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第30题

知识点：交换机路由器双绞线 WLAN 传输介质建筑

关键词： UPS WLAN 传输介质服务器机房交换机路由器双绞线网线物理网络设计传输路由网络网络设计章/节：物理设计

在一个16000m²建筑面积的八层楼里，没有任何现成网线，现有1200台计算机需要连网，对网络的响应速度要求较高，同时要求WLAN覆盖整栋楼满足临时连网的需要。设计师在进行物理网络设计时，提出了如下方案：设计一个中心机房，将所有的交换机、路由器、服务器放置在该中心机房，用UPS保证供电，用超5类双绞线电缆作为传输介质，在每层楼放置一个无线AP。该设计方案的致命问题之一是(30)，其他严重问题及建议是(31)。

A. 未计算UPS的负载

B. 未明确线路的具体走向

C. 交换机集中于机房浪费大量双绞线电缆

D. 交换机集中于机房使得水平布线超过100m的长度限制

相关试题：结构化布线设计

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第63题 2015年下半年

46%

以下关于网络布线子系统的说法中，错误的是（63）。

第47题 2018年下半年

47%

在进行POE链路预算时，已知光纤线路长5km，下行衰减0.3dB/km；热熔连接点3个，衰减0.1dB/个；分光比1:8；衰减10.3dB；光纤长度冗..

第64题 2017年下半年

57%

影响光纤熔接损耗的因素较多，以下因素中影响最大的是（）。


知识点讲解
· 交换机 · 路由器 · 双绞线 · WLAN · 传输介质 · 建筑

交换机

机架式交换机是一种插槽式的交换机，这种交换机扩展性较好，可支持不同的网络类型，如以太网、快速以太网、千兆位以太网、ATM、令牌环及FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）等，但价格较贵。固定配置式带扩展槽交换机是一种有固定端口数并带少量扩展槽的交换机，这种交换机在支持固定端口类型网络的基础上，还可以支持其他类型的网络，价格居中。固定配置式不带扩展槽交换机仅支持一种类型的网络，但价格最便宜。

交换机的性能指标主要有机架插槽数、扩展槽数、最大可堆叠数、最小／最大端口数、支持的网络类型、背板吞吐量、缓冲区大小、最大物理地址表大小、最大电源数、支持协议和标准、支持第3层交换、支持多层（4～7层）交换、支持多协议路由、支持路由缓存、支持网管类型、支持端口镜像、服务质量（Quality of Service，QoS）、支持基于策略的第2层交换、每端口最大优先级队列数、支持最小／最大带宽分配、冗余、热交换组件、负载均衡等。

路由器

路由器是计算机网络中重要的一个环节，分为模块化和非模块化两种类型。模块化结构的路由器的扩展性好，支持多种端口类型（如以太网接口、快速以太网接口、高速串行口等），并且各种端口的数量一般是可选的，但价格通常比较昂贵。固定配置的路由器扩展性差，只能用于固定类型和数量的端口，但价格低廉。

在选择路由器产品时，应多从技术角度来考虑，如可延展性、路由协议互操作性、广域数据服务支持、内部ATM支持、SAN集成能力等。另外，选择路由器还应遵循标准化原则、技术简单性原则、环境适应性原则、可管理性原则和容错冗余性原则等。特别是对于高端路由器，还应该更多地考虑是否和如何适应骨干网对网络高可靠性、接口高扩展性以及路由查找和数据转发的高性能要求。高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”特性是高端路由器区别于中、低端路由器的关键所在。从技术性能上考察路由器产品，一般要考察路由器的容量、每秒钟能处理多少数据包、能否被集群等性能问题，还要注意路由器是否能够提供增值服务和其他各种服务。另外，在安装、调试、检修、维护或扩展网络的过程中，免不了要给网络中增减设备，也就是说可能会要插拔网络部件。那么路由器能否支持带电插拔，也是路由器产品应该考察的一个重要性能指标。

总的来说，路由器的主要性能指标有设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、背靠背帧数、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、虚拟专用网支持能力、内部时钟精度、队列管理机制、端口硬件队列数、分类业务带宽保证、资源预留、区分服务、CIR、冗余、热插拔组件、路由器冗余协议、基于Web的管理、网管类型、带外网管支持、网管粒度、计费能力、分组语音支持方式、协议支持、语音压缩能力、端口密度、信令支持等。

双绞线

双绞线（Twisted Pair，TP）是目前计算机网络综合布线中最常用的一种传输介质。双绞线由一对一对的带绝缘塑料保护层的铜线组成。每对绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可有效地降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根22号、24号、26号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆（也称双扭线电缆）内，不同线对具有不同的扭绞长度，通常情况下，扭绞长度在38.1～14cm内，按逆时针方向扭绞，相临线对的扭绞长度在12.7cm以上。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。

目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）。

虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用的铜质导线的质量、长度及传输技术。只要精心选择双绞线、进行标准化安装，就可以获得较高的传输率，通常100m可以达到155Mb/s。

因为双绞线传输信息时会向周围辐射，所以信息比较容易窃听。当然这只需要耗费较小的代价即额外增加一层屏蔽层，就可以避免这类情况发生，这就是通常使用的屏蔽双绞线。屏蔽双绞线的外层都是由一层铝箔包裹的，可以有效地减小辐射，当然也不能完全消除辐射。屏蔽双绞线的价格相对非屏蔽双绞线来说高一些，安装也比非屏蔽双绞线难一些。类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率，100米内可达到155Mb/s。

计算机网络综合布线经常使用的4对非屏蔽双绞线的结构如下图所示。

常用的4对非屏蔽双绞线结构示意图

非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：

（1）无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间。

（2）重量轻、易弯曲、易安装。

（3）将串扰减至最小或加以消除。

（4）具有阻燃性。

（5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

规格型号

EIA/TIA（Electronic Industries Association/Telecommunications Industry Association，美国电子工业协会／美国电信工业协会）为双绞线电缆定义了多种不同质量的型号。计算机网络综合布线使用第三、四、五、超五、六类。主要的种类型号如下：

（1）第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于20世纪80年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。

（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。

（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。

（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。

（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，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网络，这是最常用的以太网电缆。

（6）超五类：在五类双绞线的基础上，增加了额外的参数（近端串扰、衰减串扰比）和部分性能的提升，传输速率为100Mb/s。

（7）第六类：物理上与超五类不同，线与线对之间是分隔的，传输速率为250Mb/s。

同时又由于双绞线有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线之分，这样双绞线的种类就更多了，具体规格和传输速率如下图所示。

各种规格的双绞线

性能指标

对于各种类的双绞线，用户所关心的能够代表其特征的性能指标有衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等。

（1）衰减（Attenuation）。衰减是沿链路的信号损失度量。衰减与线缆的长度有关系，随着长度的增加，信号衰减也随之增加。衰减用dB作单位，表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。又因为衰减随频率而变化，所以应该测量在应用范围内的全部频率上的衰减。

（2）近端串扰（Near-End Crosstalk Loss，NEXT）。串扰可分为近端串扰和远端串扰（Far-End Crosstalk Loss，FEXT），测试仪主要是测量NEXT，由于存在线路损耗，因此FEXT的量值的影响较小，在三类、五类线缆中可以忽略不计。近端串扰损耗是测量一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合。对于UTP链路，NEXT是一个关键的性能指标，也是最难精确测量的一个指标。随着信号频率的增加，其测量难度将加大。NEXT并不表示在近端点所产生的串扰值，只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度不同而变，电缆越长，其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减，对其他线对的串扰也相对变小。实验证明，只有在40m内测量得到的NEXT是较真实的。如果另一端是远于40m的信息插座，那么它会产生一定程度的串扰，但测试仪可能无法测量到这个串扰值。因此，最好在两个端点都进行NEXT测量。现在的测试仪都配有相应设备，使得在链路一端就能测量出两端的NEXT值。

（3）直流电阻。直流环路电阻会消耗一部分信号，并将其转变成热量。它是指一对导线电阻的和，11801规格的双绞线的直流电阻不得大于19.2Ω。每对间的差异不能太大（小于0.1Ω），否则表示接触不良，必须检查连接点。

（4）特性阻抗。与环路直流电阻不同，特性阻抗包括电阻及频率为1～100MHz的电感阻抗及电容阻抗，它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗，而双绞线电缆则有100Ω、120Ω及150Ω几种（其中，120Ω的线缆在中国不生产）。

（5）衰减串扰比（Attenuation-to-Crosstalk Ratio，ACR）。在某些频率范围，串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。ACR有时也以信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）表示，它由最差的衰减量与NEXT量值的相减得到的。ACR值越大，表示抗干扰的能力越强。一般系统要求至少大于10dB。

双绞线在外观上的文字

双绞线一般每隔两英尺（foot，1foot=30.48cm）就有一段文字，解释了有关此线缆的相关信息。下面以CSAI公司生产的线缆为例，其文字为：

CSAI SYSTEMS CABLEE138034 0100

24AWG（UL）CMR/MPR ORC（UL）PCC

FT4 VERIFIED ETL CAT5 O44766 FT 0907

其中的具体含义如下所述：

（1）CSAI：代表生产该线缆公司的名称为CSAI。

（2）0100：表示特性阻抗为100Ω。

（3）24：表示线芯是24号的（线芯有22、24、26三种规格）。

（4）AWG：表示美国线缆规格标准。

（5）UL：表示通过认证的标准。

（6）FT4：表示4对线。

（7）CAT5：表示五类线。

（8）044766：表示线缆当前处在的英尺数。

（9）0807：表示生产日期是2008年7月。

布线标准

EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序，分别是T568A与T568B，这两个标准是最常使用的布线标准，如下图所示。

T568A和T568B针脚示意图

（1）T568A规定的连接方法是：

1——白绿（就是白色的外层上有些绿色，表示和绿色的是一对线）。

2——绿色。

3——白橙（就是白色的外层上有些橙色，表示和橙色的是一对线）。

4——蓝色。

5——白蓝（就是白色的外层上有些蓝色，表示和蓝色的是一对线）。

6——橙色。

7——白棕（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是一对线）。

8——棕色。

（2）T568B规定的连接方法是：

1——白橙。

2——橙色。

3——白绿。

4——蓝色。

5——白蓝。

6——绿色。

7——白棕（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是一对线）。

8——棕色。

在通常的工程实践中，T568B使用得较多。不管使用哪一种标准，一根五类线或超五类的两端都必须使用同一种标准。

直通线与交叉线

直通线（Straight Cable）是指线缆两端的线序排列完全相同的网线（要么两端全部使用T568A，要么两端全部使用T568B）。

交叉线（Crossover Cable）是指线缆两端的线序一边是按照T568A标准连接，另一边按照T568B标准连接。

用户可根据实际需要选用直通线或交叉线，各种使用情况如下表所示。

交叉线和直通线适用范围

在实际通信中只需要用到双绞线八根铜线中的第1、2、3、6四条铜线。

WLAN

WLAN（Wireless Local Area Network）是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能。WLAN的覆盖范围一般在100m以内，通过桥接可以达到更大的覆盖范围。传输介质为红外线IR或射频RF波段，以后者使用居多。

由于WLAN是基于计算机网络与无线通信技术的，在计算机网络结构中，逻辑链路控制（Logic Link Contros，LLC）层及其之上的应用层对不同物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层（Media Access Control，MAC），涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。

（1）IEEE 802.11。1990年IEEE 802标准化委员会成立IEEE 802.11WLAN标准工作组。IEEE 802.11（又称Wi-Fi，Wireless Fidelity，无线保真）是在1997年6月由大量的局域网及计算机专家审定通过的标准，该标准定义了物理层和媒体访问控制（MAC）规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.4000～2.4835GHz频段。

（2）IEEE 802.11b。1999年9月IEEE 802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4～2.4835GHz，数据传输速率达到11Mb/s，传输距离控制在50～150英寸。该标准是对IEEE 802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式和基本模式两种运行模式。在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s的不同速率间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。

（3）IEEE 802.11a。1999年，IEEE 802.11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.15～8.825GHz，数据传输速率达到54Mb/s或72Mb/s（Turbo），传输距离控制在10～100m。该标准也是IEEE 802.11的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Modulation，OFDM）的独特扩频技术，可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口，支持多种业务，如话音、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

（4）IEEE 802.11g。目前，IEEE推出了最新版本IEEE 802.11g认证标准，该标准提出拥有IEEE 802.11a的传输速率，安全性较IEEE 802.11b好，采用两种调制方式，含IEEE 802.11a中采用的OFDM与IEEE 802.11b中采用的CCK，做到与IEEE 802.11a和IEEE 802.11b兼容。

传输介质

网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理连接，而是通过空间传输的一种技术。无线传输介质主要有微波、红外线和激光等。它们的抗干扰性都比较差；有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线（twist-pair）、同轴电缆和光纤3种。

双绞线

（1）物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排列的两对或四对绝缘线组成。一对线可以作为一条通信电路，各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小。

（2）传输特性：双绞线最普遍的应用是语音信号的模拟传输。使用双绞线通过调制解调器（Modem）传输模拟数据信号时，数据传输速率目前单向可达56kbps，双向可达33.6kbps，24条音频通道总的数据传输速率可达230kbps。使用双绞线发送数字数据信号，一般总的数据传输速率可达2Mbps。

（3）连通性：双绞线可用于点对点连接，也可用于多点连接。

（4）地理范围：双绞线用于远程中继线时，最大距离可达15km；用于10Mbps局域网时，与集线器的距离最大为100m。

（5）抗干扰性：在低频传输时，其抗干扰能力相当于同轴电缆。在10~100kHz时，其抗干扰能力低于同轴电缆。

（6）价格：双绞线的价格低于其他传输介质，并且安装、维护方便。

双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）与非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）。屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间；重量轻，易弯曲，易安装；将串扰减至最小或加以消除；具有阻燃性；具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

对于双绞线，用户最关心的是表征其性能的几个指标。这些指标包括衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻、衰减串扰比及回波损耗等。目前，常见的双绞线有三种线型，分别是5类线、超5类线和6类线，前者线径细，而后者线径粗。

（1）5类线：电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100Base-T和10Base-T网络。这是最常用的以太网电缆。

（2）超5类线：具有衰减小、串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值和信噪比、更小的时延误差，性能得到很大提高。主要用于千兆位以太网。

（3）6类线：电缆的传输频率为1~250MHz，6类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比应该有较大的余量，它提供2倍于超5类的带宽。6类布线的传输性能远远高于超5类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。6类与超5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。6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90m，信道长度不能超过100m。

同轴电缆

（1）物理特性：同轴电缆也由两根导体组成，有粗细之分，它由套置单根内导体的空心圆柱体构成。内导体是实芯或者是绞合的，外导体是整体的或纺织的。内导体用规则间距的绝缘环或硬的电媒体材料来固定，外导体用护套或屏蔽物包着。

（2）传输特性：50Ω电缆专用于数字传输，一般使用曼彻斯特编码，数据速率可达2Mbps。CATV（Community Antenna Television，有线电视网）电缆可用于模拟和数字号传输，传输模拟信号，频率可以高达300~400MHz；对数字信号，已能达到50Mbps。

（3）连通性：同轴电缆可用于点对点连接，也可用于多点连接。

（4）地理范围：典型基带电缆的最大距离限于数千米，而宽带网络则可以延伸到数十千米的范围。

（5）抗干扰性：同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强，同轴电缆的抗干扰性取决于应用和实现。一般对较高频率的干扰，它的抗干扰性优于双绞线。

（6）价格：安装质量好的同轴电缆的成本介于双绞线和光纤之间，维护方便。

光纤

（1）物理特性：光学纤维是一种直径极细（2~125μm）、柔软、能传导光波的介质。各种玻璃和塑料都可用来制造光学纤维。光缆具有圆柱形的形状，由三个同心部分组成：纤芯、包层和护套。

（2）传输特性：光纤利用全内反射来传输经信号编码的光束。它分多模和单模方式两种，多模的带宽为200MHz/km~3GHz/km，单模的带宽为3GHz/km~50GHz/km。

（3）连通性：光纤最普通的使用是在点到点的链路上。

（4）地理范围：光纤信号衰减极小，它可以在6~8km的距离内不使用中继器实现高速率数据传输。

（5）抗干扰性：不受电磁干扰和噪声千扰的影响。

（6）价格：目前光纤系统比双绞线系统和同轴电缆系统贵，但随着技术的进步，它的价格会下降以与其他材料竞争。

单模光纤中，模内色散是比特率的主要制约因素。由于其比较稳定，如果需要的话，可以通过增加一段一定长度的“色散补偿单模光纤”来补偿色散。零色散补偿光纤就是使用一段有很大负色散系数的光纤来补偿在1550nm处具有较高色散的光纤，使得光纤在1550nm附近的色散很小或为零，从而可以实现光纤在1550nm处具有更高的传输速率。

多模光纤中，模式色散与模内色散是影响带宽的主要因素。技术工艺能够很好地控制折射率分布曲线，给出优秀的折射率分布曲线，对渐变型多模光纤，可限制模式色散而得到高的模式带宽。

单模光纤的光纤跳线一般用黄色表示，接头和保护套为蓝色，传输距离较长，芯线窄，需要激光源，耗散小，高效。多模光纤的光纤跳线一般用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色，传输距离较短，宽芯线，聚光好，耗散大，低效。

一般来说，多模光纤要比单模光纤便宜。如果对传输距离或传送数据的速率要求不严格，那么，多模光纤在大多情况下都可以表现得很好。单模光纤虽然成本高，但是具有散射小的特点，可以应用在长距离传输或者需要高速数据速率的场合。

为了便于记忆，这里把有线传输的介质归纳成如下表所示。

有线传输介质比较

在有关传输介质方面，还需要掌握各种以太网所使用的介质类型，如下表所示。

以太网常用传输介质

建筑

在建筑领域，立体显示技术可以给设计专家和工程人员展示设计、装修、美化等各方面的信息，例如使用3D打印机打印建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美，完全合乎设计者的要求，能节省大量材料，让使用者能够获得具体细节信息，并在正式施工前完成全部设计工作。

另外，近年来兴起的3D建筑投影也可看作3D技术在建筑领域的一种创新应用，巨幅墙体投影将艺术视频投影到地标性建筑物的外立面，运用不一样的画面转换产生超乎想象的视觉效果。立体的视觉享受、绕梁的听觉感受、炫酷的激光效果会让观众在不知不觉中驻足、欣赏、理解设计人员想要诠释的中心主旨。

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