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摘要:在计算机网络中,当双绞线过长。质量太低或布线工艺较差时,网络往往无法连通。为了解决此问题,提出了一种解决方法,并用傅里叶公式对其进行了理论分析。

关键字:网络工程;双绞线;傅里叶公式;Internet

Non-standardApplicationsofTwist论文网ed-pairinLongDistance

DistributionforaComputerNetwork

Abstract:Foracomputernetwork,whenthetwisted-pairistoolongoritsqualityistoopoorortheprocessingoftwistedpairdistributionisworse,thecomputernetworkcannotbekeptconnectedfrequently．Tosolvethisproblem,thepaperproposesasolutionandanalyzesitusingFourierformulainthispaper．

Keywords:networkengineering;twisted-pair;Fourierformula;Internet

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100m,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τ。帧头差时间ε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τ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τ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2τ时间(即经过2τ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。

τ的大小由网络协议标准定义,当τ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10Mb／s以太网中,2τ被定义为51．2μs,最短帧长为64B,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9Ω／百米,当双绞线长度不超过200m时,其直流阻抗在18Ω(9Ω／百米×2百米)以内。而布线要求总阻抗不能大于19Ω。所以200m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(低频)到C点频率的谐波。当线缆距离过长时,会造成AC之间的距离变窄及等幅衰减通过谐波数量下降。

下面按照4种不同假设情况进行推导并得出结论。

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