1、第11講：屏蔽局域網(wǎng)絡,在本單元中您能了解如下主要知識點： （1）為什么要建設屏蔽局域網(wǎng) （2）如何選擇屏蔽與非屏蔽系統(tǒng) （3） 屏蔽局域網(wǎng)的施工建設,11.1 為什么要建設屏蔽局域網(wǎng),當今時代，建設現(xiàn)代化的局域網(wǎng)，一種是非屏蔽的，一種是屏蔽的。對于要不要建設屏蔽局域網(wǎng)，業(yè)界曾有過討論?，F(xiàn)在，我們從兩個方面來分析。第一，綜合布線中的屏蔽與非屏蔽問題。第二，建設屏蔽局域網(wǎng)的因素。,(1) 屏蔽的目的 屏蔽系統(tǒng)是為了保證在有電磁干擾環(huán)境下系統(tǒng)的傳輸性能，這里的抗干擾性應包括兩個方面，即抵御外來電磁干擾的能力以及系統(tǒng)本身向外輻射電磁干擾的能力。對于后者而言，歐洲通過了電磁兼容性測試標準EMC規(guī)范，而

2、對于前者，目前還沒有定量的標準規(guī)定在外部電磁場強達到多少V/M的情況下應該采用屏蔽。雖然從理論上講，在線纜和連接件外表包上一層金屬材料屏蔽層，可以有效地濾除不必要的電磁波（這也是目前絕大多數(shù)屏蔽系統(tǒng)采用的方法）。,理想與現(xiàn)實的差距 對于屏蔽系統(tǒng)而言，單單有了一層金屬屏蔽層是不夠的，更重要的是必須將屏蔽層完全良好地接地，這樣才能把干擾電流有效地導入大地。但是，實際施工時，屏蔽系統(tǒng)存在一些不可忽視的困難：由于屏蔽系統(tǒng)對接地的苛刻要求，極容易造成接地不良，比如接地電阻過大、接地電位不均衡等，這樣在傳輸系統(tǒng)的某兩點間便會產(chǎn)生電位差，進而產(chǎn)生金屬屏蔽層上的電流，造成屏蔽層不連續(xù)，破壞其完整性。這時，屏蔽

3、層本身已經(jīng)成為一個最大的干擾源，因而導致其性能反而遠不如非屏蔽系統(tǒng)。屏蔽線在高頻傳輸時，需要兩端接地，這樣更有可能在屏蔽層上產(chǎn)生電位差。由此可見，屏蔽系統(tǒng)本身的要求，恰恰構(gòu)成保證其性能的最大障礙。 一個完整的屏蔽系統(tǒng)要求處處屏蔽，一旦有任何一點的屏蔽不能滿足要求，都勢必會影響到系統(tǒng)的整體傳輸性能?？墒?，目前市場上還很少有網(wǎng)絡集線器或計算機本身擁有屏蔽支持，所以很難實現(xiàn)整個傳輸鏈路的屏蔽。,屏蔽與非屏蔽，哪個更先進 目前國際上（歐、美兩大陣營之間）存在著屏蔽系統(tǒng)與非屏蔽系統(tǒng)優(yōu)劣的爭論。采用屏蔽系統(tǒng)或非屏蔽系統(tǒng)，很大程度上取決于綜合布線市場的消費觀念。在歐洲占主流的是屏蔽系統(tǒng)。然而，在綜合布線使用

4、量最大的北美，則堅定地推行非屏蔽系統(tǒng)。因為無論是屏蔽系統(tǒng)還是非屏蔽系統(tǒng)，只要是經(jīng)過符合標準的完善設計及安裝，都可以達到滿意的效果，只不過考慮到價格、安裝時的難易要求等因素，北美認為，在高容量主干及嚴重干擾條件下使用光纖更為實際。,(4) 對用戶的建議 針對國內(nèi)的實際情況，我們建議用戶在對各種因素進行全面均衡時，有必要仔細考慮下述問題： * 目前屏蔽式8芯插頭尚沒有標準，不同廠家之間的插頭/插座之間的兼容問題、屏蔽的有效程度及插頭的接觸面能否長期保持穩(wěn)定等方面都沒有定論。 * 屏蔽系統(tǒng)倘若安裝不當，達不到整體的屏蔽完整性，其性能將比非屏蔽更差。 * 目前沒有現(xiàn)場測試屏蔽有效程度的方法。 我們認為

5、，UTP（非屏蔽雙絞線）是目前較為成熟、可靠的綜合布線技術(shù)，在通常情況下完全可以滿足在干擾環(huán)境下的使用需求。如果干擾較大，可采用金屬橋架和管道做屏蔽層的布線方法，就可以滿足屏蔽的要求。如果使用環(huán)境存在極為嚴重的干擾，建議直接使用光纜，以滿足嚴酷的EMC要求。,屏蔽與非屏蔽的誤區(qū) 當UTP應用在結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)上并廣泛地被世界接受時，一些有關(guān)使用屏蔽式電纜的誤區(qū)相繼出現(xiàn)。 誤區(qū)一：當頻率高于30MHz時，UTP電纜不能符合EMC的要求；或當頻率高于30 MHz時，必須使用STP 電纜。 事實一：差分傳輸信號頻譜（Differential Transmitted Signal Spectrum）與放

6、射性能（Radiated Emission Performance）的關(guān)系取決于以下因素： * 印刷電路板的設計； * 輸出過濾器和磁場特性； * 注明的信號強度； * 使用的通信協(xié)議； * 信號端的平衡（LCL）； * 傳送銅線及信號端注明的普通模式阻抗； * 連接件的屏蔽有效程度。 以上誤區(qū)與信號頻譜使用的屏蔽無關(guān)。SYSTIMAX SCS 384A寬帶視頻轉(zhuǎn)換器已經(jīng)測試并保證高致550MHz的高頻率，符合EMC 標準。,目前，世界上對非屏蔽和屏蔽布線系統(tǒng)的爭論仍在繼續(xù)。北美和其他世界上大多數(shù)地區(qū)推崇非屏蔽系統(tǒng)，而歐洲則大力推行屏蔽系統(tǒng)。從實質(zhì)上講這只是消費觀念的不同。目前，UTP完全可以

7、用于強干擾的環(huán)境。非屏蔽系統(tǒng)具有以下特點： * 安裝簡單，維護方便，經(jīng)過正規(guī)培訓的公司較多； * 整體價格便宜； * 非屏蔽雙絞線的設計可很好地抗干擾，著名廠商的5類線帶寬可達350MHz,完全可以支持622Mbps ATM或千兆位以太網(wǎng)應用。 * 對非屏蔽系統(tǒng)，目前已有國際標準，保證了應用兼容性。 * 美國數(shù)百萬工程應用也證明了非屏蔽系統(tǒng)的可用性。,作者認為：應視具體情況來確定建設屏蔽的還是非屏蔽的布線系統(tǒng)。對于公安、銀行等保密性強的單位可建設屏蔽的局域網(wǎng)，因為有以下因素的影響： (1) 干擾 電纜和設備通常會干擾其他的部件；或者被其他干擾源所影響，從而破壞數(shù)據(jù)的傳輸。嚴重時，干擾甚至會導致

8、整個系統(tǒng)完全癱瘓。 根據(jù)PREN 50174規(guī)定，一些干擾源列舉如下： * 功率分配。 * 熒光燈照明。 * 無線電傳送設備（無線電話、無線電臺、電視）。 * UTP對UTP電纜。 * 辦公設備（復印機、打印機、電腦、碎紙機）。 * 雷達。 * 工業(yè)機器（發(fā)動機等）。 線纜絞合只能保護電纜不被磁場干擾，但不能使其不被電場干擾。然而，許多干擾源發(fā)射的是電場或電磁場（輻射場），因此，只有屏蔽才能使網(wǎng)絡免受所有干擾源影響。 對于高于10Mbps和10MHz的高速率、高頻率應用，數(shù)據(jù)傳輸越靈敏，屏蔽性就變得越重要。機械地限制絞合長度會使絞合的效果減弱，絞合僅能有效地適應30至40MHz的數(shù)據(jù)傳輸。 由

9、于安裝過程中對電纜的拉力和其他類似彎曲半徑等因素的影響，會使UTP的均衡絞度遭到破壞。然而，屏蔽可以補償這種影響，它可以被看作是一種電磁和機械保護。,(2) 竊聽 潛在的竊聽者、騙子和程序狂在不斷增加。他們可以攔截UTP線纜上傳輸?shù)男畔?，從而引起嚴重的破壞和損失。使用了屏蔽線纜及元件的屏蔽網(wǎng)絡則可以明顯地降低周圍環(huán)境中的電磁能發(fā)射水平。 如果沒有物理連接，而只將UTP線纜當作傳送天線時，UTP線纜是很容易被攔截的。屏蔽雙絞線（STP）則由于它較低的散射而很難被攔截。在大多數(shù)不被保護狀態(tài)下，竊聽者只需要一部雷達接收器、電子信號發(fā)生器和一臺便攜式計算機，在幾百米距離內(nèi)，就可以進行數(shù)據(jù)攔截。 加密和

10、解密是保護網(wǎng)絡的另一種解決方式，但它需要較大的網(wǎng)絡發(fā)射功率，且其配套軟硬件配置非常昂貴。選擇加密的花費將比一開始就安裝屏蔽電纜高很多。不鋪設屏蔽電纜，這種不安全感將會一直存在。 與非屏蔽電纜相比，屏蔽電纜由于其較低的輻射而保護網(wǎng)絡免受竊聽。從發(fā)射保密性的角度來說，電纜的屏蔽應是首要選擇，在個別情況下，加密可作為輔助措施使用（比如用于軍事應用）。,(3) 屏蔽系統(tǒng)的實施 根據(jù)國際標準ISO11801，屏蔽必須是從傳送器到接收器的全程屏蔽。安裝電纜、信息插座和連接插頭都必須屏蔽。包括工作區(qū)和設備電纜（連接電纜）等在內(nèi)的所有元件都應仔細挑選、正確安裝和連接；并且要保證整個屏蔽系統(tǒng)在電氣性能上的整體連

11、接，具有良好、可靠的接地；不能有任何斷裂處，否則斷裂部分會造成天線效應，不但不能屏蔽，反而效果更壞。,(4) 屏蔽原理 單獨的絞合線對或4線對組可以有一個金屬屏蔽層。不同的線對或4線對組可以在金屬屏蔽后置于一起。屏蔽旨在增加與電磁化外界的間距。就屏蔽本身而言，它可將線對或4線對組自身之間的串擾減少到最低程度。這些將根據(jù)集膚反應由反射和吸收完成。 * 反射：金屬屏蔽能夠有效地反射來自內(nèi)外界的大量入射場。 * 集膚效應：在一定的頻率下，屏蔽能夠在需要的信息與外界干擾之間提供近乎完美的間距。集膚效應保證了干擾電流只在屏蔽層外通過，因為它不能透過屏蔽層并有一段短的距離（集膚深度）。上述間距的頻率取決于

12、屏蔽層的材料和厚度。,11.2 如何選擇屏蔽與非屏蔽系統(tǒng),關(guān)于如何選擇屏蔽系統(tǒng)與非屏蔽系統(tǒng)的問題，一直困擾著許多用戶。下面我們將從屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線技術(shù)的差別來闡述它們的應用。 為了能夠適應網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，國際標準化組織ISO/IEC制定了一系列的布線標準，ISO 11801標準中定義了5類線纜的帶寬是100MHz，正在討論中的修訂標準還定義了6類線纜的帶寬是200MHz、7類線纜的帶寬是600MHz。 需要指出的是，線纜的帶寬（MHz）和在線纜上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的速率（Mbps）是兩個截然不同的概念。Mbps衡量的是單位時間內(nèi)線路傳輸?shù)亩M制位的數(shù)量；而MHz衡量的是單位時間內(nèi)線路中電子信號

13、的震蕩次數(shù)，對于5類雙絞線，其帶寬為100MHz，因此，任何應用于5類線的網(wǎng)絡系統(tǒng)都應以低于100MHz的信號來傳輸數(shù)據(jù)，才能比較穩(wěn)定可靠。 網(wǎng)絡系統(tǒng)中的編碼方式建立了帶寬與速率之間的聯(lián)系，優(yōu)秀的編碼方案能夠在有限的帶寬下高速地傳輸數(shù)據(jù)。幾年前，IEEE曾經(jīng)利用一種被稱為Cap64的編碼方式在5類雙絞線上進行了622Mbps的數(shù)據(jù)傳輸實驗。正在制定過程中的前兆位以太網(wǎng)1000Base-T，也是在5類線纜的基礎上要傳輸1000Mbps的數(shù)據(jù)。,然而，當信號以很高的頻率在線路中傳輸時，如果不采取一定的措施，仍將因為外界電磁干擾和線纜自身內(nèi)部的串擾產(chǎn)生大量的傳輸錯誤，從而降低系統(tǒng)的性能，就像許多網(wǎng)絡

14、管理員不愿意在3類線纜上運行10M網(wǎng)絡系統(tǒng)一樣，他們發(fā)現(xiàn)在5類非屏蔽雙絞線上運行100M網(wǎng)絡系統(tǒng)的性能也并非他們所想象的那樣快、那樣可靠。那么，使用屏蔽的雙絞線的情況會怎么樣呢？使用6類非屏蔽雙絞線又當如何呢？,IBM的La Gaude 實驗室針對這個問題進行了嚴格的實驗，實驗的目的是比較非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線在實際的網(wǎng)絡系統(tǒng)中受強電器和強電線路的影響而產(chǎn)生的傳輸錯誤率。網(wǎng)絡系統(tǒng)采用ATM155，并讓其持續(xù)工作在120Mbps的速率下。實驗遵循EN801-4標準，對象是IBM的SFTP和UTP 5類系統(tǒng)及另一廠家的UTP6類系統(tǒng)。 當干擾源產(chǎn)生的交變信號的強度從200V逐漸提高到3500V時

15、，SFTP 5類系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號均未發(fā)生任何錯誤。而在5類UTP系統(tǒng)中，情況就沒有這么好了：當電壓升高到200V時，UTP系統(tǒng)就開始產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤和丟失。在實際應用中線纜經(jīng)常會與強電線纜鋪設得很近，強電線路中的220V交流電便成為影響布線系統(tǒng)性能的重要的干擾源。測試結(jié)果如表11-1所示。,網(wǎng)絡設備發(fā)現(xiàn)傳輸過程中的錯誤后，會耗費大量的時間用于重發(fā)和恢復這些錯誤的數(shù)據(jù)，從而使實際的可用流量受到極大的影響，這就恰恰證實了那些網(wǎng)絡管理員的擔心。 由于RJ45插頭（座）的性能的改進和線纜信噪比的提高，6類非屏蔽系統(tǒng)的傳輸誤碼率比5類系統(tǒng)降低了一半，但是，仍然使網(wǎng)絡傳輸速率受到了很大影響。事實證明，當網(wǎng)

16、絡系統(tǒng)的傳輸要求越來越接近布線系統(tǒng)的帶寬極限，消除外界對系統(tǒng)的電磁干擾就越發(fā)重要。,綜上所述，當網(wǎng)絡布線環(huán)境處在強電磁場附近時（例如發(fā)電廠、變電站等），布線系統(tǒng)可采用屏蔽系統(tǒng)，以保證網(wǎng)絡信息的正常傳輸。根據(jù)環(huán)境電磁干擾的強弱，通?？梢苑秩齻€層次采取不同屏蔽措施。在一般電磁干擾的情況下，可采用金屬橋架和管道屏蔽的辦法，即把全部線纜都封閉在預先鋪設好的金屬橋架和管道中，并使金屬橋架和管道保持良好的接地，這樣同樣可以把干擾電流導入大地，取得較好的屏蔽效果，而且還可以節(jié)省大量資金。在存在較強電磁干擾源的情況下，可采用屏蔽雙絞線和屏蔽連接件的屏蔽系統(tǒng)，再輔助以金屬橋架和管道，一般也可取得較好的屏蔽效果。在有極強電磁干擾的情況下，可以采用光纜布線。采用光纜布線成本較高，但屏蔽效果最好，而且可以得到極高的帶寬和傳輸速率，采用光纜布線的網(wǎng)絡在20年內(nèi)可保證其具有先進性，網(wǎng)絡不會因布線系統(tǒng)落后而淘汰。,11.3 屏蔽局域網(wǎng)的施工建設,屏蔽局域網(wǎng)與非屏蔽局域網(wǎng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成原理方面是一樣的，也就是說，會做非屏蔽局域網(wǎng)工程，就會做屏蔽局域網(wǎng)工程。但是，要注意