双绞线的深层物理原理以及网线的几种常见分类

网线数据传输最大距离对网络比较了解的朋友，都知道双绞线有一个“无法逾越”的“100米”传输距离。无论是10M传输速率的三类双绞线，还是100M传输速率的五类双绞线，甚至1000M传输速率的六类双绞线，最远有效传输距离为100米。在综合布线规范中，也明确要求水平布线不能超过90米，链路总长度不能超过100米。也就是说，100米对于有线以太网而言是一个极限，这个极限是从网卡到集线设备的链路长度。

100米最大距离是怎么得来的？是什么造成了双绞线的100米传输距离上限?这就要深究一下双绞线的深层物理原理了。
网络的传输，其实就是网络信号在双绞线上的传输，作为一种电子信号，在双绞线中传输时，必然要受到电阻和电容的影响，这就导致了网络信号的衰减和畸变。信号的衰减或者畸变达到一定的程度，就会影响到信号的有效、稳定传输。因此，双绞线有传输距离限制，那么具体是怎么计算出100米的上限呢？5类UTP、超五类UTP主要是为计算机网络服务的，按快速以太网的100Base-TX规定，其通信速率为100mbps，100mbps以太网传送1位数据所花的时间（又名”位时间”）可计算如下：1位时间=1/100mbps=10ns以太网是采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）即带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)共享通信信道的，当引入交换后，仍离不开这一技术。一个链路两端均连有设备，这两个设备可能会在同一时刻发送数据，造成冲突，此时冲突域为2。冲突将会丢失数据包。为避免由于冲突所造成的丢包，以太网采用了冲突检测和后退重发技术。为了做到后退、重发，必须保证一端在传送完一个数据包前可检测到冲突。以太网最小的帧长64字节，即512位。按100mbps速率计算，传送512位需时512位*10ns=5120ns。数据信息在网络中传输，当通过不同部件时均会产生延迟，五类UTP的延时为5.56ns/m。在设计以太网时，要求遵守一个中继规则，这个规则又称为黄金规则或5-4-3-2-1规则，此规则不但适用于10mbps的以太网，也适用于快速以太网。这个规则要求环行冲突延迟不得超过512位时，对于100mbps的传输率，即为5120ns。环行中，网络元件有电缆、中继单元、MAU和DTE等，把它们的延时加起来，再乘2，即得出环行延时，同时也可计算出环行冲突直径。按此理论，可计算出为保证一个最小帧发送完毕之前信号所能传输的最远距离。这就是为何要将链路跨距限定为100米的理由。当超过100米时，由于不能及时检测出冲突，因冲突而受到破坏的信息包传送完毕，而且被接收方接收，此信息包因通不过验证而被迫丢弃，此时后退重发的机制未被激活，故而会造成包的丢失。当传输速率低于100 mbps时，在实际应用中，可适当放宽100米的限长。必须声明，这样做实际虽然有效果，但并不符合标准。在认证测试时，必须加以说明，否则将有可能产生一些问题，比如产品质保。实际施工时的最大线缆距离由上文可见，在使用PoE供电时，为何会规定网线最大长度不得超过100米。但实际施工时，为保证工程质量，一般取80-90米。请注意，这里的传输距离指的是最大速率的情况，比如100M，如果将速率下降到10M，传输距离通常可以延长到150-200米(视网线质量而定)。所以PoE供电传输距离并不是由PoE技术来决定的，而是由网线类别和质量决定。虽然实际施工中，质量较好的网线能够突破100米距离的限制，设备也能够正常工作，但这种做法并不值得推荐。因为有的潜在问题并不会立即呈现，而是随着时间推移慢慢出现，这会造成后续维护问题。最简单的情况比如说带宽的升级，使得原来能在100米以上距离正常工作的设备在网速大大提升后将不能正常工作。线缆类别和质量对传输距离的影响五类线（Cat 5）就是现在市面上最常见的标准网线，但是不同厂家生产的质量相差很大，尤其在国内这种以价格为导向的大环境下，很多厂商为了降低成本，将铜线用铜包铁、铜包钢替代，导致网线传输距离下降，甚至发生网络不稳定、丢包等现象，而设备厂商往往会背黑锅，也真是冤。所以如果要使PoE发挥最佳效果，一定要使用质量好的网线，不能因小失大，影响工程整体质量。
超五类线（Cat 5e）：与五类双绞线相比，超五类双绞线的衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数应用需求（尤其支持千兆位以太网1000Base-T的布线），给网络的安装和测试带来了便利，成为目前网络应用中较好的解决方案。超五类线的传输特性与普通五类线的相同，但超五类布线标准规定，超五类电缆的全部4对线都能实现全双工通信。
六类线（Cat 6）：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90米，信道长度不能超过100米。六类线与超五类线在传输距离上没有严格的区别，即单段最大传输距离都是100米。当然六类线在传输距离上可以适当增加，所谓的100米指的是超过后就无法满足1000M带宽等相关的技术指标，带来速度下降等问题。