【通俗易懂白话讲解】网线及POE供电原理-优快云博客

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前言

之前想买监控的时候，看到了有POE供电方式，一直对网线供电的原理比较模糊，电的知识也基本忘光了，经过搜索整理，本文用通俗易懂的大白话简单讲解一下。

一、网线

首先了解一下网线，这里主要说的是普通网线，不包括光纤网线，毕竟传输方式不同。

1. 材质

网线一共有8根电芯，所有的数据都是通过电信号传输，只不过规定0和1的方式不同。
先说说网线的材质，既然是电信号，那只要导电就可以，考虑现实成本，一般为铜铝铁，价格也是从高到低，特殊情况也会用到银

金属	元/公斤
银	6000
铜	66
铝	16
铁	2.5

网线材质主要有六种，下面简单介绍一下

1.1 四铁四铝网线

最低端的选择：这是品质最差的网线类型，由四根铁线和四根铝线混合组成。它的传输质量差，容易出现信号衰减。

1.2 铜包铝网线

性价比之选但寿命有限：在铝或铝钢合金芯表面镀上一层无氧铜。价格便宜，在市场上占有率高。

1.3 铜包铜网线（青铜网线）

隐藏的陷阱：在青铜（二次回炉铜）外面镀一层无氧铜，常被误认为是纯铜线。这类网线实际传输距离比标称短，购买时需警惕。

1.4 高导铝网线（铜包银）

传输远但寿命短：采用进口铝材，表面镀铜，实际是铜铝银合金。抗氧性相对较差，因此其使用寿命相对较短。

1.5 铜包银网线

远距离传输能手：主要材质为高纯度进口铝，镀铜层饱满。同样的，铝容易氧化，寿命比较多。

1.6 无氧铜网线

王者之选：目前最优的网线材质，氧含量≤0.003%，铜纯度>99.95%。严格控制氧含量与杂质，具备卓越导电率与耐蚀性能，传输距离达150米，使用寿命长，是理想选择。

详细请参考：【AI总结】网线材质全解析：四铁四铝、铜包铝、无氧铜……你家用的是哪一种？

2. 分类

网线经过不断演进，从一类到八类，从语音电缆到40Gbps，目前主要常用的有四类：五类、超五类、六类、超六类，下面简单介绍一下：

类别	标准年代	最大带宽	理论最大速率	核心升级	里程碑意义
五类线 (CAT5)	1995 (TIA/EIA-568-A)	100 MHz	100Mbps (100BASE-TX) 1000Mbps (需4对线, 非标)	绞合密度显著提高（>3绞/英寸），严格规范近端串扰（NEXT）、回波损耗（RL）等参数	首个支持百兆以太网的标准，普及度极高
超五类线 (CAT5e)	1999 (TIA/EIA-568-B)	100 MHz	1000Mbps (1000BASE-T)	关键参数（如PSNEXT, ELFEXT）大幅优化，在100MHz带宽下稳定支持千兆（4对线全双工）	千兆以太网主流介质，性价比之王
六类线 (CAT6)	2002 (TIA/EIA-568-B.2-1)	250 MHz	1000Mbps (100米) 10Gbps (55米)	引入十字骨架（Cross Separator）物理隔离线对，降低串扰；线规更粗（23AWG vs 24AWG）	奠定万兆基础，性能显著超越CAT5e
超六类线 (CAT6a)	2008 (TIA/EIA-568-B.2-10)	500 MHz	10Gbps (100米)	强制要求全程屏蔽（U/FTP 或 F/UTP），优化外部串扰（Alien Crosstalk）参数	首个完整支持百米万兆的双绞线标准

详细请参考：【AI总结】网线技术演进史：从语音电缆到40Gbps的蜕变之路

3. 内部结构

剥开一根网线，会发现里面藏着八根颜色各异的细线，它们像一群训练有素的“搬运工”，各司其职地传递数据。但为什么是八根？每根线究竟承担什么任务？

3.1 颜色

在这里插入图片描述
网线内部八根线按国际标准分为四对双绞线，每对颜色固定：

第1对：白橙（白底橙条纹） + 橙
第2对：白绿（白底绿条纹） + 绿
第3对：白蓝（白底蓝条纹） + 蓝
第4对：白棕（白底棕条纹） + 棕

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3.2 双绞线

为什么双绞？每对线像"麻花"一样缠绕，这不仅是简单的扭结——当电流通过导线时，双绞结构能利用电磁感应原理，让两根线产生的干扰信号相互抵消（类似噪声消除耳机原理）。缠绕密度越高（如Cat6线比Cat5e绞得更密），抗干扰能力越强。

抑制电磁干扰（EMI）：通过双线绞合结构抵消外部电磁场的干扰。实验数据显示，绞合密度每增加10%（如从1绞/厘米提升至1.1绞/厘米），抗干扰能力可提高15%-20%（参考IEEE 802.3标准）。
减少信号串扰：相邻线对的差异化绞距（如Cat6线缆绞距为1.5-2.0mm）可降低近端串扰（NEXT），提升数据传输稳定性。
成本与兼容性平衡：相比光纤，双绞线成本低（Cat5e均价约0.5元/米）、兼容性强，适用于90%以上的短距离局域网部署。

在这里插入图片描述
双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。采用这种方式，不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，也可以降低多对绞线之间的相互干扰。把两根绝缘的导线互相绞在一起，干扰信号作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的（这个干扰信号叫做共模信号），在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除，从而提取出有用信号（差模信号）。

3.3 顺序

在这里插入图片描述

568B（常用）

白橙→1，橙→2，白绿→3，蓝→4，蓝白→5，绿→6，白棕→7，棕→8

568A

白绿→1，绿→2，白橙→3，蓝→4，蓝白→5，橙→6，白棕→7，棕→8

关键规则

1/2、3/6必须为同一对双绞线：若错配会导致信号串扰，在50米以上距离可能出现网络时断时续。

为什么分A/B标准？
早期电话系统多采用568A标准，而568B将橙色线对（高频信号对）置于更优位置，更适合现代网络设备的数据传输需求。同一工程中需统一标准，否则可能引发兼容性问题。

3.4 分工

百兆网络（100Mbps）：四根线“打工”，四根线“待命”

发送数据（TX+/-）：第1对（白橙、橙）
接收数据（RX+/-）：第2对（白绿、绿）
蓝、棕两对：通常闲置，但部分场景可用于电话信号或备用。

家里的WiFi一般在电视底下，有的时候预埋只埋了一根线，以前的路由器又不支持转发电视信号，就可以把网线8根线中闲置的4根线拆出来安一个水晶头，直接连到电视上。

千兆网络（1Gbps及以上）：八根线“全员上岗”

发送数据：第1对（白橙、橙） + 第3对（白蓝、蓝）
接收数据：第2对（白绿、绿） + 第4对（白棕、棕）
全双工模式：八根线同时双向传输，效率翻倍，支持更高带宽。

4. 差分信号

经过上面的基础知识的介绍，我们终于讲到了网线的数据传输原理，我们知道数据的实际链路层只有0和1，简单设计的话，可以设置一个高电压表示1，低电压表示0，这样就可以实现数据传输了
但是现实中是有很多电磁干扰的，网线这么长的距离，传到接收端已经很难再区分了，为什么隔着几米、甚至几十米的距离，数据还能在复杂的电磁环境中稳定传输？答案就藏在网线内部那两两缠绕的线对里，而背后的核心技术叫做差分信号传输。
而这也是使用双绞线的根本原因。

什么是差分信号？
想象一下两个人在嘈杂的菜市场对话。如果一个人大声喊话（单端信号），很容易被周围噪音淹没。但如果两个人约定好：一个人说正数，另一个人同时说对应的负数（比如 +5 和 -5），接收方只计算两人的差值（+5 - (-5) = 10），那么即使环境噪音同时干扰了两人（比如都+3，变成+8和-2），差值（8 - (-2) = 10）依然不变！这就是差分信号的核心理念。

在电路中就是一组双绞线的两根线分别传输正负相等的电压，比如一个+5伏，一个-5伏，假设环境干扰造成+2伏的影响，那么会同时作用在两根电线上，最后接收端接收到的差值仍然是10v

实际中网线上传输的是高频交流电信号，用于表示二进制数据（0和1）。这类信号的工作电压非常低，通常不超过3V，峰值电压一般也不会超过10V。

再找个示例
在这里插入图片描述
1）左边的Sender是信号源，在线路上传输信号时，它会使用两条线来传输信号：

下边的线路传输原信号。
上边的线路传输反转的信号。

2）在传输过程中，出现了噪音Noise，Noise也是一种信号，它会把自己叠加到上下两条线路的信号中，可以看到上下两条线路中的信号都产生了相同的波动。

3）最右边的Receiver是查询信号接收装置，它会计算两个信号中同一时刻的差值，然后使用这个差值来重新组织信号，就能得到信号的原始逻辑状态，也就是高电压或者低电压。

正是这种巧妙的“一正一负，差值说话”的设计哲学，结合精密的物理结构（双绞线）和电子电路，使得看似普通的网线能够在充满电磁“噪音”的现实环境中，高速、可靠地传输我们的数据。

二、POE供电

总算是说到了主题，网线部分最重要的就是关于内部结构和差分信号的介绍，这是实现POE供电的前提。

1. 介绍

POE的全称是Power Over Ethernet，即以太网供电，也就是利用网线同时传输数据和电力，这点很好理解，网线就是一种特殊的电线，专为信号数据设计，只不过现在把本职工作捡起来，当然，不能破环原有的数据传输。
应用的对象当然就是同时需要网络和电力的设备，比如摄像头、监控、WiFi的AP面板等等
PSE：供电端设备(PSE,Power Sourcing Equipment)
PD: 受电设备 (Powered Device，缩略为 PD)

2. 供电原理

传输数据只需要判断到差值就可以了，所以电压都很小。需要供电的时候，对监控、摄像头等PD来说几伏就不够了，这时候，PSE（供电设备，如PoE交换机） 通过以太网变压器的中心抽头将48V直流电压注入，为设备提供电力。

上面我们讲过，8根线有两种工作情况，一种是百兆网络，使用4根空闲4根；一种是千兆网络以上，4根都传输数据。
对应的供电方式也有两种：
在这里插入图片描述

2.1 模式B：空闲线对供电

主要用于10M和100M宽带，使用网线中未用于数据传输的4、5、7、8线对
4、5脚连接为正极（+）
7、8脚连接为负极（-）

2.2 模式A：两对数据线对供电

用于100M以上宽带，使用传输数据的1、2、3、6线对
将DC电源加在传输变压器的中点
不影响数据信号传输

关键点：IEEE标准禁止同时使用两种供电方式。PSE设备只能选择一种方式供电，但PD设备必须能够同时适应两种情况。

同时传输的原理：
以最常用的IEEE 802.3at标准为例，POE标称电压：48V DC；
给双绞线同时加入一个直流电压（共模电压），由于直流电压远大于交流电压，最终会形成一个在48V上下波动的直流电；
而一组双绞线的两根线仍然保持着交流信号的电压差，通过差值传递数据（差分信号）。

2.3 4PPoE：四对数据线供电

最新标准 IEEE 802.3bt（2018年） 支持四对同时供电（4 Pair PoE），可输出高达60~90W功率，仍基于共模电压注入+差分信号隔离原理，只是扩展到了全部四对线。
千兆以太网（1000BASE-T）的唯一选择，因为四对线都用于数据传输

3. 协议

POE技术遵循IEEE 802.3系列标准，目前主要的标准包括：

名称	功率	支持模式
IEEE 802.3af （POE）	15.4W	AltA + AltB
IEEE 802.3at （POE+）	30W	AltA + AltB
IEEE 802.3bt （POE++）	60W 至 90W	AltA + AltB + 4PPoE

各类网线对 PoE 协议的支持情况可以按 IEEE 标准等级（af/at/bt）归纳如下：

网线类型	IEEE 802.3af (PoE ≤15.4 W)	IEEE 802.3at (PoE+ ≤30 W)	IEEE 802.3bt (PoE++ ≤90 W)	备注
Cat5E	✔	✔	—	主流布线，千兆+常规PoE/ PoE+ 无压力
Cat6	✔	✔	—	线径更粗、电阻更低，供电余量更大
Cat6A UTP/FTP	✔	✔	—	抗串扰、温升表现更好，适合高密度布线
Cat7 / 7A S/FTP	✔	✔	✔	全屏蔽、线径≥23 AWG，可稳定跑 PoE++
Cat8.2 S/FTP	✔	✔	✔	支持 25-40 Gbps 数据及 90 W PoE++

五类网线比较老旧，本身已经被淘汰，协议标准也未明确支持，最多用于短距离（≤50 m）或低功率（<10 W）场景，基于IEEE 802.3af (PoE ≤15.4 W)协议的设备。

详细请参考：【AI总结】PoE供电技术全景解析：从协议标准到系统设计的深度指南

参考文献

【AI总结】网线材质全解析：四铁四铝、铜包铝、无氧铜……你家用的是哪一种？
【AI总结】网线技术演进史：从语音电缆到40Gbps的蜕变之路
 POE原理，千兆POE供电分离方案
 【AI总结】PoE供电技术全景解析：从协议标准到系统设计的深度指南

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