为什么双绞线限制传输距离是100米

双绞线的传输距离限制为100米是由多个因素共同作用所导致的。

让我们更深入地了解这些因素和具体的计算过程。

1.1 信号衰减和畸变

如上所述，信号在双绞线中传输时会受到电阻和电容的影响，导致信号衰减和畸变。

随着传输距离的增加，信号的能量逐渐损失，信号的有效幅度减小，最终可能无法在接收端正确地解读和还原数据。这导致了信号传输距离的限制。

1.2 中继规则（5-4-3-2-1规则）

在以太网中，特别是快速以太网（如100Base-TX），遵循一个中继规则，也称为5-4-3-2-1规则。

这个规则限制了环形拓扑网络中的中继器数量和距离。具体规则如下：

• 最多允许5个网络段（即5个双绞线）连接在一起形成一个环形拓扑；
• 在这5个网络段中，最多允许4个中继器（或集线器）；
• 任意两个中继器之间最多只能有3个网络段相连；
• 每个网络段上最多允许连接2个设备（一个发送方和一个接收方）；
• 中继器之间的总距离限制为100米。

这个规则的目的是限制冲突域的大小，以保证网络中的数据传输的可靠性。

1.3 传输延迟和环形冲突延迟

传输延迟是指信号在网线中传输所需的时间。

双绞线的传输延迟与传输距离成正比，随着传输距离的增加，传输延迟也会增加。

环形冲突延迟是指从信号发送到最后得到确认的时间不能超过一定的时间。

在快速以太网中，这个时间要求为5120ns，即512个比特时间。

环形冲突延迟的限制是为了保证网络中的冲突检测和冲突处理能够及时进行，从而维持网络的稳定性和吞吐量。

1.4 计算双绞线传输距离

根据以上原理和规则，我们可以计算双绞线的传输距离的上限。具体计算步骤如下：

1. 计算信号传输所需的位时间：1位时间=1/100mbps=10ns
2. 计算双绞线传输延迟：五类UTP的延时为5.56ns/m
3. 计算环形冲突延迟：对于100mbps的传输率，环形冲突延迟为5120ns
4. 计算环形冲突直径：环形冲突直径（米） = (传输速率 / 环形冲突延迟) * 0.5 = (100mbps / 5120ns) * 0.5 = 0.09766m
5. 最终计算双绞线传输距离上限：由于一个网络段（双绞线）的传输距离是环形冲突直径的一半，所以双绞线的传输距离上限为100米。

因此，根据信号衰减、时钟抖动、中继规则和传输延迟等因素的综合作用，双绞线的传输距离被限制为100米，以保证数据在网络中的稳定和可靠传输。

超过100米的传输距离可能导致冲突检测和处理不及时，造成数据传输的错误和丢失。

因此，在设计和实际应用中，必须严格遵守这一限制，以确保网络的正常运行和高效传输。