网络长距离布线时双绞线的非标准应用.doc

　　网络长距离布线时双绞线的非标准应用～教育资源库 　　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100 m，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。　　 　　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。 　　1　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tau;。帧头差时间epsilon;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tau;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tau;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2tau;时间（即经过2tau;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。 　　tau;的大小由网络协议标准定义，当tau;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，2tau;被定义为51．2mu;s，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CSMA／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。 　　2　随距离增加，线缆传输特性的下降对线缆长度的限制 　　2．1　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9Omega;／百米，当双绞线长度不超过200 m时，其直流阻抗在18Omega;（9Omega;／百米2百米）以内。而布线要求总阻抗不能大于19Omega;。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。 　　2．2　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［1］（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［2］，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通信道，可 以等幅衰减的通过从A点