計算機網(wǎng)絡(luò)長距離布線時雙絞線的非標準應用

計算機網(wǎng)絡(luò)長距離布線時雙絞線的非標準應用

計算機網(wǎng)絡(luò)長距離布線時雙絞線的非標準應用

摘　要：在計算機網(wǎng)絡(luò)中，當雙絞線過長、質(zhì)量太低或布線工藝較差時，網(wǎng)絡(luò)往往無法連通。為了解決此問題，提出了一種解決方法，并用傅里葉公式對其進行了理論分析。
　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)工程；雙絞線；傅里葉公式；Internet

Non-standard Applications of Twisted-pair in Long Distance
Distribution for a Computer Network

　　Abstract：For a computer network，when the twisted-pairis too long or its quality is too poor orthe processing oftwisted pairdistribution is worse，the computer network can not be kept connected frequently．To solve this problem，the paper proposes asolution and analyzes it using Fourier formula in this paper．
　　Keywords：network engineering；twisted-pair；Fourier formula；Internet


　　一般來說，計算機網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)采用何種線纜，需要根據(jù)實際的需求和線纜的相關(guān)使用標準來進行選擇。例如：按照以太網(wǎng)（IEEE802．3系列）標準，如果主機與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的距離超過100 m，就不應使用雙絞線布線。但是在實際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，常常會遇到一些特殊情況，如：“沒有足夠的資金購買光纜等媒介及兩端設(shè)備”或“臨時性機構(gòu)，沒有必要使用昂貴的線纜”，使我們面臨難以抉擇的境地。
　　本文主要討論當距離超長時，在工程實際中是否可以非標準的使用雙絞線布線。
　　從原理上分析，對于雙絞線布線距離的限制主要有以下2個方面：以太網(wǎng)的最短幀長和距離超長造成的線纜傳輸特性下降，下面將分別進行分析。

1　以太網(wǎng)中最短幀長對線纜長度的限制
　　以太網(wǎng)絡(luò)的工作方式可以簡單的使用“載波偵聽／沖突檢測（CSMA／CD）”來描述。其中的“沖突檢測”表示：當某計算機（如：主機A）以廣播的形式發(fā)送某幀時，在發(fā)送的過程中一直檢測信道，通過比較發(fā)出信號是否與檢測到的信號一致，決定發(fā)出的幀是否和其他計算機（如：主機B）發(fā)出的幀產(chǎn)生了沖突，如果A主機在發(fā)送某幀的過程中沒有檢測到?jīng)_突，就認為這一幀發(fā)送成功。
　　但是，如果幀與鏈路的沖突域相比太短，就會發(fā)生圖1中“沖突檢測”失敗的情況。
　　如圖1（a）所示，主機A發(fā)出一幀，由于幀長與鏈路的沖突域相比較短，在發(fā)送的過程中沒有檢測到?jīng)_突，認為此幀已經(jīng)發(fā)送成功。
　　如圖1（b）所示，主機A與主機B分別處在沖突域的兩端，電磁波從A主機傳送到B主機需要的時間為τ。幀頭差時間ε還沒有到達B主機。
　　如圖1（c）所示，由于主機B還沒有檢測到主機A發(fā)出的幀，所以有可能也發(fā)出一幀。在主機A發(fā)出幀時間τ后，在主機B處發(fā)生了沖突。
　　如圖1（d）所示，沖突的信號需要再經(jīng)時間τ才能到達主機A。
　　結(jié)果：主機A認為這幀已經(jīng)發(fā)送成功，但實際上此幀在主機B處發(fā)生了沖突，“沖突檢測”失敗。

　　

　　所以每幀必須至少可以持續(xù)發(fā)送2τ時間（即經(jīng)過2τ時間后此幀還沒有發(fā)送完），這樣才能保證“沖突檢測”機制的成功。
τ的大小由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準定義，當τ確定后，則最短幀長也被確定，反過來一個沖突域的最大范圍便被確定（在10 Mb／s以太網(wǎng)中，2τ被定義為51．2μs，最短幀長為64 B，一個沖突域最多由4個中繼器組成），進而一個沖突域中的線纜最大長度也會有一個限制。
　　分析原因：早期的同軸電纜只有一個總線式信道，并且網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大多為物理層的設(shè)備（如：中繼器，HUB），他無法擺脫以太網(wǎng)的多主機共享鏈路方式（CSMA／CD）的本質(zhì)所造成的限制。
　　但實際上，一條雙絞線內(nèi)有8根線纜可供使用，并且數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備（如：交換機）的價格大大下降�，F(xiàn)在可以徹底地擺脫這種限制。解決的方法是：使用交換機將每一段線纜劃分成不同的沖突域，并將網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的工作模式設(shè)置為全雙工。這樣每個主機在收和發(fā)的方向都有了一個專用的信道，不再需要CSMA／CD，也就沒有了沖突域?qū)�線纜長度的限制。所以以太網(wǎng)的最短幀長對線纜長度的限制是可以被解決的。
　　實際上在萬兆以太網(wǎng)協(xié)議（IEEE802．3ae）中，就沒有定義CSMA／CD的工作模式，其中重要的一個原因就是為了取消沖突域?qū)�網(wǎng)絡(luò)線纜長度的限制。

2　隨距離增加，線纜傳輸特性的下降對線纜長度的限制
2．1　信號總體功率下降對線纜長度的限制
　　正常情況下，五類雙絞線的直流阻抗為9Ω／百米，當雙絞線長度不超過200 m時，其直流阻抗在18Ω（9Ω／百米×2百米）以內(nèi)。而布線要求總阻抗不能大于19Ω。所以200 m以內(nèi)雙絞線的直流阻抗引起的信號總體功率下降，一般不會影響接收設(shè)備對信號的獲得，所以在此距離采用五類雙絞線布線可以不必考慮直流阻抗的影響。
2．2　線纜頻率特性下降對線纜長度的限制
　　 根據(jù)傅里葉級數(shù)公式：

　　任何持續(xù)的數(shù)據(jù)信號，都可以被分解為正弦和余弦函數(shù)的n次諧波。
　　在計算機局域網(wǎng)中，使用雙絞線進行基帶傳輸［1］（即數(shù)字信號不經(jīng)過任何調(diào)制，而是只經(jīng)過簡單的頻譜變換或碼形變換后就直接送往傳輸信道）。這樣就可以將雙絞線上的傳輸信號作為方波進行分解，變換為諧波后再進一步研究。
　　如圖2所示［2］，當方波信號通過一個低通信道時，可以等幅衰減通過的諧波數(shù)量越多，則接收設(shè)備正確識別原始方波信號的可能性就越大，反之信號將難以識別。
　　如圖3所示，雙絞線的頻率特性正是一個低通信道，可 以等幅衰減的通過從A點（低頻）到C點頻率的諧波。當線纜距離過長時，會造成AC之間的距離變窄及等幅衰減通過諧波數(shù)量下降。

　　下面按照4種不同假設(shè)情況進行推導并得出結(jié)論。

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