萌新扫盲2—双绞线的“一百米诅咒”

2019-04-14 19:57发布

双绞线(twisted pair,TP)是一种综合布线工程中最常用的传输介质,双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成,把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,采用这种方式,不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰,也可以降低多对绞线之间的相互干扰。干扰信号作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的(这个干扰信号叫做共模信号),在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除,从而提取出有用信号(差模信号)。

双绞线的作用是使外部干扰在两根导线上产生的噪声(在专业领域里,把无用的信号叫做噪声)相同,以便后续的差分电路提取出有用信号,差分电路是一个减法电路,两个输入端同相的信号(共模信号)相互抵消(m-n),反相的信号相当于x-(-y),得到增强。理论上,在双绞线及差分电路中m=n,x=y,相当于干扰信号被完全消除,有用信号加倍,但在实际运行中有一定差异。
在一个电缆套管里的,不同线对具有不同的扭绞长度,一般地说,扭绞长度在38.1mm~140mm内,按逆时针方向扭绞,相临线对的扭绞长度在12.7mm以内。双绞线一个扭绞周期的长度,叫做节距,节距越小(扭线越密),抗干扰能力越强。


对网络比较了解的朋友,都知道双绞线有一个“无法逾越”的“100米”传输距离。无论是10M传输速率的三类双绞线,还是100M传输速率的五类双绞线,甚至1000M传输速率的六类双绞线,最远有效传输距离为100米。在综合布线规范中,也明确要求水平布线不能超过90米,链路总长度不能超过100米。也就是说,100米对于有线以太网而言是一个极限,这个极限是从网卡到集线设备的链路长度。那么100米最大距离是怎么得来的?是什么造成了双绞线的100米传输距离上限?这就要深究一下双绞线的深层物理原理了.网络的传输,其实就是网络信号在双绞线上的传输,作为一种电子信号,在双绞线中传输时,必然要受到电阻和电容的影响,这就导致了网络信号的衰减和畸变。信号的衰减或者畸变达到一定的程度,就会影响到信号的有效、稳定传输。因此,双绞线有传输距离限制那么具体是怎么计算出100米的上限呢?
5类UTP、超五类UTP主要是为计算机网络服务的,按快速以太网的100Base-TX规定,其通信速率为100mbps,100mbps以太网传送1位数据所花的时间(又名”位时间”)可计算如下:1位时间=1/100mbps=10ns以太网是采用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)即带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)共享通信信道的,当引入交换后,仍离不开这一技术。一个链路两端均连有设备,这两个设备可能会在同一时刻发送数据,造成冲突,此时冲突域为2。冲突将会丢失数据包。为避免由于冲突所造成的丢包,以太网采用了冲突检测和后退重发技术。为了做到后退、重发,必须保证一端在传送完一个数据包前可检测到冲突。以太网最小的帧长64字节,即512位。按100mbps速率计算,传送512位需时512位*10ns=5120ns。数据信息在网络中传输,当通过不同部件时均会产生延迟,五类UTP的延时为5.56ns/m。在设计以太网时,要求遵守一个中继规则,这个规则又称为黄金规则或5-4-3-2-1规则,此规则不但适用于10mbps的以太网,也适用于快速以太网。这个规则要求环行冲突延迟不得超过512位时,对于100mbps的传输率,即为5120ns。环行中,网络元件有电缆、中继单元、MAU和DTE等,把它们的延时加起来,再乘2,即得出环行延时,同时也可计算出环行冲突直径。按此理论,可计算出为保证一个最小帧发送完毕之前信号所能传输的最远距离。这就是为何要将链路跨距限定为100米的理由。当超过100米时,由于不能及时检测出冲突,因冲突而受到破坏的信息包传送完毕,而且被接收方接收,此信息包因通不过验证而被迫丢弃,此时后退重发的机制未被激活,故而会造成包的丢失。***请注意在实际应用中存在:当传输速率低于100 mbps时,在实际应用中,可适当放宽100米的限长。必须声明,这样做实际虽然有效果,但并不符合标准。在认证测试时,必须加以说明,否则将有可能产生一系列问题,比如产品质量、设备兼容性等。***例如下案例: