双绞线以太网听起来像是简单的工程约定,但其背后却包含了电话系统历史、物理层工程学、厂商竞争与标准博弈的复杂交织。回顾这段历史可以帮助理解为何现代布线体系演进成今天的样貌,也能说明那些"被放弃的线对"与未被广泛接受的方案当时为何具有吸引力却最终失利。 上世纪八九十年代之前,建筑内的通信布线主要为语音服务服务。商业环境中尤为常见的是所谓的钥匙电话系统,例如1A2系统,它的设计哲学与后来的交换机(PBX)不同。1A2等按键电话将多条线路直接接入每台电话,机上每个按键对应一条线路,加上保持、指示灯、铃声控制等功能,往往需要多条独立的线对支持。为了满足这种需求,业界普遍采用25对电缆,并在端头使用Amphenol大插头连接,这成为商业建筑内部配线的事实标准。
电话用双绞线与后来的计算机网络用双绞线在细节上并非完全一致,其中决定性因素之一是绞距,也就是两根线在对中交换位置的频率。绞距越短,对高频信号的串扰抑制越好。布线类别(Category)在后来成为衡量一根电缆能承载多高频率信号的方式,Category 3在过去广泛被称为"语音等级"但事实上也能支持到十几兆赫的传输,因此成为早期基于双绞线的局域网标准的合适物理介质。 StarLAN以及后来被标准化的10BASE-T都与Category 3存在天然的兼容性,这也是人们常说双绞线以太网"复用电话线资源"的由来。在许多办公室里,既有25对电缆又有多余的对可以用于网络,短期内节省了重新布线的成本。但随着网络速率需求上升,特别是迈向100Mbps的时代,Category 3的频带能力已经成为瓶颈,行业进入了是否应当铺设新电缆还是制定能在现有语音布线上运行的标准的争议期。
进入100Mbps时代时,几种不同的解决方案出现并展开竞争。100BASE-TX最终成为主流,但在中间曾有两类以兼顾现有Category 3布线为目标的提案引人注目。其一是100BASE-T4,名称中的"T4"强调使用四对线对来实现传输。为适应Category 3的带宽限制,T4采用了复杂的信号处理和四对动态分工的方法,使得在较低带宽线材上也能实现100Mbps的吞吐。其二是100BaseVG(通常写作100BaseVG或100VG-AnyLAN),它将介质访问控制与物理层做了较大的改变,引入了类似电话系统的确定性访问方法,并且使用四对电缆与"需求优先"(demand priority)的机制来提高实时性与在高负载下的吞吐。 这两种方案之所以吸引人,是因为许多企业希望利用既有的Category 3布线以避免昂贵和耗时的重布线工程。
T4和VG在设计上都尝试用较差的线材实现更高的速度与更好的实时性能,但它们各自的妥协也带来了问题。T4依赖复杂的数字信号处理芯片来恢复信号,成本上升且对线材质量较为敏感。VG虽然通过令牌式或受控访问减少碰撞并为实时流量提供更稳定的体验,但其协议复杂、实现成本高,而且与传统以太网体系的兼容性较差。 对比之下,100BASE-TX选择了更"洁净"的路径:要求Category 5或更高级别的布线以提供更高的信号完整性,同时保持较为简单、普适的物理层框架以及向后兼容的网络管理理念。虽然这需要在许多建筑中进行新布线,但TX的硬件成本更低,实施更可靠,长期维护与互通性优势明显。产业最终选择了TX,很大程度上是因为设备制造商与网络管理员更愿意为更简单、更标准化的设备支付,而不是为保留旧线材而接受更复杂的芯片与更苛刻的调试工作。
另一个值得回顾的尝试是IsoEthernet及其相关设想。该设计试图将以太网的分组交换特性与电话系统的时分复用(TDM)确定带宽结合,提供一种混合的"既能无确定性传输数据又能提供确定性信道"的方案。具体做法是在两对Category 3线上以16.144Mbps的速率传送TDM帧,划分出一个约10Mbps的P通道用于以太网帧,其余带宽分为多个64Kbps的B通道用于语音或低延迟媒体。这个设想在理论上解决了实时媒体(如视频会议)在普通以太网上容易受到碰撞与抖动影响的问题,但它需要新的集线设备、终端支持以及与传统语音交换系统的整合,这些现实工作量与成本使之未能获得市场青睐。 产业选择的背后还有组织与标准化的力量。像TIA-568这样的布线标准在不同历史时期对颜色编码、线对编号与插座的布线方式提出规范,然而早期很多内部传统与公司内部做法并不一致。
即便某些标准源自同一组织,其内部不同项目组采用的约定也可能不同,导致后来形成所谓的568A与568B两种配线方式。对多数终端用户来说,这类差异不会影响日常使用,但对工程师与安装人员而言,历史遗留的约定造成的混乱在升级与维护时却真实存在。 此外,市场动力、厂商策略以及切换成本共同塑造了最终赢家的格局。尽管T4和VG在兼容既有布线方面从短期看似更节省开支,但它们带来的长期不确定性、复杂度与设备成本,让许多决策者倾向于在可预见的未来一次性投资更高质量的线缆,以换取设备的低成本、低维护和更大厂商支持。随着交换技术的普及,从共享介质的集线器到基于交换的网络架构迁移,也进一步削弱了VG那类依赖令牌或控制平面的方案的优势。 今天回头看,当年的"被放弃的线对"并非技术上没有价值,而是在特定的产业生态与时间点上并未能形成足以支撑长期发展的商业模型。
现代以太网的演进继续沿着更高频率、更短绞距以及更多线对利用的方向前进。千兆以太网(1000BASE-T)与更高带宽标准通过利用四对双绞线实现全双工传输,把曾经被"节省"的线对变成了必须的资源。与此同时,Power over Ethernet等技术又赋予了双绞线新的功能,使其不仅承载数据,还能同时为终端设备供电。 总结历史的教训,有几点值得关注。第一,物理层的工程学细节,比如绞距和对之间的微小差别,能够极大影响高频性能,因此简单的"兼容语音布线"口号在实践中往往需要取舍。第二,技术选择并非只看技术指标,设备成本、维护难度、标准化程度与生态系统支持常常决定胜负。
第三,短期节省布线成本的方案如果增加体系复杂度并削弱可维护性,长期来看可能会被一次性重布线与更统一的标准所取代。 如今的网络工程师在规划布线时应从历史中学到两件事。一是评估未来五到十年的需求而非仅看当前节省,投资合适的布线档次可以减少日后昂贵的升级。二是在可能的情况下优先采用被广泛支持的标准与实践,因为生态系统的广度往往比单项技术优势更能保证可持续性。 双绞线以太网的历史既是技术演进史,也是产业选择与标准化力量相互作用的故事。那些未被广泛采用的方案并不意味着失败,而是成为决定现代网络形态的一部分教科书式案例。
理解这些被忽略的线对与被放弃的路线,有助于更理性地面对未来布线与网络架构的抉择。 。
