物理层-传输介质

1、传输介质

传输介质是数据传输系统中发送器与接收器之间的物理路径，分为两大类：

1.1、 导向传输介质 (Guided Media)

电磁波被引导沿着固体介质（如电缆、光缆）传播。

介质类型	结构描述	特点	应用场景
双绞线 (Twisted Pair)	两根绝缘铜线按规则绞合在一起。	- 优点：价格便宜，安装方便。 - 缺点：易受干扰，距离有限。 - 分类： - UTP (非屏蔽)：最常用，如网线（Cat5e, Cat6）。 - STP (屏蔽)：外加金属屏蔽层，抗干扰更强，成本更高。	局域网 (LAN)、电话线
同轴电缆 (Coaxial Cable)	由内导体、绝缘层、屏蔽层和外护套组成。	- 优点：抗干扰特性优于双绞线，带宽更高。 - 缺点：成本比双绞线高，安装较复杂。 - 分类： - 50Ω基带同轴电缆：用于数字传输，曾用于早期以太网。 - 75Ω宽带同轴电缆：用于模拟传输和有线电视。	有线电视 (CATV)、早期局域网
光纤 (Fiber Optic)	由纤芯（高折射率）和包层（低折射率）组成，利用全反射原理传输光信号。	- 优点：带宽极高、衰减小、抗电磁干扰、保密性好、重量轻。 - 缺点：成本高、安装和维护需要专用设备。 - 分类： - 多模光纤 (MMF)：纤芯较粗，光以多种模式传播。传输距离短，成本低。 - 单模光纤 (SMF)：纤芯极细，光以单一模式传播。传输距离极长，成本高。	主干网络、高速局域网（FTTH）、长距离传输

1.2、 非导向传输介质 (Unguided Media)

电磁波在自由空间（如空气、真空）中传播，即无线传输。

介质类型	描述	特点	应用场景
无线电波	向所有方向传播，穿透能力强。	信号发散，无需视距对准。覆盖范围广。	Wi-Fi、蓝牙、移动通信（4G/5G）
微波	高频无线电波，沿直线传播。	需要视距 (Line-of-Sight)，受天气影响。需中继站接力。	地面微波接力通信、卫星通信
红外线/激光	沿直线传播，指向性极强。	需要视距，不能穿透障碍物。保密性好（不易被截获）。	电视遥控器、短距离点对点无线传输

卫星通信：是一种特殊的微波通信，以地球同步卫星作为中继站。

• 优点：通信距离远、覆盖范围广、容量大。
• 缺点：端到端延迟大（约270ms）、保密性差、成本高。

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2、物理层接口的特性

        物理层的主要任务是在传输介质上透明地传输比特流，它定义了设备与物理传输介质之间的接口标准。这些标准可归纳为四大特性：

特性	核心问题	描述与示例
机械特性 (Mechanical)	接口长什么样？	定义接口的物理结构。如： - 连接器的形状、尺寸。 - 引脚的数量和排列顺序。 - 例：RJ-45水晶头有8个引脚。
电气特性 (Electrical)	信号电压是多少？	定义线路上信号的电气规范。如： - 电压的范围（什么电平代表“1”，什么代表“0”）。 - 数据的传输速率（如10Mbps, 100Mbps）。 - 传输距离的限制。
功能特性 (Functional)	每根线干什么用？	定义每根接口引脚（线路）的功能。如： - 哪根线用于发送数据（Tx）。 - 哪根线用于接收数据（Rx）。 - 哪根线用于接地（GND）。 - 哪根线用于传送电源。
规程特性 (Procedural) (又称过程特性)	操作的顺序是什么？	定义各功能事件发生的先后顺序。即通信过程中，如何基于各功能线建立、维持和释放连接。如： - 如何发起通信请求。 - 如何应答。 - 如何进行全双工或半双工通信。

举例：常见的EIA-232（又称RS-232）标准就是一个完整的物理层接口规范，它详细定义了用于计算机串口与调制解调器连接的这四大特性。

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总结

        传输介质分为有线（双绞线、同轴电缆、光纤）和无线（无线电、微波、卫星等）两类，物理层接口则定义连接标准（机械、电气、功能、规程特性）以确保可靠通信。

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