传输介质与物理层设备：双绞线、光纤、中继器、集线器。
2.2 传输介质
2.2.1 传输介质概述
- 定义：数据传输系统中发送设备和接收设备之间的物理通路。
- 分类：
- 导向传输介质：电磁波沿固体媒介（铜线、光纤）传播。
- 非导向传输介质：空气、真空、海水等。
- 注意：传输介质可视为第0层，物理层只负责发送信号，不关心信号含义。
2.2.1.1 双绞线
- 结构：两根相互绝缘的铜导线按一定规则绞合而成。
- 作用：绞合可减少对相邻导线的电磁干扰，抵御部分外界干扰。
| 类型 | 特点 | 应用 |
|---|---|---|
| 屏蔽双绞线（STP） | 外加金属丝编织屏蔽层，抗干扰能力强 | 对电磁干扰要求高的环境 |
| 非屏蔽双绞线（UTP） | 无屏蔽层，价格便宜 | 局域网、传统电话网 |
- 带宽：取决于铜线粗细和传输距离。
- 传输信号：电脉冲。
- 传输距离：几千米~数十千米，距离太远需放大器（模拟）或中继器（数字）。
2.2.1.2 同轴电缆
- 结构：内导体铜制芯线 → 绝缘层 → 网状编织外导体屏蔽层 → 绝缘保护套层。
| 类型 | 特性阻抗 | 用途 |
|---|---|---|
| 50Ω同轴电缆（基带同轴电缆） | 50Ω | 传送基带信号，局域网应用 |
| 75Ω同轴电缆（宽带同轴电缆） | 75Ω | 传送宽带信号，有线电视系统 |
- 特点：抗干扰性优于双绞线，传输距离更远，价格较贵。
- 传输信号：电脉冲。
2.2.1.3 光纤
- 原理：利用光导纤维传递光脉冲，有光脉冲=1，无光脉冲=0。
- 结构：纤芯（高折射率）+ 包层（低折射率），利用全反射原理传输光信号。
| 类型 | 纤芯直径 | 光源 | 传输距离 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 多模光纤 | 50μm、62.5μm | 发光二极管 | 近距离 | 多条光线传输，光脉冲会展宽，易失真 |
| 单模光纤 | 9μm | 半导体激光器 | 远距离（数公里~数十公里） | 直线传播，衰减小，成本较高 |
工作波长：
- 0.85μm（衰减较大）
- 1.30μm（衰减较小）
- 1.55μm（衰减较小）
优点：
- 通信容量大（带宽25000Hz~30000GHz）
- 传输损耗小，中继距离长
- 抗雷电和电磁干扰性能好
- 无串音干扰，保密性好
- 体积小、重量轻
缺点：
- 切割需要专用设备
- 光电接口价格较贵
2.2.1.4 无线传输介质
| 类型 | 特点 | 应用 |
|---|---|---|
| 无线电波 | 穿透能力强，传输距离长，向所有方向散播 | 无线手机通信、WLAN |
| 微波 | 频率高（2~40GHz），容量大，直线传播 | 地面微波需中继站接力；卫星通信覆盖广、时延长 |
| 红外线 | 直线传播，需视线通路 | 短距离无线通信 |
| 激光 | 直线传播，需视线通路 | 点对点高速通信 |
2.2.2 物理层接口的特性
物理层主要任务：确定与传输媒体的接口有关的四个特性：
| 特性 | 内容 |
|---|---|
| 机械特性 | 接线器的形状、尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置 |
| 电气特性 | 接口电缆各条线上出现的电压范围 |
| 功能特性 | 某条线上出现的某一电平电压表示何种意义 |
| 过程特性（规程特性） | 对不同功能的各种可能事件的出现顺序 |
- 传输方式转换：计算机内部并行传输 → 传输媒体上串行传输。
- 常用物理层接口标准：EIA RS-232-C、ADSL、SONET/SDH等。
例题（2012年34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. 过程特性）
2.3 物理层设备
2.3.1 中继器
- 工作层次：物理层
- 功能：信号再生（整形并放大衰减信号，恢复原始状态后转发）
- 注意：中继器是再生信号，不是简单放大信号。
- 作用：扩大网络传输距离。
- 特点：
- 仅处理信号电气部分，对数据内容无甄别。
- 连接的两个网段属同一局域网的不同网段，必须使用同一协议。
- 不能连接速率不同的局域网。
- 无存储转发功能。
- 5-4-3规则（10BASE5以太网）：互相串联的中继器不超过4个，用4个中继器串联的5段通信介质中，仅3段可挂接计算机。
区分：放大器用于放大模拟信号；中继器用于放大数字信号（整形再生）。
2.3.2 集线器（Hub）
- 工作层次：物理层
- 实质：多端口的中继器
- 功能：信号放大与转发
- 工作方式：
- 接收信号后整形放大，广播至所有其他端口。
- 所有端口共享同一通信通道。
- 工作在半双工模式。
- 特点：
- 所有端口属同一个冲突域。
- 同一时钟周期内仅能传输一组信息。
习题
关于物理层的描述，以下哪一项是正确的？
B. 物理层的主要任务是确定与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特性以下哪种标准是物理层常用的接口标准？
B. EIARS-232-C中继器主要用于：
A. 增强信号强度以延长传输距离（更准确：信号再生）集线器的工作方式是：
B. 广播数据到所有连接的设备谢希仁教材2-05：物理层的接口有四个方面的特性：
- 机械特性：接线器形状、尺寸、引脚排列等
- 电气特性：电压范围
- 功能特性：各线电压的含义
- 过程特性：事件发生的顺序
笔记结束