1. 從一道選擇題說(shuō)起傳輸介質(zhì)為什么值得認(rèn)真學(xué)先問(wèn)個(gè)問(wèn)題給你一臺(tái)交換機(jī)、兩臺(tái)電腦中間隔著五十米讓你把網(wǎng)絡(luò)通上你會(huì)選什么線六類(lèi)雙絞線多模光纖還是干脆上無(wú)線網(wǎng)橋大部分剛接觸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的人覺(jué)得傳輸介質(zhì)就是網(wǎng)線那點(diǎn)事背背分類(lèi)、記記速率就完事了。但真到網(wǎng)絡(luò)排障或者期末復(fù)習(xí)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)全亂套——屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線到底差在哪同軸電纜為什么現(xiàn)在家用寬帶基本看不到了多模光纖和單模光纖混用會(huì)出什么問(wèn)題微波和紅外線不都是無(wú)線嗎為啥適用場(chǎng)景差那么大這篇內(nèi)容我把傳輸介質(zhì)這塊從頭拆一遍重點(diǎn)不是讓你背會(huì)各個(gè)介質(zhì)的速率上限而是把每個(gè)介質(zhì)憑什么能用、適合用在哪、瓶頸是什么講清楚。無(wú)論你是準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)期末考試的在校生、剛?cè)胄械木W(wǎng)絡(luò)運(yùn)維新人還是想搞懂自家組網(wǎng)方案到底該選哪種鏈路的發(fā)燒友看完都能對(duì)有線無(wú)線兩大陣營(yíng)的介質(zhì)特性有個(gè)系統(tǒng)性的把握。關(guān)于傳輸介質(zhì)教科書(shū)比如謝希仁那本里的套路通常是列分類(lèi)、列帶寬、列抗干擾性。這沒(méi)錯(cuò)但如果你只停留在那層考完就忘。真正的理解方式應(yīng)該是——先想清楚一個(gè)信號(hào)從發(fā)給終端到接收端中間那段路到底在經(jīng)歷什么然后把每個(gè)介質(zhì)當(dāng)成一種路況來(lái)評(píng)估。2. 有線介質(zhì)雙絞線和同軸電纜背后的抗干擾邏輯2.1 雙絞線的絞合到底在絞什么雙絞線是目前局域網(wǎng)里最常見(jiàn)的有線介質(zhì)從家里的網(wǎng)線到機(jī)房的跳線基本都是它。它由兩根絕緣銅導(dǎo)線按一定密度絞合而成一對(duì)線作為一個(gè)傳輸通道。為什么非要絞這是為了抵消電磁干擾。先說(shuō)簡(jiǎn)單物理邏輯兩條平行導(dǎo)線傳輸差分信號(hào)時(shí)如果外部有電磁干擾會(huì)在兩根線上感應(yīng)出大致相同的噪聲。但如果兩根線是平行的接收端做差分運(yùn)算時(shí)噪聲可能因?yàn)閮删€所處位置不同而產(chǎn)生相位差導(dǎo)致抵消不徹底。把兩根線絞在一起每一小段里兩根線相對(duì)外部干擾源的位置基本上是對(duì)稱(chēng)的兩根線上感應(yīng)的噪聲在統(tǒng)計(jì)意義上接近相等接收端通過(guò)比較兩線電壓差就能把噪聲干掉——干擾變成共模信號(hào)有用信號(hào)才是差模信號(hào)。再說(shuō)一個(gè)實(shí)操里很容易忽略的問(wèn)題絞距。不同線對(duì)的絞距是有差異的不是隨便纏幾圈就行。如果所有線對(duì)絞距一樣線對(duì)之間的串?dāng)_會(huì)明顯增大。廠商在生產(chǎn)時(shí)會(huì)為四對(duì)線設(shè)計(jì)不同的絞距目的就是讓線對(duì)之間的耦合噪聲在統(tǒng)計(jì)上互相錯(cuò)開(kāi)。所以你剪開(kāi)一根超五類(lèi)網(wǎng)線如果發(fā)現(xiàn)四對(duì)線的絞合緊密程度完全一樣那基本可以斷定用料有問(wèn)題抗串?dāng)_能力會(huì)大打折扣。速率上超五類(lèi)Cat 5e支持千兆以太網(wǎng)的1000BASE-T六類(lèi)Cat 6在短距離內(nèi)可以跑10GBASE-T但超過(guò)55米左右就降到千兆水平。七類(lèi)八類(lèi)開(kāi)始帶整體屏蔽層處理的是更高頻下的外部干擾問(wèn)題。頻率越高信號(hào)越容易輻射也越容易被干擾所以線纜等級(jí)越往上絞合、屏蔽、線徑、阻抗控制每一步都在跟高頻物理作斗爭(zhēng)。2.2 同軸電纜經(jīng)歷了什么又為什么在家寬里被取代同軸電纜的結(jié)構(gòu)比雙絞線更豪華從里到外內(nèi)導(dǎo)體通常是銅芯、絕緣層、屏蔽層金屬網(wǎng)或鋁箔、外護(hù)套。內(nèi)導(dǎo)體和外層屏蔽層共享同一個(gè)幾何軸心所以叫同軸。它的核心優(yōu)勢(shì)在于屏蔽層是完整的金屬包裹電磁能量被限制在內(nèi)導(dǎo)體和屏蔽層之間的介質(zhì)里向外輻射極少同時(shí)外部干擾也難進(jìn)來(lái)因此同軸電纜的抗干擾能力和傳輸帶寬在很長(zhǎng)一段時(shí)間里都優(yōu)于雙絞線。早期以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)10BASE-2、10BASE-5用細(xì)纜和粗纜做總線型組網(wǎng)閉路電視用的也是同軸電纜。那為什么現(xiàn)在家庭寬帶里基本見(jiàn)不到了幾個(gè)原因疊加第一成本。同軸電纜的銅用量和屏蔽工藝決定了它比雙絞線貴架設(shè)和接續(xù)也更麻煩需要專(zhuān)業(yè)的壓接工具和終端匹配電阻不像雙絞線的RJ45水晶頭那樣可以大規(guī)模快速制作。第二總線型拓?fù)涞闹旅鼈?。早期同軸以太網(wǎng)是總線共享一個(gè)節(jié)點(diǎn)出問(wèn)題整段網(wǎng)絡(luò)可能癱掉。而雙絞線用星型拓?fù)鋯吸c(diǎn)故障只影響對(duì)應(yīng)鏈路。第三帶寬演進(jìn)需求?，F(xiàn)代以太網(wǎng)朝著全雙工、高吞吐的方向走雙絞線配合交換機(jī)的星型結(jié)構(gòu)天然適配同軸電纜的共享介質(zhì)特性限制了它的演進(jìn)空間。不過(guò)同軸沒(méi)有死透有線電視網(wǎng)絡(luò)HFC混合光纖同軸網(wǎng)里它仍然是最后一段入戶(hù)的主角只是承載的從模擬電視信號(hào)變成了數(shù)字電視和寬帶數(shù)據(jù)。所以復(fù)習(xí)的時(shí)候別只記同軸被淘汰了用發(fā)展的眼光看它是在家庭以太網(wǎng)場(chǎng)景被淘汰但在廣電域網(wǎng)上還存在。2.3 阻抗那點(diǎn)事50歐姆與75歐姆的區(qū)別同軸電纜有個(gè)參數(shù)繞不開(kāi)特征阻抗characteristic impedance單位是歐姆Ω?；鶐S電纜一般為50Ω寬帶同軸電纜一般為75Ω。這個(gè)數(shù)值取決于內(nèi)導(dǎo)體直徑、外導(dǎo)體直徑和中間絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)不是隨便定義的。理解特征阻抗最簡(jiǎn)單的方式把它看成電纜對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)的固有阻力。如果電纜的特征阻抗和連接設(shè)備、終端的阻抗不匹配信號(hào)在接頭處會(huì)發(fā)生反射反射波和入射波疊加產(chǎn)生駐波導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量惡化。這就是為什么同軸電纜的終端必須接匹配電阻接錯(cuò)阻值或者干脆不接波形會(huì)明顯劣化誤碼率飆升。很多老網(wǎng)工都有過(guò)這個(gè)經(jīng)歷手頭只剩一根50Ω的跳線臨時(shí)接在75Ω的設(shè)備上能通但偶爾丟包。原理就在阻抗失配的反射上去找而不是先懷疑交換機(jī)端口壞了。3. 光纖從頭理解全反射、單模與多模3.1 纖芯里發(fā)生的物理過(guò)程以及為什么光纖快得合理光纖是傳輸介質(zhì)里技術(shù)含量最高的一類(lèi)它的傳輸原理和電信號(hào)完全不同——以光為載波以玻璃或塑料纖維為導(dǎo)光通道。光信號(hào)在纖芯和包層的界面上不斷發(fā)生全反射從而被鎖在纖芯里向前傳播。全反射需要滿足一個(gè)條件光從光密介質(zhì)折射率大比如纖芯射向光疏介質(zhì)折射率小比如包層且入射角大于臨界角。纖芯的折射率略高于包層光信號(hào)以合適的角度射入后在界面上既不折射也不穿透而是全部反射回纖芯如此反復(fù)彈射前進(jìn)。拿跳繩甩繩來(lái)類(lèi)比你用整個(gè)手臂大幅度甩繩子在空中形成一個(gè)大波浪往前傳這像多模光纖里不同角度的光線各自彈跳如果你只用指尖輕微抖動(dòng)讓繩子保持細(xì)碎的波動(dòng)穩(wěn)定傳過(guò)去這更像單模光纖里光沿單一路徑前進(jìn)。區(qū)別在于多模光纖的大波浪會(huì)因?yàn)槁窂介L(zhǎng)短不同斜射的路徑比直射的長(zhǎng)導(dǎo)致到達(dá)時(shí)間不一致脈沖被展寬這就是模間色散單模光纖的光只有一條路徑?jīng)]有模間色散所以可以跑更高的速率和更遠(yuǎn)的距離。從數(shù)據(jù)上看850nm波長(zhǎng)配合多模光纖在短距離數(shù)據(jù)中心互聯(lián)100米到幾百米極用VCSEL激光器很常見(jiàn)1310nm或1550nm配合單模光纖在運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)可以輕松跑幾十公里甚至上百公里。損耗方面單模光纖在1550nm窗口的典型衰減系數(shù)在0.2 dB/km左右意味著傳100公里信號(hào)功率也只衰減了二十倍而普通電纜衰減早就面目全非了。有個(gè)常見(jiàn)誤解必須澄清光纖的單位帶寬成本低但不等于部署成本低。單模光纖本身不貴貴的是激光器光源、光模塊以及熔接設(shè)備。多模光纖配便宜的光模塊在數(shù)據(jù)中心短距場(chǎng)景性?xún)r(jià)比高所以才有短距多模、長(zhǎng)距單模的經(jīng)典分工。3.2 單模和多模怎么選真的只看距離嗎很多人以為選單模還是多模就查一張距離表超過(guò)300米就無(wú)腦單模。實(shí)際選型至少要考慮三個(gè)維度傳輸距離、成本、未來(lái)演進(jìn)。距離維度上面講了。15公里以上的鏈路基本只能單模幾百米內(nèi)的機(jī)房互聯(lián)多模更友好。但除了距離光模塊的稅率和功耗也要算。一個(gè)10G的多模SR光模塊可能只要幾百塊而同速率的單模LR光模塊要貴好幾倍。對(duì)預(yù)算敏感的項(xiàng)目短距離內(nèi)用多模是合理選擇。演進(jìn)維度更關(guān)鍵。多模光纖有一個(gè)繞不開(kāi)的瓶頸隨著速率從10G到400G多模走的還是加大波長(zhǎng)通道和并行技術(shù)而單模光纖從10G到800G更從容。如果你現(xiàn)在鋪機(jī)房主干要考慮到三五年后可能升級(jí)到400G甚至800G多模光纖通常意味著整個(gè)布線系統(tǒng)都要換代價(jià)很大。所以數(shù)據(jù)中心里新部署的主干鏈路很多團(tuán)隊(duì)寧可前期多花一點(diǎn)光模塊的錢(qián)也直接上單模。我用過(guò)一個(gè)判斷方法只要鏈路可能超過(guò)100米就優(yōu)先考慮單模100米以?xún)?nèi)看預(yù)算和現(xiàn)有設(shè)備兼容性再?zèng)Q定。這樣做的好處是減少后期腿短的尷尬。提示單模光纖的外徑通常是125微米芯徑9微米左右多模光纖同樣125微米外徑芯徑50微米或62.5微米。肉眼分辨最直觀的辦法是看顏色單模跳線通常是黃色OS1/OS2多模跳線常見(jiàn)橙色、水綠色OM3/OM4。手頭不確定的時(shí)候看跳線外皮顏色和標(biāo)簽最穩(wěn)。3.3 光纖接續(xù)的那些坑熔接和冷接的選擇光纖的接續(xù)連接、修復(fù)、成端是實(shí)戰(zhàn)里最容易出問(wèn)題的地方。最常見(jiàn)的兩種方式是熔接和冷接。熔接用熔接機(jī)把兩根光纖的端面高溫熔化對(duì)接插損通?？刂圃?.1dB以?xún)?nèi)回波損耗也好是正式的永久接續(xù)首選。但是熔接機(jī)不便宜現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)光纖端面的切割角度要求很高——切出來(lái)角度必須小于1度否則熔接損耗會(huì)直線上升。而且熔接點(diǎn)需要熱縮套管保護(hù)動(dòng)手不規(guī)范的話彎曲損耗能讓你測(cè)出的功率怎么都不達(dá)標(biāo)。冷接則是在現(xiàn)場(chǎng)用機(jī)械對(duì)準(zhǔn)的方式把光纖對(duì)接在一起不需要熔接機(jī)用高精度V槽把光纖固定住填充匹配液減少反射。優(yōu)點(diǎn)是速度快、工具便宜、零電力要求適合緊急修復(fù)或者臨時(shí)組網(wǎng)缺點(diǎn)是長(zhǎng)期穩(wěn)定性不如熔接插入損耗一般也更高0.5dB到1dB不等在震動(dòng)環(huán)境和溫差大的地方容易慢慢劣化。接續(xù)時(shí)有一個(gè)細(xì)節(jié)坑很多新手踩剝纖長(zhǎng)度和清潔。光纖涂覆層要?jiǎng)兏蓛舨潦脮r(shí)用無(wú)塵紙蘸無(wú)水酒精從內(nèi)向外一次擦過(guò)不要來(lái)回擦。剝纖長(zhǎng)度不對(duì)裸纖暴露過(guò)長(zhǎng)過(guò)短都會(huì)影響固定和強(qiáng)度。另外光纖的彎曲半徑一定要留足通常不小于光纖直徑的30倍——很多人熔接完一折一塞短期沒(méi)事過(guò)幾個(gè)月光衰上升重新一查就是曲率半徑太小導(dǎo)致宏彎損耗。4. 無(wú)線傳輸介質(zhì)微波、紅外線、激光各管一片天4.1 短兵相接的微波為什么它能成為蜂窩網(wǎng)和Wi-Fi的載體無(wú)線傳輸介質(zhì)里微波microwave是應(yīng)用最廣的。無(wú)線電波中頻率從300MHz到300GHz的頻段都可以叫微波Wi-Fi2.4GHz / 5GHz / 6GHz、5G NR多數(shù)在3.5GHz、毫米波等、微波中繼鏈路6GHz到80GHz以上全在微波范疇。微波的傳播方式是直線傳播視距傳播因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)比較短繞射能力相對(duì)有限碰上建筑物遮擋就會(huì)有明顯的陰影衰落。在城市里微波中繼的兩個(gè)天線之間如果有高大遮擋物鏈路質(zhì)量會(huì)斷崖式下跌。這也是為什么基站選址總講究視距和扇區(qū)。傳輸介質(zhì)這一節(jié)里講微波重點(diǎn)要理解它和低頻無(wú)線電波的區(qū)別頻率越高可用帶寬越大5G用高頻段才能湊出100MHz甚至更大的載波帶寬但傳播損耗也越大、穿透能力越差所以覆蓋范圍天然小。2.4GHz Wi-Fi穿墻比5GHz好5GHz穿墻差但帶寬高就是這種取舍的日常體現(xiàn)。還有一個(gè)必須說(shuō)的概念雨衰rain fade。頻率越高雨滴對(duì)微波的吸收和散射越明顯。在25GHz以上的頻段一場(chǎng)大雨就能讓微波鏈路的信噪比崩掉。衛(wèi)星通信里Ka頻段碰到暴雨天要降速或切換就是這個(gè)物理過(guò)程。做室外無(wú)線回傳的人都會(huì)在鏈路預(yù)算里預(yù)留雨衰余量這是微波設(shè)計(jì)比網(wǎng)線設(shè)計(jì)多出來(lái)的一個(gè)關(guān)鍵維度。4.2 紅外線的小房間邏輯指向性、保密性和局限性紅外線Infrared傳輸在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)分類(lèi)里占一席但在實(shí)際組網(wǎng)里存在感不高除非你在配遙控器或者做短距離紅外數(shù)據(jù)通信IrDA。紅外線的頻率比微波高300GHz到400THz量級(jí)波長(zhǎng)更短方向性極強(qiáng)。它的傳播方式可以近似看作只能走直線而且不能穿透墻壁等不透明物體所以紅外通信天然適合一個(gè)房間內(nèi)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接保密性好不會(huì)泄漏到別的房間也不像微波那樣容易被遠(yuǎn)距離截獲。早年筆記本電腦和手機(jī)之間傳數(shù)據(jù)用的IrDA就是靠紅外線在1米左右距離內(nèi)做低速通信。但它的短板太明顯速率上不去距離上不去還得對(duì)準(zhǔn)positioning才能通信。現(xiàn)在家用遙控器用紅外傳輸距離也就幾米角度范圍還很窄。Wi-Fi、藍(lán)牙早就把它擠出了通用數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)。考試的時(shí)候記住一句話就行紅外線適合短距離、小范圍、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、不能穿越障礙物場(chǎng)景常用于遙控器和早期移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)同步。如果非要在組網(wǎng)里用到紅外基本只在兩種場(chǎng)景一是無(wú)源房間隔斷里想避免無(wú)線信號(hào)溢出比如會(huì)議室保密需求二是演示場(chǎng)景里的臨時(shí)數(shù)據(jù)透?jìng)鞑恍枰ɑA(chǔ)設(shè)施。平時(shí)復(fù)習(xí)不用在這上面花太多精力但要清楚它和微波的本質(zhì)區(qū)別微波可以穿墻前提是衰減安排明白紅外基本不能穿墻。4.3 激光通信帶寬潛力巨大但大氣是最大敵人激光Laser在自由空間的通信經(jīng)常和紅外線一起被提起但兩者并不是一回事。激光是相干光源單色性極好、方向性極強(qiáng)光束發(fā)散角小到在遠(yuǎn)距離上仍能維持一個(gè)很小的光斑所以激光通信的理論帶寬和傳輸距離都非?？捎^。衛(wèi)星間激光鏈路星間鏈路、空間站對(duì)地高速下行用的就是這個(gè)技術(shù)方向。在地面短距離場(chǎng)景激光可以做樓宇之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速互聯(lián)——不用挖溝埋光纖也不用申請(qǐng)微波頻段牌照只要兩棟樓頂上能對(duì)上視線一個(gè)激光通信設(shè)備就能跑千兆甚至更高。云服務(wù)商在數(shù)據(jù)中心跨樓互聯(lián)的應(yīng)急鏈路里偶爾會(huì)用激光無(wú)線鏈路作為光纖的快速冗余方案。但激光自由空間通信的痛點(diǎn)也很明顯大氣湍流會(huì)讓光束產(chǎn)生閃爍和偏折導(dǎo)致接收光功率劇烈波動(dòng)雨、霧、雪對(duì)激光的衰減極其嚴(yán)重霧天激光穿不透幾百米需要非常精確的瞄準(zhǔn)和穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)一陣風(fēng)就可能讓光斑抖出接收窗所以激光地面鏈路基本是晴天專(zhuān)用高速鏈路可靠性在大尺度上沒(méi)法跟光纖比。它更大的前景在真空環(huán)境太空因?yàn)闆](méi)有大氣干擾激光鏈路的優(yōu)勢(shì)才能徹底釋放?；氐娇荚囌Z(yǔ)境記住激光的特點(diǎn)是帶寬大、方向性強(qiáng)、受天氣影響大適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)距離高速鏈路但對(duì)準(zhǔn)要求極高、非視距場(chǎng)景不可用。4.4 無(wú)線電纜是個(gè)什么說(shuō)法以及無(wú)線介質(zhì)的共性標(biāo)題里有個(gè)無(wú)線電纜這個(gè)詞單看有點(diǎn)怪但實(shí)際是教材編寫(xiě)時(shí)對(duì)無(wú)線傳輸介質(zhì)的統(tǒng)稱(chēng)包括微波、紅外線、激光等不依賴(lài)物理導(dǎo)體的介質(zhì)。它要強(qiáng)調(diào)的是電纜是有線介質(zhì)里的導(dǎo)體無(wú)線介質(zhì)里的導(dǎo)體是空氣以及真空。所以復(fù)習(xí)的時(shí)候把無(wú)線電纜理解為無(wú)線信道/自由空間信道就好不必在詞面上過(guò)度糾結(jié)。無(wú)線介質(zhì)有幾個(gè)共性值得畫(huà)個(gè)重點(diǎn)共享信道帶來(lái)的多路訪問(wèn)問(wèn)題。一個(gè)空間里的所有無(wú)線用戶(hù)共享同一段頻譜資源需要MAC協(xié)議比如CSMA/CA來(lái)協(xié)調(diào)競(jìng)爭(zhēng)這和有線介質(zhì)里獨(dú)占物理鏈路有本質(zhì)區(qū)別。開(kāi)放性帶來(lái)的安全問(wèn)題。信號(hào)在空間傳播任何人都能監(jiān)聽(tīng)所以無(wú)線通信必須加密WPA3、AES有線通信在物理層上相對(duì)更難被從旁邊竊聽(tīng)雙絞線的電磁輻射雖然也能被探測(cè)但門(mén)檻高得多。傳播損耗的復(fù)雜性。和有線的確定性衰減不同無(wú)線信號(hào)會(huì)經(jīng)歷路徑損耗、多徑衰落、陰影衰落、多普勒頻移等一系列隨環(huán)境變化的過(guò)程。網(wǎng)線設(shè)計(jì)只需算線纜長(zhǎng)度和衰減常數(shù)無(wú)線鏈路設(shè)計(jì)卻要做鏈路預(yù)算同時(shí)留足衰落余量。注意有同學(xué)問(wèn)為什么無(wú)線介質(zhì)沒(méi)有傳輸速率的固定表格。因?yàn)闊o(wú)線速率取決于調(diào)制編碼方案、帶寬、信噪比和天線技術(shù)MIMO同一個(gè)頻段可以跑出幾十兆也可以跑出幾Gbps。這和雙絞線由線纜等級(jí)決定速率上限完全不同。5. 從抗干擾和帶寬兩個(gè)維度給六類(lèi)介質(zhì)排個(gè)序5.1 一張表說(shuō)清抗干擾、帶寬、距離、成本把前面幾節(jié)提到的要點(diǎn)濃縮成一張對(duì)比表方便期末復(fù)習(xí)和實(shí)際選型介質(zhì)信號(hào)載體抗電磁干擾能力可用帶寬典型傳輸距離成本量級(jí)代表場(chǎng)景非屏蔽雙絞線UTP電信號(hào)差分中靠絞合抗干擾可達(dá)10Gbps短距100米以?xún)?nèi)低局域網(wǎng)接入、家庭布線屏蔽雙絞線STP/FTP電信號(hào)差分高屏蔽層加持可達(dá)10Gbps100米以?xún)?nèi)中工業(yè)環(huán)境、數(shù)據(jù)中心部分鏈路同軸電纜電信號(hào)非對(duì)稱(chēng)高可達(dá)數(shù)Gbps廣電標(biāo)準(zhǔn)數(shù)百米中高HFC寬帶接入、閉路電視多模光纖光信號(hào)極高免疫電磁干擾100Gbps級(jí)幾百米內(nèi)中高含光模塊數(shù)據(jù)中心短距互聯(lián)單模光纖光信號(hào)極高800Gbps甚至更高數(shù)十到上百公里高激光器貴骨干網(wǎng)、長(zhǎng)距離傳輸微波電磁波無(wú)線受氣候和多徑影響數(shù)Gbps級(jí)視距傳播數(shù)米到數(shù)十公里中高設(shè)備頻譜Wi-Fi、蜂窩基站、回傳鏈路紅外線紅外電磁波不受電磁干擾但受障礙物限制低速為主幾米到十幾米低遙控器、早期IrDA激光可見(jiàn)光/紅外相干光不受電磁干擾受大氣影響極高視距傳播幾百米到星間高太空激光鏈路、樓宇間互聯(lián)這張表的價(jià)值在于揭示一個(gè)趨勢(shì)從雙絞線到同軸到光纖抗干擾能力和帶寬是一路上升的代價(jià)是成本和施工復(fù)雜度也一路上升。無(wú)線介質(zhì)則是在犧牲了穩(wěn)定性的前提下?lián)Q來(lái)了部署的靈活性。5.2 雙絞線和光纖之爭(zhēng)的本質(zhì)距離成本圖和物理極限選型的時(shí)候最常糾結(jié)的問(wèn)題就是雙絞線還是光纖。其實(shí)拉開(kāi)距離看就清楚了百米以?xún)?nèi)雙絞線用銅導(dǎo)體傳電信號(hào)收發(fā)器便宜維護(hù)熟悉壓制了光纖百米以上電信號(hào)的衰耗和串?dāng)_讓雙絞線捉襟見(jiàn)肘光纖損耗低、帶寬高盡管光模塊貴但在長(zhǎng)距離和高速率下依然肉眼可見(jiàn)的劃算。還有一個(gè)物理極限的因素銅線的速率上限受制于導(dǎo)體損耗和串?dāng)_從10M到100M到1G到10G每升一級(jí)都要在布線等級(jí)和收發(fā)技術(shù)上加碼到25G、40G時(shí)銅纜的功耗和成本已經(jīng)很難看了。光纖則遠(yuǎn)未摸到物理天花板多芯并行和波分復(fù)用還能繼續(xù)把單纖速率推上去。所以同樣是未來(lái)考慮升級(jí)光纖給的余量比雙絞線大得多。但也不能矯枉過(guò)正。家庭場(chǎng)景把千兆網(wǎng)線換成萬(wàn)兆光纖到桌面光模塊和兩頭設(shè)備的成本就能讓人勸退。所以我的態(tài)度一直是物盡其用別迷信某一類(lèi)介質(zhì)。短距低頻用雙絞線長(zhǎng)距高速用光纖中間地帶按預(yù)算和設(shè)備兼容性決定這才是工程思維。5.3 無(wú)線真的能替代有線嗎什么時(shí)候能什么時(shí)候不能無(wú)線介質(zhì)經(jīng)常給人一種有線已死的錯(cuò)覺(jué)實(shí)際完全不是。無(wú)限擴(kuò)容的無(wú)線架構(gòu)各種mesh Wi-Fi在家里用得很爽但你看數(shù)據(jù)中心內(nèi)部機(jī)柜之間的高速互聯(lián)依然是光纖的天下頂多最后幾米用高速銅纜。原因在于無(wú)線的物理特性決定了一個(gè)共享沖突域和誤碼率問(wèn)題盡管802.11ax等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)把Wi-Fi效率做得很高但每個(gè)終端的真實(shí)吞吐在公平共享下遠(yuǎn)低于有線專(zhuān)用鏈路無(wú)線時(shí)延抖動(dòng)、丟包重傳也決定了它不適合對(duì)穩(wěn)定性極其敏感的場(chǎng)景比如視頻制作在線剪輯、工業(yè)控制。無(wú)線的真正優(yōu)勢(shì)在移動(dòng)性和極速部署。展會(huì)臨時(shí)布網(wǎng)、野外勘察、歷史建筑不能打孔布線、車(chē)輛移動(dòng)終端通信這些場(chǎng)景有線根本沒(méi)法做無(wú)線就是唯一解。所以理解無(wú)線介質(zhì)的時(shí)候不要把它當(dāng)成有線的更優(yōu)替代而是當(dāng)成場(chǎng)景互補(bǔ)。教科書(shū)把微波、紅外、激光放在無(wú)線電纜這個(gè)傘下也是在提示它們各有物理特長(zhǎng)沒(méi)有誰(shuí)能全面秒殺誰(shuí)。6. 期末復(fù)習(xí)和實(shí)戰(zhàn)選型的兩份實(shí)用清單6.1 期末高頻考點(diǎn)速記清單如果你是在準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)考試以下考點(diǎn)幾乎年年碰到考前過(guò)一遍就能穩(wěn)住基本盤(pán)雙絞線的絞合目的——減小相鄰線對(duì)間的電磁干擾抵消噪聲屏蔽雙絞線還增加了金屬屏蔽層以增強(qiáng)抗外部干擾能力。同軸電纜的特征阻抗——基帶50Ω、寬帶75Ω不匹配會(huì)引發(fā)信號(hào)反射。光纖通信原理——全反射條件光從高折射率纖芯射向低折射率包層入射角大于臨界角關(guān)鍵參數(shù)纖芯/包層折射率、臨界角、衰減系數(shù)0.2dB/km左右。單模 vs 多?！獑文Ｐ炯?xì)9μm、無(wú)模間色散、長(zhǎng)距離、貴多模芯粗50或62.5μm、有模間色散、短距離、便宜。微波傳播方式——視距傳播受天氣雨衰和障礙物影響紅外線不能穿墻適合短距離小范圍點(diǎn)對(duì)點(diǎn)激光帶寬大、對(duì)準(zhǔn)要求高、大氣影響嚴(yán)重。無(wú)線介質(zhì)共性問(wèn)題——共享信道、開(kāi)放介質(zhì)需要加密、多徑衰落等復(fù)雜傳播效應(yīng)與有線介質(zhì)確定性傳輸形成鮮明對(duì)比。6.2 組網(wǎng)選型決策清單如果是實(shí)操選型建議按這五步走先定距離。100米以?xún)?nèi)并在室內(nèi)優(yōu)先雙絞線超過(guò)100米或需要跨樓、跨園區(qū)光纖跑不掉。再看速率。百兆千兆場(chǎng)景超五類(lèi)/六類(lèi)雙絞線夠用萬(wàn)兆及更高速率要么上短距銅纜DAC要么上光纖按距離選多模/單模。三看環(huán)境。強(qiáng)電磁環(huán)境電機(jī)房、工廠車(chē)間優(yōu)先屏蔽雙絞線或光纖微波和激光鏈路周?chē)袥](méi)有遮擋物、有沒(méi)有嚴(yán)重雨霧氣候直接決定可靠性。四算成本和維護(hù)。不光算線材還要算模塊、跳線、施工工具、熔接費(fèi)用。光纖的后續(xù)維護(hù)門(mén)檻比網(wǎng)線高團(tuán)隊(duì)沒(méi)有光工具就要提前規(guī)劃外包或采購(gòu)測(cè)試儀器OTDR。五考慮演進(jìn)。主干鏈路和未來(lái)三年可能升級(jí)的場(chǎng)景寧可預(yù)留光纖通道也不要讓雙絞線成為瓶頸。6.3 實(shí)戰(zhàn)里我踩過(guò)的一些坑分享幾個(gè)真實(shí)踩過(guò)的坑都是教科書(shū)不會(huì)寫(xiě)但工作中很容易碰到的第一個(gè)坑是雙絞線線序。做水晶頭的時(shí)候T568A和T568B兩頭一致就行但很多新手做成一頭A一頭B還以為是交叉線必須這樣。實(shí)際上千兆和百兆以太網(wǎng)都支持自動(dòng)翻轉(zhuǎn)直通線才是常態(tài)。交叉線那種老黃歷只有在極老設(shè)備或特殊環(huán)境才需要手工指定。第二個(gè)坑是光纖跳線的公母和接口類(lèi)型。LC、SC、FC、ST長(zhǎng)得都不一樣買(mǎi)跳線不看清楚到現(xiàn)場(chǎng)就抓瞎。我吃過(guò)一次虧?rùn)C(jī)房里的設(shè)備是LC接口結(jié)果倉(cāng)庫(kù)拿了一批SC接口的跳線現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)沒(méi)有轉(zhuǎn)接頭整批業(yè)務(wù)等到第二天才通。第三個(gè)坑是微波鏈路的視距不等于中間完全沒(méi)有遮擋就一定能通。菲涅爾區(qū)Fresnel zone的概念在做外場(chǎng)無(wú)線鏈路時(shí)極其重要——除了兩個(gè)天線之間的直線周?chē)欢ò霃絻?nèi)也要保持凈空否則信號(hào)會(huì)因接近遮擋物的繞射損耗而大幅衰減。很多人裝室外Wi-Fi或者微波網(wǎng)橋只看兩點(diǎn)之間沒(méi)有高建筑物結(jié)果性能一塌糊涂多半就是沒(méi)給菲涅爾區(qū)留夠空間。7. 一個(gè)小技巧用信號(hào)瓶頸法快速判斷偏門(mén)介質(zhì)最后分享一個(gè)我平時(shí)總結(jié)的小方法分析任何傳輸介質(zhì)先問(wèn)三個(gè)問(wèn)題——信號(hào)靠什么載體傳播這個(gè)載體在哪一環(huán)節(jié)衰減最嚴(yán)重用什么手段克服這種衰減拿雙絞線舉例載體是電信號(hào)衰減最嚴(yán)重的是高頻分量在銅線上的阻抗損耗和線間串?dāng)_克服手段是提升線纜等級(jí)、縮短距離、加屏蔽。拿多模光纖舉例載體是光衰減最嚴(yán)重的是模間色散和宏彎損耗克服手段是限制距離、規(guī)范彎曲半徑、必要時(shí)換單模。拿微波舉例載體是電磁波衰減最嚴(yán)重的是路徑損耗和雨衰克服手段是提高天線增益、降低頻段、預(yù)留衰落余量。這個(gè)方法用在期末復(fù)習(xí)里特別管用。題目給你一個(gè)冷門(mén)介質(zhì)比如架空明線、紅外線你別慌錨定載體-衰減-克服三個(gè)點(diǎn)基本就能寫(xiě)出八成的考點(diǎn)。用在面試和實(shí)際選型里同樣有效——面試官問(wèn)為什么選這個(gè)介質(zhì)你把這套分析邏輯一擺立刻和其他只會(huì)背參數(shù)表的候選人拉開(kāi)差距。傳輸介質(zhì)是整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里最物理的一層學(xué)起來(lái)枯燥但恰恰是它決定了上層協(xié)議能跑多遠(yuǎn)、能跑多快、穩(wěn)不穩(wěn)定。把這幾類(lèi)介質(zhì)的原理和取舍摸透你對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的理解也會(huì)更踏實(shí)——畢竟所有所謂的高層性能最后都落腳在一個(gè)物理鏈路上能不能把比特穩(wěn)穩(wěn)送過(guò)去。