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1、,网络工程与综合布线 培训课程（10）,中科院计算所计算机职业技能培训中心,第10讲：屏蔽局域网络,在本单元中您能了解如下主要知识点： （1）为什么要建设屏蔽局域网 （2）如何选择屏蔽与非屏蔽系统 （3） 屏蔽局域网的施工建设,为什么要建设屏蔽局域网,当今时代，建设现代化的局域网，一种是非屏蔽的，一种是屏蔽的。对于要不要建设屏蔽局域网，业界曾有过讨论。现在，我们从两个方面来分析。第一，综合布线中的屏蔽与非屏蔽问题。第二，建设屏蔽局域网的因素。,(1) 屏蔽的目的 屏蔽系统是为了保证在有电磁干扰环境下系统的传输性能，这里的抗干扰性应包括两个方面，即抵御外来电磁干扰的能力以及系统本身向外辐射电磁干
2、扰的能力。对于后者而言，欧洲通过了电磁兼容性测试标准EMC规范，而对于前者，目前还没有定量的标准规定在外部电磁场强达到多少V/M的情况下应该采用屏蔽。虽然从理论上讲，在线缆和连接件外表包上一层金属材料屏蔽层，可以有效地滤除不必要的电磁波（这也是目前绝大多数屏蔽系统采用的方法）。,理想与现实的差距 对于屏蔽系统而言，单单有了一层金属屏蔽层是不够的，更重要的是必须将屏蔽层完全良好地接地，这样才能把干扰电流有效地导入大地。但是，实际施工时，屏蔽系统存在一些不可忽视的困难：由于屏蔽系统对接地的苛刻要求，极容易造成接地不良，比如接地电阻过大、接地电位不均衡等，这样在传输系统的某两点间便会产生电位差，进而
3、产生金属屏蔽层上的电流，造成屏蔽层不连续，破坏其完整性。这时，屏蔽层本身已经成为一个最大的干扰源，因而导致其性能反而远不如非屏蔽系统。屏蔽线在高频传输时，需要两端接地，这样更有可能在屏蔽层上产生电位差。由此可见，屏蔽系统本身的要求，恰恰构成保证其性能的最大障碍。 一个完整的屏蔽系统要求处处屏蔽，一旦有任何一点的屏蔽不能满足要求，都势必会影响到系统的整体传输性能。可是，目前市场上还很少有网络集线器或计算机本身拥有屏蔽支持，所以很难实现整个传输链路的屏蔽。,屏蔽与非屏蔽，哪个更先进 目前国际上（欧、美两大阵营之间）存在着屏蔽系统与非屏蔽系统优劣的争论。采用屏蔽系统或非屏蔽系统，很大程度上取决于综合
4、布线市场的消费观念。在欧洲占主流的是屏蔽系统。然而，在综合布线使用量最大的北美，则坚定地推行非屏蔽系统。因为无论是屏蔽系统还是非屏蔽系统，只要是经过符合标准的完善设计及安装，都可以达到满意的效果，只不过考虑到价格、安装时的难易要求等因素，北美认为，在高容量主干及严重干扰条件下使用光纤更为实际。,(4) 对用户的建议 针对国内的实际情况，我们建议用户在对各种因素进行全面均衡时，有必要仔细考虑下述问题： 目前屏蔽式8芯插头尚没有标准，不同厂家之间的插头/插座之间的兼容问题、屏蔽的有效程度及插头的接触面能否长期保持稳定等方面都没有定论。 * 屏蔽系统倘若安装不当，达不到整体的屏蔽完整性，其性能将比非
5、屏蔽更差。 * 目前没有现场测试屏蔽有效程度的方法。 我们认为，UTP（非屏蔽双绞线）是目前较为成熟、可靠的综合布线技术，在通常情况下完全可以满足在干扰环境下的使用需求。如果干扰较大，可采用金属桥架和管道做屏蔽层的布线方法，就可以满足屏蔽的要求。如果使用环境存在极为严重的干扰，建议直接使用光缆，以满足严酷的EMC要求。,屏蔽与非屏蔽的误区 当UTP应用在结构化布线系统上并广泛地被世界接受时，一些有关使用屏蔽式电缆的误区相继出现。 误区一：当频率高于30MHz时，UTP电缆不能符合EMC的要求；或当频率高于30 MHz时，必须使用STP 电缆。 事实一：差分传输信号频谱（Differential
6、 Transmitted Signal Spectrum）与放射性能（Radiated Emission Performance）的关系取决于以下因素： * 印刷电路板的设计； * 输出过滤器和磁场特性； * 注明的信号强度；* 使用的通信协议； * 信号端的平衡（LCL）； * 传送铜线及信号端注明的普通模式阻抗； * 连接件的屏蔽有效程度。 以上误区与信号频谱使用的屏蔽无关。SYSTIMAX SCS 384A宽带视频转换器已经测试并保证高致550MHz的高频率，符合EMC 标准。,目前，世界上对非屏蔽和屏蔽布线系统的争论仍在继续。北美和其他世界上大多数地区推崇非屏蔽系统，而欧洲则大力推行屏
7、蔽系统。从实质上讲这只是消费观念的不同。目前，UTP完全可以用于强干扰的环境。非屏蔽系统具有以下特点： * 安装简单，维护方便，经过正规培训的公司较多； * 整体价格便宜； * 非屏蔽双绞线的设计可很好地抗干扰，著名厂商的5类线带宽可达350MHz,完全可以支持622Mbps ATM或千兆位以太网应用。 * 对非屏蔽系统，目前已有国际标准，保证了应用兼容性。 * 美国数百万工程应用也证明了非屏蔽系统的可用性。,作者认为：应视具体情况来确定建设屏蔽的还是非屏蔽的布线系统。对于公安、银行等保密性强的单位可建设屏蔽的局域网，因为有以下因素的影响： (1) 干扰 电缆和设备通常会干扰其他的部件；或者被
8、其他干扰源所影响，从而破坏数据的传输。严重时，干扰甚至会导致整个系统完全瘫痪。 根据PREN 50174规定，一些干扰源列举如下： * 功率分配。 * 荧光灯照明。 * 无线电传送设备（无线电话、无线电台、电视）。 * UTP对UTP电缆。 * 办公设备（复印机、打印机、电脑、碎纸机）。 * 雷达。 * 工业机器（发动机等）。 线缆绞合只能保护电缆不被磁场干扰，但不能使其不被电场干扰。然而，许多干扰源发射的是电场或电磁场（辐射场），因此，只有屏蔽才能使网络免受所有干扰源影响。 对于高于10Mbps和10MHz的高速率、高频率应用，数据传输越灵敏，屏蔽性就变得越重要。机械地限制绞合长度会使绞合的
9、效果减弱，绞合仅能有效地适应30至40MHz的数据传输。 由于安装过程中对电缆的拉力和其他类似弯曲半径等因素的影响，会使UTP的均衡绞度遭到破坏。然而，屏蔽可以补偿这种影响，它可以被看作是一种电磁和机械保护。,(2) 窃听 潜在的窃听者、骗子和程序狂在不断增加。他们可以拦截UTP线缆上传输的信息，从而引起严重的破坏和损失。使用了屏蔽线缆及元件的屏蔽网络则可以明显地降低周围环境中的电磁能发射水平。 如果没有物理连接，而只将UTP线缆当作传送天线时，UTP线缆是很容易被拦截的。屏蔽双绞线（STP）则由于它较低的散射而很难被拦截。在大多数不被保护状态下，窃听者只需要一部雷达接收器、电子信号发生器和一
10、台便携式计算机，在几百米距离内，就可以进行数据拦截。 加密和解密是保护网络的另一种解决方式，但它需要较大的网络发射功率，且其配套软硬件配置非常昂贵。选择加密的花费将比一开始就安装屏蔽电缆高很多。不铺设屏蔽电缆，这种不安全感将会一直存在。 与非屏蔽电缆相比，屏蔽电缆由于其较低的辐射而保护网络免受窃听。从发射保密性的角度来说，电缆的屏蔽应是首要选择，在个别情况下，加密可作为辅助措施使用（比如用于军事应用）。,(3) 屏蔽系统的实施 根据国际标准ISO11801，屏蔽必须是从传送器到接收器的全程屏蔽。安装电缆、信息插座和连接插头都必须屏蔽。包括工作区和设备电缆（连接电缆）等在内的所有元件都应仔细挑选
11、、正确安装和连接；并且要保证整个屏蔽系统在电气性能上的整体连接，具有良好、可靠的接地；不能有任何断裂处，否则断裂部分会造成天线效应，不但不能屏蔽，反而效果更坏。,(4) 屏蔽原理 单独的绞合线对或4线对组可以有一个金属屏蔽层。不同的线对或4线对组可以在金属屏蔽后置于一起。屏蔽旨在增加与电磁化外界的间距。就屏蔽本身而言，它可将线对或4线对组自身之间的串扰减少到最低程度。这些将根据集肤反应由反射和吸收完成。 * 反射：金属屏蔽能够有效地反射来自内外界的大量入射场。 * 集肤效应：在一定的频率下，屏蔽能够在需要的信息与外界干扰之间提供近乎完美的间距。集肤效应保证了干扰电流只在屏蔽层外通过，因为它不能
12、透过屏蔽层并有一段短的距离（集肤深度）。上述间距的频率取决于屏蔽层的材料和厚度。,11.2 如何选择屏蔽与非屏蔽系统,关于如何选择屏蔽系统与非屏蔽系统的问题，一直困扰着许多用户。下面我们将从屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线技术的差别来阐述它们的应用。 为了能够适应网络技术的发展，国际标准化组织ISO/IEC制定了一系列的布线标准，ISO 11801标准中定义了5类线缆的带宽是100MHz，正在讨论中的修订标准还定义了6类线缆的带宽是200MHz、7类线缆的带宽是600MHz。 需要指出的是，线缆的带宽（MHz）和在线缆上传输的数据的速率（Mbps）是两个截然不同的概念。Mbps衡量的是单位时间内线路传
13、输的二进制位的数量；而MHz衡量的是单位时间内线路中电子信号的震荡次数，对于5类双绞线，其带宽为100MHz，因此，任何应用于5类线的网络系统都应以低于100MHz的信号来传输数据，才能比较稳定可靠。 网络系统中的编码方式建立了带宽与速率之间的联系，优秀的编码方案能够在有限的带宽下高速地传输数据。几年前，IEEE曾经利用一种被称为Cap64的编码方式在5类双绞线上进行了622Mbps的数据传输实验。正在制定过程中的前兆位以太网1000Base-T，也是在5类线缆的基础上要传输1000Mbps的数据。,然而，当信号以很高的频率在线路中传输时，如果不采取一定的措施，仍将因为外界电磁干扰和线缆自身内
14、部的串扰产生大量的传输错误，从而降低系统的性能，就像许多网络管理员不愿意在3类线缆上运行10M网络系统一样，他们发现在5类非屏蔽双绞线上运行100M网络系统的性能也并非他们所想象的那样快、那样可靠。那么，使用屏蔽的双绞线的情况会怎么样呢？使用6类非屏蔽双绞线又当如何呢？,IBM的La Gaude 实验室针对这个问题进行了严格的实验，实验的目的是比较非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线在实际的网络系统中受强电器和强电线路的影响而产生的传输错误率。网络系统采用ATM155，并让其持续工作在120Mbps的速率下。实验遵循EN801-4标准，对象是IBM的SFTP和UTP 5类系统及另一厂家的UTP6类系统。
15、当干扰源产生的交变信号的强度从200V逐渐提高到3500V时，SFTP 5类系统中传输的数据信号均未发生任何错误。而在5类UTP系统中，情况就没有这么好了：当电压升高到200V时，UTP系统就开始产生数据错误和丢失。在实际应用中线缆经常会与强电线缆铺设得很近，强电线路中的220V交流电便成为影响布线系统性能的重要的干扰源。测试结果如表11-1所示。,网络设备发现传输过程中的错误后，会耗费大量的时间用于重发和恢复这些错误的数据，从而使实际的可用流量受到极大的影响，这就恰恰证实了那些网络管理员的担心。 由于RJ45插头（座）的性能的改进和线缆信噪比的提高，6类非屏蔽系统的传输误码率比5类系统降低了
16、一半，但是，仍然使网络传输速率受到了很大影响。事实证明，当网络系统的传输要求越来越接近布线系统的带宽极限，消除外界对系统的电磁干扰就越发重要。,综上所述，当网络布线环境处在强电磁场附近时（例如发电厂、变电站等），布线系统可采用屏蔽系统，以保证网络信息的正常传输。根据环境电磁干扰的强弱，通常可以分三个层次采取不同屏蔽措施。在一般电磁干扰的情况下，可采用金属桥架和管道屏蔽的办法，即把全部线缆都封闭在预先铺设好的金属桥架和管道中，并使金属桥架和管道保持良好的接地，这样同样可以把干扰电流导入大地，取得较好的屏蔽效果，而且还可以节省大量资金。在存在较强电磁干扰源的情况下，可采用屏蔽双绞线和屏蔽连接件的屏蔽系统，再辅助以金属桥架和管道，一般也可取得较好的屏蔽效果。在有极强电磁干扰的情况下，可以采用光缆布线。采用光缆布线成本较高，但屏蔽效果最好，而且可以得到极高的带宽和传输速率，采用光缆布线的网络在20年内可保证其具有先进性，网络不会因布线系统落后而淘汰。,11.3 屏蔽局域网的施工建设,屏蔽局域网与非屏蔽局域网在系统结构、组成原理方面是一样的，也就是说，会做非屏蔽局域
