Copper Twisted Network Cable 銅製雙絞線

前言

雖然 Layer 1 物理層 (Physical Layer) 並不是考試範圍，但作為網絡工程師總不能對網絡線不聞不問。線材是一個十分有趣的課題，主要分為 Copper Cable (銅線) 和 Fiber Cable (光纖線)，本篇主要介紹銅線 (香港俗稱 LAN 線) 的構造和標準。

網絡線的構造

銅製網絡線由 4 對雙絞線 (Twisted Pair) 構成，雙絞線的意思是把兩條銅線互相纏繞扭在一起，這樣做是因為物理學告訴我們，雙絞可以把電磁波造成的干擾減低，從而把訊號更有效地傳到更遠的距離。除了 4 對雙絞線，網絡線內還有其他東西，現在就剖開網絡線看看內部結構。

雙絞線 (Twisted Pair)

網絡線最重要的部份，用作傳送訊號。4 對雙絞線一共 8 條銅線分別以 8 種顏色分辨，橙線與橙白線雙纏，綠線與綠白線雙纏，藍線與藍白線雙纏，啡線與啡白線雙纏。

抽拉絲 (Rip Cord)

高質的網絡線，線中會有一條纖維線名為抽拉絲，抽拉絲對訊號傳輸全無幫助，它只是一條很難被扯斷的纖維，作用是讓工人在做拉線工程時承受拉力，而不會拉斷了雙絞線。

排流線 (Drain Wire)

更高質的網絡線中還有一條叫排流線，排流線是導體，需要接駁於兩端有包金屬的 RJ45 接頭上，作用是把干擾波導走，從而把干擾減低。

分隔條 (Separator)

分隔條是一條於網絡線中央的十字形膠條，作用是把 4 對雙絞線完全分隔，減低訊號傳輸時雙絞線之間的互相干擾。

有屏蔽 (Shielded) vs 無屏蔽 (Unshielded)

有屏蔽雙絞線的意思是在雙絞線外包一層金屬薄膜，同樣是為了減低訊號傳輸時雙絞線之間的互相干擾。有屏蔽式雙絞線又稱為 STP (Shielded Twisted Pair)，而無屏蔽式雙絞線又稱為 UTP (Unshielded Twisted Pair)。

網絡線接頭

RJ45 接頭

網絡線兩端都會接上一個 RJ45 接頭，又稱為 8P8C 接頭，在香港又被稱為水晶頭。接頭上 8 塊銅片依次序稱為 Pin 1 至 Pin 8。

有屏蔽 RJ45 接頭

除了線材要防干擾，RJ45 也有防干擾措施，例如現在要介紹這款有屏蔽 RJ45 接頭，外面包了一層金屬薄膜能防止外來干擾。

帶尾夾 RJ45 接頭

尾夾有兩個作用，它可以把接頭牢牢穩固於網絡線之上，另外如果網絡線裡面有排流線的話，排流線應該被夾在尾夾與網絡線之間。

GG45 接頭

高規格的 GG45 接頭除了有金屬外層之外，最大轉變是把原有的 Pin 3 至 Pin 6 移到接頭的另一方以增加 Pin 之間的空間，目的仍然是為了減低線與線之間的干擾。

干擾與頻寬的關係

由上一部份可見，網絡線的進化方向主要就是減少干擾，因為減少干擾就能增加線材的頻寬。筆者物理成績不好，無法解釋太多物理理論，只能總結出以下幾項關於銅製網絡線材的要點。

銅製網絡線只適合在短距離傳輸，標準是100公尺或以下 (中間沒有任何網絡設備)，如果超過 100公尺就要使用光纖了，因為訊號在銅線內跑得越遠，干擾令訊號衰減得越厲害。減少干擾可以增加網絡線的 Bandwidth (頻寬)，方法不外乎：

• 增加雙絞次數
• 加入金屬保護層
• 增加線與線之間的空間

網絡線分類 (Category)

問題出現了，我們都不是物理學專家，我們又不會每條網絡線都破開看看裡面是什麼設計。那麽怎樣去揀選適合的網絡線呢？我們的救世主是TIA/EIA (Telecommunications Industry Association and Electronic Industries Association)，他們幫網絡線訂立了一套標準，根據網絡線的抗擾程度把網線分成第 1 類 (Cat 1) 至第 8 類 (Cat 8)。Category 的數字越高代表防干擾程度越強，因此支援的頻寬也越高。

現代網絡一般使用 Cat 5 或以上，因為 Cat 1 至 4 只能提供 16Mbps 以下頻寬，一般已經不用了。筆者年輕，未接觸過 Cat 1 至 Cat 4 😛，所以就跳過不說了。以下是 TIA/EIA Cat 5 至 Cat 8 之比較。

Straight vs Cross

8 條雙絞線需順序接駁到接頭之中。接駁次序有兩個，稱為 T-568A 及 T-568B，一般比較常用為 T-568B。

在使用 10Mbps Ethernet 和 100Mbps Fast Ethernet 的年代，由於網絡界面還未有自動偵測功能，當時如果要接駁不同的網絡設備或電腦時，需要分別使用 Straight Cable 或是 Cross Cable (跳線)。如果網絡線兩端都使用相同的次序就是Straight Cable，例如：兩邊都使用 T-568B。相反，如果兩邊使用不同的次序就是 Cross Cable。

以下為不同網絡設備接駁網絡線使用 Straight / Cross Cable 的對照表。

後來到了 Gigabit Ethernet 或以上，網絡界面已全面支緩  Auto MDI-X，界面可自行偵測訊號，免卻了  Cross Cable 的麻煩。

10/100 網絡線的取巧

雖然網絡線有 4 組雙絞線，但在 10/100 Mbps 的網絡中只需使用其中兩對 (Pin 1,2,3,6)，其餘兩對 (Pin 4,5,7,8) 是閒置的，利用這兩對閒置的雙絞線引申出一些取巧的玩法，在此也希望和大家分享。

Split Cable

在有限環境下只容許安裝 1 條網絡線時，如果我們需要接駁兩對網咭，可以用 Split Cable 的方法，香港喚作「一開二 」或「兩頭蛇 」。原理是把 4 對雙絞線分開成 2 組使用。

如果不想自己 DIY Split Cable 的話，事實上可以買到一些稱為 Splitter 的產品，原理相同。

自製 POE (Power over Ethernet)

另一種使用這對閒置雙絞線的玩法就是自製 PoE！有一些不支緩 PoE 的設備我們仍能自己手工製作，原理是把電源接到閒置的雙絞線的一邊，而另一邊則接駁設備的電源插頭，特別適合家用的 WiFi Router 或 IP Camera。

如果嫌自己動手有風險，也可以購買一種叫 Passive PoE Splitter 的東西代勞。

⚠️ 讀者需留意以上方法有一定風險，而且有機會增加對網絡訊號的干擾而影響網絡效能，敬請留意。

網絡線測試

走馬燈 Tester

價廉物美的 Tester，只能知道訊號線是通還是不通。

電子 Tester

提供較多的資訊，例如網絡線長度。

IOS 指令

其實 Cisco IOS 也有內置 Cable Test 指令，先用 test cable-diagnostics tdr interface <interface>。然後用 show cable-diagnostics tdr interface <interface> 查看結果。要注意的是用 test cable-diagnostics 時 interface 會 down 了一下，留意留意。

SW1#test cable-diagnostics tdr interface gigabitEthernet 0/5
Link state may be affected during TDR test
TDR test started on interface Gi0/5
A TDR test can take a few seconds to run on an interface
Use 'show cable-diagnostics tdr' to read the TDR results.
SW1#
SW1#show cable-diagnostics tdr interface gigabitEthernet 0/5
TDR test last run on: January 08 00:44:33

Interface Speed Local pair Pair length        Remote pair Pair status
--------- ----- ---------- ------------------ ----------- --------------------
Gi0/5     100M  Pair A     10   +/- 2  meters Pair A      Normal
                Pair B     10   +/- 2  meters Pair B      Normal
                Pair C     N/A                Pair C      Open
                Pair D     N/A                Pair D      Open

Jan Ho 2017-01-07

Posted In: Layer 1 網絡技術, menu-tall-2-zh-hant

Leave a Comment