cat5e网线支持千兆么(不同类网线作用解读)

随着布线工艺和技术的发展,现在的检测基本上都是针对Cat.5e或其以上的布线系统,对非专业人员来讲,网线电缆外观上看似乎都差不多,但其传输能力却差别巨大。例如,三类线(Cat3)一般多用来传 10Base-T 以太网这样的数据(此即我们常说的 10M 以太网,表示每秒钟能传输 10 兆比特的数据,10Mbps),也勉强用于传输 16M 的数据(已淘汰);五类线 (Cat5,已淘汰)一般用来传输 100Mbps 的数据(如目前桌面电脑最常用的百兆以太网100Base-T),也可以勉强用来传输 1000Mbps 的速率(如千兆以太网 1000Base-T);超五类线(Cat5e)则可以用来稳定地传输 1000 兆比特率的数据(1000Mbps,如 1000Base-T 千兆以太网);六类线则可以稳定地传输 1000 兆速率的数据(如现在早已普及的 1000Base-T 以太网,一级早已被市场淘汰的 1000 cell 和 1000Base-Tx 等规格);短距离的六类线(Cat6)甚至可以稳定地传输万兆比特率的数据(10G Base-T,长度限制 37 米内。如果要支持到 100 米,则只能单根电缆使用,不能与其它电缆捆扎在一起);增强的六类线(Cat6a)则可以稳定地传输万兆比特率的数据(10G Base-T 万兆以太网,100 米)。另外,还有一些将进入广泛市场的最新应用,例如 2.5G Base-T(用超五类线支持)、5G Base-T(用六类线支持)、25/40G Base-T(用 Cat7a/Cat8电缆)等,网线用的双绞线结构是物理层传输介质中应用最为广泛的电缆。数据电缆和信号总线的最基本结构是相似的 — 都是呈平衡对绞结构。其中,内含“一对”双绞线的电缆常用于总线,是构成(工业)现场总线、设备(控制)总线的最基本使用形式。内含“两对”双绞线的数据电缆既常用于工业以太网(10/100M)和现场“双总线”,也用于早期 10/100Base-T 常规商用以太网。数据电缆和现场总线它们的基本结构很相似,里面传输的数据信号(数据帧)也类似,多为对称的基带脉冲信号(当然,也用于传输模拟平衡信号)。最大区别在于两者的特性阻抗略有不同(数据电缆常用 100 欧,总线常用 120 欧),但测试方法和测试对象均类似,目前的测试规格除了UL444要求的细则以外,基本是按照TIA/EIA 568-B.2进行测试,测试的指标主要为以下12项:

◆ Wiremap(接线图);

◆ Length(长度);

◆ Propagation Delay(传输时延);

◆ Delay Skew(时延差);

◆ Return Loss(回波损耗);

◆ Attenuation(衰减);

◆ (Pair to Pair) NEXT(线对间近端串扰);

◆ (Power Sum) NEXT(综合近端串扰);

◆ (Pair to Pair) ELFEXT(线对间等效远端串扰);

◆ (Power Sum) ELFEXT(综合等效远端串扰);

◆ ACR(衰减串扰比);

◆ PS ACR(综合衰减串扰比)

网络线测试参数及术语解释

在一条数据电缆中,例如,以百兆以太网 100Base-T 为例,12 线对在传输信号时,会同时将高频的电磁波信号辐射到线对周围的空间,很自然,也就会辐射给邻近的三个线对:36线对、45 线对和 78 线对。而收到这些辐射信号能量的 36 线对本身原本也在有序地传输正常的有用信号 — 这个正常信号和不期望的辐射干扰信号会在 36 线对上相遇后叠加,改变 36 线对中原来传输的信号方波的波形(请即刻复习图 1),而波形的改变则可能会导致信号接收端的误读、误判,造成误码率增加和数据帧传输出错(丢包),如【图 2】所示。用户会感觉网速变慢或者连接出现断续、卡顿、中断现象,有时候设备端口还会莫名其妙地重启。如果 12 线对的辐射信号很强,那么 36 线对就可能因为感应的信号过大而完全不能正常接收信号,链路出现降速、连接中断或者干脆不能上网的现象。

cat5e网线支持千兆么(不同类网线作用解读)

图1某总线中的数据帧与干扰信号叠加—帧出错 图 2线对间串扰的路径(NEXT 和 FEXT)类似地,12 线对除了干扰 36 线对外也会同时干扰 45 和 78 线对,请参见【图 3】和【图11】。反之,36 线对、45 线对和 78 线对也会同时干扰 12 的数据传输。因此,网线中每对双绞线在干扰其它三对双绞线的同时,也被别的三对双绞线同时干扰(双向交互干扰)。

图 3 邻近线对都会被干扰且是双向等效的 图 4 STP 全屏蔽线(双屏蔽线)

那么,将每对双绞线用金属薄膜屏蔽起来是不是就可以阻止它向外辐射干扰信号呢?答案是肯定的 — 可以。这是因为电磁波不容易穿透金属(薄膜),高频电磁波甚至连金属网也很难穿越。这就像我们每天都在用的微波炉那样,由于炉门上有一层金属网起屏蔽阻隔作用,电磁波无法从炉腔中辐射出来伤害我们,所以微波炉中的食物可以被(700 瓦的)电磁波加热、煮熟,而我们在靠近炉门观察炉中的食物时却不会被微波辐射出来烧伤。这种采用屏蔽手段来阻止双绞线向外辐射、泄漏电磁波能量的网线就是我们常说的屏蔽线(当然,也可阻挡外来辐射信号进入网线),七类网线和少数高级的六类网线就是这样的屏蔽线(STP)。【图 4】

图 5 ScTP/FTP 屏蔽线(仅外层屏蔽) 图 6 UTP(非屏蔽双绞线)

需要注意的是,还有一种更常见的屏蔽线,它只是在四对双绞线的最外面加一层公共的屏蔽薄膜(或薄膜 铜编织网)【图 5】,就如同将四对双绞线套在一根金属(薄膜)管内一样,金属薄膜可以阻止双绞线将电磁波辐射到网线之外,增强了数据传输的安全性和保密性,也能阻止外部电磁波进入电缆,减少外来干扰。但由于没有将每对双绞线单独进行屏蔽,这样的屏蔽线(ScTP 或 FTP)是不能阻止电缆内部各双绞线线对之间的相互干扰的 — 而此时影响网线传输能力的主要参数就是线对间串扰。【图 6】则是最常见的非屏蔽线(UTP),对外辐射干扰和抵抗外来干扰的能力都较差,但如果其自身的“平衡设计”合理,则 UTP 电缆与 FTP/STP 等屏蔽电缆相比,可以获得极高的性价比 — 正因为如此,UTP 电缆被极其广泛使用(市场占有率最保守估计也在 95%以上)。

电磁波在金属线对中传输时有两个非常重要的现象:随着传输的数据率越高,一是占用的电磁波频率(及频宽)也越高,二是此高频电磁波信号辐射到周围空间的能量也越强(频率越高,辐射越强)。例如,在六类非屏蔽网线中,线对之间的干扰能量就比七类网线(逐对屏蔽)要强 17 倍以上(在 100MHz 频点上测量),而非屏蔽的三类网线则比非屏蔽六类线高 100 倍以上(假设也在 100MHz 频点测量)。如此强的干扰当然不能用三类网线来传输高速数据,否则紧邻的线对将因为干扰信号太强而无法正常工作。因此,我们通常说三类网线因自身线对间串扰较强,一般只适于用来传输速度较低的 10Mbps 以太网和勉强传输 16Mbps 令牌环的数据帧(最好用四类线来稳定传输 16Mbps 令牌环 — 不过 Cat4 已淘汰??);100Mbps 以太网帧则要采用辐射量较三类网线小的五类网线来传输(Cat5 也已淘汰??);而要稳定地传输 1G Mbps 的以太网数据帧则要用到超五类网线(Cat5e 线对间串扰五类线更小些);要稳定地传输万兆以太网的数据帧(10GBase-T),则要用线对间串扰在高频段比六类线更小的增强的六类线才行(Cat6 带宽为 1MHz-250MHz,在高频段250MHz~500MHz 扩频后成为 Cat6a)。

【如何测试线对间的串扰信号】上述线对间的彼此干扰,其强度不超过多大才算合格呢?如何检测呢?线对间串扰只要不超过标准委员会(例如 TIA568-D、ISO11801 等)规定的极限值即可确保不会发生过量的丢包。而测试方法其实也很简单:用测试仪在一对双绞线上向对端发送信号,然后在另外三对双绞线上分别检测其感应和接收的信号,并与标准规定的极限值(即标准值)比较,只要不超标就算合格。常见问题:测试出来的串扰值是一个常数吗?答案:

当然不是!由于频率越高,线对的对外辐射能力和感应接收能力也越强,所以不同频率对应的串扰测值是不同的,这就是为什么测试结果画出来是一条复杂的曲线(实际是将一组密集的数据点连接成一条完整的曲线)而不是一个直线(常数)的原因 — 该曲线的横坐标是频率,纵坐标是串扰信号的强度(实为串扰强度系数,这是一个相对值,数值单位取 dB)。【图 3、图 7】

图 7串扰曲线(NEXT,红色是标准线) 图 8串扰曲线(PS NEXT,红色是标准线)那么,不同规格的电缆链路需要被测试到的最高频率(横坐标)是否相同呢?当然不同。三类线系统只需要从 1MHz 测试至最高 16MHz 频率上限即可,高于 16MHz 的频率则不进行测试,也不必考核。类似地,五类线(已作为)和超五类线系统需测试至 100MHz,而六类线系统要测至 250MHz,增强的六类线系统要测至 500MHz。七类线系统则要测至 600MHz,更高的 Cat7a 则是 1000MHz。新的 Cat8 是 2000MHz(应用长度限制为 30 米)。【表 1】

表 1 各种网络应用和可以使用的数据电缆对照表

测试参数:在网线一端 A 的某一线对上发送信号,例如 12 线对,由于电磁感应则其它相邻的三对邻近线对 36/45/78 等均会收到线对间的“串扰信号”。串扰信号会沿着 36/45/78 线对向其两端传输。继续按原方向向前传的串扰信号分别在网线对端 B(远端)的 36/45/78 三对双绞线上可被检测到,这就是“远端串扰(FEXT)”信号—它会干扰/破坏对端的信号接收质量;而在靠近原信号发送端 A 端的 36、45、78 线对上可检测到反向回窜的串扰信号,这叫“近端串扰(NEXT)”信号—它会干扰/破坏近端线对接收信号的质量。这两组干扰信号全部共计有十二个(6 6),而每个串扰值一般来说都是不相等的,需要分别测试并记录。【图 2、图 3】。另外,你会发现,若在链路对端 B 发送信号,同样也可以产生近端串扰 NEXT 和远端串扰 FEXT,测得的结果也跟这 12 个结果不同,也需要分别测试并记录。

近端串扰 NEXT 实际测试时一般会使用一对仪器同时在链路的两端 A 和 B(常称为主端和远端)进行测试,所以测试的结果一般会被标识为“NEXT”和“NEXT@Remote”(这后者就是从 B 端/远端测试的结果),比较数据你会看到在两端分别测试的同一个线对的 NEXT 值是不一样的。为什么会有这种差异呢?这是由于电缆本身有衰减,所以两端各自测得的串扰值是“相对”独立的,电缆越长,损耗越大,则两端的串扰值就越不相关。其次,因整条链路中双绞线的结构并不均匀(有的地方串扰大,有的地方串扰小)、链路中使用的各个模块其参数也不尽相同(有的模块串扰大,有的模块串扰小),加之两端跳线的参数差异(用户跳线和设备跳线串扰值都是随机波动的,不同的水晶头、不同长度的跳线串扰值也可能差异巨大),最后就是施工中造成的链路元器件参数(比如电缆)的变化等等原因造成串扰值不相同。

理论上讲,没有一条链路两端测试的 NEXT 会完全相同,没有两根跳线的串扰值会完全相同。类似地,两端分别测得的远端串扰 FEXT 值也是不同的(另一个是FEXT@Remote)。因此,链路质量验收标准中对 NEXT 和 FEXT 都要求在网线两端分别进行测试。

你同样也会发现,在网线很短的时候,两端分别测得的 NEXT 值会比较相似。因为电缆越短衰减值越小,NEXT 就越相像。类似地,短链路测得的 FEXT 值也会比较相似。

注:近端串扰 NEXT = Near End CrossTalk,这里的缩写 XT = CrossTalk (即 X = Cross);远端串扰 FEXT = Far End CrossTalk

【如何测试网线长度】这会用到时域反射技术(TDR=Time Domain Reflection),也就是回声测试技术 — 一种利用信号反射能量进行分析的测试技术。当你在空旷的大厅中大喊一声时,你会听到回声,厅越大听到的回声的时间也越长,而且还不止一声。如果手里有一只秒表,你甚至可以根据听到回声的时间差来粗略推算出大厅的空间长度(已知:声波的速度是 340m/s 左右),这就是回声技术的最简单应用。动物界中这一招用的最好的是蝙蝠和海豚,他们就是用自身的超声波“声纳”来实现对“移动食物”的回声定位的。同样地,军事上用雷达来探测飞机的距离时也是使用的 TDR 技术:雷达天线向空中辐射电磁波脉冲,遇到远处的飞机后电磁波就会被飞机的金属蒙皮反射回来,飞机离得越远,信号反射回来的时间就越长,飞机离得越近,则反射回来的时间越短。雷达天线接收到这个反射信号脉冲后就能根据此脉冲往返的时间自动计算出飞机和雷达之间的距离,并直观地显示在雷达屏幕上(已知:电磁波速度为 30 万公里/秒)。同样的军事用途还有潜艇使用的声纳,民用则是医用 B 超,也是用超声波 TDR 来测距和定位、分析目标属性(回波强弱/大小等)的,并用计算机自动演算后形成图像。

测试网线长度也是使用 TDR 时域反射技术【图 9】:仪器向双绞线的线对中发送一个很窄的电脉冲信号(窄方波信号),当这个信号到达网线对端时,因为对端开路(特性阻抗突然变为无穷大)窄脉冲信号就会被反射回来,仪器记录并计算接收这个反射脉冲的往返时间 — 网线越长,脉冲一个来回的时间就越长,据此就可以算出网线的长度,并显示到仪器屏幕上(已知:电磁波在铜线中的速度大约是在真空中速度的 69%左右浮动,这个 69%被称作 NVP 值)。

图 9 长度测试原理:时域反射 TDR 法(线对中输入窄脉冲信号)还用来定位开路、短路的位置

细心的读者还会发现,测试结果中列出的网线长度每一对都是不一样的(四个线对四个长度)。为什么会这样呢?这是因为每对双绞线的绞结率是不一样的,绞得密的双绞线就会长一些,绞得稀的双绞线就会短一些。这样,四对双绞线就有四个长度结果。那么,网线的长度是以其中哪对双绞线的长度来代表的呢?请记住,标准当中一般以最短的那对双绞线的长度来代表整根网线的长度。

【网线多长才合适】我们当然希望网线可以用到越长越好,但这有相当的难度。因为信号在电缆中传输是有衰减的,太长的网线衰减量会超标,此时网线对端的设备接收到的信号强度就会很弱,信号携带的传输数据出错的可能性就会加大,导致误码率迅速增加 — 严重时甚至无法从背景噪声中识别出有用信号。所以,不能无限制地使用超长网线。那么,多长的网线比较合适呢?智能建筑的标准当中做了一个硬性规定 — 100 米。因为对于大多数的楼内布线来讲,100 米的长度足够用了。电缆生产厂商就按这个衰减值要求来生产网线。不过这并不是绝对的,如果网线质量比较好,损耗小,那么可以适当延长一点使用距离。由于 NVP 值不一定准确,标准中一般允许默认有上浮 10%的原则(长度余量,TIA568C 标准)。或者简单地用另一个参数“传输时延”的允许上限来限制网线的长度(后面将会介绍这个参数)。保险地讲,链路的长度最好不要超过 100 米(施工时长度限制是 90 米,因为还有 10 米要留给两端的设备跳线)。否则,测试结果会被判为不合格。

前面我们介绍过,信号的频率越高,损耗越大。所以,一个频率 500MHz 的信号如果不能传输超过 100 米距离,但一个频率 10MHz 的信号却有可能在这根双绞线中轻松传输 200米。例如,列车上用的 WTB 总线,由于工作频率低(最高 3MHz 物理带宽),可以用到 250 米甚至更长到 400 米。网线使用长度的限制有时还要看对应的应用标准如何规定来确定。

—带宽仅 3400Hz 或 4000Hz,若用于传输总线数字控制信号则带宽仅 750kHz — 有时这种旧式平行线又被称作“A 类线”)。当然,双绞线绞的越密,抵消外来干扰和邻近线对干扰的能力也越强。剥去电缆外皮后对比观察你会看到,六类线比五类线的绞结密度要高,而五类线又比三类线高一些。在一根网线内,双绞线受到的干扰是指网线中其它邻近线对辐射来的干扰再加上网线外部空间辐射来的干扰(比如附近的动力电源线、邻近的数据线、手机信号、蓝牙信号、通信基站、微波炉、WiFi 接入点、无线视频探头、损坏的日光灯镇流器等辐射来的强干扰、电焊和火花放电、雷鸣电闪等)。线对间干扰就是特指上面介绍的近端串扰(NEXT)、远端串扰(FEXT)两个参数。

【如何减少线对间的串扰】将每对线都屏蔽起来是比较彻底的方法,例如七类线【图 4】。这样每对线都相对独立,互不干扰,可以分配做彼此独立的不同用途。其次,增加线对的绞结密度也是很有效的常规方法,但绞结率不能无限制增加,否则线对长度、损耗、分布电感值等都会增加。第三,采用隔离骨架是六类线制造中最常用方法,它将每对线之间用塑料骨架隔离开 1-3mm,可以有效减少线对间的串扰值 3-8dB 甚至更高。第四,错开绞结率(每对双绞线的绞结率不一样),这也是减少线对间串扰的常规办法。它可以减少电缆因绞结率相同而造成的“结构同步,平行辐射”的问题 — 因为结构同步会导致两对双绞线对之间的“微观平行”将保持比较长距离的“相对平行线结构” — 就象早餐的“油条”那样(请尝试着想象一下,慢慢想:每根油条是由两条“扁形的单条”贴合并缠绕而成,请“脑补”将每个“单条”替换为一对双绞线,这样油条的两个扁形单条贴在一起就象是两对双绞线“面对面”贴合在一起的结构类似,并且这两对线还彼此缠绕 — 这种面对面贴合使得线对之间在微观上一直保持面对面 — 而从信号辐射接收的原理上讲,这两对线如果一直面对面则彼此之间的串扰会最强。当然,电缆的真实结构实际还要在复杂一些,最常见是四对双绞线扭绞在一起)。由于平行线非常有利于信号的辐射和接收的,本来设想用“双绞结构”来抵消外来干扰,却因线对的“微观平行”

图 10 外部串扰(缆间串扰) 图 11 PS NEXT(综合近端串扰)

那么,PS NEXT 是什么参数呢?

PS 是英文 Power Sum(功率和)的缩写,意思是将网线中从其它三对双绞线辐射过来的(串扰)功率都加到被测试的那对线对上(此即我们常说的线对的“三扰一”)【图 11 】。为什么需要测试这个三扰一参数呢?因为真实的工作情况就是三扰一!所以考察此参数更接近信号接收的实际工作状态。例如,要测试 12 线对收到的来自邻近线对的所有近端串扰功率(NEXT),则需要把其它三对双绞线(36 线对、45 线对、78 线对)分别辐射到 12 线对的近端串扰信号功率相加,求得其干扰送“功率和(Power Sum)” — 此即“三扰一”的实际含义。只有这样才是最接近 12 线对在工作时真正可能收到的全部近端串扰的综合功率。对于近端串扰,这个“三扰一”后的参数就叫做综合近端串扰(PS NEXT),有的文件将其直译为“近端串扰功率和”、“近端串音功率加”、“综合近端串音”等等。类似地,对于远端串扰 FEXT,这个参数叫综合远端串扰(PS FEXT),有的文件将其直译为“远端串扰功率和”、“远端串音功率加”、“综合远端串音”等等。PS NEXT 仍属于第一类干扰(线对间干扰)。

如果是三类线,由于多数情形只使用其中的两对双绞线,通常没有“三扰一”的情形出现,加上信号工作频率低,辐射干扰弱,所以当初制定的三类线标准中一般不要求测试 PS NEXT 和 PS FEXT 参数。

如果是超五类网线 Cat5e,由于其工作频率上限为 100MHz,辐射干扰较强,可以稳定地支持 1G Base-T 的千兆以太网。与 10Base-T 和 100Base-T 以太网不同,千兆以太网需要网线当中的四对双绞线都投入使用,是典型的“三扰一”的情形,所以必须测试 PS NEXT和 PS FEXT。

图 12 缆间串扰之外部近端串扰 ANEXT 和外部远端串扰

五类线比较特殊,较低规格的五类线标准(比如 TSB-67)不要求测试 PS NEXT,而较高的五类线标准(比如 TSB-95,它能支持 1000Base-T 以太网!),则要求测试 PS NEXT。五类线标准已经被废弃,如果现在的标准中提到五类线,则默认是指超五类线(Cat5e 或 Class D)。

如果是高性能的 Cat6a 网线(或 Cat6 勉强用于支持万兆),那么就要考核第二类干扰了。也就是要测试从邻近的网线辐射过来的串扰 — 缆间辐射干扰。即测试两根网线之间的串扰值(Alien CrossTalk,即外部串扰,常缩写为 AxTalk,或 AxT)。前面说过,电磁波频率越高,其辐射能力也越强,对周围空间产生的干扰也就越大。而 Cat6a 网线的工作频率可高至 500MHz (Cat5e 仅为 100MHz),所以会对邻近网线产生不容忽视的较强的电磁辐射干扰,特别是上机架、走桥架/线槽、穿管捆扎的布线,由于网线之间挨得很紧,高频干扰的数量相当可观。所以,通常不建议将电缆布放后捆成大捆,也不能捆太紧,且绑扎带间隔不宜太密(最好使用压力小的粘扣带/魔术带,勿使用塑料扎带)。如果 AxTalk 等参数测试不合格,就要改成小捆,如果改成 6 根一小捆后外部串扰测试结果还不合格,就只能判定整个布线系统都不

合格。类似地,外部串扰也分为外部近端串扰 ANEXT 和外部远端串扰 AFEXT。【图 12】以及 PS ANEXT 和 PS AFEXT。

辐射干扰(共模干扰)转换为真实干扰(差模干扰)的水平。质量要求较高的用户还希望对干扰值做一些检测。此时虽然标准没有规定进行测试,但可以使用 Fluke Networks 的 DSP 和 DTX 系列电缆分析仪做“噪声检测”计数,以此确定噪声干扰是否过大(过多)。不过,噪声检测的门限值需要用户自己定义(标准没有给出参考值或推荐值 — 仪器有默认推荐值,例如40mV、200mV 等)。另外,也可以测试 ANEXT、AFEXT 来近似推算和指代来自邻近电力线的高频电力谐波的干扰(仅作参考)。在新的工业以太网布线标准 TIA1005 中,为了抵抗外来

干扰带来的不稳定性,增加了抗干扰指标(平衡参数)及其对应的电磁干扰(EMI)等级测试(被分为 E1、E2、E3 级。E3 级被设想为抵抗最强最恶劣的环境干扰)。你可以在福禄克网络的 DSX 系列电缆分析仪中找到这些预设好测试标准。如果一条电缆通过了 E3 测试,则可以认为该电缆的制造(结构)和安装足够平衡,抗外来干扰的能力超强,各种强环境干扰将不会对它产生任何实际作用。

图 13 机架地连接到一起但两端屏蔽层未接地 图 14 老式仪器会误以为屏蔽层连通

对于第四类干扰(接地回路干扰),因为测试条件比较复杂,标准当中也未作规定,除了可以将地回路信号看作相对的共模干扰外(共模干扰属于第三类干扰,亦归在抗干扰指标中去测试和评估处理),而来自设备内部电路板的地回路干扰则归在设备接地回路设计的考核范畴内,不在电缆链路的范畴内进行评估。电缆链路对屏蔽层的(直流)连通性做了要求 — 仅对接地系统须进行线缆屏蔽层的(直流)接地连通性测试。由于线缆的屏蔽层被要求连接到两端的插座和机架的接地点,而实际安装中可能只是单端接地甚至双端均不接地(悬空,这很糟糕),所以需要对屏蔽层的双端接地进行检测。当然,在检测链路屏蔽完整性之前,两端机架的接地电阻值应首先按照弱电机房的要求先行达标。

由于屏蔽层可能存在虚接地的现象,这会导致缆间干扰(外部串扰)等测试参数(例如ANEXT/AFEXT)明显劣化,所以需要对屏蔽布线系统进行虚接地检测,以确保缆间干扰符

合要求。那什么是虚接地呢?虚接地是指线缆的屏蔽层两端虽未连通到模块和机架地,但机架上链路两端的模块的金属模块壳却通过金属机架和机架地实现了屏蔽层的金属导体“假连通”【图 13、图 14】。图 13 中机架地通过共用接地线连接到了右下端的公共弱电地上,也“顺便”将这两个机架通过各自的弱电接地线直流连通了起来 —如果用万用表来测试两个机架的屏蔽层是否连通,则(虽然屏蔽层不通)万用表会显示其是“连通”的状态 —万用表会误将机架弱电接地线当作线缆的屏蔽层来进行了直流连通性测试!!这种屏蔽层虽未联通但屏蔽层直流连通性测试确是“连通”的现象,就是虚接地现象。

DSX 电缆分析仪可以识别“虚接地”(DSP 和 DTX 系列测试仪不能直接识别虚接地)。

间接的方法是采用吞吐率、丢包率测试的方法来综合衡量第三类和第四类干扰。由于这种衡量是轻度相关的,不能定量评估和定位电缆的“故障位置”,也不能长期跟踪测量。且需要待设备全部停运行后进行大数据流量的加压测试才行窥见一斑(参见 GB21671-2016)。

【屏蔽线的好处】 屏蔽线既减少了外来干扰又减少了线缆本身对外的辐射干扰,是非常优秀的电缆。前者的作用相当于降低了数据传输的误码率,提高了传输性能和稳定性;后者的作用则直接表现在减少了对其它网线的缆间干扰,并提高了传输数据的保密性,避免被附近

窃听设备远距离感应并记录、还原线对中传输的数据帧信号,对数据传输安全性有一定要求的用户可优先选用。而对电磁环境比较恶劣的工作环境则要求必须使用屏蔽线(比如工业以太网、高密度使用强电设备的场所(大载荷用电)、存在强电磁辐射的场所、大量变频电机存在的自动化工厂等),并建议按需选择 E1/E2/E3 等级抗干扰检测(如 TIA1005 工业以太布线检测标准)。有极高安全要求和可靠性要求的用户则建议使用全光纤布线(例如全光纤高压电力变电站)。

除外来干扰和对外干扰比较小外,七类线还由于逐对地屏蔽了网线中的双绞线,线对间彼此干扰很小,因此大幅度提高了传输稳定性和传输速度(数据率)。并且,每对线还可以单独使用,互不相关,使用的灵活性较高。屏蔽线的缺点是价格较高,线缆较粗硬且安装比较困难,安装密度下降,占用较多空间,造成成本上升;对屏蔽接地的要求较高,设计和施工难度大,接地成本也较高。

另外,由于性能优良的七类线系统与光纤系统的最终成本相比并不占有明显优势,所以在超过万兆的高速应用中现在多倾向于使用光纤,且光纤系统的速度升级空间储备量更大,后备带宽余量大。七类布线系统在北美和中国的推广率很低。北美地区基本上不使用七类线,中国国内则主要受成本和使用习惯的影响,七类系统的数量所占比例估计远在 0.01%以下。

北美用户的习惯性选择:要么选择 Cat6/6A 非屏蔽电缆(UTP,支持万兆),要么直接上光纤。这也是中国大陆七类线系统推广的主要障碍之一。但在高速的工业以太网、多用途传输网络、高保密性用户,七类网线还有很大的推广应用空间。不过,随着八类线(Cat8,物理带宽是 2000MHz)的标准于 2016 年 6 月发布,25G/40GBase-T 铜缆应用将有可能会在未来几年内突破万兆以上被光纤布线一统天下的局面。

【串扰大的线就一定不能用吗?】 “我布的是六类线,验收的时候发现近端串扰和回波损耗这两个参数有近 15%的链路都不合格,但跑 100Base-T 的速度却非常快,下载大文件时速度似乎也不受任何影响,这是为什么?为了验证它的最大传输能力,我们用一对 ES2“网络通”或 1TAT“网络一点通”(均为测试仪)进行千兆传输能力测试,结果那些不合格链路的吞吐率也都在 99%以上,我们对这个测试结果还是比较满意的。”(用户语)

其实,这个问题可换成了两个问题来对待:一是我的六类链路能支持千兆以太网应用吗?二是我的六类线链路真的合格吗(六类要求比千兆要求高)?六类链路不合格并不表示无法使用。

图 14 千兆以太网全双工链路时 B 端接收到的混合信号

信噪比就是信号能量与噪声能量的强度之比(信噪比,signal/noise = s/n)。通俗地理解就是看看信号和噪声那个更强。如果信号的强度是 10,噪声的强度是 1,则信噪比为 s/n = 10:1=10。此时,信号比噪声要强很多(10 倍于噪声)。所以,设备的接收端口能够很容易地识别出有用信号来,传输的可靠性很高,误码率极低。但如果信号强度为 1,噪声的强度也是1,那么信噪比就是 s/n = 1:1 = 1(0dB)。想想看,在计算机网卡的接收端口上收到了信噪比为 0dB 的真实混合信号,此时网卡可能根本就区分不出哪个是信号哪个是噪声,因为信号和噪声都一样强 —这会造成误码率的大幅增加甚至完全无法进行数据识别、提取和传输。所以,通信设备通常都规定接收信号的信噪比要达到一定水平,否则信号传输的误码率、丢包率就肯定达不到要求,数据传输的出错率就会超标。

假设一条全双工链路为 A-B【图 14】,由于网线越长,衰减就越大,则信号从网线的 A36 端传到 B36 端时强度就会变得越弱,信噪比会下降,信号质量也随之降低。A 端和 B 端的设备上都分别有信号收发端口 (如,千兆以太网卡 1000Base-T 上 A36 线对被用来发信号也同时被用来收信号,它是双工的。位于 B 端的接收器 B36 在收到这个强度已经变弱的信号的同时,也会收到它自己的 B 端发送器(B12)产生的辐射感应干扰信号 NEXT,从而干扰处在 B36 端内的接收器。

同时,A 端发送器 A12 产生的干扰信号 FEXT(请参阅本文前面介绍过的 NEXT 和 FEXT 术语)也会到达 B36 端接收器,干扰收到的“有用信号”(即图 14 中的紫色信号),所以,B36端接收器实际收到的是一个混合信号,即:

“(衰减过的)有用信号(紫色)” “NEXT(来自 B36 端)” “FEXT(来自 A12 端)”

这其中,紫色是有用信号,蓝色是噪声,则信噪比表达式应该是:

s/n = (衰减过的紫色有用信号功率) / (蓝色 NEXT 功率 蓝色 FEXT 功率)

参数 ACR 和 ELFEXT 来衡量:

(衰减过的有用信号功率)/(NEXT 功率) = ACR 【图 15】

(衰减过的有用信号功率)/(FEXT 功率) = ELFEXT 【图 16】

(注:ACR = Attenuation Crosstalk Ratio 衰减串扰比;ELFEXT = Equal Level FEXT 等效远端串扰)

衰减串扰比(ACR)是对应由 NEXT 引起的信噪比,而等效远端串扰(ELFEXT)是对应由 FEXT 引起的信噪比。ELFEXT 在有些资料中又直译做“等电平远端串扰”。后来的标准中将等效远端串扰 ELFEXT 重新命名为 ACR-F(即“衰减远端串扰比”,ELFEXT=ACR-F)。

所以(逻辑推论):

近端串扰(NEXT)越大à信噪比 ACR-N 越小à信号识别越困难à误码率升高。远端串扰(FEXT)越大à信噪比 ACR-F 越小à信号识别越困难à误码率升高。类似地(逻辑推论):

链路短à衰减小à收到的信号强à信噪比(ACR)大à信号识别越容易à误码率降低;链路短à衰减小à收到的信号强à信噪比(ACR-F)大à信号识别越容易à误码率降低。

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