计算机网络教程：综合布线基础知识

第三章 综合布线基础知识

建筑物综合布线系统（Premises Distribution System，PDS）的兴起与发展，是在计算机技术和通信技术发展的基础上进一步适应社会信息化和经济国际化的需要，也是办公自动化进一步发展的结果。它也是建筑技术与信息技术相结合的产物，是计算机网络工程的基础。

在信息社会中，一个现代化的大楼内，除了具有电话、传真、空调、消防、动力电线、照明电线外，计算机网络线路也是不可缺少的。布线系统的对象是建筑物或楼宇内的传输网络，以使话音和数据通信设备、交换设备和其他信息管理系统彼此相连，并使这些设备与外部通信网络连接。它包含着建筑物内部和外部线路（网络线路、电话局线路）间的民用电缆及相关设备的连接措施。布线系统是由许多部件组成的，主要有传输介质、线路管理硬件、连接器、插座、插头、适配器、传输电子线路、电气保护设施等，并由这些部件来构造各种子系统。

随着Internet网络和信息高速公路的发展，各国的政府机关、大的集团公司也都在针对自己的楼宇特点，进行综合布线，以适应新的需要。建智能化大厦、智能化小区已成为新世纪的开发热点。理想的布线系统表现为支持语音应用、数据传输、影像影视，而且最终能支持综合型的应用。由于综合型的语音和数据传输的网络布线系统选用的线材、传输介质是多样的（如屏蔽、非屏蔽双绞线，光缆等），一般单位可根据自己的特点，选择布线结构和线材，建设布线系统，目前被划分为以下六个子系统。

（1）工作区子系统。

（2）水平干线子系统。

（3）管理间子系统。

（4）垂直干线子系统。

（5）楼宇（建筑群）子系统。

（6）设备间子系统。

大楼的综合布线系统是将各种不同组成部分构成一个有机的整体，而不是像传统的布线那样自成体系、互不联系。综合布线系统结构如图3－1所示。

目前综合布线系统标准一般以CECS92∶97和美国电子工业协会、美国电信工业协会的EIA/TIA为综合布线系统制定的一系列标准。这些标准主要有下列几种。

（1）EIA/TLA—568民用建筑线缆标准。

（2）EIA/TIA—569民用建筑通信通道和空间标准。

（3）EIA/TIA—×××民用建筑中有关通信接地标准。

（4）EIA/TIA—×××民用建筑通信管理标准。

这些标准支持下列计算机网络标准。

（1）IEE802.3总线局域网络标准。

（2）IEE802.5环形局域网络标准。

图3－1　综合布线系统

（3）FDDI光纤分布数据接口高速网络标准。

（4）CDDI铜线分布数据接口高速网络标准。

（5）ATM异步传输模式。

传统的电话线布线系统也称为“户线工程”，由于该系统主要用于传输语音信号和窄带数据信号，一般采用一对铜线实现长距离传输，距离可以达到3～5km。这种布线可以从片区机房敷设大对数铜缆到社区，一个社区根据大小设置几个分接点，从分接点到楼单元设配线盒，如果有用户报装电话，则从配线盒直接引线入户，这种布线工程具有施工简单、对施工工艺要求不高，可以长距离传输的特点。

智能建筑布线又称为综合布线，它由一个系统集成中心通过综合布线系统将办公自动化系统、通信自动化系统和电力、消防、保安、照明、空调等安保监控自动化系统结合起来，达到信息化管理的目的。这种布线工程一般在一幢或几幢办公楼实施，具有信息点多样化、单位面积信息点密集（2个信息点/10m2）、传输带宽要求高的特点。

社区以太网布线采用星形结构，通过“光纤＋五类线”的方式，一般在几幢或几十幢住宅楼实施，为用户提供高速宽带接口。社区以太网布线具有五类线传输距离短（只有100m）、施工工艺要求高等特点，与综合布线相比，社区以太网布线信息点单一，单位面积信息点少，线路环境差，但是以太网接入技术非常成熟，标准化高，平均端口成本低，带宽高，用户端设备成本低，是目前的布线热点。

第一节　物理介质

一、光纤

在我们平时维护过程中，会接触到光纤跳线，它由一个铁盒上接出来，通过光电转换设备（即光纤收发器）接到交换机，从而接通校园网络。

1.光纤的特点

光纤是利用光波来进行数据传输的介质，其特点是速度快、距离远（由几百米至几十千米），带宽高（通常都是100M或1000M），而且不受电场影响，不导电，不会被雷击，一般用于楼栋外的线路连接。

2.光纤的类型及传输距离

根据光的传输方式和距离的不同，光纤可分为多模光纤和单模光纤，其传输距离如表3－1所示。

表3－1　光纤传输距离表

3.光纤的辨认

通常，我们可以通过光纤的颜色直观地分辨单、多模光纤。黄色的光纤为单模光纤，红色的光纤为多模光纤。

4.光纤的接口类型

光纤的接口类型多种多样，比如电信常用的FC、MTRJ，以前大量使用的ST、SC及目前开始逐渐流行的LC等接口。在一般的校园网里，基本上使用的都是SC、ST及LC接口的光纤。SC接口的外观为方形，如图3－2所示；ST接口的外观为圆形，如图3－3所示。

图3－2　SC接口

图3－3　ST接口

二、双绞线

双绞线是一种相对廉价的传输介质，主要以铜为材料。

1.双绞线的特点及使用范围

由于双绞线易受雷击，且具有导电的性质，因此只是使用在一栋大楼内。同时，双绞线易受到电气影响，因此在布线的时候要与弱电隔开一定的距离。

一根双绞线内有八条铜丝，两两按特定的角度缠绕在一起，由此称之为双绞线。缠绕在一起的两根铜丝中，有一条为数据线，另一条为地线，用以屏蔽外界的磁场干扰。

按照国际标准，一根双绞线的长度不能超过100m，否则，会因为衰减过大而导致网络不可用。

2.双绞线的分类

双绞线共有三类、四类、五类、超五类、六类等多种类型，目前技术最成熟、使用最广泛的是超五类的双绞线，且大量地安装在主干网上。在100m距离内，超五类双绞线可以达到100M的传输速率，而在短距离内（不超过5m），可以达到1000M的传输速率。

双绞线的类型，可以通过线缆上标注的信息查得，如“CAT 5E”表示超五类，“CAT 5”表示五类线。

压线钳是制作水晶头的工具，如图3－4所示。

压线钳包括两个部分：一个是用于剪断线缆的刀，在将双绞线的线序整理好后，需要用到它将多余的线剪掉，另外，也可以用来剥双绞线的外皮；一个是用于压制水晶头的卡口，它有一个锯齿状的活动头，与水晶头上的八个金属切片一一吻合。

压制水晶头时，卡口上的锯齿将水晶头上的金属切片压入线缆，与铜丝接触。在这个“压”的过程中，要注意用力均匀，力度适中，以免因用力过小而导致金属切片接触不到铜丝，或因用力过大导致金属切片被压坏。

图3－4　压线钳

三、测线仪

测线仪是测试双绞线线序及连通性的工具，如图3－5所示。

测线仪分为两个部分：一部分称为主机，可以按顺序主动发出信号；另一部分称为副机，只能被动接受主机发出的信号。

主机上有卡扣，可以和副机卡在一起以方便携带，也可以将主机和副机拆离，测试已布好的线缆。

1.主机部分的使用

主机可以单独使用，以检测线缆对端是否接有设备，并对设备进行简单的判断，具体如下。

将线缆一端的水晶头插入主机上的接口，打开电源开关，主机开始发出信号。

图3－5　测线仪

若八个信号灯全部或部分灯闪亮，则说明线缆对端已接上带电的网络设备，其中分为以下情况。

（1）若八个信号灯全部按顺序闪亮，则对端设备可能是交换机或100MB网卡。

（2）若八个信号灯只有1、2、3、6灯按顺序闪亮，则对端设备为10MB的集线器。

若八个信号灯都不闪亮，则说明对端未接入设备；或对端设备未上电；或对端设备已上电，但接口损坏，这时就需要使用副机寻找或测试线缆的另一端。

2.主机与副机的使用

之前已经介绍过，副机是一个被动的接收设备，它只有配合主机一起使用才能发挥它的功能。

主、副机一起使用可以实现两个功能：一是检查线缆的连通性及线序的正确性；二是在一堆未打标识的线缆中找出我们需要的线缆。

1）检查线缆的连通性及线序的正确性

在做完水晶头的时候，或检查已使用的线缆是否出了问题的时候，都需要利用测线仪对水晶头和线缆进行测试，具体如下。

将线缆两端的水晶头分别接在测线仪主、副机的接口上，打开电源开关，观察主副机上信号灯的情况。

（1）若两个水晶头都是按照T568－A或T568－B的标准制作的，则主、副机上的信号灯应一致。但需要注意的一点是，主、副机上的信号一致，并不代表水晶头是按照标准制作，有可能导致使用网络带宽不足（如100MB的网卡却因线缆的接口问题当成10MB网卡使用）或造成丢包。另外，线缆的质量不好也会造成网络速度慢或丢包，需要学生网管自己作出判断。

（2）若两个水晶头一个是按照T568－A标准制作，另一个按照T568－B标准制作，则当主机的信号灯按顺序闪亮时，副机上应按照3、6、1、4、5、2、7、8的顺序闪亮，即两个水晶头第1和第3根线掉转，第2和第6根线掉转。

（3）当主机的信号灯按顺序闪亮时，副机上信号灯的闪亮次序毫无规律可言，则意味着两个水晶头有一个或两个未按国际标准制作，这时应将两个水晶头重新按照T568－A或T568－B的标准制作。

2）寻找线缆

根据测线仪的功能，我们可以很方便地利用它来找出我们寻找的线缆，方法如下。

（1）将线缆一端的水晶头接在主机上。

（2）在线缆另一端，使用副机逐个检查每条线缆的水晶头，直到副机的信号灯闪亮，则该线缆即为我们寻找的线缆 。

小提示：

（1）寻找线缆时，主机一般放在离用户近的一端。

（2）在寻找线缆时，若一端接在交换机上，且很多根网线都没有打好标识，则优先将无信号的线缆（交换机上与端口对应的信号灯不亮）拔下来检查，并在检查后恢复原状。

四、耦合器

耦合器是用于光纤的设备，我们经常看到接光纤的盒子上有一些圆圆的接头，那些就是耦合器。根据光纤接口的不同，耦合器可以分为SC耦合器和ST耦合器两种，如图3－6和图3－7所示。

图3－6　SC耦合器

图3－7　ST耦合器

通常，我们使用耦合器做两件事情：一是进行光纤接口的转换；一是用于判断光纤设备的状况。

1.进行光纤接口的转换

在学校的网络结构中，每一栋楼都有一个主交换机，楼栋内的信息点都汇聚到这个交换机上，再通过光纤与上一层设备连接。(www.xing528.com)

在交换机与光纤之间有一个光电转换设备，这个光电转换设备上的光纤接口有的是ST类型，有的是SC类型，而光纤上的接口也有ST和SC两种类型。

根据两端的接口类型，可以选择使用ST－ST、SC－ST或SC－SC的光纤跳线，但当光纤是直接从光纤盒引出来，且光纤接口与光电转换设备上的光纤接口类型不匹配时，就需要使用耦合器进行光纤接口的转换，具体如下。

（1）根据光纤的接口选择相应的耦合器。如光纤是ST口的，就需要使用ST接口的耦合器；如光纤是SC口的，就需要使用SC接口的耦合器。

（2）将耦合器与光纤接起来。注意：光纤头上有一个小凸起，而耦合器上有一条缝，接光纤时要将光纤头上的小凸起对准耦合器上的缝插入，这样才能将光纤头固定好。若是ST的耦合器，则需要在光纤头插入后再转动光纤头上的铁环，使之与耦合器卡紧。

（3）使用ST－SC的光纤跳线将光纤与光电转换设备连接起来。

2.判断光纤设备的状况

光纤设备包括主干光纤、光纤跳线和光电转换设备，使用耦合器可以对这些设备的状况进行判断，具体如下。

1）检查光电转换设备

我们知道，光纤是一对一使用的，而利用光纤进行信号传输的设备都是以全双工的方式工作，即一根光纤用于发送信号，一根光纤用于接收信号。

利用这个特点，当我们将光电转换设备发出来的信号传输到它的接收口时，就可以通过观察光电转换设备上的状态指示灯知道这个设备是否工作正常。正常情况下，光电转换设备应指示出它接收到了信号。

而如何将光电转换设备发出来的信号传输到它的接收口呢？我们可以用一条光纤接在光电转换设备的两个接口上，也可以利用耦合器将两条光纤对接起来（这里提到的两种做法都可以称为将光纤“环”起来，或称为“做一个环”），当然，这样做的前提是保证光纤跳线是良好可工作的。

2）检查光纤跳线

与检查光电转换设备一样，在保证光电转换设备良好可工作的前提下，将光纤环起来，就可以检查这对光纤跳线是否是好的，是否可以使用。

3）检查主干光纤

与前面的思路一致，在保证光纤跳线和光电转换设备都是良好可工作的前提下，将光纤环起来，再通过观察光电转换设备是否有信号来判断主干光纤的好坏。

由于主干光纤的两端距离通常都比较远，因此做这个工作的时候一般需要有人协助。

五、信息模块

信息模块将双绞线固定在墙上，起到美观、大方、整洁的作用，如图3－8所示。

信息模块由面板和接口模块组成，面板只是起到装饰的作用，接口模块则是最主要的材料，它的质量会大大影响网络的传输质量。

一般来说，接口模块上都有清晰的指示，以方便我们按照T568－A或T568－B的标准制作，如图3－9所示。

制作接口模块是很简单的，按照图示将相应颜色的线放到位置后，使用专用的压线钳将线压下去，再将多余的线剪去即可，步骤如下。

（1）以制作T568－B的接口为例，按图3－10所示接好线缆。

（2）使用压线钳将线压下去，如图3－11所示。

（3）使用压线钳在多余的线缆处压一个小口，再轻轻将多余的线缆拔掉，如图3－12所示。

图3－8　信息模块

图3－9　接口模块

图3－10　接线

图3－11　压线

（4）合上保护盖，接口模块制作完成，如图3－13所示。

图3－12　拔掉多余的线

图3－13　合上保护盖

六、水晶头及其国际标准

双绞线使用的是RJ45水晶头。在国际标准中，水晶头的做法有两个标准：T568－A和T568－B。

T568－A线序：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕；T568－B线序：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕色，棕。T568－A和T568－B这两个标准用于制作直通线和交叉线。

直通线的两头都按T568－B线序，或两头都按T568－A线序。而交叉线的一头按T568－A线序，一头按T568－B线序。

在不对等设备的连接中（比如PC接交换机），使用的是直通线；在对等设备中（比如PC接PC），需要使用交叉线。

第二节　常用的物理参数

一、MHz和Mbps

我们在布线过程中经常会碰到这样的问题：我计划部署千兆以太网，六类线才到250M，布线工程师却说超五类线就行，可是五类线是100M，这是怎么回事呢？

这里我们要澄清一下两个物理概念：Mbps和MHz。

Mbps：数据速率，描述系统的吞吐量，属于数据链路层。

MHz：频率的单位，电气信号的描述，属于物理介质层。

传输带宽一般指的是设备和传输介质所能提供的频率范围的特性。

通道/信道的信息传输能力Mbps由下列因素决定。

（1）可以提供的物理带宽MHz。

（2）信号编码能力。

（3）解码能力。

（4）抗干扰能力。

二、信号与编码

数据在网络上以数字信号方式传输，采用不同的编码方式进行调制。

编码方式有很多种（具体原理可以参考通信原理等课程），常见的有NRZ、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、4B－5B编码等。

例如：100Base－Tx

100＝100Mbps

Base＝基带传输（Base　band）

T＝双绞线（Twisted　Pair）

两对线系统：一对发送，另一对接收。

4B－5B编码：16进制编码至5比特码，额外的码用于：①帧定界；②接收同步和空闲；③非法码。初始信号速率125M个符号/s。

三、常见的几种物理标准参数

下面简单介绍几类线缆的标准和基本参数，性能指标如表3－2所示。

IEEE802.3z：光介质GE。

1000Base－LX（长波长），多模550m，单模2500m。

1000Base－SX（短波长），多模62.5μm至220m，单模50μm至300m。

IEEE802.3ab：

1000Base－T，五类线最大通道长度为100m的GE。

1000Base－T标准：

（1）GE在五类双绞线上运行。

（2）使用全部4对线，以全双工的模式运行。

（3）使用NEXT消除技术。

（4）最大带宽要求为100MHz。

（5）对现有五类布线系统要增加新的认证测试参数。

（6）4线对系统（全双工）。

（7）4级编码（PAM－5）。

（8）每个信号电平代表2比特。

（9）每秒发送125M符号。

（10）与100Base－Tx符号速率相同。

（11）降低噪声的干扰。

（12）每对线支持250Mbps的数据速率（每个方向）。

表3－2　各类线缆的标准性能参数对照表

基于双绞线的千兆以太网：

1）1000Base－T

（1）4对线全都使用。

（2）全双工运行网络设备需要串扰/回声消除技术。

（3）超五类及更高的布线系统都可以支持。

2）1000Base－Tx

（1）2对线接收，2对线发送。

（2）网络设备无需回声消除技术。

（3）只有六类或更高的布线系统才能支持。