从“头”说起——网线端接标准与故障排查

文｜美国理想工业公司 任长宁

从“头”说起
——网线端接标准与故障排查

文｜美国理想工业公司 任长宁

物理介质层是网络通信的基础，而网络硬件接口的端接，又是物理层连通性的基础，其故障占整个网络故障的80%以上。无论工程施工方还是直接用户，在线缆端接问题上都存在着诸多误解和错误认识。本文将结合测试仪表和工程实际应用回顾关键标准的发展过程，希望能对澄清一些基本概念和技术问题有所帮助。

1 RJ45与RJ11

RJ45指的是双绞线以太网设备接口，俗称“水晶头”。规范地讲，RJ45是特指由IEC（60）603-7定义的，8针模块化插孔或插头。RJ是“注册插孔”（Registered Jack）的缩写，它来自贝尔公司的USOC（Universal Service Ordering Codes） 通用服务分类代码，并受控于FCC（Federal Communications Commission，美国联邦通信委员会）。

RJ11通常指6针模块化插孔或插头，一般用于电话网络，是西部电子公司开发的接插件的通用名称，在FCC（美国联邦通信委员会）代表美国政府发布的一个文档中规定了RJ11，但并没有标准化，在国际标准中也没有单独“RJ11”的论述。RJ11可作为2芯或4芯接插件使用，由于RJ11还用于称呼4针模块化接插件，所以极易引起混淆。尽管RJ11仍在使用，但RJ45已有全面替代RJ11的趋势。

由于机械尺寸的关系，RJ45插头不能插入RJ11插孔，反过来却是在物理上可行的，由此让人误以为两者应该或能够协同工作。实际上，相关标准中是支持基于RJ45接口的数据和语音网络的兼容性，但不存在支持RJ11和RJ45协同工作和兼容性的依据。由于RJ11不是标准化的，其尺寸、插入力度、插入角度等没有统一的设计要求，因此不能确保互换性，甚至会引起两者损坏，如由于RJ11插头比RJ45插孔小，插头两边的塑料部分会损坏RJ45插孔内的金属针，因此建议不要混用。

2 T568是什么

提到网线端接，就会涉及T568A和T568B端接方式，又称接线图。两种端接的具体规定最早见于美国通信业/电子业协会2002年6月正式颁布的TIA/EIA 568B标准中，用来说明4对双绞线（8根线芯）在RJ45插头上如何排布（如图1所示）。

实际布线工程中，工作区的信息插座、配线架、连接计算机与信息插座的跳线，可任意选择两者之一进行端接，形成“直连线”。为规范起见，要求同一工程中只能使用同一种端接方式（如图2所示）。

图1

图2 直连线

如果电缆的一端使用了T568A，而另一端使用了T568B（如图3所示），则形成“交叉线”，此类电缆只在网络设备间进行级联时使用，例如：集线器与集线器进行级连。 另外，当把两台PC机通过网口进行对接时，也需要使用“交叉线”连接。“交叉线”应用的事实也作为反证，证明必然存在两种端接方式。

图3 交叉线

由于T568B是在TIA/EIA 568B中提出的，TIA/EIA 568B（2002年2月颁布）是TIA/EIA 568A（1994年1月颁布）的修订版，很容易造成这样的错觉，即T568B晚于T568A出现，T568B的性能高于T568A。那么实际情况是怎样的呢？

3 T568B的由来

在计算机网络刚开始发展的1985年，AT&T公司研发了基于已有电话系统并与其向下兼容的新型计算机网络。AT&T公司使用的端接方式被称为258A方式，这种端接方式在网络中，尤其在北美地区，被广泛应用。从图4可以看出，它就是T568B的前身。

同一时期，美国通信业的许多公司提出需要第三方机构来统一布线标准，于是行业的管理机构CCIA （Computer Communications Industry Association，美国计算机通信业委员会）就向EIA（Electronics Industry Association，美国电子业委员会）提出此要求。1991年7月，颁布了第一个标准草案——TIA /EIA 568，提出了T568A端接方式，并且支持用两对双绞线向下兼容一对双绞线的电话系统。经过多次修订，于1994年1月正式颁布了TIA /EIA 568A标准。又经过10次修订，于2002年颁布了TIA/EIA 568B，将AT&T的258A收入其中，更名为T568B。T568A与T568B同样被国际标准（ISO 11801:2002）采用，成为全球通行的端接方式。

可以看到，A、B方式唯一的不同是橙色线对与绿色线对的位置互换了。采用色标的目的是为了便于操作者识别线对，在电气性能方面，A与B没有本质区别，也没有优劣之分。由于上述历史原因，B方式早于A方式，这也是T568B方式使用更多的原因。不过，考虑到与USOC的色标兼容性，我们倾向于把T568A作为新装工程的首选，以到达既支持双线对ISDN系统，又支持高速数据传输的目的。由于A与B方式的导通性没有差异，已按B方式安装的系统没有必要再改装。同理，在采用B方式的水平布线系统中，用A方式的跳线连接终端也可行，且不会对网络性能产生任何影响。

需要说明一点：T568A和T568B已成为特指端接方式专用术语，被ISO及各种地区和国家标准引用，而不是TIA/EIA 568A、TIA/EIA 568B标准代码的简称，两者不要混淆。TIA/EIA 568B颁布后，完全取代了TIA/EIA 568A，因此在网线端接时，严格地讲，应称“采用T568A方式或T568B方式”，而不应是“采用T568A标准或T568B标准”，因为T568A标准已经废止。

4 T568A/B与USOC的兼容性

USOC通用服务分类代码长期以来已经成为最常用的电话系统基础规范，虽然采用相同的RJ45物理接口，但其线对端接定义与T568A/B不同（如表1所示），不支持数据只支持语音传输，换言之，T568A无论色标还是电气都能与USOC兼容，T568B与USOC色标不同，但电气连通性兼容，反之不行。

另外，线缆两侧按不同规定端接后，其形态是不同的。USOC规定线缆两侧接头的端接顺序是左右对称，如图5所示，两侧互为镜像，这与T568A/B的情形不同。

如果把两种端接好的线缆拉直，如图6所示（金属触片向上，扣片向下），更易看清其差异：USOC线是平直的，T568A/B在空间上扭转180o。

简言之，在都使用RJ45连接器的前提下，传统语音系统使用4/5线对，10/100M以太网使用1/2、3/6线对，两者可以同时使用，这就是兼容性。

5 电信号的传输

目前使用标准RJ45连接器的UTP通道带宽已达到500MHz，能支持最高传输速率达10Gbps，采用更高级连接器的SFTP链路，带宽达600MHz。线缆生产工艺的改进，使其支持带宽成数十倍地增加，但其基础并未发生改变——每对线芯相互扭绞，传输一路差分信号；以差分方式在扭绞线对内传输的电信号产生的电磁场相互抵消（如图7所示），对外界造成的干扰降至最低，来自外界电磁场的共模干扰也得到有效抑制。为减小信号耦合，同一护套内的4对线芯，彼此绞距互不相同，进一步降低了线对间串扰。

表1 USOC定义的一些特殊用途的端接方式

标准端接中的色标规定，只是便于人眼辨识，既兼顾连接器向下兼容性，又确保差分信号能在扭绞线对中传输。观察标准端接方式，虚线与实线色标间隔出现，也是为了更清楚地识别线序。

图5 USOC电话线与网线色标对应关系

图6 USOC 与 T568A 线芯排布对比

图7 电信号在扭绞线对上产生的磁场互相抵消

不过，错误仍难免发生。单一接线图故障分为开路、短路、反接、错对和串绕5种（如图8所示），由于可能出现多种故障的组合，实际情况更为复杂。

图8 接线图故障类型

上述故障中，最不易被发现的是“串绕”故障。它破坏了线对的扭绞特性，使差分信号相当于在平行线中传输（如图9所示），由于原有线对的扭绞关系，使串扰更加严重。

如前所述，RJ45端接方式不是顺序排列的，最容易出现串绕故障的是4/5与3/6线对。由于电气导通性不变，只用直流电检查连通性的仪表无法查出此类故障。当其出现在低速网络中时，虽然信号串扰很大，但有时仍能进行通信，而又时通时断，用户往往怀疑是有源设备或软件故障，不能即时排故。

图9 串绕故障

6 检查串绕故障

除掌握端接标准要求、认清色标、认真操作，避免出现错误外，检查串绕还要依赖功能较强的仪表。这些仪表一般具有以下功能之一：

（1）测量电容：分析线对结构可知，扭绞在一起的线对，其分布电容要远大于同样长度而彼此靠近的平行导线，因此在导通性正确的前提下，只要测量4个线对的分布电容并与预期数值比较，就能得知是否存在串绕故障（如图10所示）。

图10 通过测量电容检查串绕故障

测量线对分布电容除能辨别串绕故障外，还能用于计算线对长度、对断点进行定位。

（2）测量阻抗：线对结构发生变化后，其特性阻抗也随之改变，据此可判断是否出现串绕。

（3）测量近端串扰（NEXT）：近端串扰是评判线缆传输特性的最基本的电气指标，端接正确但有缺陷的线缆，往往导致该指标劣化，存在串绕故障的线缆，该指标将严重超标。

（4）测量误码率：带有串绕故障的链路有时仍能接入网络，虽然由于近端串扰造成网速很慢，但用PING命令收发短数据帧，并不能发现问题所在；用测试误码率的专用仪表则能明显看到传输性能的差异，尤其是在使用相同硬件设备的同一网络中，与正常链路作对比测试，更容易找到故障点。