：
- 【答案校对与分析】 您提供的答案是C。
- 光纤通信需要光源将电信号转换为光信号。
- 多模光纤由于纤芯较粗，对光源要求不高，可以使用成本较低的发光二极管（LED）。
- 单模光纤由于纤芯极细，必须使用能量集中、方向性好的激光二极管（Laser Diode） 作为光源。
- 选项C“…或激光”是正确的，因为它涵盖了两种可能的光源。
我们来分析其他选项，特别是答案B：
- A: 错误。单模光纤比多模光纤细得多，但其传输速率高得多。
- B: 正确。单模光纤的纤芯直径非常细（几个微米），与光的波长在同一个数量级。这使得光在其中传输时，只能以单一模式（基模） 沿轴心近似直线地传播，避免了多模光纤中的模式色散，因此能支持更高的带宽和更长的距离。
- D: 错误。光纤是实心的玻璃或塑料。
结论：
- B和C都是对光纤（特别是单模光纤）的正确描述。
- 但在选择题中，B“光沿直线传播”是对单模光纤最核心、最本质的物理特性的描述，是其高性能的根源。C“光源是…”虽然也正确，但不是单模光纤独有的（激光是），且不如B根本。
- 如果答案确定是C，可能是因为B的“直线传播”是一种近似说法。

08. 下面关于卫星通信的说法,错误的是 ( C )

题目原文
08. 下面关于卫星通信的说法,错误的是 ( )
A. 卫星通信的距离长,覆盖的范围广
B. 使用卫星通信易于实现广播通信和多址通信
C. 卫星通信的好处在于不受气候的影响,误码率很低
D. 通信费用高、延时较大是卫星通信的不足之处

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察卫星通信的优缺点。
错误选项分析 (C. …不受气候的影响,误码率很低)：
- 这是错误的。卫星通信的信号需要穿过整个地球大气层。
- 大气层中的天气状况，如暴雨、大雪、浓云、电离层扰动等，都会对电磁波信号产生严重的衰减和干扰，导致信号质量下降，误码率升高。
正确选项分析（是卫星通信的特点）：
- A: 正确，这是其最大优点之一。
- B: 正确，一颗卫星可以向其覆盖范围内的所有地面站广播信号。
- D: 正确，信号往返地球和同步卫星（约36000公里）一次，传播延迟就高达约240ms。

09. 某网络在物理层规定, 信号的电平用 +10V ∼+15V 表示二进制 0…这体现了物理层接口的 ( C )

题目原文
09. 某网络在物理层规定, 信号的电平用 +10V ∼+15V 表示二进制 0, 用 -10V ∼-15V 表示二进制 1, 电线长度限于 15m 以内, 这体现了物理层接口的 ( )
A. 机械特性 B. 功能特性 C. 电气特性 D. 规程特性

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察对物理层接口四种特性的辨析。
正确选项分析 (C. 电气特性, Electrical Characteristics)：
- 电气特性规定了在接口电缆的各条线上出现的电压、电流的有关问题。
- 题目中描述的“+10V ~ +15V”、“-10V ~ -15V”就是对信号电平的规定。
- “电线长度限于15m”是对传输距离的限制，这也是由信号的电气衰减特性决定的。
- 这些都属于电气特性的范畴。
错误选项分析：
- A. 机械特性：规定插头插座的形状、尺寸等。
- B. 功能特性：规定各条引脚的功能（如哪根是数据线，哪根是地线）。
- D. 规程特性：规定事件发生的顺序。

10. 当描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义时,该描述属于 ( C )

题目原文
10. 当描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义时,该描述属于 ( )
A. 机械特性 B. 电气特性 C. 功能特性 D. 规程特性

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题深入辨析电气特性和功能特性的区别。
正确选项分析 (C. 功能特性, Functional Characteristics)：
- 电气特性只规定了“高电平”的物理电压范围是多少（例如，+5V）。
- 功能特性则进一步规定了这个高电平代表什么逻辑意义。
- 例如，“当引脚3处于高电平时，表示‘请求发送’”。这个对含义的描述，就是功能特性。
错误选项分析：
- B: 电气特性只关心电压值本身，不关心其含义。

11. 【2012统考真题】在物理层接口特性中, 用于描述完成每种功能的事件发生顺序的是 ( C )

题目原文
11. 【2012统考真题】在物理层接口特性中, 用于描述完成每种功能的事件发生顺序的是 ( )
A. 机械特性 B. 功能特性 C. 过程特性 D. 电气特性

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察对“过程特性”的定义。
正确选项分析 (C. 过程特性, Procedural Characteristics)：
- 过程特性（也称规程特性）定义了在接口上，各种事件发生的合法顺序。
- 它描述了一个完整的操作（如一次数据传输）需要经过哪些步骤，以及这些步骤之间的时序关系。
- 例如，规定了“必须先拉高‘请求发送’线，等待对方回复‘清除发送’线为高电平后，才能开始在数据线上发送数据”。
错误选项分析：
- A, B, D: 描述的是接口的物理形状、引脚功能和电气参数，不涉及事件顺序。

12. 【2018统考真题】下列选项中,不属于物理层接口规范定义范畴的是 ( C )

题目原文
12. 【2018统考真题】下列选项中,不属于物理层接口规范定义范畴的是 ( )
A. 接口形状 B. 引脚功能 C. 物理地址 D. 信号电平

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题要求从几个选项中，找出不属于物理层概念的。
正确选项分析 (C. 物理地址, Physical Address)：
- 物理地址，通常指MAC地址，是数据链路层（第2层） 的概念。
- 它用于在一个局域网内唯一地标识一个网络接口（网卡）。
- 物理层（第1层） 只处理比特流和物理信号，它不理解也不关心地址的概念。
错误选项分析（属于物理层接口规范）：
- A. 接口形状：属于机械特性。
- B. 引脚功能：属于功能特性。
- D. 信号电平：属于电气特性。

2.2 传输介质 & 物理层接口知识体系与考法总结

这一小节是物理层知识的具体化，主要关注承载比特流的物理媒介以及连接设备与媒介的接口规范。内容上，重点在于理解各种传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤、无线）的物理特性、优缺点、适用场景，并能精确辨析物理层接口的四大特性。

知识体系梳理

本部分的知识体系可以围绕“两大类传输介质”和“一个接口规范”来构建。

一、导向传输介质 (Guided Media)

信号被引导在固态的介质中传播。

双绞线 (Twisted Pair):
- 结构： 两根相互绝缘的铜导线相互绞合。
- 核心原理 (高频考点): 绞合的目的是利用差分信号原理，抵御外部电磁干扰(EMI) 和减少线对间的串扰(Crosstalk)。
- 分类：
  - 非屏蔽双绞线 (UTP): 无屏蔽层，成本低，最常用（如普通网线）。
  - 屏蔽双绞线 (STP): 有金属屏蔽层，抗干扰能力更强，成本高。
- 通信方式： 现代双绞线以太网（如100Base-TX）使用多对线，可实现全双工通信。
同轴电缆 (Coaxial Cable):
- 结构： 中心铜导线 + 绝缘层 + 金属屏蔽网 + 外部绝缘层。
- 优点： 屏蔽性好，抗干扰能力强于双绞线，支持更高带宽。
- 缺点： 成本高，不易安装。
- 应用： 早期总线型以太网（10Base5/2）、有线电视（CATV）。
- 通信方式： 在总线型网络中，作为共享介质，只能半双工工作。
光纤 (Optical Fiber) (高频考点):
- 结构： 高折射率的纤芯 (Core) + 低折射率的包层 (Cladding)。
- 核心原理 (高频考点): 光信号在纤芯与包层的交界面上发生全反射 (Total Internal Reflection) 而向前传播。
- 核心优点 (高频考点):
  - 完全不受电磁干扰（因为传输的是光信号）。
  - 传输损耗极小，中继距离远。
  - 带宽极高。
- 分类：
  - 多模光纤 (Multimode): 纤芯粗，光线以多种角度反射前进，有模式色散，适合短距离。光源可用LED。
  - 单模光纤 (Singlemode): 纤芯极细，光线近似直线传播，无模式色散，带宽极高，适合长距离。光源必须用激光。

二、非导向传输介质 (Unguided Media)

信号在自由空间中传播，即无线传输。

无线电波、微波、红外线、激光：
- 共同优点： 摆脱线缆束缚，便于移动通信。
- 共同缺点： 易受干扰、安全性差。
- 卫星通信 (高频考点): 优点是覆盖范围广、易于广播；缺点是传播延迟大、易受天气影响、成本高。

三、物理层接口的四个特性 (必考核心)

这是物理层协议必须规定的内容，用于保证不同厂商的设备可以物理上互连。

机械特性 (Mechanical): 规定接口的物理连接。
- 关键词： 形状、尺寸、引脚数目、引脚排列、固定和锁定装置。
- 例子： RJ45水晶头的形状和8根针脚的排列。
电气特性 (Electrical): 规定接口的信号电平。
- 关键词： 电压、电流、阻抗、传输速率、距离限制。
- 例子： 规定用-5V表示1，+5V表示0。
功能特性 (Functional): 规定各引脚的逻辑功能。
- 关键词： 含义、作用。
- 例子： 规定引脚3是“发送数据(TD+)”，引脚6是“接收数据(RD+)”。
过程特性 (Procedural / 规程特性): 规定事件发生的顺序。
- 关键词： 时序、顺序、流程。
- 例子： 规定一次握手过程中，哪条信号线先有效，哪条后有效。

常见考法与例题梳理

传输介质的原理与特性对比（高频）
- 考法： 考察各种介质的核心工作原理、优缺点和适用场景。
- 例题01 & 02: 考察了双绞线的“绞合”和屏蔽层的抗干扰作用。
- 例题05: “不受电磁干扰的是（C. 光纤）”，是光纤最本质的优点。
- 例题06: “光纤传输原理是（C. 光的全反射特性）”，是核心物理原理。
- 例题08: 考察了卫星通信的优缺点，特别是“易受天气影响”这一易错点。
物理层接口四大特性的精确辨析（必考核心）
- 考法： 给出一种具体的规定（如信号电压、引脚功能、事件顺序），要求判断它属于哪种特性。这是每年考试的热点。
- 例题09: “信号电平…电线长度” -> 电气特性。
- 例题10: “高电平时的含义” -> 功能特性。这是区分电气和功能的关键。
- 例题11 (真题): “事件发生顺序” -> 过程特性。
- 例题12 (真题): “不属于物理层接口…的是（C. 物理地址）”，考察了MAC地址属于数据链路层，以此来反向考察物理层的范畴。

刻意练习建议

制作“传输介质”对比表：
- 创建一个表格，详细对比UTP、STP、同轴电缆、多模光纤、单模光纤。
- 对比维度：核心原理、优点、缺点、抗干扰能力、带宽/速率、成本、典型应用。
- 这张表能帮你系统地掌握各种有线介质的特性。
制作“物理层接口四特性”速查卡片：
- 为“机械”、“电气”、“功能”、“过程”四个特性分别制作卡片。
- 每张卡片上写下其定义和关键词。
  - 机械 -> 形状
  - 电气 -> 电压/电平
  - 功能 -> 含义/作用
  - 过程 -> 顺序/时序
- 找一些具体的例子（如USB接口、RS-232接口），尝试将它们的规范说明分别归入这四个特性中。
做“找不同”练习：
- 专门对比易混淆的概念：
  - 绞合（抗干扰） vs. 屏蔽（抗干扰+防辐射）。
  - 多模光纤 vs. 单模光纤（粗/细，LED/激光，短/长距离，低/高速率）。
  - 电气特性 vs. 功能特性（电压值 vs. 电压的含义）。
- 这种对比练习能让你对概念的理解更深刻、更精确。