计算机网络长距离布线时双绞线的非标准应用

【本文由PB创新网为您整理】【摘   要】在计算机网络中，当双绞线过长、质量太低或布线工艺较差时，网络往往无法连通。文章主要阐述了计算机网络长距离布线时双绞线的非标准应用，并用傅里叶公式对其进行了理论分析。
 

      一般来说，计算机网络布线系统采用何种线缆，需要根据实际的需求和线缆的相关使用标准来进行选择。例如：按照以太网（IEEE802．3系列）标准，如果主机与网络设备之间的距离超过100m，就不应使用双绞线布线。但是在实际的网络设计中，常常会遇到一些特殊情况，如：“没有足够的资金购买光缆等媒介及两端设备”或“临时性机构，没有必要使用昂贵的线缆”，使我们面临难以抉择的境地。
　　目前，使用双绞线布线的标准连接方法有两种，568A和568B，直连线和交叉线，交叉线主要用作交换机之间的级联线；直连线主要用作交换机之间以外的跳线，交叉线做法为一端为568A另一端为568B；直连线的做法为两端为同一个样标准—568A或568B，一般为568B。其两种做法如下：
　　 

　　T568A  1：白/绿2：绿3：白/橙4：蓝5：白/蓝6：橙7：白/棕8：棕
　　T568B  1：白/橙2：橙3：白/绿4：蓝5：白/蓝6：绿7：白/棕8：棕
　　实际使用1－2－3－6线对。
　　本文主要讨论当距离超长时，在工程实际中是否可以非标准的使用双绞线布线。
　　从原理上分析，对于双绞线布线距离的限制主要有以下2个方面：以太网的最短帧长和距离超长造成的线缆传输特性下降，下面将分别进行分析。
      一、以太网中最短帧长对线缆长度的限制
　　以太网络的工作方式可以简单的使用“载波侦听／冲突检测（CSMA／CD）”来描述。其中的“冲突检测”表示：当某计算机（如：主机A）以广播的形式发送某帧时，在发送的过程中一直检测信道，通过比较发出信号是否与检测到的信号一致，决定发出的帧是否和其他计算机（如：主机B）发出的帧产生了冲突，如果A主机在发送某帧的过程中没有检测到冲突，就认为这一帧发送成功。
　　但是，如果帧与链路的冲突域相比太短，就会发生图1中“冲突检测”失败的情况。
　　如图1（a）所示，主机A发出一帧，由于帧长与链路的冲突域相比较短，在发送的过程中没有检测到冲突，认为此帧已经发送成功。
　　如图1（b）所示，主机A与主机B分别处在冲突域的两端，电磁波从A主机传送到B主机需要的时间为τ。帧头差时间ε还没有到达B主机。
　　如图1（c）所示，由于主机B还没有检测到主机A发出的帧，所以有可能也发出一帧。在主机A发出帧时间τ后，在主机B处发生了冲突。
　　如图1（d）所示，冲突的信号需要再经时间τ才能到达主机A。
　　结果：主机A认为这帧已经发送成功，但实际上此帧在主机B处发生了冲突，“冲突检测”失败。


      所以每帧必须至少可以持续发送2τ时间（即经过2τ时间后此帧还没有发送完），这样才能保证“冲突检测”机制的成功。
      τ的大小由网络协议标准定义，当τ确定后，则最短帧长也被确定，反过来一个冲突域的最大范围便被确定（在10 Mb／s以太网中，2τ被定义为51．2μs，最短帧长为64 B，一个冲突域最多由4个中继器组成），进而一个冲突域中的线缆最大长度也会有一个限制。
　　分析原因：早期的同轴电缆只有一个总线式信道，并且网络设备大多为物理层的设备（如：中继器，HUB），他无法摆脱以太网的多主机共享链路方式（CSMA／CD）的本质所造成的限制。
　　但实际上，一条双绞线内有8根线缆可供使用，并且数据链路层的设备（如：交换机）的价格大大下降。现在可以彻底地摆脱这种限制。解决的方法是：使用交换机将每一段线缆划分成不同的冲突域，并将网络接口设备的工作模式设置为全双工。这样每个主机在收和发的方向都有了一个专用的信道，不再需要CSMA／CD，也就没有了冲突域对线缆长度的限制。所以以太网的最短帧长对线缆长度的限制是可以被解决的。实际上在万兆以太网协议（IEEE802．3ae）中，就没有定义CS?鄄MA／CD的工作模式，其中重要的一个原因就是为了取消冲突域对网络线缆长度的限制。
      二、随距离增加，线缆传输特性的下降对线缆长度的限制
　　1．信号总体功率下降对线缆长度的限制。正常情况下，五类双绞线的直流阻抗为9Ω／百米，当双绞线长度不超过200 m时，其直流阻抗在18Ω（9Ω／百米×2百米）以内。而布线要求总阻抗不能大于19Ω。所以200 m以内双绞线的直流阻抗引起的信号总体功率下降，一般不会影响接收设备对信号的获得，所以在此距离采用五类双绞线布线可以不必考虑直流阻抗的影响。
      2．线缆频率特性下降对线缆长度的限制。根据傅里叶级数公式：


　　任何持续的数据信号，都可以被分解为正弦和余弦函数的n次谐波。
　　在计算机局域网中，使用双绞线进行基带传输（即数字信号不经过任何调制，而是只经过简单的频谱变换或码形变换后就直接送往传输信道）。这样就可以将双绞线上的传输信号作为方波进行分解，变换为谐波后再进一步研究。
　　如图2所示，当方波信号通过一个低通信道时，可以等幅衰减通过的谐波数量越多，则接收设备正确识别原始方波信号的可能性就越大，反之信号将难以识别。
　　如图3所示，双绞线的频率特性正是一个低

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