10BASE-T 是把以太网从同轴电缆搬到双绞线上的第一步:10 Mbit/s、100 米、两对线。 它定下的 100 米,成了之后三十年所有铜缆以太网的默认距离。
上一节看帧,这一节看帧怎么变成电信号。 10BASE-T 是「T」系列的开头,后面的 100BASE-TX、1000BASE-T 都是它的延长线, 变的只是编码与线对数。
一、三样东西:两对线、曼彻斯特编码、100 米
两对线:一对发、一对收。 所以 10BASE-T 天生是全双工的物理基础,但早期的集线器是共享介质,只能半双工跑。
曼彻斯特编码:每个比特中间必须跳一次变。0 和 1 的跳变方向相反。 好处是接收端永远能从跳变里提取时钟,不需要单独的时钟线; 代价是符号率翻倍——10 Mbit/s 的数据需要 20 Mbaud 的跳变。
100 米:Cat3 在 10 MHz 下的衰减约 11.5 dB,是接收端还能正确判决的上限。 这条 100 米后来被写进了综合布线的国家标准,成了「水平子系统不超过 90 米 + 跳线 10 米」的由来。
二、为什么用双绞:绞距就是抗干扰
两根线绞在一起,外界干扰在两线上感应的电压几乎相同,接收端看的是差值, 干扰就被抵消了——这叫共模抑制。
绞得越密,能抗的频率越高。Cat3 每米绞 2 到 3 次,Cat5e 更密,Cat6 还在线对之间加了十字骨架。 所以「五类线换六类线」不是玄学,是绞距与工艺的差别。
RJ45 的 8 根针只用了 4 根(1、2、3、6),另外 4 根在 10BASE-T 里空着。 百兆仍只用这 4 根,千兆才把 8 根全用上——这也是为什么老房子只接了 4 根线时,百兆能通、 千兆跑不起来。
三、半双工时代的规矩:冲突、退避、效率
10BASE-T 配集线器时是半双工:一对线发,另一对收,但同一时刻只能一个方向。 于是 CSMA/CD 的退避算法成了关键——撞了之后等多久再发,是随机的指数退避。
结果就是「共享带宽」:10 个口接一台集线器,理论峰值仍只有 10 Mbit/s,而且人越多冲突越多, 实际吞吐可能掉到三成。
这就是交换机取代集线器的根本原因:交换机每个口是一个独立冲突域,10 个口就是 10 条 10 Mbit/s, 互不影响。这条在第二章会展开。
四、2026 现状:这个技术还在,但只在两个地方
一是老设备:门禁、旧打印机、工业控制板,还有只支持 10M 的芯片。 二是自协商的降级路径:线太长、线太差时,千兆跑不起来会退到 100M,再不行退到 10M。 看到端口跑在 10M,第一反应应该是查线,而不是查配置。
这也是现场最实用的一条经验:端口速率是链路质量的体检报告。 千兆口跑成百兆,八成是某一对线断了或者水晶头压得不好。
五、动手 Demo:曼彻斯特编码的符号率,与 100 米这个数字的来历
这段算两件事:编码把符号率抬到多少,以及 100 米对应多大的衰减量。
TH([u"项", u"值"], [0, 0])
T([u"数据率", u"10 Mbit/s"], [0, 0])
T([u"符号率", u"20 Mbaud"], [0, 0])
for m in (100, 150, 200):
T([u"%d 米" % m, u"%.1f dB" % (0.115 * m)], [0, 0])
实跑输出:
--------------------------------------------------------------------
10BASE-T 的曼彻斯特编码与它的物理极限
--------------------------------------------------------------------
**曼彻斯特编码每传 1 个比特,中间必须跳一次变。**所以 10 Mbit/s 的数据率
需要 20 Mbaud 的符号率——线上一秒钟跳两千万次。
项 值
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数据率 10 Mbit/s
编码 曼彻斯特(每比特一次跳变)
符号率 20 Mbaud
需要的最小带宽 约 10 MHz(基带)
Cat3 的标称带宽 16 MHz
**为什么只跑 100 米。**信号在双绞线里高频衰减得快,10BASE-T 规定:
距离 衰减(约) 还能不能收
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100 米 11.5 dB 能
150 米 17.2 dB 超出规格
200 米 23.0 dB 超出规格
**100 米不是随便定的**:它对应「最坏线材在 10 MHz 下衰减不超过约 11.5 dB」。
这条经验一直沿用到千兆,只是千兆把四对线全用上了。
20 Mbaud 是数据率的两倍,这是曼彻斯特编码的代价,也是它简单的原因:不需要扰码、不需要时钟线。
下面三行是衰减随距离的账:100 米 11.5 dB,150 米 17.2 dB,200 米 23 dB。 超过 100 米不是「信号弱一点」,是判决开始出错、帧校验失败。 现场遇到「线拉了 130 米,能通但老掉包」,就是这一条。
30 秒实验
- 看一眼你交换机端口协商出来的速率,有没有跑在 100M 的千兆口。
- 找一根成品网线,看水晶头里八根线是不是都压了。
- 算一下 10BASE-T 下一个 1518 字节的帧发送需要多久。
常见误区
- 以为 10BASE-T 天生全双工。物理上能,但配集线器时是半双工。
- 以为超过 100 米就完全不通。多数情况是能通但丢包,更难查。
- 以为四根线够用。百兆够,千兆不够。
自测三问(点开对答案)
1. 曼彻斯特编码为什么符号率是数据率的两倍? —— 每个比特中间都要跳变一次,一个比特时间里有两次电平状态。 2. 100 米这个上限对应什么? —— Cat3 在 10 MHz 下约 11.5 dB 的衰减,是接收端还能正确判决的边界。 3. 千兆口跑在百兆,最可能的原因? —— 线缆或水晶头有一对线不通,或线材等级不够。下一节:同样是 100 米,速率提到 100 M,编码换成了 4B/5B。
- ☐ (本节完,下一节 01.03.03 100BASE-TX)