雙絞線的深層物理原理以及網(wǎng)線的幾種常見分類

網(wǎng)線數(shù)據(jù)傳輸最大距離對(duì)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(duì)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。

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(hào)在雙絞線上的傳輸，作為一種電子信號(hào)，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(hào)的衰減和畸變。信號(hào)的衰減或者畸變達(dá)到一定的程度，就會(huì)影響到信號(hào)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(duì)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(hào)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。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)生一些問題，比如產(chǎn)品質(zhì)保。實(shí)際施工時(shí)的最大線纜距離由上文可見，在使用PoE供電時(shí)，為何會(huì)規(guī)定網(wǎng)線最大長度不得超過100米。但實(shí)際施工時(shí)，為保證工程質(zhì)量，一般取80-90米。請注意，這里的傳輸距離指的是最大速率的情況，比如100M，如果將速率下降到10M，傳輸距離通?？梢匝娱L到150-200米(視網(wǎng)線質(zhì)量而定)。所以PoE供電傳輸距離并不是由PoE技術(shù)來決定的，而是由網(wǎng)線類別和質(zhì)量決定。雖然實(shí)際施工中，質(zhì)量較好的網(wǎng)線能夠突破100米距離的限制，設(shè)備也能夠正常工作，但這種做法并不值得推薦。因?yàn)橛械臐撛趩栴}并不會(huì)立即呈現(xiàn)，而是隨著時(shí)間推移慢慢出現(xiàn)，這會(huì)造成后續(xù)維護(hù)問題。最簡單的情況比如說帶寬的升級(jí)，使得原來能在100米以上距離正常工作的設(shè)備在網(wǎng)速大大提升后將不能正常工作。線纜類別和質(zhì)量對(duì)傳輸距離的影響五類線（Cat 5）就是現(xiàn)在市面上最常見的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線，但是不同廠家生產(chǎn)的質(zhì)量相差很大，尤其在國內(nèi)這種以價(jià)格為導(dǎo)向的大環(huán)境下，很多廠商為了降低成本，將銅線用銅包鐵、銅包鋼替代，導(dǎo)致網(wǎng)線傳輸距離下降，甚至發(fā)生網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、丟包等現(xiàn)象，而設(shè)備廠商往往會(huì)背黑鍋，也真是冤。所以如果要使PoE發(fā)揮最佳效果，一定要使用質(zhì)量好的網(wǎng)線，不能因小失大，影響工程整體質(zhì)量。
超五類線（Cat 5e）：與五類雙絞線相比，超五類雙絞線的衰減和串?dāng)_更小，可提供更堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，滿足大多數(shù)應(yīng)用需求（尤其支持千兆位以太網(wǎng)1000Base-T的布線），給網(wǎng)絡(luò)的安裝和測試帶來了便利，成為目前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中較好的解決方案。超五類線的傳輸特性與普通五類線的相同，但超五類布線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，超五類電纜的全部4對(duì)線都能實(shí)現(xiàn)全雙工通信。
六類線（Cat 6）：該類電纜的傳輸頻率為1MHz～250MHz，六類布線系統(tǒng)在200MHz時(shí)綜合衰減串?dāng)_比（PS-ACR）應(yīng)該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超五類標(biāo)準(zhǔn)，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用。六類與超五類的一個(gè)重要的不同點(diǎn)在于：改善了在串?dāng)_以及回波損耗方面的性能，對(duì)于新一代全雙工的高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，優(yōu)良的回波損耗性能是極重要的。六類標(biāo)準(zhǔn)中取消了基本鏈路模型，布線標(biāo)準(zhǔn)采用星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，要求的布線距離為：永久鏈路的長度不能超過90米，信道長度不能超過100米。六類線與超五類線在傳輸距離上沒有嚴(yán)格的區(qū)別，即單段最大傳輸距離都是100米。當(dāng)然六類線在傳輸距離上可以適當(dāng)增加，所謂的100米指的是超過后就無法滿足1000M帶寬等相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，帶來速度下降等問題。