为什么网线不能超过100米?

2018-01-23 08:56殷慧宾王洪波
计算机世界 2018年44期
关键词:网段网线以太网

殷慧宾 王洪波

作为一名网络工作者,我们都知道做网线时不能超过100米,如果超过100米会导致网络不通,可你曾想过为什么网线不能超过100米吗?

CSMA/CD协议限制了网线长度?

在谢希仁教授编著、电子工业出版社出版的《计算机网络》第六版105页有这样一段描述:10GE只工作在全双工方式,因此不存在争用问题,当然也不使用CSMA/CD协议,这就使得10GE的传输距离大大提高了(因为不再受必须进行碰撞检测的限制);在2010下半年的全国计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试的网络规划设计师考试第5、6道题也是关于网线长度的:当千兆以太网使用UTP作为传输介质时,限制单根电缆长度不超过100米,其原因是千兆以太网采用CSMA/CD。

这似乎都说明网络长度不超过100米是由于以太网中采用了CSMA/CD协议导致的,果真如此吗?下面我们根据CSMA/CD协议计算一下网线的长度。

在CSMA/CD协议中为了保证数据在发送过程中,冲突能够被侦测到,发送方采取边发送边检测的方式,发送一帧所需要的时间必须要大于等于信号在线路中传播2倍的时间,如果小于信号在线路中传播2倍的时间,就会导致在冲突信号检测到之前数据帧已送完毕,这样发送方就检测不出冲突,由于数据在发送过程中发生了冲突,接收方将其丢弃,而发送方并不知道发生冲突,还以为发送成功,这样就发生了错误。为了保证发送方能检测到发送过程中可能发生的冲突,规定了最小帧长,这个最小帧长与网线的长度密切相关,最小帧长越长,线路的距离就可以越长,两者是成正比的关系,协议中规定最小帧长为64B,发送端发送一帧所需的时间=最小帧长/数据发送速率=L/R,L表示最小帧长,R表示网络数据速率;数据在线路上传输的时间=线路长度/数据在线路中的传播速度=d/v,d表示最大线路长度,v表示信号传播速度,信号在铜缆中传播速度约为光速的2/3,v=300000000m/s×2/3=200000000m/s,根据CSMA/CD协议,发送一帧的时间要大于等于数据在线路中传播时间的2倍,得出L/R>=2d/v ,变换后得到d<=Lv/2R,即求出线路的长度。最小帧长64B,数据传輸速率为百兆,代入d<=Lv/2R=64*8*200000000/2*100000000=512m,由此可以得出网线的最大长度为512米,从计算结果来看网线不超过100米并不是由CSMA/CD决定的。

另一方面从CSMA/CD原理上分析,CSMA/CD是为了解决发送信号和接收信号在同一信道冲突的协议,适用于单工的网络,单工网络就像现实生活中的单线铁路,只有一条铁路线,发车(相当于发送数据)和来车(相当于接收数据)都在同一条线路上,这时就要有一个规则来限定在两个站之间什么时间发车,什么时间来车,否则就会撞车。现在的网络大多是双工,就像是复线铁路,有两条铁路线,一条专门用于发车,一条用于来车,各走各的路,想发就发,想来就来,并不需要规则规定什么时间发什么时间来,所以双工的实际是不受CSMA/CD协议的限制,当然百兆和千兆的网络还存在单工的网络,对于单工的网络还要遵守CSMA/CD协议,在万兆网络中已没有单工的概念,彻底抛弃CSMA/CD协议,那为什么网线的长度还要受限呢?

标准限制了网线长度!

无论是从计算还是从原理分析都可以得出网线的长度不能超过100米不是因为CSMA/CD协议,看来我们要从其他方面寻找原因。

在《综合布线系统工程设计规范GB50311-2007》中明确规定:配线子系统信道的最大长度不应大于100米;在100Mb/s以太网物理层标准中规定100BASE-TX、100BASE-T4网段最大长度为100米;在吉比特以太网物理层标准中规定1000BASE-T网段最大长度为100米, 1000BASE-CX网段最大长度为25米,那么网络的标准为什么规定网段长度最大不超过100米呢?

现实生活中,我们都有这样的经验,面对面讲话正常情况下都能听得清楚,距离越远听起来就越困难,这是因为声波在传输的过程中损耗造成的,网线也存在电阻,也会造成功率损耗,网线越长信号衰减就越大,为了保证接收端能正确地接收信号,所以规定网络长度不超过100米,因为标准规定了网络长度最长不超过100米,所以网线在设计生产时也是按照这样的标准来要求的,网线在100米内都可以正常传输数据,但超过了100米就不能保证传输效果。综上所述,网线长度不超过100米的真实原因是在于网线的电气特性决定的,并不是由CSMA/CD协议限定的。

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