實體層簡介

各種傳輸媒介的特性與其應用範圍、訊號方式、編碼技巧、基頻和寬頻傳輸、以及光纖通訊等技術。

電腦之間要傳輸訊息，必須透過實體連線（無論有線或無線傳輸）的銜接，將資料轉換成訊號傳遞給對方；而對方接收到訊號後，則須再轉換回原來資料。在這裡面牽涉到：傳輸媒介的規範、資料如何轉換成訊號（訊號方式）、訊號電位水準、訊號如何在傳輸媒介上傳送（傳輸技術）、傳輸媒介的多工技術、甚至接續端子的規範等等，都是『實體層』（Physical Layer）必須負責定義的。

各種網路為了配合它所提供的特殊功能或環境需求，對所屬的實體層都有特別規範，希望製造商能依照這些規範製造網路產品，使不同廠商所生產的網路都能互相連接。例如，Ethernet 網路採用曼特斯特編碼、Fast Ethernet 網路採用 8B/6T 編碼、FDDI 採用 4B/5B 編碼。本章先介紹實體層的相關技術，而其他特殊技術則會在使用到的章節裡另外介紹。

『傳輸媒介』（Transmission Medium）的選擇除了考慮環境因素之外，傳輸速率和網路的可靠性也算是決定性的因素，以下介紹一般常用的傳輸媒介及其特性。

『雙絞線』（Twisted Pair）為表示有兩條導線絞絆在一起並互相絕緣。在一條絞線電纜（Cable）裡可能包含有4~2000對的雙絞線。雙絞線為目前使用最普遍的傳輸媒介，它是電話網路主要連線，價格最便宜、佈線也較簡單。一般建築物都有預留電話管線，如果能利用這些管線來佈放網路連線，便可以節省不少費用。也就是這樣，目前 ADSL 使用原來電話線路來連接網路，使網路的普及率快速提高。其特性如下：

(1) 雙絞線是利用電流傳導來傳遞訊號，容易受電磁波干擾。

(2) 又可分為『遮蔽式雙絞線』(Shielded Twisted Pair, STP)和『無遮蔽式雙絞線』(Unshielded Twisted Pair, UTP)，其中 STP 電纜的外殼因有銅網或銅箔環繞保護，較不易受外來電磁波干擾，但因線體比較僵硬，所以不容易佈線，且價格也較昂貴，一般網路上都採用 150 歐姆阻抗的纜線規格。UTP纜線因為沒有銅網保護，同一電纜內可包裝較多對雙絞線，佈線較容易，價格也較便宜。

(3) UTP依其銅導體的蕊心大小，又區分為若干個級數，常用的有第三級（Category 3, Cat-3 UTP）和第五級（Category-5, Cat-5 UTP）兩種。Cat-3 UTP 適用於 10 Mbps 的傳輸，而 Cat-5 UTP 則可用於 100 或 1000 Mbps 的網路。

(4) 因其使用電流傳遞訊號，比較適合於點對點（Point-to-point）的傳輸。

(5) 寬頻載波傳輸可達 1000 ~ 2000 公尺，如電話網路及ADSL網路等。

(6) 基頻之數位傳輸一般都限制在 100 公尺以內，如 10BaseT 及 100BaseT 的 Ethernet等。

『同軸電纜』（Coaxial Cable）包含內外兩層導體，中間則為絕緣的材料，如圖 2-1 所示，可區分為50歐姆和75歐姆兩種阻抗規格。值得一提的是電纜阻抗大小和電纜粗細無關，而與構造有關（如材質、內外徑比例…等）。電纜較粗者可傳送較遠距離、承載頻寬也較高；電纜較細者傳送距離較近、傳輸頻寬也較低。其特性如下：

(1) 50 歐姆電纜用來傳送『基頻』（Baseband）的數位訊號，傳輸速率大約為 10 ~ 100Mbps，傳輸的範圍大約為數公里（連線距離依照纜線粗細而定，一般規範為 2.5 公里），可接100部以上電腦。

(2) 75 歐姆電纜用來傳送『寬頻』（broadband）的類比訊號，頻寬約為300~750 MHz，平均每個頻道頻寬為 6 MHz，平均每個頻道傳輸速率為 20 Mbps，傳輸的範圍大約為數公里（如 CATV 網路最遠可達 80 公里），可接500部以上電腦。

(4) 較適合廣播傳輸模式（如 Ethernet 網路）。同軸電腦是利用電波傳遞，在網路上任何一點都可利用感應讀取或傳送訊息，因此較適合廣播網路。

(5) 目前寬頻網路已有許多是佈放同軸電纜，如『有線電視網路』（Cable Television, CATV），可結合有線電視廣播和雙向數據傳輸，不但傳輸速率高，而且價錢比ATM網路便宜。

『光纖纜線』（Optical Fiber）為目前骨幹網路的主要傳輸媒介，不但有較高的承載量，而且可傳輸較遠的距離。如圖 2-2 所示，一條光纖電纜裡可包含數十條緊密光纖導管組，一般每一條導管組是由 4 條緊貼在一起的光纖導管組組成。光纖纜線外圍也有保護層，從外表來看非常類似同軸電纜。光纖所傳遞的是光的訊號，因此必須有光源。常見的光源有兩種：發光二極體（LED）和雷射二極體（Laser）。其特性如下：

(1) 發光二極體（LED）的光源發射器和接收器較為便宜，大都配合多模（Multi-mode）光纖使用，價錢較便宜，傳輸距離也較近，大約在 1000 公尺以內。

(2) 雷射二極體（Laser Diode）的光源發射器和接收器較昂貴，一般都配合單模（Single–mode）光纖使用，傳輸距離可達數十公里。

(3) 光的傳遞不會受到電磁波影響，可佈放較惡劣的環境，甚至可以和高壓電纜佈放在一起。

(4) 光纖類似中空導管（Pipe），光訊號在中空導管中傳送就宛如水在水管中流動一樣，如果管道彎曲角度過大，將會影響光訊號的流動。因此，在光纖纜線內都有較硬的中心主幹，預防纜線過分彎曲。

(5) 基本上光是類比訊號（某一頻譜上的光），無論類比訊號或數位訊號都必須經過光電轉換器，將電流轉換成光訊號，或將光轉換成電流訊號。

能將網路延伸得更無遠弗屆的是『無線傳輸』（Wireless），不論行動電話的連線、或無線區域網路的連接，都能使網路更加方便，而將整個電腦網路範圍擴展到任何角落，因此，政府也將無線網路列為國家重點科技項目之一，以下介紹幾種無線傳輸（有關無線網路的傳輸技術將在第十五章詳細說明）：

無線電傳輸可分為兩種：一種為定點式無線電網路，例如固定在某一範圍內的無線區域網路、或數位家庭所連結的生活電器用品等；另一種為移動式無線網路，如目前幾近人手一機的行動電話，在可見的未來，也會透過更新的技術，連結掌上型電腦、筆記型電腦、或汽車全球定位系統等等，實現行動生活的理想。

使用比無線電廣播更高的頻率來通訊。通常國際長途電話會使用微波並利用衛星來轉接。

遙控器即是使用紅外線來傳資料。目前印表機及手提電腦均有內建紅外線通訊介面。

除了在光纖上傳送外，也可在空中傳送。通常應用在建築物之間網路的連線使用。

雙絞線、同軸電纜和光纖等三種纜線是有線網路的主要傳輸媒介，表 2-1 為三種纜線的特性比較。對於在哪種環境下比較適合使用哪種纜線，我們必須考慮下列因素：

	雙絞線	同軸電纜	光纖
傳輸訊號	電流訊號	電波訊號	光訊號
連接方式	電流導通	電波感應	感光

(1) 通訊協定：各種通訊協定在傳輸媒介上發送訊號可區分為廣播傳輸（Broadcast）和點對點傳輸（Point-to-Point）等兩種方式。同軸電纜比較適合廣播傳輸（如 Ethernet 網路），而光纖比較適合點對點的傳輸（如 Token-Ring 網路），雙絞線一般都使用於使用者端的點對點連線。

(2) 資料傳輸量：對於傳輸量較高且距離較遠的傳輸骨幹（Backbone），則會使用光纖纜線或同軸電纜，至於使用者端或近距離的傳輸，則使用雙絞線（Cat-5 UTP或STP）。

(3) 可靠度：網路可靠度高，表示訊號在傳送當中不容易受到外來雜訊干擾，或纜線之間所產生的『串音』。所以對於傳輸品質要求較高的傳輸線，不妨考慮使用光纖。

(4) 鋪設環境：一般在室外佈放光纖纜線較理想，室內可考慮其他纜線。對於環境較惡劣的環境也必須使用光纖。