计算机通信中的非屏蔽双绞线电缆

在现代计算机通信网络中，通信接入网的“有线传输介质”主要是“双绞线通信电缆”和“单模通信光缆”两大类，而在通信城域网和长途广域网中，主要的通信介质，是单模光缆。在“双绞线电缆”中，使用最普遍的是“电话通信（双绞线）全塑电缆”和“计算机双绞线电缆”两大类，下面分别予以介绍。

3.2.1 电缆双绞线概述

1．双绞线电缆

通信双绞线电缆(TP：Twisted Pair-wire)，是通信工程布线中最常用的一种传输介质。双绞线一般由两根直径为0.4～0.6mm的具有绝缘保护层的铜导线，按一定长度，采用互相“扭绞”的方式缠绕组成的，由于每一根导线在传输中产生的电磁波，会被另一根导线的电磁波抵消，故而可以大大降低信号干扰的程度——“双绞线”的名字也是由此而来。从原理上说，纽绞的“单位纽绞节距”越密，其抗干扰能力就越强。

按照屏蔽层结构，双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP：Unshilded Twisted Pair)和屏蔽双绞线(STP：Shielded Twisted Pair)两大类；根据电缆接口电阻规格，又可分为100欧姆电缆、大对数电缆和150欧姆屏蔽电缆等。按照“单位线对数”和使用情况，通信双绞线，又可分为2芯为1对的“电话双绞线（电缆）”和计算机通信中使用的4芯为1个单位（对）的“互联网双绞线”两大类。目前计算机通信网络中，使用较普遍的是非屏蔽双绞线(UTP)。

2．双绞线电缆规格型号

双绞线电缆分为“电话通信双绞线”和“计算机通信双绞线”；电话通信双绞线电缆是成1对出现的，主要是传统的电话通信行业，用来传输模拟声音信息的，但同样适用于较短距离的数字信号的传输。如采用VDSL2技术时，传码率可达100Mb/s～155Mb/s。

计算机通信双绞线电缆是每个用户成4芯线为单位出现的，并进一步纽绞处理。美国电子和通信工业委员会（EIA）为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号标准，包含了上述全部的双绞线种类。目前的电话业务，采用第一类线的标准，而计算机网络通信，则使用第三、四、五类线标准，分别介绍如下。

（1）第一类

主要用于传输语音，即“电话通信全塑电缆”，不直接用于计算机数据传输；在国外，主要用于八十年代初之前的电话线缆，我国于1985年之后大量引进该技术和生产线，于其后在通信接入网领域广泛使用；目前的ADSL系列技术也是针对该电缆使用的。

（2）第二类

传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mb/s的数据传输，常见于使用4Mb/s规范令牌传递协议的旧的令牌网，目前基本不使用。

（3）第三类

指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆；该电缆的传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mb/s的数据传输，主要用于10base-T网络通信模式。

（4）第四类

该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mb/s的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T通信模式。

（5）第五类

该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输频率为100MHz，可用于语音传输和最高传输速率为100Mb/s的数据传输。主要用于100base-T和10base-T通信模式，这是目前最常用的以太网双绞线电缆。

“双绞线电缆”是通信网里使用最广泛的通信线缆，并且随着ADSL技术等的发展，为原有的双绞线电缆开发了新的业务能力，下面分别予以介绍。

3.2.2 电话通信（双绞线）全塑电缆系统

电话通信（双绞线）全塑电缆是20世纪80年代末期进入我国通信市场的优秀通信电缆品种，它由“铜芯导线”、“塑料绝缘层”、“金属（铝带）复合屏蔽层”和“（铠装保护层）+塑料外护层”四部分组成。

由于它全部采用“塑料”作为绝缘保护层，故被称为“全塑电缆”，如图3.5所示。

1．室外通信电缆主要性能简介

（1）产品种类

按照使用环境的不同需要，市内通信电缆分为如表3.3所示六类。

图3.5 市内电话通信电缆实物展示图

表3.3 市内通信全塑电缆分类表

其中，最常用的HYA型音频通信电缆，全称是：铜芯实心聚烯烃绝缘挡潮层聚乙烯护套市内通信电缆，是按照国标及原邮电部标准生产的，被广泛应用于城市、近郊及厂矿的通信线路中。

（2）导线

铜线，直径有：0.32, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8 mm等五种，现统一采用0.4 mm线径。

（3）绝缘层

高密度聚乙烯（塑料），按照标准的节距扭绞成对，以最大限度减少串音，并采用规定的彩色色谱组合配置线对颜色。

（4）屏蔽层

在一根铝带（厚 0.2mm）的一面涂以塑料，铝带沿纵向包在缆芯上，屏蔽外界电磁波的干扰。

（5）铠装保护层

分为钢丝和钢带铠装两种材料，结构上又分为单层和双层两种；用于直埋和水底敷设中。

（6）外护套

黑色低密度或中密度聚乙烯（塑料）材料制成。

2．市内电话通信电缆敷设成端系统

如图3.6所示，市话通信电缆敷设于电信局“总配线架（MDF）”至用户单元的“电缆分线盒”之间，然后通过“用户馈线”进入用户家中。电缆敷设成端系统分别介绍如下，如图3.7所示。

图3.6 市内电话通信电缆敷设连接系统图

（1）室外敷设方式

市话通信电缆在道路上，主要采用通信管道、架空吊线、地下直埋、水底敷设四种建筑方式，在建筑物内，则主要采用沿墙壁钉固或通信专用槽道两种方式敷设。

（2）电缆分线与终端设备简介

电缆分线与终端设备是指“用户终端设备”、“外线配线设备”和“局内线缆成端配线设备”，主要是为外线通信光缆和通信电缆的敷设与成端而设置的，分别介绍如下：

外线配线设备：主要是电缆分线盒、交接箱和光缆交接箱，以及综合信息接入箱。

局内配线设备：主要是电话电缆总配线架（MDF）和数字配线架（DDF）、计算机双绞线配线架（IDF）和光缆配线架（ΟDF）四种。

（3）用户终端系统

原来仅为1部电话机，现在以“ADSL-Modem”、“LAN方式+双绞线接入”和“FTTH光纤到户”等多种方式的“用户网关”的形式逐步发展起来。一个单位内部的计算机局域网，也是一个“用户终端系统”。

（4）电缆分线盒

是一种“固定连接”设备，是市内电话配线电缆的成端设备，为每个通信用户单元提供通信接入馈线；一般每个用户住宅单元设置1个。

（5）综合信息接入箱

是每个建筑物的通信光电缆综合成端设备，由光纤法兰盘、光电转换器、市电电源盘、宽带用户交换机、电缆接线排等装置组成；由电信局机房或光电缆交接箱引入的光电缆在此成端，再由该箱分配给本建筑物内的所有用户电话线和宽带双绞线。

（6）光、电缆交接箱

是一种“跳线连接”设备，是“外线主干、配线光电缆”的成端汇接设备，是“交接配线”的关键设备，主干、配线光电缆在此通过“跳线”连接，为新申请的用户开通通信业务；同时，也使主干光电缆提高“芯线使用率（90%以上）”。

（7）总配线架（MDF）

是一种“跳线连接”设备，外线主干电缆成端在纵列（V列），局内设备电缆成端在横列（H列），二者通过跳线连接；该设备装有“防强电保安装置”，对外线电缆进行强电流（压）过载保护。一般安装在“电信节点机房”和“电信局一楼测量室”中。

图3.7 通信室外电缆与分线设备实物展示图

（8）数字配线架（DDF）

是一种“跳线连接”设备，传送经交换机数字化调制的2Mb/s数字信号到光端机。信号采用同轴电缆，在DDF上成端和跳线。一般安装在“电信局三楼光传输室”中。

（9）成端设备

①局内：总配线架（MDF）纵列；②局外：交接箱；③用户单元：分线盒、综合信息箱等。

（10）电缆接续材料

①接线子（1对）、接线模块（25对）；②电缆接线套管（分为热熔式和重复开启式）。

（11）配线方式

①交接配线（最常用）；②直接配线；③复合配线（已不采用）。

3.2.3 市话全塑电缆配线技术

通信电缆的配线，指从机房总配线架（MDF）到用户分线盒之间的市内通信电缆分配系统，配线的总体要求和思路是“将整个配线区域进行全覆盖式的完全配置”；根据不同的用户性质和地域情况，传统的配线有两种方式：“直接配线”与“交接配线”；另外，“电缆接头”也将予以介绍。

1．交接配线

是最常用的配线方式，适用于广大的城市住宅小区范围，是根据用户“逐步申请安装电话”的情况，采用“电缆交接箱”设备；按照自然地域情况，划分“固定交接配线区”：一个固定的交接区通常是按照周围道路所围成的区域，或是某行政单位的自然区域，服务半径一般为3km以内，几个相邻的固定配线区形成一个大型的“用户接入区”，设置“用户节点机房”，汇聚用户的各类通信业务流量。

交接配线的电缆分为“主干电缆（机房MDF到各交接箱）”和“配线电缆（交接箱到各个住宅楼的单元分线盒）”两种，两者成端在交接箱的不同端子板上，通过“电缆跳线”相互连接；主干电缆一般距离较长（2～5km），要求沿通信管道敷设，根据用户的接入情况，采用“分期建设”的方式，其数量随着用户数的增长而增加，其“芯线使用率”要达到90%以上；配线电缆则要求“按照终期容量”一步到位的方式布置，即按照交接区内用户数的1.2～1.5倍配置，故以后一般不再增加；配线电缆的长度一般在3km以内，最常见的是1.5km左右；交接箱和节点机房的位置的优选是很重要的问题，要根据现场的建筑结构情况、电缆设计路由情况，以及电缆的“最短路径用量”情况进行合理的最佳选择。(www.xing528.com)

2. 直接配线

适用于区域内为固定用户的情况，如“大学校园网”、“办公大楼通信网”等场合；此时可直接将电缆从机房的MDF（总配线架）配置到用户的单元“分线盒”中，故称为“直接配线”，在新一代的ADSL宽带综合接入系统中，直接配线具有较好的效果。

3. 电缆配线的技术参数

电缆使用年限：主干电缆：3～5年，配线电缆：10年，配线/用户比：1.2～1.5线/每户。

电缆的芯线线径：一般为0.4mm，超过5km可用0.6mm。

通信电缆的技术参数：通信电缆的设计长度取决于以下三个参数：

①电缆传输衰耗值：标准为7d B；

②交换机“用户电路”对线路环路电阻的要求值：一般为1200～1500Ω；

③通信电缆接入网新技术ADSL、ADSL2+/ VDSL2 等“速率-长度要求”值：如表3.4所示。

表3.4 通信电缆接入网ADSL2+/ VDSL2 等“速率-长度要求”值设计表

4. 电缆的接头

在通信电缆的配线敷设过程中，经常要对其进行分线、配线等设置，这时需要使用“电缆接头”的施工工序。电缆接头分为“分歧接头”和“直接头”两种类型， 电缆接头的具体工作分为“芯线接续”和“封焊电缆（外包）套管”两个步骤；具体方式如下：

（1）通信电缆芯线接续

电缆芯线接续采用接线子（单对，用于50对以下的芯线接续）或接线模块（25对/块，用于100对及以上的芯线接续）；采用专用接线工具进行。

（2）通信电缆外包接头

在“电缆芯线接续”完成后，接下来就是进行“电缆外包接头”的工序。电缆外包接头采用两种套管进行；第一种是采用“热缩套管”进行，第二种则是采用“可重复开启式”接头外套管进行操作。

3.2.4 计算机局域网“双绞线电缆”系统

在计算机通信网络中，“双绞线电缆（习惯简称为“双绞线”）”是最常用的一种传输介质，尤其在星形网络拓朴结构的“综合布线系统”中，双绞线是必不可少的布线材料。典型的双绞线是四对的，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的。双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类。其中，STP又分为3类和5类两种，而UTP分为3类、4类、5类、超5类，以及最新的6类线。从结构上说，双绞线由“铜芯导线”、“聚乙烯（塑料）绝缘层”、“金属屏蔽层”和“聚氯乙烯塑料外护层”四部分组成。如图3.8所示。

图3.8 超五类屏蔽双绞线（STP）实物图

1．双绞线的主要技术性能

由于目前市面上双绞线电缆的生产厂家较多，同一标准、规格的产品，可能在使用性能上存在着很大的差异，为了方便大家选用，将计算机双绞线的“主要性能指标”介绍如下： （1）衰减

衰减是沿线路信号的损失程度。一般用单位长度的衰减量来衡量。单位为d B/Km。衰减的大小对网络传输距离和可靠性影响很大，一般情况下，衰减值随频率的增大而增大。

（2）串扰

串扰主要针对于非屏蔽双绞线电缆而言，分为近端串扰和远端串扰。其中，对网络传输性能起主要作用的是近端串扰。近端串扰是指电缆中的一对双绞线对另一对双绞线的干扰程度，这个量值会随电缆长度的不同而变化，一般电缆越长，其值越小。

（3）阻抗

双绞线电缆中的阻抗主要是指特性阻抗，它包括材料的电阻、电感及电容阻抗。一般分为100欧姆（最常用）、120欧姆及150欧姆几种。

（4）衰减串扰比（ACR）

是指衰减与串扰在某些频率范围内的比例。ACR的值越大，表示电缆抗干扰能力越强。上述性能参数，可参看双绞线电缆的说明书，必要时可通过专用仪器测得。

2．双绞线的传输特性和用途

（1）3类线

3类电缆的最高传输频率为16MHz，最高传输速率为10Mb/s，用于语音和最高传输速率为10Mb/s的数据传输。

（2）4类线

该类双绞线的最高传输频率为20MHz，最高传输速率为16Mb/s，可用于语音传输和最高传输速率为16Mb/s的数据传输。

（3）5类线

5类双绞线电缆使用了特殊的绝缘材料，使其最高传输频率达到100MHz，最高传输速率达到100Mbps，可用于语音和最高传输率为100Mb/s的数据传输。

（4）超5类线

与5类双绞线相比，超5类双绞线的衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数应用的需求（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5类线的传输特性与普通5类线的相同，但超5类布线标准规定，超5类电缆的全部4对线都能实现全双工通信。

（5）6类双绞线

该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，6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5类双绞线的带宽。六类布线的传输性能远远高于超5类线的标准，最适用于传输速率高于1Gb/s的应用。6类线与超5类线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。6类线标准中，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90m，信道长度不能超过100m。

3. 以太网标准与物理介质定义表

以太网双绞线的标准，是随着计算机网络通信速度（即网速，俗称的“带宽”）的发展，而不断发展起来的。表3.5就是从以太网标准设置的时间、标准协议的编号、传输带宽、通信线缆的介质种类，及组网（拓扑）结构等几个方面，对该标准的不断改进及列表叙述的方式。

由表3.5可以看出，最早是在1983年的以太网标准，便推出了10Mb/s的网络传输速度，使用“50Ω粗铜轴电缆”的通信线缆，采用总线型网络结构；而到了2002年，标准发展到了使用“多模/单模光缆”的通信线缆，采用星型网络结构，最大网段长度达到10000米。互联网技术的发展，是以满足用户需求为宗旨。

表3.5 以太网标准与物理介质定义表

3.2.5 计算机局域网“双绞线电缆”的工程应用

1．计算机双绞线连接制作的568A/568B标准

1991年，由美国电子工业协会（EIA）和美国电信工业协会（TIA）共同制定了“计算机网络双绞线安装标准”，称为“EIA/TIA 568网络布线标准”。该标准分为 EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B两种。分别对应“RJ45型号水晶头”的接头网线的2种连接标准。

4对双绞线原始色谱是：绿白-1，绿-2，橙白-3，橙-4，蓝白-5，蓝-6，褐白-7，褐-8。如图3.9所示。

图3.9 四对双绞线色谱及成品示意图

水晶头连接标准-568A：绿白-1，绿-2，橙白-3，蓝-4，蓝白-5，橙-6，褐白-7，褐-8。

水晶头连接标准-568B：橙白-1，橙-2，绿白-3，蓝-4，蓝白-5，绿-6，褐白-7，褐-8。

直连网线（568A网线）又称平行网线，主要用在集线器（或交换机）间的级联、服务器与集线器（交换机）的连接、计算机与集线器（或交换机）的连接上。其连接方式如图3.10（a）所示。交叉网线（568B网线）主要用在计算机与计算机、交换机与交换机、集线器与集线器之间的连接，如图3.10（b）所示。

图3.10 四对网线“制作头”示意图

在通常的工程实践中，T568B使用得较多。不管使用哪一种标准，一根5类线的两端必须都使用同一种标准。这里特别要强调一下，线序是不能随意改动的。例如，从上面的连接标准来看，1和2是一对线，而3和6又是一对线。但如果我们将以上规定的线序弄乱，例如，将1和3用做发送的一对线，而将2和4用做接收的一对线，那么这些连接导线的抗干扰能力就要下降，误码率就可能增大，这样就不能保证以太网的正常工作。网线制作的步骤如下：

①在整个网络布线中应用一种布线方式，但两端都有RJ45端头的网络，连线无论是采用端接方式A，还是端接方式B，在网络中都是通用的。

②实际应用中，大多数都使用T568B的标准，通常认为该标准对电磁干扰的屏蔽性能更好。

③如果是电脑与交换机或hub相连，则两头都做568A，或两头都做568B。

④如果是两台电脑互连，则需要一头做568A，另一头做568B，也就是常说的1和3，2和6互换了。

2．计算机双绞线电缆的成端

计算机双绞线，成端在“网线配线盘IDF”背面。其背面，是标准110（网线）接线模块，正面是24～48个端口的网线水晶头跳线插座，如图3.11（a）所示。

网线配线盘IDF的背面，是由“110接线模块”组成的，是各种网线或网线电缆成端的位置——采用“110网线专用打线刀”，将各条网线成端在“110接线模块”上。网线配线盘IDF的正面，则是网线的“用户（4对）水晶头插座”，通过网线跳线，连接到交换机、路由器的“用户端口”版面。如图3.11（c）所示。网线配线盘IDF，都是标准的“1个U的高度×19英寸宽度”。其容量，通常为50、48或24个水晶头的插槽位，安装在标准的19英寸机架上，如图3.11（b）所示。

图3.11 网线配线盘IDF（实物）、机架安装与用户接入布线系统结构示意图

110配线盘IDF在标准19英寸机柜上的安装规则是：2个配线盘，中间配置1个“1U理线架”，作为正面跳线的走线槽，便于美观的整理各条“水晶头跳线”，保证机柜内布线工艺的整齐美观。如图3.11（b）所示。关于“综合布线”，如图3.11（c）所示，就是通过网线或网线电缆的布线，将建筑物内的所有用户，以“工作区用户模块插座”的方式，连接至计算机网络的用户节点机柜中，成端在标准 110接线盘IDF上，再通过其正面的网线跳线，灵活地接至规定的“用户宽带交换机”的用户端口上。

3. 计算机双绞线的测试

计算机双绞线的测试，分为“普通网线的测试”和“工程中敷设网线对的测试”两种情况。下面分别说明。

普通网线的测试，采用图3.12（a）中所示的“普通网线测试器”就可以进行测试：将网线水晶头的两端，分别插入测试器的水晶头插孔，开机后观测水晶头两端的导线是否一一对应导通（灯亮）即可。

工程中，要对敷设的通信双绞线，一对一对地测试其是否正确连接，以及网线实际长度、实际环路电阻、信号的衰耗值、线对之间的绝缘性等多个指标，通常要采用美国“福禄克网络公司（Fluke Networks）”的相关“网络综合（自动）测试仪”等设备，如图3.12（b）所示的“DSP-4000型局域网电缆分析仪”等，可以完成工程上的参数自动测试与打印功能，如表3.6所示。

要注意的是：工程中，仪器首先检测“电缆的导通性”，就是8根导线是否一一对应联通，在“导通性”指标正确的前提下，再逐个检查其他各个指标的正确与否。

图3.12 各类网线测试仪表

表3.6 局域网电缆分析仪测试的4对双绞线参数指标一览表