双绞线的制作与测试：从原理到实践

双绞线的制作与测试：从原理到实践

双绞线是计算机网络中最常用的传输介质之一，广泛应用于以太网的网络连接。本文将详细介绍双绞线的工作原理、分类、制作方法及测试过程，帮助读者掌握直通线和交叉线的制作技巧，并学会使用测线仪进行线缆检测。

一、实验目的

1. 理解双绞线的工作原理及其分类。
2. 了解直连线、交叉线和全反线的区别与用途。
3. 了解 TIA/EIA 568A 和 568B 的颜色排列标准。
4. 掌握 RJ-45 双绞线的直通线和交叉线的制作方法，了解其应用场合。
5. 利用测线仪测试网线是否正常。

二、实验内容

1. 制作双绞线直通线并测试
2. 制作双绞线交叉线并测试

三、实验原理

1. 双绞线简介

双绞线是计算机网络中应用最广泛的传输介质，广泛用于以太网中的网络连接。常见的网络类型如 100Mbps 快速以太网通常采用五类（Cat 5）或超五类（Cat 5e）非屏蔽双绞线（UTP）。

1.1 双绞线的结构与工作原理

双绞线由 4 对相互绞合的铜线组成，每对线有不同的颜色编码，分别为：蓝和蓝白、绿和绿白、橙和橙白、棕和棕白。每对铜线的绞合有利于减少电流通过铜介质时产生的电磁辐射，同时减少外部电磁干扰。通过合理的扭绞排列，不同颜色对的绞线程度规格，绞线程度越紧，信号的抗干扰能力越强，从而提高通信质量。

双绞线的传输速度一般为 10Mbps 或 100Mbps。常见的高效双绞线型号如 10BASE-T 和 100BASE-T，采用基带传输方式（即信号的频率不被调制），可提供的数据传输。根据是否有屏蔽层，双绞线可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。其中，UTP-5 类线广泛应用于 100Mbps 的网络传输。

1.2 双绞线的分类与性能

STP 与 UTP-5 的主要电气性能比较如下：

从表格中可以看出，虽然 STP 的信号衰减较小，但其近端干扰较大且价格较高；而 UTP-5 在衰减和干扰方面表现较好，但成本较低，因此在实际应用中，100Mbps 网络通常选择 UTP-5 类线作为传输介质。

1.3 RJ-45 接口与连接器

双绞线的端点通常需要安装 RJ-45 连接器（俗称“水晶头”），这种连接器具有固定的插入方向，并能够防止脱落。RJ-45 接口由 8 个金属触点构成，每个触点对应双绞线中的铜线，用于数据的传输和接收。

1.4 EIA/TIA 568A 和 568B 标准

EIA/TIA 568A 和 568B 标准制定了 UTP 网线（双绞线）的线序标准：

568A 和 568B 排列规律如下：

• 纯色和非纯色为一对，且相互隔开。
• 在 568A 和 568B 标准下，只有 1、2、3、6 的线序不一样，其他颜色线序相同。1-3 对调；2-6 对调。

这里的 1、2、3…… 只是在水晶头（RJ45 接口）中的排列顺序，并不代表相邻的为一对，像 568A 中的 3、6 是一对；而 3、4 并不是一对。

1.5 网络带宽

在网络数据传输过程中，计算机的串口将二进制比特序列转换为数字信号，并通过 RJ-45 接口传输到双绞线。在接收端，计算机将信号解码为原始比特序列进行处理。这种方式，双绞线能够高效地传输网络数据，且由于其结构能够有效降低电磁干扰，确保传输质量。

1.6 扩展和中继器

双绞线的最大传输距离通常为 100 米。如果需要扩展传输距离，可以通过中继器来连接多个网段。最多可以安装 4 个中继器，将信号传输到 500 米。

2. 直通线与交叉线

在计算机网络中，双绞线根据两端的线序排列标准不同，可以分为直通线、交叉线和全反线。不同类型的线缆用于不同设备之间的连接，具体用途如下。

2.1 直通线（Straight Cable）

直通线是指两端线序相同的网线（即两端均按 T568A 或 T568B 标准接线）。直通线用于连接不对等的端口，即终端设备与通信设备之间的连接，例如：

• PC ↔ Hub
• PC ↔ Switch
• Switch ↔ Router

在实际应用中，直通线通常遵循 T568B 标准接法。

2.2 交叉线（Crossover Cable）

交叉线是指两端线序不同的网线，一端采用 T568A 标准接法，另一端采用 T568B 标准接法。交叉线用于连接对等设备，即相同类型设备之间的连接，例如：

• PC ↔ PC
• Switch ↔ Switch
• Router ↔ Router
• PC ↔ Router

制作交叉线时，只需将一端的线序按“1 ↔ 3”和“2 ↔ 6”的位置对调即可。从规范上看，这实际上是 T568B 与 T568A 的组合接法。

2.3 全反线（Full Reversed Cable）

全反线是指两端线序完全相反的网线。例如，一端采用 T568B 标准接法，另一端将线序完全反转（即从 1-8 到 8-1）。全反线主要用于连接设备的 Console 口进行设备调试。

2.4 总结对比

2.5 实际应用中的注意事项

• 同种设备用交叉，不同设备用直连。
• 在现代网络设备中，许多交换机和路由器的“Uplink”端口内部已经配置了自动交叉跳线功能，可以直接使用直通线实现设备级联。
• 本实验中常用 T568B 标准进行直通线制作。

四、实验环境

RJ-45 水晶头 5 个、双绞线 3 根、压线钳 1 把、打线钳 1 把和双绞线测试仪 1 个

五、实验步骤

1. 制作双绞线

1.1 剪断网线

使用压线钳的剪线刀口，根据需求剪取适合长度的网线，尽量保持剪口平整。

1.2 剥离外皮

1. 使用剥线刀口，划开双绞线的保护外皮，剥开长度为 3～5 厘米，小心不要损伤内部的铜线。
2. 将外皮轻轻拔下，露出内部的 4 对绞线。

1.3 排序线序

1. 将剥除外皮后的绞线轻轻拉直。
2. 按照 T568B 标准的颜色顺序排列：

• 从左到右：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。

3. 如果需要制作交叉线，则一端采用 T568B 标准，另一端改为 T568A 标准（白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕）。
4. 将线理顺后，用指甲压紧成扁平带状。

1.4 剪齐导线

使用压线钳剪齐理顺后的 8 根导线，确保长度统一，留在外皮外的部分约为 2 厘米。

1.5 插入水晶头

1. 一手捏住水晶头（RJ-45 接口），塑料弹片向下，针脚面朝外。
2. 另一手将双绞线慢慢插入水晶头，确保 8 根导线分别进入对应的 8 个线槽，并插到最底部。
3. 确认网线的外皮部分也进入水晶头，增加固定强度。

1.6 压制水晶头

1. 确保芯线完全插入水晶头底部且线序正确后，将水晶头放入压线钳的压线缺口。
2. 用力压下压线钳，使金属片刺穿导线的绝缘层，与铜芯接触良好。
3. 可重复压制一次以确保牢固。

1.7 测试网线

使用网线测试仪检测双绞线：

• 直通线：两端的 8 个指示灯按照线序依次亮绿灯。
• 如果出现灯不亮或亮红灯、黄灯的情况：
• 先尝试再次压制水晶头。
• 如果无效，检查线序是否正确，必要时重新制作一端水晶头。
• 如问题依旧，将另一端的水晶头也重新制作，直至测试仪显示全绿灯为止。

1.8 制作交叉线

按照直通线制作步骤，在排列线序时：

• 一端为 T568B 标准，另一端将线序调整为 T568A 标准。
• 检测时：
• 一端的“1”号指示灯对应另一端的“3”号指示灯亮；
• 一端的“2”号指示灯对应另一端的“6”号指示灯亮。

注意事项

• 剥线时避免损伤铜芯，否则可能导致接触不良。
• 插入水晶头时，确保导线完全插入底部，外皮尽量进入水晶头内部以增强固定效果。
• 线序对齐很关键，排列错误会导致无法通信。
• 连接完成后，务必用测试仪确认线缆的正确性与可靠性。

2. 测线仪的使用方法

2.1 使用方法

1. 连接网线
   将网线两端的水晶头分别插入主测试仪和远程测试端的 RJ45 端口，确保两端连接稳固。将测线仪的开关拨到“ON”档，S 为慢速档，此时主测试仪和远程测试端的指示灯应逐个闪亮。

2. 直通线测试
   在测试直通线时，主测试仪的指示灯应按照 1 到 8 的顺序逐个闪亮，远程测试端的指示灯也应按照 1 到 8 的顺序逐个闪亮。如果两端的指示灯都按正确的顺序闪亮，说明直通线的连接没有问题；若指示灯显示异常，则需要重新制作网线。

3. 交叉线测试
   在测试交叉线时，主测试仪的指示灯应同样按 1 到 8 的顺序逐个闪亮，但远程测试端的指示灯则应按 3、6、1、4、5、2、7、8 的顺序依次闪亮。如果指示灯显示正确，说明交叉线的连通性没问题；否则，需要重新制作交叉线。

4. 线序错误测试
   如果网线两端的线序不正确，主测试仪的指示灯仍会按照 1 到 8 的顺序逐个闪亮，但远程测试端的指示灯将按实际连接的线号顺序依次闪亮。例如，如果远程测试端的指示灯按错误顺序闪烁，说明线序不正确，需要重新制作网线。

2.2 导线断路测试的现象

1. 1 到 6 根导线断路
   当有 1 到 6 根导线断路时，主测试仪和远程测试端的对应线号指示灯都不会亮起，其他指示灯则会正常逐个闪亮。此时需要检查并修复断路的导线。

2. 7 根或 8 根导线断路
   当有 7 根或 8 根导线断路时，主测试仪和远程测试端的所有指示灯都会不亮。这表示网线存在严重的断路问题，需要重新制作网线。

2.3 导线短路测试的现象

1. 两根导线短路
   当有两根导线发生短路时，主测试仪的指示灯仍会按 1 到 8 的顺序逐个闪亮，而远程测试端的对应短路导线的指示灯会同时点亮。其他指示灯则继续按正常顺序闪亮。

2. 三根或更多导线短路
   当有三根或更多导线发生短路时，主测试仪的指示灯仍会按照 1 到 8 的顺序逐个闪亮，但远程测试端所有短路导线的对应指示灯将不亮。此时需要检查并修复短路的导线。

六、实验结果与分析

1. 实验结果：测线仪亮灯顺序一致。
2. 压线标准：

• T568A 标准：白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕
• T568B 标准：白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕

3. 实验中需要注意的地方：

• 剪断电缆线时需注意：一定要剪得整齐。
• 剥开的导线长度不能太短，可以先留长一点。
• 不要剥开每根导线的绝缘外层。

七、实验总结

通过“双绞线的制作与测试”实验，掌握了双绞线网线制作与测试方法，学会使用相关工具，明白制作细节重要性，实验结果正确，体现理论与实践结合的重要性。本学期计算机网络课程中的双绞线综合实训提升了实际应用水平，巩固了双绞线基本认识，加深了专业理论知识理解，掌握了制作程序与方法。实验提升了操作能力，加深了知识理解，增强了解决问题能力，对网络连接物理层面有直观认识，为未来积累经验。