传输介质
双绞线
结构
由两根相互绝缘的铜导线按一定规则紧密缠绕而成。多对这样的双绞线会被包裹在一个绝缘护套内，形成双绞线电缆。缠绕的目的是减少电磁干扰，因为两根导线产生的干扰磁场相互抵消。
分类
- 非屏蔽双绞线（UTP）：没有额外的屏蔽层，成本较低，广泛应用于一般的网络布线环境。常见的类别有三类、五类、超五类、六类等，不同类别支持不同的传输速率和带宽。例如，超五类 UTP 常用于百兆和千兆以太网。
- 屏蔽双绞线（STP）：在双绞线外层增加了一层金属屏蔽层，能更有效地抵御电磁干扰，但成本较高，安装也相对复杂。常用于对电磁干扰敏感的环境，如工业控制网络。
特点
- 成本低：相比其他传输介质，双绞线价格较为便宜，适合大规模布线。
- 易于安装：柔韧性好，便于铺设，普通技术人员经过简单培训即可进行安装。
- 传输距离有限：一般在 100 米左右，超过这个距离信号会衰减严重，影响传输质量。
- 传输速率：不同类别支持不同速率，如五类 UTP 通常支持 100Mbps，超五类和六类可支持 1000Mbps 甚至更高。
应用场景
- 家庭网络：常用于连接家庭中的计算机、路由器、智能电视等设备，组建家庭局域网，实现设备间的互联互通和资源共享。
- 办公室网络：构建办公室内部网络，满足员工办公设备的网络接入需求，支持文件共享、打印服务等功能。
光纤
结构
- 纤芯：位于光纤中心，是光传播的主要通道，通常由高纯度的二氧化硅制成，纤芯直径根据类型不同有所差异，单模光纤纤芯较细，一般为 8 - 10μm，多模光纤纤芯较粗，可达 50μm 或 62.5μm。
- 包层：围绕在纤芯周围，其折射率低于纤芯，使光信号在纤芯中通过全反射的方式向前传播，确保光信号的传输。
- 涂覆层：在包层外面，主要起到保护光纤的作用，增强光纤的机械强度和柔韧性。
分类
- 单模光纤：只允许一束光沿轴向传播，适用于长距离、高速率的数据传输。由于光信号在单模光纤中传输时模式单一，信号衰减小，可实现几十公里甚至上百公里的无中继传输。常用于城市之间的网络干线、长途通信等。
- 多模光纤：允许多束光以不同角度在纤芯中传播，传输距离相对较短，一般在几百米到几公里之间。但成本较低，安装和维护相对简单，常用于建筑物内的网络连接，如楼层之间的垂直布线、数据中心内部连接等。
特性
- 传输带宽大：能够承载极高的数据传输速率，可轻松实现 10Gbps、100Gbps 甚至更高的速率，满足大数据量、高速通信的需求。
- 传输距离远：单模光纤尤其适合长距离传输，减少了中继器的使用，降低了成本和维护复杂度。
- 抗电磁干扰能力强：由于光信号不受电磁干扰影响，光纤在电磁环境复杂的区域（如变电站附近）也能稳定传输数据。
- 安全性高：很难通过光纤进行窃听，因为光信号在光纤内部传播，外部难以获取信号。
应用场景
- 数据中心互联：数据中心之间需要传输海量数据，光纤的高带宽和长距离传输特性满足了这种需求，确保数据快速、稳定地传输。
- 广域网连接：在城市与城市、国家与国家之间的广域网建设中，光纤是主要的传输介质，构建高速、可靠的网络连接。
同轴电缆
结构
从内到外依次为内导体、绝缘层、外导体和护套。内导体通常是一根铜芯线，用于传输信号；绝缘层将内导体与外导体隔开，保证信号传输的稳定性；外导体一般是一层金属网或金属箔，起到屏蔽电磁干扰的作用；护套则保护内部结构，增强电缆的机械性能。
分类
- 基带同轴电缆：特性阻抗为 50Ω，主要用于数字信号传输，早期的以太网（10Base - 5 和 10Base - 2）曾使用这种电缆。它直接传输数字信号，信号沿电缆传播，传输距离相对较短。
- 宽带同轴电缆：特性阻抗为 75Ω，主要用于模拟信号传输，常用于有线电视网络。它可以通过频分复用技术在同一电缆上传输多个频道的电视信号。
特性
- 抗干扰能力较强：外导体的屏蔽作用使其能有效抵御外界电磁干扰，保证信号传输质量。
- 传输距离较远：相比双绞线，同轴电缆的传输距离更远，但比光纤短。基带同轴电缆传输距离一般在几百米，宽带同轴电缆可传输数公里。
- 安装相对复杂：与双绞线相比，同轴电缆较硬，弯曲困难，安装时需要专门的工具。
应用场景
- 早期****以太网：在以太网发展初期，基带同轴电缆是主要的传输介质，用于构建局域网。但随着双绞线和光纤技术的发展，其在以太网中的应用逐渐减少。
- 有线电视网络：宽带同轴电缆至今仍在部分有线电视网络中使用，用于传输电视信号。
无线介质
传输原理
通过电磁波在空气中传播来传输数据。无线设备（如无线路由器、无线网卡）将数字信号调制到特定频率的电磁波上进行发送，接收端再将电磁波解调还原为数字信号。常见的无线频段有 2.4GHz 和 5GHz。
频段特点
- 2.4GHz 频段：覆盖范围广，能够穿透较多障碍物，但传输速度相对较慢，且该频段使用广泛，容易受到其他无线设备的干扰。例如，许多蓝牙设备、无线鼠标等也工作在 2.4GHz 频段。
- 5GHz 频段：传输速度快，可支持更高的数据速率，但覆盖范围较小，穿墙能力相对较弱。在近距离内，5GHz 频段能提供更流畅的网络体验，适合高速数据传输，如高清视频播放、大文件下载等。
应用场景
- 无线网络连接：Wi - Fi 网络是最常见的应用，允许用户通过手机、笔记本电脑等无线设备方便地接入互联网，实现移动办公、娱乐等功能。在家庭、办公室、公共场所（如咖啡馆、图书馆）等都广泛部署了 Wi - Fi 网络。
- 无线传感器网络：在一些环境监测、工业控制等领域，无线传感器通过无线方式将采集到的数据传输到基站，实现数据的远程监控和管理。由于无线传感器网络节点分布广泛且数量众多，无线传输方式避免了布线的复杂性。
- 蓝牙技术：用于短距离设备之间的无线连接，如手机与蓝牙耳机、蓝牙音箱、蓝牙键盘等设备之间的数据传输，实现音频传输、文件传输等功能。
曼彻斯特编码
编码原理
在曼彻斯特编码中，每个码元被分成两个相等的间隔。在每个码元的中间时刻，信号都会发生跳变，从高电平跳变到低电平表示二进制 “1”，从低电平跳变到高电平表示二进制 “0”。例如，对于二进制序列 “10110”，经过曼彻斯特编码后，第一个码元 “1” 会在码元中间从高电平跳变到低电平，第二个码元 “0” 会从低电平跳变到高电平，依此类推。
特点
- 同步性好：每个码元中间的跳变可以作为同步信号，接收端可以很容易地根据这些跳变提取时钟信号，实现与发送端的同步，保证数据的准确接收。
- 编码效率较低：因为每个码元需要两个电平状态来表示，所以相比其他编码方式，在相同的传输速率要求下，曼彻斯特编码需要更高的信号传输速率。例如，要传输 1Mbps 的数据，采用曼彻斯特编码实际需要 2Mbps 的信号传输速率。
应用场景
早期广泛应用于以太网。在以太网发展初期，网络设备相对简单，曼彻斯特编码的同步性好这一优点使其成为首选的编码方式，便于在网络中准确传输数据。但随着网络技术的发展，对传输速率要求越来越高，曼彻斯特编码效率低的缺点逐渐凸显，在高速网络中逐渐被其他更高效的编码方式（如 4B/5B 编码等）所取代。不过在一些对同步要求较高、速率要求相对较低的特定场合，曼彻斯特编码仍有应用。
传输速率单位-bps
定义
bps 即 bits per second，意为比特每秒，是衡量数据传输速率的基本单位，表示单位时间内传输的二进制位数。例如，一个网络连接的传输速率为 10Mbps，意味着每秒可以传输 10×10^6 个二进制位的数据。
单位换算
在实际应用中，为了表示不同量级的传输速率，还会使用以下单位：
- Kbps（千比特每秒）：1Kbps = 1000bps，常用于表示较低速率的网络连接，如一些低速拨号上网或早期的窄带网络。
- Mbps（兆比特每秒）：1Mbps = 1000Kbps，是目前常见的网络传输速率单位，如家庭宽带常见的 100Mbps、200Mbps 等。
- Gbps（吉比特每秒）：1Gbps = 1000Mbps，常用于高速网络环境，如数据中心内部网络、骨干网络等，可满足大数据量快速传输的需求。
- Tbps（太比特每秒）：1Tbps = 1000Gbps，随着网络技术的发展，一些超高速网络开始向 Tbps 级别迈进，如未来的高速骨干网、大规模数据中心互联等场景。
实际应用
不同的传输介质和网络设备支持不同的传输速率。例如，普通百兆以太网接口的理论传输速率为 100Mbps，但在实际使用中，由于网络协议开销（如以太网帧头、TCP 包头等）、网络拥堵、设备性能等因素的影响，实际可达到的传输速率通常会低于理论值。一般来说，在理想情况下，百兆以太网的实际传输速率可能在 80Mbps 左右。在进行网络规划和设备选型时，需要根据实际应用需求考虑传输速率。例如，对于普通家庭用户浏览网页、观看在线视频等应用，100Mbps 的宽带基本可以满足需求；而对于需要进行大量数据传输（如视频编辑、大数据处理）的企业用户，可能需要更高的传输速率，如 1Gbps 甚至更高的网络连接。
