雙絞線是什麼 雙絞線分類 雙絞線接法詳解

2021-01-14 電工之家


雙絞線是什麼 雙絞線分類 雙絞線接法詳解

雙絞線(Twisted Pair)是由兩條相互絕緣的導線按照一定的規格互相纏繞(一般以逆時針纏繞)在一起而製成的一種通用配線,屬於信息信網絡傳輸介質。雙絞線過去主要是用來傳輸模擬信號的,但現在同樣適用於數位訊號的傳輸。

一、種類

1、按照屏蔽層的有無分類

雙絞線分為屏蔽雙絞線(Shielded Twisted Pair,STP)與非屏蔽雙絞線(Unshielded Twisted Pair,UTP)

屏蔽雙絞線在雙絞線與外層絕緣封套之間有一個金屬屏蔽層。屏蔽雙絞線分為STP和FTP(Foil Twisted-Pair),STP指每條線都有各自的屏蔽層,而FTP只在整個電纜有屏蔽裝置,並且兩端都正確接地時才起作用。所以要求整個系統是屏蔽器件,包括電纜、信息點、水晶頭和配線架等,同時建築物需要有良好的接地系統。屏蔽層可減少輻射,防止信息被竊聽,也可阻止外部電磁幹擾的進入,使屏蔽雙絞線比同類的非屏蔽雙絞線具有更高的傳輸速率。非屏蔽雙絞線(UnshieldedTwisted Pair,縮寫UTP)是一種數據傳輸線,由四對不同顏色的傳輸線所組成,廣泛用於乙太網路和電話線中。非屏蔽雙絞線電纜最早在1881年被用于貝爾發明的電話系統中。1900年美國的電話線網絡亦主要由UTP所組成,由電話公司所擁有。

2、按照線徑粗細分類

[1-2]雙絞線常見的有3類線,5類線和超5類線,以及最新的6類線,前者線徑細而後者線徑粗,型號如下:

1)一類線(CAT1):線纜最高頻率帶寬是750kHZ,用於報警系統,或只適用於語音傳輸(一類標準主要用於八十年代初之前的電話線纜),不同於數據傳輸。

2)二類線(CAT2):線纜最高頻率帶寬是1MHZ,用於語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數據傳輸,常見於使用4MBPS規範令牌傳遞協議的舊的令牌網。

3)三類線(CAT3):指目前在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜,該電纜的傳輸頻率16MHz,最高傳輸速率為10Mbps(10Mbit/s),主要應用於語音、10Mbit/s乙太網(10BASE-T)和4Mbit/s令牌環,最大網段長度為100m,採用RJ形式的連接器,目前已淡出市場。

4)四類線(CAT4):該類電纜的傳輸頻率為20MHz,用於語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps(指的是16Mbit/s令牌環)的數據傳輸,主要用於基於令牌的區域網和10BASE-T/100BASE-T。最大網段長為100m,採用RJ形式的連接器,未被廣泛採用。

5)五類線(CAT5):該類電纜增加了繞線密度,外套一種高質量的絕緣材料,線纜最高頻率帶寬為100MHz,最高傳輸率為100Mbps,用於語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數據傳輸,主要用於100BASE-T和1000BASE-T網絡,最大網段長為100m,採用RJ形式的連接器。這是最常用的乙太網電纜。在雙絞線電纜內,不同線對具有不同的絞距長度。通常,4對雙絞線絞距周期在38.1mm長度內,按逆時針方向扭絞,一對線對的扭絞長度在12.7mm以內。

6)超五類線(CAT5e):超5類具有衰減小,串擾少,並且具有更高的衰減與串擾的比值(ACR)和信噪比(SNR)、更小的時延誤差,性能得到很大提高。超5類線主要用於千兆位乙太網(1000Mbps)。

7)六類線(CAT6):該類電纜的傳輸頻率為1MHz~250MHz,六類布線系統在200MHz時綜合衰減串擾比(PS-ACR)應該有較大的餘量,它提供2倍於超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠遠高於超五類標準,最適用於傳輸速率高於1Gbps的應用。六類與超五類的一個重要的不同點在於:改善了在串擾以及回波損耗方面的性能,對於新一代全雙工的高速網絡應用而言,優良的回波損耗性能是極重要的。六類標準中取消了基本鏈路模型,布線標準採用星形的拓撲結構,要求的布線距離為:永久鏈路的長度不能超過90m,信道長度不能超過100m。

8)超六類或6A(CAT6A):此類產品傳輸帶寬介於六類和七類之間,傳輸頻率為500MHz,傳輸速度為10Gbps,標準外徑6mm。目前和七類產品一樣,國家還沒有出臺正式的檢測標準,只是行業中有此類產品,各廠家宣布一個測試值。

9)七類線(CAT7):傳輸頻率為600MHz,傳輸速度為10Gbps,單線標準外徑8mm,多芯線標準外徑6mm,可能用於今後的10吉比特乙太網。

通常,計算機網絡所使用的是3類線和5類線,其中10 BASE-T使用的是3類線,100BASE-T使用的5類線。
目前,雙絞線可分為非屏蔽雙絞線(UTP=UNSHILDED TWISTED PAIR)和屏蔽雙絞線(STP=SHIELDED TWISTED PAIR)。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁鉑包裹,以減小輻射,但並不能完全消除輻射,屏蔽雙絞線價格相對較高,安裝時要比非屏蔽雙絞線電纜困難。

二、雙絞線接法詳解

一直以來很多人(包括作者)都認為10 Base-T 10M網絡使用了網線中8條信號線之4條,而100 Base-T 100M則使用了全部8條信號線(要不怎麼那麼快呢?)。可是作者前不久在使用一條按所謂10M直連接法(1與3、2與6交換,其餘四線接外殼屏蔽)接出的網線時,意外 地發現網絡正以100M高速傳輸,百思不得其解,於是上網查閱了大量資料,加上好幾臺機實驗驗證,終於發現了事實真相,那就是,100M的雙絞線與10M的標準接法完全是一樣!可惜國內站點的看法(代表大多數人的看法)基本與作者老觀點一致,或者是雖有提及,但也是講得語焉不詳,沒有深究,所以筆者認為有撰寫本文之必要。

1 雙絞線接頭(RJ45)針腳號碼定義

2 10M雙絞線接頭的標準接法

3 100M雙絞線接頭的標準接法

4 1000M雙絞線接頭的標準接法

5 各類雙絞線的標準接法總結

6 雙絞線的標準接法的由來

7 各類雙絞線的標準直連接法

8 3類、5類、超5類線有什麼不同

9 HUB上的級連口的妙用

雙絞線接頭(RJ45)針腳號碼定義

網卡/HUB端插孔

線纜之水晶接頭

(圖一)

10M雙絞線接頭的標準接法

線材要求CAT-3(3類線)

100M雙絞線接頭的標準接法

線材要求CAT-5(5類線),接頭接法與10M完全兼容。

1000M雙絞線接頭的標準接法

線材要求CAT-5e(5類增強線,俗稱超五類),接頭接法與10M/100M完全兼容。

1000 Base-T雙向地使用了RJ45接頭中全部信號線。線材用5類線雖然也能工作,但是推薦使用5類增強線。

各類雙絞線的標準接法總結

綜合上述10M、100M、1000M各種標準,可以發現儘管各標準對線對功能定義稍有不同,但是最終接頭的接法都是同一的,如下圖所示:

雙絞線的標準接法的由來

如圖三所示,雙絞線的標準接法不是隨便硬性規定出來的,而是為了儘量保持線纜接頭之布局的對稱性而作出,這樣一來除了就可以使接頭內線纜互相的幹擾相互抵消而降到最低,同時也使外界幹擾的差分信號值儘量能相等以便抗幹擾電路作相減運算來消除之。

所以說我們平時製作網絡線時,如果不按標準製作,雖然有時線路也能接通,但是線路內部各線對之間的幹擾不能有效消除,從而使信號傳送出錯率增加,最終導致網絡性能下降。

(圖三)

事實上我們本文所用的網線接法是EIA/TIA 568B標準,還有一個EIA/TIA 568A的標準,它只不過是將圖中的橙線對與綠線對交換了一下位置(也就是綠白-1,綠-2,橙白-3,蘭-4,蘭白-5,橙-6,棕白-7,棕-8),線纜接頭之布局仍然是對稱的。

各類雙絞線的標準直連接法

10M、100M網卡之間直接連接時,可以不用HUB,這時只需將TX、RX二個線對相互交叉,也就是1與3、2與6交換就行了。而1000M的線對由於都是雙向的,所以它們根本無須交叉,不過為了能向下兼容它們也採用1與3、2與6交換來直連,所以呢,由於1000M各種標準考慮到了對舊標準的兼容,我們只要按1000M的標準製作網線,就能用於各種速度。

下面就是直連線其中一頭的具體接法(另一頭按標準接法):

(圖四)

比對上圖與標準接法圖,可以發現二者其實只是交換了綠線對與橙線對,細心的人會發現它剛好就是EIA/TIA 568A標準,所以說,直連雙絞線的製作的標準接法,就是一頭按EIA/TIA 568A,另一頭按EIA/TIA 568B接法接線就行了。兩頭都符合國際標準,這就是按標準做線的好處。

3類、5類、超5類線有什麼不同

首先說說,為什麼要用雙絞線而不是平行線呢? 平行線不是更容易生產嗎?

這是因為網絡線上通過的是>10MHz的高頻信號,這時導線之間的絕緣線相當於一個介電板,它與導線所形成的電容對高頻信號起旁路衰減作用(信號相位被滯後),由於信號頻率之高而變得不可忽略,所以平行線傳遞高頻網絡信號是不行的。

但是如果我們將該平行線對雙絞,就會在線對形成電容的同時形成一個串聯的電感,草圖如下:

由電子電路知識可知,電感的作用剛好與電容相反,它使信號相位超前,只要調整電線的繞度,使線對形成的電感與電容就能夠剛好抵消,而且隨著線對長度的增加二者的作用均同等程度的增加,理想情況下信號就可以無衰減的在雙絞線對上傳輸了。

由此我們就可以知道,市面上3類、5類、超5類線雖然從外觀上看基本類似,其內部肯定有以下幾方面區別:一是信號線的絕緣材料不同,線越好,它的介電常數就應該越小,從而使形成的電容越小,二是線對的繞度可能不同(根據絕緣材料介電常數確定)。

還有一點就是越軟的線品質越好,這有二方面的原因,一是表明該線的導線含銅量很高(因為純銅很軟),它的直流損耗就會很小,另一面表明該導線可能是多股線而不是單股線,因為多股線對高頻信號傳遞能力強一些。這與另外一種物理現象有關(好象叫集膚效應)。

HUB上的級連口的妙用

通常HUB上都會留一個口用於HUB之間的級連,也就是將許多HUB連在一起用,為了在不級連時充分利用硬體資源,該接口一般與其旁邊一個普通網卡接口是相通的(圖五)。另外一種情形是設置一個撥動開關用來改變最後一個網口的功能(圖六),那麼作為級連用的網口到底有什麼不同呢?

(圖五)

(圖六)

事實上非常簡單,級連的網口就是一個標準的雙機直連接口,也就是1與3、2與6交叉,想不到吧。

那麼我們知道這個事實,就可以:

1、圖五情形時,在HUB沒電的時候也可以用二條普通網線連接二臺電腦,只需將一條網線插在級連口,另一個接它旁邊的接口就行。

2、對沒有級連口的HUB,我們可以通過一條雙機直連線將它與別的HUB級連起來(各插任意一個普通網口即可)。

3、將雙機直連線插入HUB之級連口,可以象普通網線一樣插其它HUB網口一樣連網(1與3、2與6交叉二次,又變回去了嘛),這樣你出門只需帶一條雙機直連線即可,直連與插HUB二不誤,上門服務人員特有用。


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