从“头”说起:网线水晶头端接标准与网线故障排查

2016-05-22 15:46:31来源:弱电志评论: 阅读:
物理介质层是网络通信的基础,而网络硬件接口的端接,又是物理层连通性的基础,其故障率占整个网络故障的80%以上。无论工程施工还是直接用户,在 线缆端接问题上,存在着诸多误解和错误认识,本文通过对相关标准发展过程的回顾,结合测试仪表和工程实际应用,希望能对澄清一些基本概念和技术问题有所帮 助。

  涉及线缆端接时,经常被问及的问题:

  怎样制作网线接头?

  端接时采用T568A还是T568B方式?

  T568B比T568A性能高吗?

  T568B比T568A兼容性更好吗?

  RJ45插头为何不能按顺序打线,而必须3/6线跨接在4/5线两端?

  为何连通性测试合格,但不能连接网络?

  如何选择连通性测试仪表?

  回答上述问题之前,还要从“头”说起:

  一、RJ45与RJ11

  RJ-45被用作双绞线以太网设备接口,俗称“水晶头”。规 范地讲, RJ-45特指是由IEC (60)603-7①定义的,8针模块化插孔或插头。RJ是“注册插孔(Registered Jack)”的缩写,它来自贝尔公司的USOC (Universal Service Ordering Codes)通用服务分类代码②,并受控于FCC (Federal Communications Commission,美国联邦通信委员会)。

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图1-1 RJ-45插头

  RJ-11通常指6针模块化插孔或插头,一般用于电话网络,是西部 电子公司(Western Electric Co.)开发的接插件的通用名称,在FCC(美国联邦通信委员会)代表美国政府发布的一个文档中规定了RJ-11,但并没有标准化,在国际标准中也没有单 独提及“RJ11”的论述。RJ11可作为2芯或者4芯接插件使用,由于RJ11还用于称呼4针模块化接插件,所以极易引起混淆。尽管RJ-11仍在使 用,但RJ-45有全面替代RJ-11的趋势。

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1-2 RJ-11插头

  由于机械尺寸的关系,RJ-45插头不能插入RJ-11插孔,反过来却在物理上是可行的, 由此让人误以为两者应该或者能够协同工作。实际上,相关标准中是支持基于RJ-45接口的数据和语音网络的兼容性的,但不存在支持RJ-11和RJ-45 协同工作和兼容性的依据(详见第四节“T568A/B如何做到与USOC兼容”部分)。由于RJ-11不是标准化的,其尺寸,插入力度,插入角度等等没有 统一的设计要求,因此不能确保互换性,甚至会引起两者损坏,例如:由于RJ-11插头比RJ-45插孔小,插头两边的塑料部分会损坏RJ-45插孔内的金 属针。建议不要混用。

  二、T568是什么
  

  提到网线端接,就会涉及 T568A和T568B端接方式,又称接线图(Wire Map),两种端接的具体规定最早见诸于美国通信业/电子业协会2002年6月正式颁布的TIA/EIA 568-B③标准中,用来说明4对双绞线(8根线芯)在RJ-45插头上如何排布(图2-1)。

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图2-1

  实际布线工程中,工作区的信息插座、配线架、连接计算机与信息插座的跳线,可任意选择两者之一进行端接,形成“直连线”。为规范起见,要求同一工程中只能使用同一种端接方式。

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图2-2 直连线

  如果电缆的一端使用了T568A,而另一端使用了T568B(如图2-3),则形成“交叉线”,此类电缆只在网络设 备间进行级联时使用,例如:集线器与集线器进行级连。 另外,当把两台PC机通过网口进行对接时(不通过集线器或交换机),也需要使用“交叉线”连接。“交叉线”应用的事实也作为反证,即:必然存在两种端接方 式。

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图2-3 交叉线

  由于T568B是在TIA/EIA 568-B中提出的,TIA/EIA 568-B(2002年2月颁布)是TIA/EIA 568-A(1994年1月颁布)的修订版,很容易造成这样的错觉,即:T568B晚于T568A出现,T568B的性能高于T568A。实际情况又是怎 样呢?

三、T568B的由来

  在计算机网络刚开始发展的1985 年,AT&T公司研发了基于已有电话系统(依据USOC的定义对接口进行端接)并与其向下兼容的新型计算机网络,AT&T公司使用的端接 方式被成为258A方式。之后258A端接方式在网络中, 尤其在北美地区,被广泛应用。从图3-1可以看出,它就是T568B的前身。
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图3-1 AT&T公司的 258A端接方式

  同一时期,美国通信业的很多公司提出需要有个第三方机构来统一布线标准,于是行业的管理机构CCIA (Computer Communications Industry Association美国计算机通信业委员会)就向EIA (Electronics Industry Association美国电子业委员会) 提出了此要求。直到1991年7月,颁布了第一个标准草案——EIA/TIA-568。提出了T568A端接方式,并且支持用两对双绞线向下兼容一对双绞 线的电话系统④。经过多次修订,于1994年1月正式颁布了EIA/TIA-568A标准。又经过10次修订,TIA/EIA 568-B于2002年颁布,将AT&T 的258A收入其中,更名为T568B。T568A与T568B同样被国际标准(ISO 11801:2002)采用,成为全球通行的端接方式。

  可以看到,A与B方式唯一不同是橙色线对与绿色线对的位置互换了,采用色标 的目的是为了操作者便于识别线对,电气性能方面,A与B没有本质区别,也没有孰优孰劣之分。由于上述历史原因,B方式早于A方式,这也是T568B方式使 用更多的原因。不过,考虑与USOC的色标兼容性,倾向于把T568A作为新装工程的首选,以到达即支持双线对ISDN系统,又支持高速数据传输的目的。 由于A与B方式的导通性没有差异,对于已按B方式安装的系统中,没有必要再改装。 同理,在采用B方式的水平布线的系统中,用A方式的跳线连接终端,也可行的且不对网络性能产生任何影响。

  需要说明一点, T568A和T568B已成为特指端接方式专用术语,被ISO及各种地区和国家标准引用,而不是TIA/EIA 568-A、TIA/EIA 568-B标准代码的简称,两者不要混淆。TIA/EIA 568-B颁布后,完全取代了TIA/EIA 568-A,因此在网线端接时,严格地讲,应称“采用T568A方式或T568B方式”,而不应是“采用T568A标准或T568B标准”,因为所谓 568A标准已经废止。

  四、T568A/B与USOC的兼容性

  USOC (Universal Service Ordering Codes)通用服务分类代码,长期以来已经成为最常用的电话系统基础规范,虽然采用相同的RJ-45物理接口,但线对端接定义与T568A/B不同,不 支持数据只支持语音传输(原因详见第节),换言之,T568A无论色标还是电气都能与USOC兼容,T568B与USOC色标不同,但电气连通性兼容⑤, 反之不行。

  另外,线缆两侧按不同规定端接后,其形态是不同的,USOC规定线缆两侧的接头端接顺序是左右对称,如图4-1,两侧互为镜像,这与T568A/B的情形不同。

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图4-1 USOC电话线与网线色标对应关系

  如果把两种端接好的线缆拉直,如图4-2(金属触片向上,扣片向下),更易看清其差异:USOC线是平直的,T568A/B在空间上扭转了180度。

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图4-2 USOC 与 T568A 线芯排布对比

  简言之,在都使用RJ-45连接器的前提下,传统语音系统使用4/5线对,10/100M以太网使用1/2、3/6线对,两者可以同时使用⑥,这就是兼容性。

五、电信号的传输

  目前使用标准RJ-45连接器的UTP(非屏蔽双绞线)通道带宽已达到 500MHz(TIA/EIA 6a类/ISO Ea级),能支持最高传输速率达10Gbit/s,采用更高级连接器(TERA /GG45/EC7⑦)的SFTP(金属薄+丝网编织双屏蔽双绞线,如ISO F级)链路,带宽达600MHz(试验线缆已达1G-1.2GHz)。线缆生产工艺的改进,使其支持带宽成数十倍增加,但其基础结并未发生改变——每对线 芯相互扭绞,传输一路差分信号(这也是“对绞线”或“双绞线”名称的由来)。以差分方式在扭绞线对内传输的电信号,产生的电磁场相互抵消(图5-1),对 外界造成的干扰降至最低,来自外界电磁场的共模干扰也得到有效抑制。为减小信号耦合,同一护套内的4对线芯,彼此绞距互不相同⑧,进一步降低了线对间串 扰。
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图5-1 电信号在扭绞线对上产生的磁场互相抵消

  标准端接中色标规定,只是便于人眼辨识,既兼顾连接器向下兼容性(4/5线对传输语音),又确保差分信号能在扭绞线对中传输(3/6数据线对必 须跨接在4/5两侧)。观察标准端接方式(图2-1,图2-2),虚线与实线色标间隔出现,也是为了更清楚地识别线序。不过,错误仍难免发生。

  单一接线图故障分为:开路、短路、反接、错对和串绕(又称分岔线对、分离线对、拆分线对)5种(图5-2),由于可能出现多种故障的组合,实际情况会更复杂。

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图5-2 接线图故障类型

  上述故障中,最不易被发现的是“串绕”故障,它破坏了线对的扭绞特性,差分信号相当于在平行线中传输(图5-3),由于原有线对的扭绞关系,使串扰更加严重。

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图5-3 串绕故障

  如前所述,RJ-45端接方式不是顺序排列的,最容易出现串绕故障的4/5与3/6线对(错误地按1/2、3/4、5/6、7/8顺序)。由于 电气导通性不变,只用直流电检查连通性的仪表,无法查出此类故障。应用在低速网络中时,虽然信号串扰很大,但有时仍能进行通信,而又时通时断,用户往往怀 疑有源设备或软件故障,不能即时排故。

  六、检查串绕故障

  除掌握端接标准要求、认清色标、认真操作,避免出现错误外,检查串绕还要依赖功能较强的仪表,这些仪表一般具有以下功能之一:

  1、测量电容

  分析线对结构可知,扭绞在一起的线对,其分布电容要远大于同样长度而彼此靠近的平行导线。因此,在导通性正确的前提下,只要测量4个线对的分布电容并与预期数值比较,就能得出是否存在串绕故障。

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图6-1 典型的全功能(能测试全部接线图故障)验证仪表

  测量线对分布电容除能辨别串绕故障外,还能用于计算线对长度(线对总电容值除以单位长度电容值),可对断点进行定位。

  2、测量阻抗

  同理,线对结构发生变化后,其特性阻抗也随之改变,据此可判断是否出现串绕。

  3、测量近端串扰(NEXT)

  近端串扰(NEXT)是评判线缆传输特性的最基本的电气指标,端接正确但有缺陷的线缆,往往导致近端串扰指标劣化。存在串绕故障的线缆,近端串扰指标将严重超标。

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  4、测量误码率

  带有串绕故障的链路有时仍能接入网络,虽然由于近端串扰造成网速很慢,但用PING命令收发短数据帧,并不能发现问题所在。用测试误码率的专用仪表能明显看到传输性能的差异,尤其在使用相同硬件设备的同一网络中,与正常链路作对比测试,更容易找到故障点。

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