一般來說，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)采用何種線纜，需要根據(jù)實(shí)際的需求和線纜的相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行選擇。例如：按照以太網(wǎng)（IEEE802．3系列）標(biāo) 準(zhǔn)，如果主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的距離超過100 m，就不應(yīng)使用雙絞線布線。但是在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，常常會(huì)遇到一些特殊情況，如：“沒有足夠的資金購(gòu)買光纜等媒介及兩端設(shè)備”或“臨時(shí)性機(jī)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(dāng)距離超長(zhǎng)時(shí)，在工程實(shí)際中是否可以非標(biāo)準(zhǔn)的使用雙絞線布線。　　

　　從原理上分析，對(duì)于雙絞線布線距離的限制主要有以下2個(gè)方面：以太網(wǎng)的最短幀長(zhǎng)和距離超長(zhǎng)造成的線纜傳輸特性下降，下面將分別進(jìn)行分析。

　　1　以太網(wǎng)中最短幀長(zhǎng)對(duì)線纜長(zhǎng)度的限制　　

　　以太網(wǎng)絡(luò)的工作方式可以簡(jiǎn)單的使用“載波偵聽／沖突檢測(cè)（CSMA／CD）”來描述。其中的“沖突檢測(cè)”表示：當(dāng)某計(jì)算機(jī)（如：主機(jī)A）以廣播的形式發(fā)送某幀時(shí)，在發(fā)送的過程中一直檢測(cè)信道，通過比較發(fā)出信號(hào)是否與檢測(cè)到的信號(hào)一致，決定發(fā)出的幀是否和其他計(jì)算機(jī)（如：主機(jī)B）發(fā)出的幀產(chǎn)生了沖突，如果A主機(jī)在發(fā)送某幀的過程中沒有檢測(cè)到?jīng)_突，就認(rèn)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(huì)發(fā)生圖1中“沖突檢測(cè)”失敗的情況。　　

　　如圖1（a）所示，主機(jī)A發(fā)出一幀，由于幀長(zhǎng)與鏈路的沖突域相比較短，在發(fā)送的過程中沒有檢測(cè)到?jīng)_突，認(rèn)為此幀已經(jīng)發(fā)送成功。　　

　　如圖1（b）所示，主機(jī)A與主機(jī)B分別處在沖突域的兩端，電磁波從A主機(jī)傳送到B主機(jī)需要的時(shí)間為τ。幀頭差時(shí)間ε還沒有到達(dá)B主機(jī)。　　

　　如圖1（c）所示，由于主機(jī)B還沒有檢測(cè)到主機(jī)A發(fā)出的幀，所以有可能也發(fā)出一幀。在主機(jī)A發(fā)出幀時(shí)間τ后，在主機(jī)B處發(fā)生了沖突。　　

　　如圖1（d）所示，沖突的信號(hào)需要再經(jīng)時(shí)間τ才能到達(dá)主機(jī)A。　　

　　結(jié)果：主機(jī)A認(rèn)為這幀已經(jīng)發(fā)送成功，但實(shí)際上此幀在主機(jī)B處發(fā)生了沖突，“沖突檢測(cè)”失敗。

　　所以每幀必須至少可以持續(xù)發(fā)送2τ時(shí)間（即經(jīng)過2τ時(shí)間后此幀還沒有發(fā)送完），這樣才能保證“沖突檢測(cè)”機(jī)制的成功。

　　τ的大小由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義，當(dāng)τ確定后，則最短幀長(zhǎng)也被確定，反過來一個(gè)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(zhǎng)為64 B，一個(gè)沖突域最多由4個(gè)中繼器組成），進(jìn)而一個(gè)沖突域中的線纜最大長(zhǎng)度也會(huì)有一個(gè)限制。　　

　　分析原因：早期的同軸電纜只有一個(gè)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(jī)共享鏈路方式（CSMA／CD）的本質(zhì)所造成的限制。　　

　　但實(shí)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(jī)）的價(jià)格大大下降。現(xiàn)在可以徹底地?cái)[脫這種限制。解決的方法是：使用交換機(jī)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(gè)主機(jī)在收和發(fā)的方向都有了一個(gè)專用的信道，不再需要CSMA／CD，也就沒有了沖突域?qū)€纜長(zhǎng)度的限制。所以以太網(wǎng)的最短幀長(zhǎng)對(duì)線纜長(zhǎng)度的限制是可以被解決的。　　

　　實(shí)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(gè)原因就是為了取消沖突域?qū)W(wǎng)絡(luò)線纜長(zhǎng)度的限制。

　　2　隨距離增加，線纜傳輸特性的下降對(duì)線纜長(zhǎng)度的限制

　　2．1　信號(hào)總體功率下降對(duì)線纜長(zhǎng)度的限制　　

　　正常情況下，五類雙絞線的直流阻抗為9Ω／百米，當(dāng)雙絞線長(zhǎng)度不超過200 m時(shí)，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(hào)總體功率下降，一般不會(huì)影響接收設(shè)備對(duì)信號(hào)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(duì)線纜長(zhǎng)度的限制　　

　　根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)公式：

　　任何持續(xù)的數(shù)據(jù)信號(hào)，都可以被分解為正弦和余弦函數(shù)的n次諧波。　　

　　在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中，使用雙絞線進(jìn)行基帶傳輸［1］（即數(shù)字信號(hào)不經(jīng)過任何調(diào)制，而是只經(jīng)過簡(jiǎn)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(hào)作為方波進(jìn)行分解，變換為諧波后再進(jìn)一步研究。　　

　　如圖2所示［2］，當(dāng)方波信號(hào)通過一個(gè)低通信道時(shí)，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(shí)別原始方波信號(hào)的可能性就越大，反之信號(hào)將難以識(shí)別。　　

　　如圖3所示，雙絞線的頻率特性正是一個(gè)低通信道，可 以等幅衰減的通過從A點(diǎn)（低頻）到C點(diǎn)頻率的諧波。當(dāng)線纜距離過長(zhǎng)時(shí)，會(huì)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(jìn)行推導(dǎo)并得出結(jié)論。　　

　　假設(shè)1：　　

　　①長(zhǎng)度為100 m的五類非屏蔽雙絞線；　　

　　②雙絞線上傳輸速度為100 Mb／s的信號(hào)；　　

　　③雙絞線的等幅衰減的帶寬為BHz（如圖3）：B＝C－A。　　

　　推導(dǎo)1：　　

　　由于在傳輸速度為100 Mb／s的以太網(wǎng)中，采用的編碼方式是4B／5B（即為解決傳輸中的同步問題，實(shí)際使用5 b的碼組來編碼4 b的實(shí)際輸入數(shù)據(jù)［3］），則通信線路上實(shí)際傳輸?shù)姆讲ㄐ盘?hào)每秒狀態(tài)的變化次數(shù)為125M，即125M b／s。　　

　　如果每秒信號(hào)變化125M次，則狀態(tài)變化8次需要的時(shí)間為：8／125M s。　　

　　根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)公式，一次諧波的周期T為：8／125M s；一次諧波的頻率f為：125M／8 Hz。　　

　　方波信號(hào)（每秒狀態(tài)變化次數(shù)為125M次）通過長(zhǎng)度為100 m五類雙絞線后，可以等幅衰減通過的諧波數(shù)量N1（個(gè)）為：　　

　　結(jié)論1：　　

　　因?yàn)榧僭O(shè)1符合五類雙絞線的布線標(biāo)準(zhǔn)，所以當(dāng)?shù)确p通過的諧波數(shù)量為N1時(shí)，接收方設(shè)備可以識(shí)別。　　

　　假設(shè)2：　　

　　①長(zhǎng)度為大于100 m的五類非屏蔽雙絞線；　　

　　②雙絞線上傳輸速度為100 Mb／s的信號(hào)；　　

　　③雙絞線的等幅衰減帶寬變窄為B／2 Hz。　　

　　推導(dǎo)2：　　

　　可以等幅衰減通過的諧波數(shù)量N2（個(gè)）為：　　

　　隨著雙絞線長(zhǎng)度的增加，其等幅衰減頻寬B變窄后，可以通過的等幅衰減諧波數(shù)量也將減少，如圖2所示，當(dāng)N2小于4時(shí)輸出信號(hào)將難以被接收設(shè)備識(shí)別。　　

　　然而在假設(shè)2下，很難保證等幅衰減通過足夠的數(shù)量的諧波。　　

　　根據(jù)公式N＝B／f，當(dāng)B減少時(shí)，只有降低f（即降低雙絞線上信號(hào)的傳輸速度），才能保證N不變。　　

　　假設(shè)3：　　

　　①長(zhǎng)度大于100 m的五類非屏蔽雙絞線；　　

　　②雙絞線上傳輸速度降為10 Mb／s的信號(hào)；　　

　　③雙絞線的等幅衰減的帶寬變窄為B／2 Hz。　　

　　推導(dǎo)3：　　

　　在以太網(wǎng)協(xié)議中，10 Mb／s與100 Mb／s為最常見的數(shù)據(jù)傳輸速度，所以可以考慮將數(shù)據(jù)傳輸速度降為10 Mb／s。　　

　　在10 Mb／s的以太網(wǎng)中，采用的是曼徹斯特編碼（即為了解決傳輸中的同步問題，實(shí)際使用2 b的碼組來編碼1 b的實(shí)際輸入數(shù)據(jù)），所以通信線路上實(shí)際傳輸?shù)姆讲ㄐ盘?hào)每秒狀態(tài)的變化次數(shù)為20M，即20M b／s。　　

　　如果每秒信號(hào)變化20M次，則狀態(tài)變化8次需要的時(shí)間為：8／20M s。　　

　　根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)公式，一次諧波的周期T為：8／20M s；　　

　　一次諧波的頻率f為：20M／8 Hz。　　

　　方波信號(hào)（每秒狀態(tài)變化次數(shù)為20M次）通過此雙絞線后，可以等幅衰減通過的諧波數(shù)量N3為：　

　　即使線纜長(zhǎng)度增加導(dǎo)致了等幅衰減帶寬變窄一半，但如果將數(shù)據(jù)傳輸速度降為10 Mb／s，假設(shè)3下可通過的諧波數(shù)量N3將為假設(shè)1（正常情況）下N1的3．125倍。　　

　　在此情況下，接收方設(shè)備完全可以識(shí)別信號(hào)。　　

　　假設(shè)4：　　

　　①長(zhǎng)度為大于100 m的五類非屏蔽雙絞線；　　

　　②雙絞線上傳輸速度為10 Mb／s的信號(hào)；　　

　　③雙絞線的等幅衰減的帶寬變窄為B／k Hz；　　

　　④等幅衰減通過的諧波數(shù)量N4＝N1。　　

　　推導(dǎo)4：　

　　結(jié)論4：　　

　　在假設(shè)4下即使線纜等幅衰減帶寬下降為原來16％（1／6．25），只要降低數(shù)據(jù)通信的速度，也可以保證接收的諧波數(shù)量達(dá)到正常的情況（假設(shè)1）下的N1，即接收方可以正確識(shí)別。

　　3　結(jié)語　　

　　根據(jù)以上的分析，筆者認(rèn)為在設(shè)計(jì)一段距離為200 m以內(nèi)的線路的時(shí)候，可以非標(biāo)準(zhǔn)的使用雙絞線進(jìn)行布線，但具體應(yīng)采用以下方法：　　

　　（1）為保證整體網(wǎng)絡(luò)的速度，可以使用接口為10／100 Mb／s自適應(yīng)的交換機(jī)，但將與這條雙絞線連接的交換機(jī)端口強(qiáng)制設(shè)為10 Mb／s和全雙工模式。　　

　　（2）采用五類或超五類雙絞線布線，提高施工工藝，盡量避開強(qiáng)干擾源，以減少線纜性能參數(shù)的下降。　　

　　在實(shí)際工程中，對(duì)使用一段長(zhǎng)度約200 m的雙絞線進(jìn)行連接的計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)試：　　

　　①使用IE瀏覽器訪問Internet正常；　　

　　②使用ping程序進(jìn)行測(cè)試，10 min丟包率為0％。結(jié)果證明以上基于傅里葉的分析是合理的。　　

　　另外，本方法也可以適用于早期的3類雙絞線或由于線纜品質(zhì)低及布線工藝較差造成無法在10／100 M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中使用的情況，可以降低成本并減少重新布線的麻煩。當(dāng)然如果雙絞線的長(zhǎng)度進(jìn)一步增加，那么直流阻抗及其他參數(shù)對(duì)總功率的衰減，可能會(huì)造成接收設(shè)備無法檢測(cè)到信號(hào)，所以這種依靠降低速度來實(shí)現(xiàn)通信的手段只能在一定的范圍內(nèi)使用。