通信线路

传输介质

两个计算机之间进行通信时，数据在信道中传输，又称为通信线路、传输介质。常见的几种信道如下：

• 同轴电缆（Coaxial cable）

  • 结构：
    • 核心是一条铜线，负责传输信号。
    • 外面包裹绝缘层、屏蔽层、保护层。这几层都以铜线为轴心，所以称为同轴。
  • 分类：
    • 基带同轴电缆：看起来是一条细缆，传输距离为几公里。
    • 宽带同轴电缆：看起来是一条粗缆，传输距离为几十公里。
  • 优点：
    • 抗干扰能力强，抵抗环境噪声。
  • 缺点：
    • 较粗、较重。
    • 不能弯曲，否则会损坏电缆结构。
    • 支持长距离通信。
    • 长距离通信时，信号的衰减较大，因此通信速率为几 Gbps 。
  • 20 世纪，电缆是最常见的传输介质，比如用作电视线、电话线、计算机网线。但到了 21 世纪，短距离通信通常使用双绞线，长距离通信通常使用光纤。

• 双绞线（twisted-pair cable）

  • 结构：
    • 一根双绞线由 8 条芯线组成，或者说 4 对芯线。
      • 以太网通信时，只用到其中两对芯线。一对用于发送数据，一对用于接收数据。
      • 每条芯线，由一对铜线螺旋组成。这样可以让两条铜线收到的环境噪声相互抵消。
      • 这些芯线捆成一束，外面包裹保护层。
      • 有的双绞线，还会额外包裹屏蔽层，从而进一步减少电磁干扰，但价格贵一些。
    • 双绞线两端各有一个塑料插头，称为水晶头，存在多种型号。
      • RJ45 型接口：有 8 个针脚，可以同时使用双绞线的 8 根芯。
      • RJ11 型接口：只有 4 或 6 个针脚，常用于连接电话线、modem 。
  • 分类：
    • 目前常见的是第五类双绞线，通信速率为 100Mbps 。
    • 第六类双绞线，通信速率为 1000Mbps 。
  • 优点：
    • 成本低，几元钱就可以买到一米长度的双绞线。
    • 体积小，重量轻，可以随身携带。
  • 缺点：
    • 抗干扰能力差，因此不支持长距离通信。
      • 双绞线的中继距离（即不使用中继器，直接传输的最大距离）一般为 100m 。

• 光纤（optical fiber）

  • 全称为光导纤维。
  • 结构：
    • 核心是一根折射率较高的纤芯。它直径几十微米，由玻璃或塑料制成，能传导光波。
    • 在纤芯外面，包裹一层折射率较低的材料，形成光波的全反射，使得光波在纤芯中传导。
    • 然后包裹保护层。
    • 多条光纤组成一条光缆。
  • 分类：
    • 单模光纤：使用强度较大的激光，同时只能传输一个光波，中继距离为几十到一百公里。
    • 多模光纤：使用强度较小的红外线，可以同时传输多个光波，中继距离只有几公里。
  • 优点：
    • 支持长距离通信。
    • 长距离通信时，信号衰减很低，因此通信速率为几千 Gbps 。
    • 抗干扰能力强，噪声低。
  • 缺点：
    • 成本较高。
    • 不能弯曲。

• 无线电磁波通信

• 卫星通信

拓扑结构

• 星型结构
  • ：所有结点都要且只需要连接到中心结点，任何两个结点之间的通信都要经过中心结点（便于集中控制）。
  • 星型结构很简单，但是中心结点一出故障就会导致全网瘫痪（不过子结点出了故障就不会影响到其它结点，这方面的可靠性较高）。
  • 局域网主要采用星型结构。
• 环型结构
  • ：所有结点依次连接形成回路，数据沿着一个特定方向传输。
  • 环型结构也很简单，但是任何结点出了故障都会导致全网瘫痪，所以加入和撤出结点都比较麻烦。
• 网状结构
  • ：所有结点无规则连接，结构复杂，必须解决路由选择和流量控制的问题。
  • 网状拓扑结构的可靠性最高。
  • 广域网主要采用网状结构。
• 总线型结构
  • ：所有结点都连接在一条总线上以广播方式发送和接收数据（其它拓扑结构都是点对点通信）。当一个结点使用总线发送数据时其它结点都只能接收且必须接收，否则多个结点同时发送数据会发生冲突。
  • 总线型结构必须解决多结点访问总线的介质访问控制问题。
• 混合型结构
  • ：是星型结构与环型结构或总线型结构的混合，既解决了星型结构传输距离的限制，又解决了环型结构或总线型结构连接结点数量的限制。
• 树型结构
  • ：可以看作星型拓扑结构的扩展，所有结点分层次连接，数据一般只在上下结点之间传输。
  • 树型结构适用于汇集信息。