408计算机网络 —— 物理层（二）传输介质与物理层设备

欢迎来到我的频道，博主27年考研！会不断完善博客到力争完美的地步（ 也就是说不到27年7、8月的时候看到的都不是最终版哦～ 点个收藏不迷路！！我会参考市面上主流机构的课程和书籍不断完善博客到27年底 ），博客不光是我的学习笔记也希望能帮助到所有备考408的考生！！

目前参考资料：27王道书籍课件课程等 未来参考资料顺序：零壹、竟成、最后会回归谢希仁老师的《计算机网络》做最后梳理！！

ps：可以点开我的主页看我以前作品，就能相信博主的实力和决心了！！诸君 加油！！！(需要课件和有改进意见的可以私聊我)

文章目录

• [1. 传输介质](#1. 传输介质)
• • [1.1 双绞线](#1.1 双绞线)
  • [1.2 同轴电缆](#1.2 同轴电缆)
  • [1.3 光纤](#1.3 光纤)
  • • [1.3.1 光纤的结构](#1.3.1 光纤的结构)
    • [1.3.2 单模、多模光纤](#1.3.2 单模、多模光纤)
  • [1.4 以太网对有线传输介质的命名规则](#1.4 以太网对有线传输介质的命名规则)
  • [1.5 无线传输介质](#1.5 无线传输介质)
  • [1.6 卫星通信示例](#1.6 卫星通信示例)
  • [1.7 物理层接口特性](#1.7 物理层接口特性)
  • [1.8 知识回顾与重要考点](#1.8 知识回顾与重要考点)
• [2. 物理层设备](#2. 物理层设备)
• • [1.1 中继器](#1.1 中继器)
  • [1.2 集线器](#1.2 集线器)
  • [1.3 集线器和中继器的一些特征](#1.3 集线器和中继器的一些特征)
  • [1.4 知识回顾与重要考点](#1.4 知识回顾与重要考点)

1. 传输介质

1.1 双绞线

双绞线结构

• 基本构成： 两根相互绞合的导线
• 分类标准：
  • STP(屏蔽双绞线)：具有金属屏蔽层
  • UTP(非屏蔽双绞线)：无屏蔽层
• 抗干扰原理： 绞合结构降低消电磁干扰，屏蔽层进一步降低干扰
• 应用场景：现代局域网(网线)、早期电话线

---

双绞线实物图

双绞线示例

• 实际结构：如图：网线内含4组双绞线

性能提升

• 绞合度： 线缆绞合越紧密，抗干扰能力越强
• 屏蔽层： 八类网线采用铝箔+编织双层屏蔽结构，进一步提高了抗干扰能力！

等级区别

• 六类网线：支持千兆传输
• 八类网线：支持万兆传输

1.2 同轴电缆

核心组件

• 内导体(铜线)： 负责传输信号
• 外导体屏蔽层： 抵御电磁干扰

性能特点

• 铜线越粗，电阻越小，信号衰减程度越低，可实现更长距离传输

历史应用

• 早期局域网、早期有线电视传输

---

示例图：

结构层次

• 铜芯：负责信号传输
• 绝缘层：隔离内外导体
• 金属网：屏蔽层，抵御电磁干扰
• 外保护壳：外层防护

1.3 光纤

1.3.1 光纤的结构

光纤结构：

组成

• 纤芯：高折射率
• 包层：低折射率

传输原理 ： 依靠光的全反射特性传输光脉冲

优势

• 抗干扰性强：光信号不受电磁干扰影响
• 传输损耗小，适合长距离传输
• 线缆直径细，节省布线空间

1.3.2 单模、多模光纤

单模光纤(SMF)

• 纤芯直径约9μm（小于光波长）【王道是这么讲的，但实际这点存疑，后期我会考证 】
• 光线直线传输
• 适合远距离传输
• 家用光纤通常为单模（黄色外皮）

多模光纤(MMF)

• 纤芯较粗
• 允许多条光线以不同角度传输
• 适合近距离传输
• 外皮通常为橙色/青绿色

---

光纤样子：

1.4 以太网对有线传输介质的命名规则

命名格式 ：支持的极限速率 + base + 介质信息

介质标识

• 数字：同轴电缆（数字代表最大传输距离/100米）
  • 示例：10BASE5（10Mbps，同轴电缆，500米）
• F：光纤（例：10BASE-FL，F后面面会跟一些B、P、L之类的字母，表示光纤之间的一些细微区别，我们不需要管！）
• T：双绞线（例：1000BASET1S、或者1L，具体含义我们不需要管）

base含义 ： 基带传输，传输数字信号，采用曼彻斯特编码

现代应用

2.5GBASET，表示2.5Gbps，双绞线

1.5 无线传输介质

1）无线电波的特点及应用

• 穿透能力：无线电波（手机信号、WiFi）穿透能力强，可穿透多堵墙等障碍物
• 传输距离：传输距离长，手机与信号塔可远距离通信
• 指向性：信号向四周扩散，指向性弱，无需对准路由器即可接收
• 频率特性：WiFi 2.4GHz属于长波通信
• 本质特征：所有无线信号均为电磁波，遵循公式 C = λ F C=\lambda F C=λF（ C C C 光速， λ \lambda λ 波长， F F F 频率）

2）微波通信的特点及应用

• 波长特性：微波/短波波长较短、频率高，例：40GHz卫星信号
• 数据传输：频率高，数据传输能力强（带宽高，根据香农定理，传输能力就会强）
• 指向性：沿直线传播，指向性强，需对准信号源接收
• 典型应用：卫星电视，需"大铁锅"天线精准对准卫星
• 保密性：易被窃听，保密性较差

结论： 长波更适合长距离、非直线通信。微波更适合短距离、高速通信，若用于长距离通信需建立中继站（因为视距受限）；短波信号指向性强，要求信号接收器"对准"信号源。

1.6 卫星通信示例

卫星通信与中继站

• 中继原理：卫星作为信号中继站转发短波信号
• 覆盖方案：三颗地球同步卫星（高度36000km）即可实现全球覆盖
• 传播时延：传输距离长导致时延大（传统方案＞500ms）
• 信号路径：信号通过卫星间直线传播实现全球通信

近地卫星群与传播时延

• 星链方案：SpaceX星链项目使用数百颗近地卫星组成网络
• 时延优势：近地卫星将时延控制在20ms以内，相比同步卫星大幅降低
• 覆盖原理：通过增加卫星数量弥补短波指向性强的特性
• 适用场景：适合对时延敏感的应用场景

1.7 物理层接口特性

1）机械特性

• 定义： 规定接口形状、尺寸、引脚数目及排列方式
• 示例：网线水晶头长宽尺寸、引脚、内部线的个数与二者之间的对应关系
• 固定装置：包含锁定机构等机械部件规格

2）电气特性

• 电压范围： 规定线路允许的电压区间
• 传输参数： 规定传输速率、最大传输距离等
• 环境要求： 规定工作温度范围（-55℃~+60℃）
• 安全规范： 规定最大供电电压不超过多少V等

3）功能特性

• 信号定义： 规定不同电平电压代表的含义
• 编码规则：如+1、+2、-1等信号值对应的二进制编码
• 区分要点：和电气特性的区别是给电压赋予具体业务含义

4）过程特性

• 事件响应： 规定接口各类事件的处理顺序（如插拔网线响应流程）
• 协议规范：明确功能事件触发条件与处理逻辑
• 操作流程： 包含初始化、数据传输、终止等完整交互过程

1.8 知识回顾与重要考点

2. 物理层设备

失真现象： 传输距离越长，数字信号失真越严重（示例：标准波形畸变为变形波形）

失真原因： 传输介质存在电阻，导致线路中的电压、电流数值逐渐偏离原始发送值

1.1 中继器

• 端口特性: 双端口设备，每个端口对应独立网段
• 通信方式:
  • 仅支持半双工通信（两端不能同时发送数据）
  • 信号再生会产生时延
• 冲突风险: 两端节点同时发送会导致信号冲突

---

• 接收失真信号（如0.5~ 1.5V低电平，4.5~5.5V高电平）
• 将低电平整形为1V标准值，高电平整形为5V标准值
• 工作条件: 仅当信号失真未超出物理层协议规定范围时有效

1.2 集线器

• 本质特征: 多口中继器（如4端口集线器）

• 信号转发: 将接收信号整形再生后广播到所有其他端口

• 冲突特性:

  • 所有端口共享同一冲突域
  • 任何时刻只能有一个端口发送数据

  ---

  冲突域定义 : 若两台主机同时发送数据会导致冲突，则处于同⼀冲突域

• 扩展影响:

  • 单个集线器连接的主机构成一个冲突域
  • 集线器会将多个冲突域合并为更大冲突域
  • 
    例题：
    

题目解析
- 设备识别：4个集线器（立方体+箭头图标），2个交换机（立方体+双向箭头）
- 关键原理：
  - 集线器不能隔离冲突域
  - 交换机可以隔离冲突域
- 计算过程：每个集线器构成1个冲突域，共4个独立冲突域
- 答案：冲突域个数为4（对应选项C/D）

1.3 集线器和中继器的一些特征

---

• 限制原因 : 以太网标准对同轴电缆和中继器/集线器的串联使用进行约束，防止无限扩大网络覆盖范围
• 具体规则:
  • 最多串联5个网段
  • 最多使用4台集线器/中继器
  • 其中只有3个网段可以挂接计算机（Populated Segment）
• 拓扑特点 : 早期总线型网络采用同轴电缆，一根电缆可通过接口分接多台计算机
• 冲突机制 : 总线型网络中，任何计算机发送的信号会充斥整个总线，多机同时发送会导致冲突

---

• 物理拓扑 : 星形结构，所有节点通过独立线路连接至中心集线器
• 逻辑拓扑: 总线型结构，信号采用广播式传输
  • 工作原理: 集线器将接收到的信号无差别转发到所有端口
  • 冲突问题: 存在信道争用，多节点同时发送数据会产生冲突
• 关键区别 : 物理连接方式与信号传输逻辑存在本质差异

---

• 带宽分配机制 : 总带宽由所有连接设备共享
  • 例: 10Mbps集线器连接8台主机 → 每台平均1.25Mbps
• 性能影响 : 连接设备越多，单台设备可用带宽越低
• 本质原因 : 集线器作为物理层设备不具备流量控制能力

---

• 现实特性（与教材冲突）：
  • 因为可连接不同传输介质（如同轴电缆+双绞线），所以说集线器支持不同物理层接口特性，因此可实现物理层协议转换（如：同轴电缆支持归零编码，转化为01后，由双绞线以曼彻斯特编码发出）
• 实现原理 : 通过内部芯片处理不同编码方式的转换
• 典型设备: 惠普28691A集线器（1个同轴接口+8个双绞线接口）

集线器连接速率不同的网段

• 速率兼容机制 : 采用向下兼容原则
  • 以最低速率为标准统一各网段速率
  • 例: 连接10M/100M/1000M网段 → 全部降为10M运行
• 现实情况（与教材冲突）:
  • 实际可连接不同速率网段，但会导致高速网段性能浪费，但教材却表示不能连接不同速率网段。

注意事项: 考试时仍以教材说法为准

1.4 知识回顾与重要考点