布线与进制转换

1．信号与传输介质

1.1 信号相关概念

①信息
不同领域对信息有不同的定义，一般认为信息是人们对现实世界事物的存在方式或运 动状态的某种认识。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像及动画等。
②数据
数据是用于描述事物的某些属性的具体量值。
③信号
信号是信息传递的媒介。信号在网络中传输，使信息得以传递。

# 1.2信号的分类

信号可以分为模拟信号和数字信号。
1）模拟信号
2）数字信号
数字信号是不连续的物理量，信号参数也不连续变化。数字信号使用几个不连续的物理状态来代表数字。电报信号就属于数字信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种（用 0 和 1 代表）波形的信号，称为二进制信号。

1.3．信号在传输过程中产生的失真

信号在传输过程中，因为受到外界干扰或传输介质本身的阻抗等特性，会产生一定程度的失真。信号失真的原因主要有以下几个。
1）噪声
信号在信道中传输时，往往会受到噪声的干扰。“噪声”的简单定义：在信号的传输、处理过程中，由于设备自身、环境干扰等原因而产生的附加信号。这些信号与输入信号无关， 是有害的。
2）衰减
除了噪声以外，影响信号传输的另一个因素是信号的衰减，即随着信号的传播，能量逐渐减少。模拟信号和数字信号在传播过程中都存在衰减，为了补偿衰减，在传输过程中要经常对模拟信号和数字信号进行放大处理。模拟信号的问题在于当它被放大时，伴随的累积噪声也将被放大，这种杂乱无章的增强将使得模拟信号的变形更加严重。

1.4 数字信号优势

1）抗干扰能力强
模拟信号在传输过程中与叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号一起被传输、放大，严重影响通信质量， 数字通信中的信息是包含在脉冲的有、无之中的，只要噪声绝对值不超过某一阈值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。
2）远距离传输仍能保证质量
因为数字通信采用再生中继方式，能够消除噪声，所以再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不受距离的影响。 因噪声而变形的数字信号仍可用 1 和 0 解释，可高质量地进行远距离通信。

2.1传输介质

2.1.1双绞线

双绞线常见的有三类线，五类线和超五类线，以及六类线，前者线径细而后者线径粗，具体型号如下

1）一类线（CAT1）
此线缆最高频率带宽是750kHZ，用于报警系统，或只适用于语音传输（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不用于数据输。
2）二类线（CAT2）
此线缆最高频率带宽是1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4MBPS规范令牌传递协议的旧的令牌网。
3）三类线（CAT3）
指在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率16MHz，最高传输速率为10Mbps（10Mbit/s），主要应用于语音、10Mbit/s以太网（10BASE-T）和4Mbit/s令牌环，最大网段长度为100m，采用RJ形式的连接器，已淡出市场。
4）四类线（CAT4）
该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps（指的是16Mbit/s令牌环）的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10BASE-T/100BASE-T。最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。
5）五类线（CAT5）
该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，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1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。
6）超五类线（CAT5e）
超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（SNR）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。
7）六类线（CAT6）
该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五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。六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。
8）超六类或6A（CAT6A）
此类产品传输带宽介于六类和七类之间，传输频率为500MHz，传输速度为10Gbps，标准外径6mm。和七类产品一样，国家还没有出台正式的检测标准，只是行业中有此类产品，各厂家宣布一个测试值。
9）七类线（CAT7）
传输频率为600MHz，传输速度为10Gbps，单线标准外径8mm，多芯线标准外径6mm。

类型数字越大、版本越新，技术越先进、带宽也越宽，当然价格也越贵。这些不同类型的双绞线标注方法是这样规定的，如果是标准类型则按CATx方式标注，如常用的五类线和六类线，则在线的外皮上标注为CAT 5、CAT 6。而如果是改进版，就按xe方式标注，如超五类线就标注为5e（字母是小写，而不是大写）。
无论是哪一种线，衰减都随频率的升高而增大。在设计布线时，要考虑到受到衰减的信号还应当有足够大的振幅，以便在有噪声干扰的条件下能够在接收端正确地被检测出来。双绞线能够传送多高速率（Mb/s）的数据还与数字信号的编码方法有很大的关系。

2.1.2 光纤

1．光纤的特点
随着光通信技术的飞速发展，现在人们已经可以利用光导纤维（简称光纤）来传输数据。如前文所述，数字信号的表示方法非常简单，振幅取值一般只有两种（0 和 1）。于是，人们用光脉冲的出现表示 1，不出现表示 0，这样便可以实现光通信。
相对于双绞线，光纤具有如下优点。
1）传输带宽高
由于可见光的频率范围极大，因此光纤传输系统可以使用的带宽范围很大。目前，光纤 传输技术带宽可以超过 50000GHz，而且今后可能更高。当前 10Gb/s 的传输瓶颈是光电信号转换的速度跟不上而导致的。如果在将来的某天实现了完全的光交叉和光互连（即全光网络），那么网络的速度将成千上万倍地增加。
2）传输距离远
光纤的传输距离要远远大于双绞线，其最大传输距离早已超过 100km，且随着光通信技术的发展还会有所提高。不同种类光纤的最大传输距离是不同的，而且传输速率、纤芯直径等参数都会影响光纤的传输距离。
3）抗干扰能力强
在各种传输介质中，光纤的抗干扰能力是最强的，原因有两个：第一，它本身由绝缘体构成，不受电磁干扰，因此在室外传输时，不受雷电和高压电产生的强磁干扰的影响；第二， 由于光纤传输的是光信号，因此不会像电信号那样产生磁场而使得信号相互抵消。

2.2 传输介质的连接

2.2.1RJ-45 接口，

RJ 是 Registered Jack 的缩写。在 FCC（美国联邦通信委员会）的标准和规章中 RJ 是描述公用电信网络的接口，常用的有 RJ-11 和 RJ-45，计算机网络的 RJ-45 是标准八位模块化接口的俗称。在以往的 5 类、超 5 类及 6 类布线中，采用的都是 RJ 型接口，俗称水晶头。RJ-45 接口只能沿固定方向插入，设有一个塑料弹片与 RJ-45 插槽卡住以防止脱落。

2.2.2光纤接口

光纤接口俗称活接头，ITU（国际电信联盟）建议将其定义为用以稳定地但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件。光纤接口是光纤通信系统中不可缺少的无源器件，它的使用使光通道间的可拆式连接成为可能。光纤接口的种类很多，主要有以下几种。
 FC（圆形带螺纹）光纤接口。
 ST（卡接式圆形）光纤接口。
 PC（微球面研磨抛光）光纤接口。
 SC（卡接式方形）光纤接口。
 MT-RJ（收发一体的方形）光纤接口。

2.2.3 双绞线连接规范

在以双绞线作为传输介质的以太网中，一般要用到三种网线：标准网线、交叉网线及全反线。本节着重介绍这三种网线，以及如何使用双绞线和 RJ-45 连接器进行网络的连接。
正如在前面所学到的，RJ-45 插头是一种只能沿固定方向插入并自动防止脱落的塑料接头。双绞线的两端必须都安装这种 RJ-45 插头，以便插在网卡、交换机（Switch）或路由器（Router）的 RJ-45 接口上进行网络通信。
EIA/TIA 的布线标准中规定了两种双绞线的线序 T568A 与 T568B，如
T568A 的线序 1～8 分别为白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕。
T568B 的线序 1～8 分别为白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。
双绞线必须和 RJ-45 接口配合。双绞线的顺序与 RJ-45 插头的管脚序号要一一对应，才能把各计算机连接起来。

2.2.3 双绞线跳线制作过程

双绞线跳线的制作过程
（1）用压线钳的剥线刀口将双绞线的外皮剥去适当的长度。
（2）由于要连接交换机和 PC，所以应选用直通线，即两端选用相同的线序（T568A 或T568B）。
（3）将双绞线中绞合在一起的细线拆开、理顺、捋直，并按照 T568B 线序平行排列双绞线内的细线。
（4）用压线钳将线头剪齐，预留长度建议为 1.2～1.3cm。
（5）将剪齐后的细线插入 RJ-45 接头，用压线钳将其压紧。
双绞线跳线制作完成后，就可以用于连接员工主机和信息插座。如果发现信息模块出现连通性问题（信息模块可能会因为经常插拔或长时间没有使用而导致接触不良），还需重新打接信息模块。

2. 计算机数制转换

数制：计数的方法，指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法，如在计数过程中采用进位的方法称为进位计数制。进位计数制有数位、基数、位权三个要素。

数位：指数字符号在一个数中所处的位置。
基数：指在某种进位计数制中数位上所能使用的数字符号的个数。例如，十进制数的基数是 10，二进制数的基数是 2。
位权：指在某种进位计数制中数位所代表的大小，即处在某一位上的“1”所表示的数值的大小。

2.1 计算机常用数制

计算机中常用的数制有十进制、二进制和十六进制。
十进制的特点如下。
基数是 10，数值部分用十个不同的数字符号 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 来表示。
逢十进一。
二进制
计算机中的数是用二进制数表示的，它的特点是逢二进一，因此在二进制中，只有 0和 1 两个数字符号。
1）特点
 基数为 2，数值部分用两个不同的数字符号 0、1 来表示。
 逢二进一。
2）二进制数转换为十进制数
要将二进制数转换为十进制数，通过按权展开相加即可。例如： 1101.11B =1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2
=8+4+0+1+0.5+0.25
=13.75
十六进制（Hexadecimal）
1）特点
 基数是 16，它有 16 个数字符号，除了十进制中的十个数可用外，还使用了六个英文字母：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。其中 A～F 分别代表十进制数的 10～15。
 逢十六进一。

2.1.1二进制、十进制的转换

将一个十进制整数转换为二进制数可使用余数法，即：将要转换的十进制整数除以 2， 取余数；再用商除以 2，再取余数，直到商等于 0 为止，将每次得到的余数按倒序的方法排列起来作为结果。例如：

											余数
		2			125						1
        2			62						0
	    2			31					    1
		2			15				        1
		2			7					    1
		2			3						1
		2			1						1
					0	

把余数倒排可得到 125 的二进制数为 1111101B。
同样，一个二进制整数要表示成为十进制数，需要用到按权展开式，例如： 1111101B=1×26+1×25+1×24+1×23+1×22+0×21+1×20=125

2.2 二进制优点

1．二进制容易实现
计算机是由电子元器件构成的，而二进制在电气、电子元器件中最易实现。二进制只有两个数字，用两种稳定的物理状态即可表达，而且稳定可靠，如磁化与未磁化、晶体管的截止与导通（表现为电平的高与低）等。而若采用十进制，则需用十种稳定的物理状态分别表示十个数字，具有这种性能的元器件不易找到。即使有，其运算与控制的实现也极为复杂。
2．二进制的运算规则简单
加法是最基本的运算，乘法是连加，减法是加法的逆运算，除法是乘法的逆运算。其余任何复杂的数值计算也都可以分解为基本算术运算复合进行。为了提高运算效率，在计算机中除采用加法器外，也可直接使用乘法器。
3．用二进制容易实现逻辑运算
计算机不仅要具备算术功能，还要具备逻辑运算功能，二进制的 0、1 分别可用来表示假（false）和真（true），用布尔代数的运算法则很容易实现逻辑运算。二进制的主要缺点是表示同样大小的数值时，其位数比十进制或其他数制多很多，难写难记，因而在日常生活和工作中是不便使用的。但这个缺点对计算机而言并不构成困难。在计算机中，每个存储记忆元件（如由晶体管组成的触发器）可以代表一位数字，“记忆”是它们本身的属性，不存在“记不住”或“忘记”的问题。至于位数多的问题，只要多排列一些记忆元件就解决了， 鉴于集成电路芯片上元件的集成度极高，因此在体积上不存在问题。对于电子元器件，0 和1 两种状态的转换速度极快，因而运算速度很高。

练习：

1.5类双绞线 超5类双绞线 6类双绞线的区别。
2.信号的分类？
3.信号失真的原因？
4. 列出制作网线的过程。

答案

1.5类双绞线 超5类双绞线 6类双绞线的区别。
1）5类线
5 类线缆在原有基础上增加了绕线密度，且外套一种高质量的绝缘材料，线对的带宽性能为 1～100MHz。5 类线主要应用于 100MB 网络，常见的标准有 10Base-T和100Base-T。
超 5 类线在 5 类线的基础上做了进一步的优化。它的衰减更小，串扰更少，并可以用于铺设千兆网络。
6类线提供比超 5 类线更高的性能，适用于传输速率为 1000Mb/s 的场合，其带宽性能为 1～250MHz。
相对于超 5 类线而言，6 类线在串扰及回波损耗方面的性能得到很大改善，这也是它能够稳定实现千兆网络的重要原因之一。6 类线更适合影音传输等高负载的环境。

2.信号的分类？
信号可以分为模拟信号和数字信号。
模拟信号是信号参数（幅度、频率等）大小连续变化的电磁波， 可以以不同的频率在媒体上传输，是一个连续变化的物理量。
数字信号是不连续的物理量，信号参数也不连续变化。数字信号使用几个不连续的物理状态来代表数字。

3.信号失真的原因？
信号在传输过程中，因为受到外界干扰或传输介质本身的阻抗等特性，会产生一定程度的失真。信号失真的原因主要有以下几个。
1）噪声
2）衰减

4.列出制作网线的过程。
步骤1：用双绞线网线钳（当然也可以用其他剪线工具）把5类双绞线的一端剪齐（最好先剪一段符合布线长度要求的网线），然后把剪齐的一端插入到网线钳用于剥线的缺口中，注意网线不能弯。
步骤2：稍微握紧压线钳慢慢旋转一圈（无须担心会损坏网线里面芯线的皮，因为剥线的两刀片之间留有一定距离，这距离通常就是里面4对芯线的直径），让刀口划开双绞线的保护胶皮，拔下胶皮。当然也可使用专门的剥线工具来剥下保护胶皮。注意：剥线长度通常应恰好为水晶头长度，这样可以有效避免剥线过长或过短造成的麻烦。剥线过长则不美观，另一方面因网线不能被水晶头卡住，容易松动；剥线过短，因有外皮存在，太厚，不能完全插到水晶头底部，造成水晶头插针不能与网线芯线完好接触。
步骤3：剥除外皮后即可见到双绞线网线的4对8条芯线，并且可以看到每对的颜色都不同。每对缠绕的两根芯线是由一种染有相应颜色的芯线加上一条只染有少许相应颜色的白色相间芯线组成。四条全色芯线的颜色为：棕色、橙色、绿色、蓝色。
步骤4：把每对都是相互缠绕在一起的线缆逐一解开。解开后则根据规则把几组线缆依次地排列好并理顺，排列的时候应该注意尽量避免线路过多的缠绕和重叠。把线缆依次排列并理顺之后，由于线缆之前是相互缠绕着的，因此线缆会有一定的弯曲，应该把线缆尽量扯直并保持线缆平扁。把线缆扯直的方法也十分简单，利用双手抓着线缆然后向两个相反方向用力，并上下扯一下即可。
步骤5：把线缆依次排列好并理顺压直之后，应该细心检查一遍，之后利用压线钳的剪线刀口把线缆项部裁剪整齐。
步骤6：把整理好的线缆插入水晶头内。需要注意的是，要将水晶头有塑造料弹簧片的一面向下，有针脚的一面向上，使有针脚的一端指向远离自己的方向，有方型孔的一端对着自己。此时，最左边的是第1脚，最右边的是第8脚，其余依次顺序排列。插入的时候需要注意缓缓地用力把8条线缆同时沿IU一45头内的8个线槽插入，一直插到线槽的顶端。注意：裁剪的时候应该是水平方向插入，否则线缆长度不一会影响到线缆与水晶头的正常接触。若之前把保护层剥下过多的话，可以在这里将过长的细线剪短，保留去掉外层保护层的部分约为15mm，这个长度正好能将各细导线插入到各自的线槽。如果该段留得过长，一来会由于线缆不再互绞而增加串扰，二来会由于水晶头不能压住护套而可能导致电缆从水晶头中脱出，造成线路的接触不良甚至中断。在最后一步的压线之前，可以从水晶头的顶部检查，看看是否每一组线缆都紧紧地顶在水晶头的末端。
步骤7：压线。在最后一步压线之前，此时可以从水晶头的顶部检查，看看是否每一组线缆都紧紧地顶在水晶头的末端。确认无误之后就可以把水晶头插入压线钳的8P槽内压线了，把水晶头插入后，用力握紧线钳，若力气不够的话，可以使用双手一起压，这样压的过程使得水晶头凸出在外面的针脚全部压入水晶并头内，施力之后听到一声轻微的“啪”即可。
步骤8：压线之后水晶头凸出在外面的针脚全部压入水晶并头内，而且水晶头下部的塑料扣位也压紧在网线的灰色保护层之上。到此，水晶头就制作完毕了。