網(wǎng)線傳輸距離的原理 為啥網(wǎng)線都會(huì)限制傳輸距離為100米？

在現(xiàn)代社會(huì)中，網(wǎng)絡(luò)已成為我們生活和工作中不可或缺的一部分。而網(wǎng)線作為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹匾浇椋鋫鬏斁嚯x的限制是大家普遍關(guān)注的問題。本文將深入探討網(wǎng)線傳輸距離限制的原理，并介紹與之相關(guān)的計(jì)算公式，希望通過本文的介紹，讀者能更好地理解網(wǎng)線傳輸?shù)脑砗拖拗?，并且能知道為啥網(wǎng)線一般限制100米。

一、網(wǎng)線傳輸距離的原理

網(wǎng)線傳輸距離的限制主要涉及信號(hào)衰減、時(shí)鐘抖動(dòng)、串?dāng)_和延遲等因素。

下面我們將逐一介紹這些原理。

1.1 信號(hào)衰減

信號(hào)衰減是指信號(hào)隨著傳輸距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象。在網(wǎng)線傳輸中，信號(hào)通過導(dǎo)線傳輸，而導(dǎo)線存在一定的電阻，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的能量逐漸損失。隨著傳輸距離的增加，信號(hào)衰減會(huì)加劇，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸速率降低，甚至在一定距離后無法正常傳輸數(shù)據(jù)。

1.2 時(shí)鐘抖動(dòng)

時(shí)鐘抖動(dòng)是指發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘不完全同步，導(dǎo)致信號(hào)的抖動(dòng)和不穩(wěn)定。在長(zhǎng)距離傳輸中，由于信號(hào)傳輸時(shí)間的增加，時(shí)鐘抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)變得更為明顯。時(shí)鐘抖動(dòng)可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤和丟失。

1.3 串?dāng)_

串?dāng)_是指網(wǎng)線中的信號(hào)互相干擾的現(xiàn)象。根據(jù)麥克斯韋定律，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。在網(wǎng)線傳輸中，電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，如果附近存在其他電流或電磁設(shè)備，它們的磁場(chǎng)就會(huì)相互干擾，導(dǎo)致串?dāng)_現(xiàn)象。

1.4 延遲

延遲是指信號(hào)傳輸所需的時(shí)間。無論是電纜、光纖還是其他傳輸介質(zhì)，信號(hào)在其中傳輸都需要一定的時(shí)間。隨著傳輸距離的增加，信號(hào)傳播所需的時(shí)間也會(huì)增加，從而導(dǎo)致延遲的增加。

二、網(wǎng)線傳輸距離的計(jì)算公式

在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)網(wǎng)線類型、傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)規(guī)范等因素來計(jì)算網(wǎng)線的傳輸距離。

下面介紹一些常用的計(jì)算公式：

2.1 信號(hào)衰減計(jì)算

信號(hào)衰減的計(jì)算可以使用以下公式：

衰減（dB）=10*log10(P1/P2)

其中，P1是信號(hào)的輸入功率，P2是信號(hào)的輸出功率。通常使用的單位是分貝（dB）。根據(jù)衰減的大小，我們可以估算信號(hào)在傳輸過程中的衰減情況。

2.2 傳輸延遲計(jì)算

傳輸延遲的計(jì)算可以使用以下公式：

延遲（秒）=傳輸距離/傳輸速度

其中，傳輸距離以米為單位，傳輸速度以米/秒為單位。根據(jù)傳輸延遲的計(jì)算結(jié)果，我們可以了解信號(hào)在傳輸過程中所需的時(shí)間。

2.3 環(huán)形沖突直徑計(jì)算

在以太網(wǎng)中，遵循一個(gè)中繼規(guī)則，要求環(huán)行沖突延遲不得超過一定的時(shí)間。環(huán)形沖突直徑的計(jì)算可以使用以下公式：

環(huán)形沖突直徑（米）=(傳輸速率/環(huán)形沖突延遲)*0.5

其中，傳輸速率以比特/秒為單位，環(huán)形沖突延遲以秒為單位。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我們可以了解在特定傳輸速率下，網(wǎng)絡(luò)所允許的最大環(huán)形沖突直徑。

三、雙絞線限制傳輸距離100米

雙絞線的傳輸距離限制為100米是由多個(gè)因素共同作用所導(dǎo)致的。讓我們更深入地了解這些因素和具體的計(jì)算過程。

3.1 信號(hào)衰減和畸變

如上所述，信號(hào)在雙絞線中傳輸時(shí)會(huì)受到電阻和電容的影響，導(dǎo)致信號(hào)衰減和畸變。隨著傳輸距離的增加，信號(hào)的能量逐漸損失，信號(hào)的有效幅度減小，最終可能無法在接收端正確地解讀和還原數(shù)據(jù)。這導(dǎo)致了信號(hào)傳輸距離的限制。

3.2 中繼規(guī)則（5-4-3-2-1規(guī)則）

在以太網(wǎng)中，特別是快速以太網(wǎng)（如100Base-TX），遵循一個(gè)中繼規(guī)則，也稱為5-4-3-2-1規(guī)則。這個(gè)規(guī)則限制了環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中的中繼器數(shù)量和距離。具體規(guī)則如下：

最多允許5個(gè)網(wǎng)絡(luò)段（即5個(gè)雙絞線）連接在一起形成一個(gè)環(huán)形拓?fù)洌?/p>

在這5個(gè)網(wǎng)絡(luò)段中，最多允許4個(gè)中繼器（或集線器）；

任意兩個(gè)中繼器之間最多只能有3個(gè)網(wǎng)絡(luò)段相連；

每個(gè)網(wǎng)絡(luò)段上最多允許連接2個(gè)設(shè)備（一個(gè)發(fā)送方和一個(gè)接收方）；

中繼器之間的總距離限制為100米。

這個(gè)規(guī)則的目的是限制沖突域的大小，以保證網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3.3 傳輸延遲和環(huán)形沖突延遲

傳輸延遲是指信號(hào)在網(wǎng)線中傳輸所需的時(shí)間。雙絞線的傳輸延遲與傳輸距離成正比，隨著傳輸距離的增加，傳輸延遲也會(huì)增加。

環(huán)形沖突延遲是指從信號(hào)發(fā)送到最后得到確認(rèn)的時(shí)間不能超過一定的時(shí)間。在快速以太網(wǎng)中，這個(gè)時(shí)間要求為5120ns，即512個(gè)比特時(shí)間。環(huán)形沖突延遲的限制是為了保證網(wǎng)絡(luò)中的沖突檢測(cè)和沖突處理能夠及時(shí)進(jìn)行，從而維持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和吞吐量。

3.4 計(jì)算雙絞線傳輸距離

根據(jù)以上原理和規(guī)則，我們可以計(jì)算雙絞線的傳輸距離的上限。具體計(jì)算步驟如下：

計(jì)算信號(hào)傳輸所需的位時(shí)間：1位時(shí)間=1/100mbps=10ns

計(jì)算雙絞線傳輸延遲：五類UTP的延時(shí)為5.56ns/m

計(jì)算環(huán)形沖突延遲：對(duì)于100mbps的傳輸率，環(huán)形沖突延遲為5120ns

計(jì)算環(huán)形沖突直徑：環(huán)形沖突直徑（米） = (傳輸速率 / 環(huán)形沖突延遲) * 0.5 = (100mbps / 5120ns) * 0.5 = 0.09766m

最終計(jì)算雙絞線傳輸距離上限：由于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段（雙絞線）的傳輸距離是環(huán)形沖突直徑的一半，所以雙絞線的傳輸距離上限為100米。

因此，根據(jù)信號(hào)衰減、時(shí)鐘抖動(dòng)、中繼規(guī)則和傳輸延遲等因素的綜合作用，雙絞線的傳輸距離被限制為100米，以保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)定和可靠傳輸。超過100米的傳輸距離可能導(dǎo)致沖突檢測(cè)和處理不及時(shí)，造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤和丟失。因此，在設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用中，必須嚴(yán)格遵守這一限制，以確保網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行和高效傳輸。

四、結(jié)論

網(wǎng)線的傳輸距離限制是由信號(hào)衰減、時(shí)鐘抖動(dòng)、串?dāng)_和延遲等因素共同作用所導(dǎo)致的。在設(shè)計(jì)和使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們需要綜合考慮這些因素，選擇合適的網(wǎng)線類型、傳輸速率和設(shè)備，以保證網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸和高效運(yùn)行。通過計(jì)算公式，我們可以更好地了解網(wǎng)線傳輸距離的限制，并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，提升網(wǎng)絡(luò)性能。

審核編輯：劉清