物理层的作用是将比特从一台机器传输到另一台机器。实际传输所用的物理介质可以用多种选择。每一种传输介质都有独特的性质，体现在带宽、延迟、成本以及安装和维护难易程度的不同，因此分别有自己适用的场合。

大致上可以将介质分为引导性介质（也称为有线介质。比如铜线和光纤）和非引导性介质（也称无线介质，比如地面无线电、卫星和激光）两大类。

本博文探讨引导性传输介质，包括双绞线、同轴电缆、光纤。

 

1.双绞线

一种最古老但至今最常用的传输介质是双绞线（twisted pair，TP），它由两根相互绝缘的铜线组成（直径通常约为1mm）。两根铜线螺旋绞在一起，因为这样，不同电线产生的干扰波会相互抵消，从而能显著降低电线的辐射。而噪声能抵消又是因为噪声对两根电线的干扰是相同的。双绞线可达到几Mbps的带宽。

图1：Cat 5 UTP

双绞线最常见的应用是电话系统。几乎所有的电话都是通过双绞线连接到电话公司的端局。打电话和ADSL接入Internet都双绞线。到6类为止，所有的双绞线都称为非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded TP），仅由导线与绝缘层简单地构成。如图1是5类UTP，4对双绞线被套在一个塑料保护套内（区别于铜线外的绝缘层）。塑料外套既保护了双绞线又把多根导线捆在一起。7类双绞线在每对双绞线外面和整个线缆外面都加了一个屏蔽层，称为屏蔽双绞线（STP）。

图2展示了某种Cat 5 UTP的性能参数。可以看到100MHz CAT 5e的损耗达到了22dB每百米。

图2：Cat 5 UTP性能参数

图3展示了几种类型TP的应用范围。5类UTP适用于高速计算机通信，尤其是100Mbps和1Gbps以太局域网。

图3：TP应用范围

2.同轴电缆

同轴电缆（coaxial cable），如图4，由铜芯和外面包上的一层绝缘材料组成，绝缘材料外面是一层密织的网状圆柱导体，外层导体再覆盖一层保护塑料外套。

图4：同轴电缆结构图

同轴电缆比UTP有更好的屏蔽特性、抗干扰能力和更大的带宽，通常多用于基带传输。目前同轴电缆常用在有线电视系统中，在计算机网络中运用较少。现代电缆能达到几个GHz的带宽。

图5：同轴电缆实物图

3.电力线

电力线将电能送至千家万户，也可以用于数据通信。在此不多叙述。

 

4.光纤

光纤主要用于网络骨干的长途传输、高速局域网（快速以太网，802.3z中的单模、多模光纤传输标准）以及高速Internet接入（比如光纤到户，FttH，Fiber to the Home）。

光纤通信用的光为近红外光，频率约为300THz=3×10^14Hz，带入λ=c/f=1μm，即光纤通信光波长在1μm左右。图6给出了光纤中衰减与波长的关系。0.85μm、1.31μm和1.55μm是其三个波长窗口。1986年，光纤损耗被降低到0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。

图6：红外区域的光通过光纤时的衰减情况

图7展示了实物光纤与网线。这里的网线就是前文提到的超五类UTP

图7：光纤与网线

如果读者希望进一步了解光纤通信，请阅读《光纤通信》等光通信教材，在这里我不与。不予赘述。