萌新扫盲2—双绞线的“一百米诅咒”
雙絞線(twisted pair,TP)是一種綜合布線工程中最常用的傳輸介質(zhì),
雙絞線由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成,把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起,采用這種方式,不僅可以抵御一部分來自外界的電磁波干擾,也可以降低多對絞線之間的相互干擾。干擾信號作用在這兩根相互絞纏在一起的導(dǎo)線上是一致的(這個(gè)干擾信號叫做共模信號),在接收信號的差分電路中可以將共模信號消除,從而提取出有用信號(差模信號)。
雙絞線的作用是使外部干擾在兩根導(dǎo)線上產(chǎn)生的噪聲(在專業(yè)領(lǐng)域里,把無用的信號叫做噪聲)相同,以便后續(xù)的差分電路提取出有用信號,差分電路是一個(gè)減法電路,兩個(gè)輸入端同相的信號(共模信號)相互抵消(m-n),反相的信號相當(dāng)于x-(-y),得到增強(qiáng)。理論上,在雙絞線及差分電路中m=n,x=y,相當(dāng)于干擾信號被完全消除,有用信號加倍,但在實(shí)際運(yùn)行中有一定差異。
在一個(gè)電纜套管里的,不同線對具有不同的扭絞長度,一般地說,扭絞長度在38.1mm~140mm內(nèi),按逆時(shí)針方向扭絞,相臨線對的扭絞長度在12.7mm以內(nèi)。雙絞線一個(gè)扭絞周期的長度,叫做節(jié)距,節(jié)距越小(扭線越密),抗干擾能力越強(qiáng)。
對網(wǎng)絡(luò)比較了解的朋友,都知道雙絞線有一個(gè)“無法逾越”的“100米”傳輸距離。無論是10M傳輸速率的三類雙絞線,還是100M傳輸速率的五類雙絞線,甚至1000M傳輸速率的六類雙絞線,最遠(yuǎn)有效傳輸距離為100米。在綜合布線規(guī)范中,也明確要求水平布線不能超過90米,鏈路總長度不能超過100米。也就是說,100米對于有線以太網(wǎng)而言是一個(gè)極限,這個(gè)極限是從網(wǎng)卡到集線設(shè)備的鏈路長度。
那么100米最大距離是怎么得來的?是什么造成了雙絞線的100米傳輸距離上限?這就要深究一下雙絞線的深層物理原理了.
網(wǎng)絡(luò)的傳輸,其實(shí)就是網(wǎng)絡(luò)信號在雙絞線上的傳輸,作為一種電子信號,在雙絞線中傳輸時(shí),必然要受到電阻和電容的影響,這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)信號的衰減和畸變。信號的衰減或者畸變達(dá)到一定的程度,就會(huì)影響到信號的有效、穩(wěn)定傳輸。因此,雙絞線有傳輸距離限制
那么具體是怎么計(jì)算出100米的上限呢?
5類UTP、超五類UTP主要是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的,按快速以太網(wǎng)的100Base-TX規(guī)定,其通信速率為100mbps,100mbps以太網(wǎng)傳送1位數(shù)據(jù)所花的時(shí)間(又名”位時(shí)間”)可計(jì)算如下:
1位時(shí)間=1/100mbps=10ns
以太網(wǎng)是采用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)即帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù)(載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測)共享通信信道的,當(dāng)引入交換后,仍離不開這一技術(shù)。一個(gè)鏈路兩端均連有設(shè)備,這兩個(gè)設(shè)備可能會(huì)在同一時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù),造成沖突,此時(shí)沖突域?yàn)?。沖突將會(huì)丟失數(shù)據(jù)包。為避免由于沖突所造成的丟包,以太網(wǎng)采用了沖突檢測和后退重發(fā)技術(shù)。為了做到后退、重發(fā),必須保證一端在傳送完一個(gè)數(shù)據(jù)包前可檢測到?jīng)_突。以太網(wǎng)最小的幀長64字節(jié),即512位。按100mbps速率計(jì)算,傳送512位需時(shí)512位*10ns=5120ns。
數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸,當(dāng)通過不同部件時(shí)均會(huì)產(chǎn)生延遲,五類UTP的延時(shí)為5.56ns/m。在設(shè)計(jì)以太網(wǎng)時(shí),要求遵守一個(gè)中繼規(guī)則,這個(gè)規(guī)則又稱為黃金規(guī)則或5-4-3-2-1規(guī)則,此規(guī)則不但適用于10mbps的以太網(wǎng),也適用于快速以太網(wǎng)。這個(gè)規(guī)則要求環(huán)行沖突延遲不得超過512位時(shí),對于100mbps的傳輸率,即為5120ns。環(huán)行中,網(wǎng)絡(luò)元件有電纜、中繼單元、MAU和DTE等,把它們的延時(shí)加起來,再乘2,即得出環(huán)行延時(shí),同時(shí)也可計(jì)算出環(huán)行沖突直徑。按此理論,可計(jì)算出為保證一個(gè)最小幀發(fā)送完畢之前信號所能傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離。這就是為何要將鏈路跨距限定為100米的理由。
當(dāng)超過100米時(shí),由于不能及時(shí)檢測出沖突,因沖突而受到破壞的信息包傳送完畢,而且被接收方接收,此信息包因通不過驗(yàn)證而被迫丟棄,此時(shí)后退重發(fā)的機(jī)制未被激活,故而會(huì)造成包的丟失。
***請注意在實(shí)際應(yīng)用中存在:
當(dāng)傳輸速率低于100 mbps時(shí),在實(shí)際應(yīng)用中,可適當(dāng)放寬100米的限長。必須聲明,這樣做實(shí)際雖然有效果,但并不符合標(biāo)準(zhǔn)。在認(rèn)證測試時(shí),必須加以說明,否則將有可能產(chǎn)生一系列問題,比如產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備兼容性等。
***例如下案例:
總結(jié)
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