Что показывает кабельный тестер

Из-за некачественного соединения в кабельной сети могут возникнуть неприятности. Специальные методы тестирования позволяют досконально проверить кабельную инфраструктуру.

Случалось ли вам просить автослесаря починить коробку передач или карбюратор вашего автомобиля, предполагая наличие крупной проблемы, хотя причина неисправности оказывалась совсем пустяковой? Когда имеешь дело со сложной системой, нельзя пренебрегать даже простейшими компонентами. Отказ мельчайшей детали может иметь не менее серьезные последствия для системы в целом, чем отказ какого-либо ключевого компонента. Кабели служат средой передачи данных между пользователями, серверами, принтерами, коммутаторами и маршрутизаторами в сети. Если какой-то из них не справляется со своей ролью среды передачи потока данных, то это может привести к полному отказу сети.

Некачественная проводка - одна из наиболее распространенных причин возникновения проблем в сети, поэтому кабельную инфраструктуру не стоит рассматривать как нечто вечное и защищенное. Проводка нуждается в таких же аккуратных и тщательных процедурах диагностики, мониторинга и обслуживания, как и другие системы в вашей сети. Если пренебрегать превентивным тестированием и эффективными процедурами диагностики кабелей, то рано или поздно вам придется за это поплатиться, вплоть до необходимости подыскивать себе другую работу.

Как убедиться в том, что все кабели проложены правильно и что не они послужили причиной отказа сети? Проверяете вы недавно законченную реализацию или пытаетесь устранить проблему в уже функционирующей сети, кабельный тестер является наиболее эффективным инструментом контроля качества передачи по сетевому кабелю. Правильный подход к упреждающему тестированию с помощью такого устройства помогает свести к минимуму время простоя сети и значительно смягчает отрицательный эффект, когда проблемы в проводке все же возникают.

ГДЕ И КОГДА?

Тестирование проводки осуществляется на физическом уровне эталонной модели OSI. Физический уровень определяет передачу битов в носителе, и его стандарты описывают электрические характеристики сигнала, кабеля и контактов соединителей. Наиболее распространенным типом кабеля сегодня является UTP Категории 5, поддерживающий трафик до 100 Мбит/с в сетях Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring и FDDI.

Большинство кабельных тестеров, таких как DSP-100 фирмы Fluke, выполняют проверку для сертификации проводки Категории 5 на соответствие требованиям передачи данных. Некоторые тестеры позволяют проверять и другие кабельные среды, такие как многомодовый и одномодовый волоконно-оптический кабель, а также тонкий и толстый коаксиальный. Между тем тестирование других уровней выше физического, таких как канальный и более высокие уровни, производится с помощью анализатора протоколов.

Когда следует проводить тестирование кабеля? Наиболее очевидный ответ - когда пользователи начинают испытывать трудности; но решение проблем постфактум нежелательно, особенно если дело касается тестирования кабеля. Любая процедура тестирования кабеля после проявления проблемы будет выполняться в условиях дефицита времени, а пользователям придется ждать, пока вы устраните неисправность, чтобы вернуться к работе.

Между тем иногда подобные ситуации неизбежны. Когда вы сталкиваетесь с необходимостью восстановить работоспособность сети, например, когда какой-либо сетевой ресурс становится недоступен, прежде всего следует воспользоваться программным обеспечением управления сетью или анализатором протокола для идентификации той части сети, где произошел отказ. Если оказывается, что причина кроется в кабелях и соединителях, то высококачественный кабельный тестер и умение работать с ним будут просто неоценимы.

Так или иначе, кабели лучше всего тестировать сразу после их прокладки. Такой упреждающий подход окупит себя, сводя к минимуму проблемы, с которыми ваша сеть может столкнуться в будущем. Кроме того, сам процесс будет происходить в гораздо менее напряженной обстановке. Подобное тестирование следует проводить не только после завершения инсталляции, но и периодически в ходе эксплуатации сети. Упреждающее обслуживание - лучшее средство против сетевых проблем любого рода. В результате сеть станет более надежной, и пользователи будут удовлетворены ее работой.

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ОТКАЗЫ КАБЕЛЯ

Стоит еще раз повторить, что неисправности проводки - весьма типичная причина возникновения неприятностей в сети. Механические элементы, такие как кабели, соединители и стенные розетки, выходят из строя чаще, чем активные электронные устройства, например сетевые адаптеры и концентраторы. Кроме того, при монтаже проводки и соединителей сделать трудноуловимую ошибку гораздо проще. Таким образом, если вы сталкиваетесь с проблемами в сетевых соединениях или слишком большими задержками в сети, то с большой степенью вероятности можете утверждать, что причина кроется в кабельной инфраструктуре.

Примерно 85% неисправностей в проводке и соединителях вызваны дефектами инсталляции, а не самого изделия. Ошибки в инсталляции проводки могут быть самого разного рода. Например, связист мог случайно надрезать сетевой кабель при наладке корпоративной телефонной системы, либо сетевой инженер мог неправильно подключить соединитель или превысить допустимое расстояние при прокладке кабеля. Такие ошибки могут привести как к серьезному, так и к незначительному снижению работоспособности сети (в зависимости от того, какой именно кабель, пользовательский или серверный, был поврежден или неправильно инсталлирован).

Периодически проявляющиеся неисправности вызваны, как правило, неправильным сращиванием отрезков кабеля, некачественным подключением соединителей, отсутствием оконечной нагрузки и коррозией. Кабель будет передавать энергию сигнала постольку, поскольку его волновое сопротивление остается неизменным. Если же сигнал встречается с резким изменением волнового сопротивления, то происходит его отражение к источнику. В результате отраженный сигнал вызывает конфликт с исходным или с другим сигналом. Чаще всего отражение возникает при отсутствии оконечной нагрузки кабеля. Оконечные нагрузки (терминаторы) поглощают сигнал и рассеивают его в виде тепла. В результате кабель представляется для сигнала бесконечно длинным. Если же нагрузка отсутствует, то при достижении сигналом конца кабеля разница в полном сопротивлении между кабелем и окружающим воздухом вызовет отражение. Также отражение может происходить из-за неправильного сращивания сегментов кабеля и некачественного подключения соединителей.

Дефекты в кабеле иногда создают и избыточное погонное затухание, в результате сигнал при достижении приемного устройства имеет мощность ниже требуемой. Такая ситуация приводит к уменьшению мощности сигнала по отношению к шуму, а это влечет за собой ошибки в передаче.

В очень редких случаях приобретенный кабель может не соответствовать спецификациям. Даже если вы покупаете продукцию у поставщика с признанной репутацией, кабель иногда имеет серьезные дефекты. Таким образом, полезной практикой будет тестирование кабеля до его инсталляции.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ТЕСТИРОВАНИЯ ПРОВОДКИ

Перед покупкой или использованием кабельного тестера вы должны разобраться в том, что он собой представляет. Прежде всего, тестирование кабеля невозможно производить одновременно с передачей данных по сети. Конечно, если монтаж кабельной системы еще не завершен, то пользователей в ней не будет. Между тем при диагностике активного кабельного сегмента работу пользователей придется остановить на время тестирования. Наконец, что самое важное, кабельные тестеры, соответствующие стандарту TSB-67 (Technical Services Bulletin), принятому в октябре 1995 г. комитетом EIA/TIA 568-A, выполняют серию из четырех тестов для проверки правильности инсталляции проводки. Это тесты целостности распайки разъемов, длины кабельного сегмента, погонного и переходного затухания на ближнем конце линии (Near-End Crosstalk, NEXT). Не менее полезным может также оказаться новый вид тестирования кабеля - классификация пропускной способности (см. врезку "Классификация пропускной способности - четыре категории оценки").

Тестирование целостности позволяет убедиться, что проводник не имеет разрывов, т. е. сигнал проходит через соединители и кабель. Таким образом, данный тест позволяет констатировать, что кто-то случайно не перерезал кабель. Иногда в процессе инсталляции монтажники могут перепутать контакты и подсоединить их неправильно (провода должны соединяться с определенными контактами соединителей). Тест распайки кабеля в разъеме проверяет правильность подключения пар к контактам по обоим концам кабеля. Его цель состоит в определении правильности подключения контактов соединителя.

Скручивание пар кабеля UTP сводит к минимуму влияние на протекающий по ним ток наводок от других устройств, изучающих электромагнитные волны, например от соседних проводников. Кабель Категории 5 содержит четыре индивидуально скрученные пары проводов. Если подключение пар к контактам в соединители RJ-45 производится не по стандарту, такому как EIA/TIA, 586A, T586A или T568B, то это может привести к так называемому разделению пар. Разделение пар имеет место, когда соединитель подключается таким образом, что пара состоит из проводов двух разных скрученных пар. Данная конфигурация обеспечит обмен данными, но она может создать проблемы. Нескрученная пара подвержена избыточным внешним помехам и переходным помехам, а это влечет за собой ошибки при передаче данных. Кабельные тестеры позволяют выявить такие разделенные пары.

Тесты по измерению длины дают возможность установить соответствие кабеля ограничениям на расстояние, заданным в кабельном стандарте T568B. Кабельные тестеры используют для определения длины кабеля устройство под названием "рефлектометр" (Time Domain Reflectometer, TDR). TDR позволяет выявить также неправильную нагрузку и сростки кабеля.

Как показано на Рисунке 1, TDR определяет длину кабеля по отраженному сигналу. Он подключается к одному концу проверяемого кабеля и посылает по нему сигнал. Этот сигнал отражается в результате изменений в волновом сопротивлении (особенно на конце кабеля), а амплитуда отраженной волны соответствует степени изменения волнового сопротивления. TDR фиксирует интервал времени между отправкой и возвращением сигнала, т. е. задержку. По ней (исходя из известной скорости сигнала) он вычисляет расстояние до точки отражения.

Тесты TDR для металлического или волоконно-оптического кабеля можно провести с помощью таких устройств, как Tektronix TS100 Option 01 Metallic TDR для кабеля LocalTalk типа 1 и типа 3, кабелей Категорий 3, 4 и 5, а также для тонких и толстых коаксиальных кабелей. Этот тест выявляет замыкания, свободные концы и разрывы в кабеле. Устройство Tektronix TFP2A Fibermaster Optoical TDR (OTDR) служит для тестирования одномодового и многомодового волоконно-оптического кабеля.

При передаче по кабелю информационный сигнал теряет мощность. Такие потери называются погонным затуханием. Для медного и волоконно-оптического кабеля затухание возрастает линейно с увеличением длины кабеля. Сигнал затухает с расстоянием экспоненциально. При чрезмерном затухании между источником и приемником электрические шумы и помехи приводят к росту числа ошибок. Тестирование погонного затухания помогает идентифицировать такие проблемы, как производственные дефекты и коррозия.

Во многих локальных сетях, включая Ethernet и Token Ring, для переноса информации между сетевыми устройствами используются цифровые сигналы. Цифровой сигнал содержит серию дискретных импульсов с различным уровнем напряжения, представляющих нули и единицы. На временной шкале, например, и на осциллографе такой сигнал выглядит как постоянный ток (0 Гц), к примеру +5 вольт (логическая единица) и -5 вольт (логический 0). Между тем резкое изменение амплитуды приводит к появлению в сигнале компонентов очень высокой частоты. Данный эффект можно наблюдать при измерении частотных характеристик сигнала с помощью анализатора спектра.

Помимо протяженности кабеля величина затухания зависит также от частоты. В большинстве кабелей высокочастотные сигналы затухают быстрее. Таким образом, кабель действует как низкочастотный фильтр, сглаживая резкие перепады цифрового сигнала.

Кабельные тестеры определяют затухание, посылая серию сигналов с заданным шагом во всем рабочем диапазоне частот. При проверке кабелей Категории 5 большинство тестеров проверяют диапазон частот от 1 до 100 МГц с шагом в 1 МГц. Этот процесс позволяет проверить кабель (убедиться в том, что он отвечает спецификациям) в той части частотного спектра, которая обычно используется для передачи сигнала. Для линий Категории 3 тестируется диапазон от 1 до 16 МГц.

Если на всех частотах кабель соответствует спецификациям, то кабельный тестер сообщает об успешном завершении тестирования. В противном случае он показывает частоту, на которой кабель не отвечает требуемым спецификациям. Некоторые тестеры определяют также величину затухания на единицу длины. Кабельные тестеры существуют как для медных, так и для волоконно-оптических кабелей. Например, устройство PentaScanner производства компании Microtest измеряет затухание (и определяет многие другие характеристики) для кабеля Категорий 3, 4 и 5, а тестер AMP9100 фирмы AMP позволяет проверить затухание для одномодового, многомодового и пластикового волоконно-оптического кабеля.

NEXT характеризует ситуацию, когда сигнал на одном конце линии интерферирует со слабыми возвратными сигналами от получателя. Возникающий из-за разности потенциалов ток образуется электронами, перемещающимися в металлическом проводнике. Поток электронов создает вокруг проводника электромагнитное поле, вызывающее поток электронов в соседней паре кабеля. Такой наведенный сигнал называется переходными помехами, или перекрестными наводками.

Возможно, вы встречались с подобным явлением, разговаривая по телефону, когда во время вашего звонка слышен посторонний разговор. Иногда аналогичные наводки возникают, если вы прокладываете в доме вторую телефонную линию и используете оба телефона одновременно. Близость проводящих пар ведет к появлению наведенного сигнала в них обеих.

Наиболее распространенными причинами перекрестных наводок обычно являются неправильное размещение кабеля и недостаточное экранирование. Скручивание кабеля (как в случае UTP) обеспечивает некоторую его устойчивость к перекрестным наводкам и другим помехам. Кабель типа экранированная витая пара и коаксиальный кабель дают еще более высокую степень защиты. Между тем волоконно-оптический кабель совершенно не подвержен воздействию переходных помех, поскольку для переноса данных в нем используется свет, а не электрический ток. Поток света в кабеле не создает электромагнитных волн, влияющих на соседние волокна.

Кроме перекрестных наводок в сетях могут возникать электрические шумы. Шум иногда становится настолько значительным (относительно уровня сигнала), что приводит к ошибкам. Причиной таких проблем в кабельной сети является обычно гауссов (нормально распределенный) или импульсный шум. Гауссов шум имеет почти однородную амплитуду во всем спектре частот и вызывается, главным образом, температурными условиями в атмосфере. Импульсные шумы, как правило, генерируются искусственными источниками света, такими как выключатели, электроводонагреватели и искрящие розетки. Подобные шумы очень кратковременны и порождают лишь пакет ошибок при передаче. Как и в случае наводок, внешние шумы и помехи создают электромагнитное поле, вызывающие нежелательные токи в металлических кабелях.

На разных рабочих частотах значение NEXT может изменяться в широких пределах. Поэтому кабельные тестеры измеряют NEXT с небольшим шагом по рабочей частоте кабеля. Для кабеля Категории 5 стандарт TSB-67 рекомендует максимальное приращение 0,15 МГц для нижних частот и 0,25 МГц для верхних частот (в диапазоне от 1 до 100 МГц). Проведение сотен измерений невозможно без быстродействующего прибора.

Ручной кабельный тестер DSP-100 компании Fluke прекрасно справляется с тестированием NEXT. В данном устройстве для увеличения скорости применяется цифровая обработка сигналов. Это позволяет производить измерения с частотой, близкой к 100 КГц. DSP-100 выполняет все тесты для четырехпарного кабеля, предусмотренные спецификациями TSB-67, менее чем за 20 секунд. Он не только идентифицирует наличие перекрестных наводок, но и определяет местонахождение их источника.

ПЕРЕКОС В ПЕРЕДАЧЕ ДАННЫХ

Пожаростойкий кабель применяется все шире. Между тем тефлона, используемого для изоляции такого кабеля, всегда не хватало, и в результате производители стали покрывать одну или две из четырех пар кабеля Категории 5 изоляцией другого типа. Такие кабели называются кабелями "3+1" или "2+2". Они полностью отвечают требованиям к кабелям Категории 5 в отношении переходного и погонного затухания, но разница в покрытии приводит к неприемлемому перекосу в задержке распространения между разными парами кабеля.

Согласно опубликованному компанией Microtest официальному документу, при применении кабелей "3+1" или "2+2" кабельный тестер должен измерять перекос задержки, чтобы избежать неточностей в измерении длины и других затруднений. Поскольку кабельные тестеры вычисляют длину кабеля по задержке сигнала, перекос приведет к тому, что тестер выдаст целый набор длин. Например, тестер может сообщить, что четыре пары кабеля "3+1" имеют разную длину: 97, 97, 99 и 107 м.

Между тем проблема перекоса задержки более значительна, чем простое расхождение в измерениях длины. В некоторых высокоскоростных технологиях локальных сетей, таких как 100BaseT4 и 100VG-AnyLAN, используются все четыре пары Категории 5, а сигнал разделяется на несколько частей и посылается по разным парам, после чего на другом конце осуществляется его "сборка". Данные стандарты предполагают, что по каждой паре сигнал будет приходить в конечный пункт через одно и то же время. Если один из компонентов сигнала будет опережать другую или отставать от нее, приемный буфер не справится с передачей информации.

Стандарт 100BaseT4 допускает перекос задержки не более 50 наносекунд, однако некоторые эксперты предлагают ограничить его 35 наносекундами. компания Microtest предлагает пользователям своего тестера PentaScanner бесплатную модернизацию для оснащения устройства возможностью измерения перекоса задержки.

Кабельный тестер совершенно необходим для эффективной реализации и обслуживания сети. Если у вас еще нет такого устройства, то его следует включить в комплект своих приборов. Как и при любом диагностировании сети, основой является ее упреждающее тестирование - это позволит избежать появления проблем в самое неподходящее время.

"Прошел", "не прошел" или где-то между

Классификация пропускной способности - четыре категории оценки

Microtest в сотрудничестве с ведущими в отрасли компаниями предложила метод количественной оценки (в отличие от простой проверки соответствия требованиям - "прошел/не прошел") для более точного определения качества кабеля Категории 5.

Зеленый огонек индикатора свидетельствует о прохождении кабелем теста, и этого более чем достаточно, так как разные кабели имеют примерно одинаковые характеристики. Фактически стандарт TSB-67 был подготовлен с учетом такой "двоичной" формы тестирования. Между тем сегодня параметры кабелей Категории 5 варьируются в широких пределах, особенно если вы покупаете продукцию разных изготовителей. Например, кабель одного производителя может едва удовлетворять требованиям TSB-67, в то время как тестирование другого кабеля дает в 60 раз лучшее соотношение сигнала и шума.

Количественная оценка имеет несколько преимуществ. Прежде всего пользователи могут отличить посредственные линии от очень качественных. Эта возможность помогает выявить линии, которые будут функционировать долго и надежно (с низким уровнем ошибок при передаче данных) и смогут поддерживать более высокопроизводительные приложения. Кроме того, подобный подход позволяет оценить качество продукции, когда вы получаете ее от одного и того же изготовителя (т. е. проверить ее характеристики). Такие данные помогают оценить, требуется ли сотрудникам, инсталлирующим кабель, дополнительная подготовка перед выполнением следующего задания.

Количественная оценка позволяет классифицировать линии Категории 5 по уровню переходных помех на ближнем конце (NEXT). Этот метод аналогичен обычному тестированию NEXT и состоит в измерении NEXT на разных частотах по всему рабочему диапазону. Разница в том, что на каждой частоте оценка производится на основе диапазона приемлемых значений NEXT (в дБ).

Как показано на рисунке, Microtest разделяет диапазон приемлемых значений NEXT по семи группам качества с шагом в 3 дБ (в конце 100-мегагерцевого спектра). Данный тест предусматривает проверку на соответствие минимальным требованиям и определение принадлежности к той или иной группе качества. Например, кабель с представленными на рисунке характеристиками попадает в группу 3. Если вы хотите модернизировать имеющееся устройство PentaScanner для градации качества кабеля, то компания Microtest предлагает комплект расширения PentaScanner 350.