網(wǎng)絡測試2版課件 ch3

第3章物理層測試和故障診斷3.1物理層測試和故障診斷3.1.1雙絞線不同屏蔽結構的雙絞線不同類型雙絞線的結構常用雙絞線標準直徑AWG直

徑面

積電

阻/in/mm/mm2/(Ω/km)220.02530.6440.32652.96230.02260.5730.25866.79240.02010.5110.20584.22250.01790.4550.162106.2260.01590.4050.129133.9AWG（AmericanWireGauge）的標識（俗稱線規(guī)）雙絞線類型類

型最高帶寬用途和特點描述1類（CAT1）750kHz報警系統(tǒng)或語音傳輸2類（CAT2）1MHz語音傳輸和最高4Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率3類（CAT3）16MHz語音傳輸、十兆以太網(wǎng)（10Base-T）和4Mb/s的令牌環(huán)數(shù)據(jù)傳輸速率4類（CAT4）20MHz語音傳輸和最高16Mb/s的令牌環(huán)數(shù)據(jù)傳輸速率5類（CAT5）100MHz語音傳輸和最高100Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率（100Base-T和1000Base-T網(wǎng)絡）；最大網(wǎng)段長度為100m，采用RJ45形式的連接器超5類（CAT5e）100MHz超5類線比5類線抗干擾能力強，衰減小，主要用于千兆以太網(wǎng)6類（CAT6）250MHz數(shù)據(jù)傳輸速率高于1Gb/s的應用，比超5類線在串音和回波損耗方面改善了性能超6類（CAT6a）500MHz數(shù)據(jù)傳輸速率高于10Gb/s的應用，長度為100m7類（CAT7）600MHz非RJ45接口，定義于ISO/IEC60603-7-71和ISO/IEC61076-3-104（ANSI/TIA568.2-D標準沒有定義7類線）中，可用于穩(wěn)定性要求較高的萬兆以太網(wǎng)，長度為100m7A類（CAT7a）1GHz非RJ45接口，定義于ISO/IEC60603-7-71和ISO/IEC61076-3-104（ANSI/TIA568.2-D標準沒有定義7A類線）中，可用于穩(wěn)定性要求較高的萬兆以太網(wǎng)，長度為100m8類（CAT8.1）2GHzRJ45接口，可用于將來的25GBase-T或40GBase-T以太網(wǎng)，長度為30m8類（CAT8.2）2GHz非RJ45接口，ANSI/TIA568.2-D標準沒有定義CAT8.2接口，可用于將來的25GBase-T或40GBase-T以太網(wǎng)，長度為30m3.1.2光纖光纖是一種玻璃或塑料材質制成的纖維，利用光的全反射原理進行信號傳輸。微細的光纖封裝在敷層護套中，即使彎曲也不易斷裂。網(wǎng)絡中常用的光波長是850nm、1300nm、1310nm和1550nm。網(wǎng)絡中光纖使用的發(fā)射光源一般為發(fā)光二極管（LED）光源或激光光源，一端發(fā)射光源，將光脈沖注入光纖，另一端負責接收。通常使用光敏元件來提取光脈沖。1．光纖分類光纖傳輸示意圖多模光纖和單模光纖的結構2．光纖接頭按照不同的分類方法光纖連接器可以分為不同的種類：按傳輸媒介不同分為單模光纖連接器和多模光纖連接器；按結構不同分為FC、LC、SC和ST等；按光纖連接頭端面不同分為SPC、PC（UPC）和APC。常見的光纖連接頭和連接器光纖連接頭連

接

器結

構材

質接入方式FC（FerruleConnector）金屬接頭旋轉LC（LucentConnector/LocalConnector）Lucent接頭/

Local接頭插扣SC（SubscriberConnector/StandardConnector）用戶端接頭/

標準接頭插扣ST（StraightTip）金屬接頭旋扣LC連接器和MPO連接器對比LC連接頭（左）和MPO連接頭（右）

LC連接頭及模塊（左）和MPO連接頭及模塊（右）光纖鏈路速率和通道速率的發(fā)展Base12和Base8結構示意圖MPO組網(wǎng)3．光纖等級分類（1）多模光纖多模光纖目前分為5個等級。①OM1：波長為850nm或1300nm、芯徑為62.5m的多模光纖。850nm的滿注入帶寬大于200MHz·km，1300nm的滿注入帶寬大于500MHz·km。②OM2：波長為850nm或1300nm、芯徑為50m或62.5m的多模光纖。滿注入帶寬大于500MHz·km。③OM3：波長為850nm或1300mm、芯徑為50m的多模光纖。高效激光注入帶寬可達2000MHz·km。④OM4：波長為850nm或1300mm、芯徑為50m的多模光纖。高效激光注入帶寬可達4700MHz·km。⑤OM5：波長為850nm或1300mm、并將850nm的帶寬性能拓寬到953nm，可支持4波長，支持短波分復用（SWDM），為傳輸40G和100G及以上而開發(fā)的新技術之一。光纖跳線外護套顏色（2）單模光纖單模光纖分為OS1和OS2兩個等級，光纖跳線外護套顏色為黃色，如圖3.16所示。而ISO/IEC11801-1:2016標準中對于緊密緩沖型SMF產品，已由OS1改為OS1a。兩個等級光纖主要差別如下。①損耗系數(shù)：OS1單模光纖的最大損耗系數(shù)為1.0dB/km；OS2單模光纖的最大損耗系數(shù)為0.4dB/km。②傳輸距離：OS1單模光纖的最大傳輸距離為10km；OS2單模光纖的最大傳輸距離則可以達到200km。③支持速率：OS1和OS2單模光纖都可以在不同的傳輸距離下實現(xiàn)1G/10G以太網(wǎng)所需的速率；OS2單模光纖還可用于40G/100G以太網(wǎng)的傳輸。4．光纖應用PHY/PMD名稱使用的技術距離/m最大通道損耗/dB25GBase-LR25G串行，1310nm，1對單模光纖10000625GBase-ER25G串行，1310nm，1對單模光纖4000015/1850GBase-SR50G串行，850nm，1對多模光纖70/100/100(OM3/4/5)1.8/1.9/1.950GBase-FR50G串行，1310nm，1對單模光纖2000450GBase-LR50G串行，1310nm，1對單模光纖100006.3100GBase-SR250G/通道，850nm并行，2對多模光纖70/100/100(OM3/4/5)1.8/1.9/1.9100GBase-DR100G串行，1310nm，1對單模光纖5003200GBase-SR450G/通道，850nm并行，4對多模光纖70/100/100(OM3/4/5)1.8/1.9/1.9200GBase-DR450G/通道，1310nm并行，4對單模光纖5003200GBase-FR450G/通道，1310nm4λCWDM，1對單模光纖20004200GBase-LR450G/通道，1310nm4λLWDM，1對單模光纖100006.3400GBase-SR1625G/通道，850nm并行，16對多模光纖70/100/100(OM3/4/5)1.8/1.9/1.9400GBase-DR4100G/通道，1310nm并行，4對單模光纖5003400GBase-FR850G/通道，1310nm8λLWDM，1對單模光纖20004400GBase-LR850G/通道，1310nm8λLWDM，1對單模光纖100006.33.1.3Wi-Fi1．基礎背景（1）Wi-FiWi-Fi聯(lián)盟成立于1999年，當時的名稱為WirelessEthernetCompatibilityAlliance（WECA）。在2002年10月，其正式改名為Wi-FiAlliance（Wi-Fi聯(lián)盟）。Wi-Fi是Wi-Fi聯(lián)盟制造商的商標，但現(xiàn)在已成為IEEE802.11無線局域網(wǎng)技術的代名詞。IEEE802.11標準于1999年發(fā)布。代/IEEE標準最大鏈路速率推出時間頻

段Wi-Fi6E(IEEE802.11ax)600～9608Mb/s2020年6GHzWi-Fi6(IEEE802.11ax)600～9608Mb/s2019年2.4/5GHzWi-Fi5(IEEE802.11ac)433～6933Mb/s2013年5GHzWi-Fi4(IEEE802.11n)72～600Mb/s2008年2.4/5GHzIEEE802.11g6～54Mb/s2003年2.4GHzIEEE802.11a6～54Mb/s1999年5GHzIEEE802.11b1～11Mb/s1999年2.4GHzIEEE802.111～2Mb/s1997年2.4GHz（2）IEEE802.112．Wi-Fi基礎知識（1）Wi-Fi的頻段（FCC（聯(lián)邦通信委員會）的頻譜劃分為例）①2.4GHz頻段，包括2.4～2.5GHz頻段，100MHz帶寬，適用于IEEE802.11b/g/n/ax。②5GHz頻段，包括UNII-1（5.15～5.25GHz）、UNII-2a（5.25～5.35GHz）、UNII-2c（5.470～5.725GHz）、UNII-3（5.725～5.825GHz）等頻段，適用于IEEE802.11a/n/ac/ax。③6GHz頻段，包括UNII-5、UNII-6、UNII-7、UNII-8（5.925～7.125GHz）等頻段，1200MHz帶寬。（2）信道以Wi-Fi為例，從2.4GHz開始進行信道分配，信道從1開始編號，2.4GHz頻段一般編號為1～14，5GHz頻段編號為34～177，6GHz頻段編號為191～423。截至2020年年底，我國分配給Wi-Fi的信道：2.4GHz頻段為信道1～13，5GHz頻段為信道36～64和149～165。

ISM頻段的信道分配蜂窩式組網(wǎng)（3）信道捆綁（4）調制編碼：信道確定后，按照不同的通信協(xié)議，每個信道中的子載波數(shù)量也就確定了Wi-Fi采用的部分調制方式調制方式調制編碼擴頻方式物理速率最低靈敏度要求（2.4GHz）最低靈敏度要求（5GHz）BPSK二進制相移鍵控Baker1Mb/s-94

QPSK正交相移鍵控Baker2Mb/s-93

QPSK正交相移鍵控CCK5.5Mb/s-92

QPSK正交相移鍵控CCK11Mb/s-90

BPSK二進制相移鍵控1/2OFDM/ERP6Mb/s

-82BPSK二進制相移鍵控3/4OFDM/ERP9Mb/s

-81QPSK正交相移鍵控1/2OFDM/ERP12Mb/s

-79QPSK正交相移鍵控3/4OFDM/ERP18Mb/s

-7716QAM16正交幅度調制1/2OFDM/ERP24Mb/s

-7416QAM16正交幅度調制3/4OFDM/ERP36Mb/s

-7064QAM64正交幅度調制2/3OFDM/ERP48Mb/s

-6664QAM64正交幅度調制3/4OFDM/ERP54Mb/s

-65（5）接入速率

IEEE802.11n和IEEE802.11ac接入速率的相關參數(shù)標準調制方式編

碼空間流數(shù)據(jù)子載波數(shù)量字符間隔保護間隔名稱子載波編碼位20MHz40MHz80MHz160MHzLongShortIEEE802.11n（HT）BPSK11/21～4個52個108個234個468個3.2μs0.8μs0.4μsQPSK21/2&3/416QAM41/2&3/464QAM61/2&2/3&3/4IEEE802.11ac（VHT）BPSK11/21～8個QPSK21/2&3/416QAM41/2&3/464QAM61/2&2/3&3/4256QAM82/3&5/6接入速率的計算示例內容（不考慮最小接收靈敏度）計算代入接入速率IEEE802.11a和IEEE802.11g可能的最低速率48×1×1/2×1/(3.2×10-6+0.8×10-6)6Mb/sIEEE802.11a和IEEE802.11g可能的最高速率48×6×3/4×1/(3.2×10-6+0.8×10-6)54Mb/sIEEE802.11n，信道帶寬=20MHz，空間流=2，保護間隔為Short（0.4μs）時可能的最低速率52×6×5/6×2/(3.2×10-6+0.4×10-6)144.4Mb/sIEEE802.11n，信道帶寬=40MHz，空間流=2，保護間隔為Short（0.4μs）時可能的最高速率108×6×5/6×2/(3.2×10-6+0.4×10-6)300Mb/sIEEE802.11ac，信道帶寬=40MHz，空間流=2，保護間隔為Short（0.4μs）時可能的最高速率108×8×5/6×2/(3.2×10-6+0.4×10-6)400Mb/sIEEE802.11ac，信道帶寬=80MHz，空間流=2，保護間隔為Short（0.4μs）時可能的最高速率234×8×5/6×2/(3.2×10-6+0.4×10-6)866Mb/s最小接收靈敏度（MRS）基本速率集和擴展速率集OFDM和OFDMARU（ResourceUnit，資源單元）（6）MIMO和MU-MIMO3．WLAN中的常用術語④SSID（ServiceSetIdentifier）：服務集標識符，即無線網(wǎng)絡的名稱。⑦BSSID（BasicServiceSetIdentifier）：基本服務集標識符，用來標識一個BSS。?Association：關聯(lián)，用于建立AP/STA之間的映射，并使其可以調用DSS服務。?Authentication：鑒別，一種服務，它用于建立工作站的身份授權，以便關聯(lián)至工作站集內的其他成員。?Deauthentication：解除鑒別，使現(xiàn)有的鑒別關系無效的服務。?Disassociation：解除關聯(lián)，用于撤銷現(xiàn)有的關聯(lián)。?Reassociation：重新關聯(lián)，它能使已建立的關聯(lián)（AP和STA之間）從AP轉移到另一個（或同一個）AP。4．WLAN的網(wǎng)絡結構WLAN的網(wǎng)絡結構主要有以下6種。①Ad-hoc②基礎設施（Infrastructure）模式③多AP模式④無線網(wǎng)橋模式⑤無線中繼器模式⑥Mesh模式5．WLAN組網(wǎng)技術的發(fā)展第一代無線組網(wǎng)系統(tǒng)第二代無線組網(wǎng)系統(tǒng)3.2物理層設備測試相關知識3.2.1雙工狀態(tài)普通鏈路脈沖快速鏈路脈沖FLP信號3.2.2PoE供電感應線圈的原理網(wǎng)絡變壓器作用信號傳輸：阻抗匹配，濾除共模干擾，增強信號，可傳遞更遠距離。②隔離：隔離PHY端和RJ45端直流分量，隔離外部干擾，防雷擊，耐壓2～3kV。③耦合：外部設備為不同電平時，僅耦合交流信號，電平與PHY端一致，可保護PHY芯片。④很好的阻抗轉換器。PoE，全稱為PoweroverEthernetPSE（Power-SourcingEquipment）PD（PoweredDevice）4種PoE供電類型①Type1，使用2對線（2-Pair）實施PoE，符合IEEE802.3af標準。它可為每個PoE端口在PSE輸出15.4W的功率，為PD提供12.95W的功率。②Type2，與Type1一樣，Type2也使用2對線實施PoE，符合PoE+或IEEE802.3at標準。它可為每個PoE端口在PSE輸出30W的功率，為PD提供25.5W的功率。③Type3，也稱為4對線PoE、4PPoE、PoE++或UPoE。Type3使用雙絞線中的全部4對線（4-Pair）實施PoE，符合IEEE802.3bt標準。它可為每個PoE端口在PSE輸出60W的功率，為PD提供51W的功率。④Type4，也稱為高功率PoE。Type4提供目前存在的所有PoE類型中最高的功率能力。這種PoE類型有助于滿足網(wǎng)絡設備和物聯(lián)網(wǎng)不斷增長的電力需求。它符合IEEE802.3bt標準。Type4可為每個PoE端口在PSE輸出90W的功率，為PD提供71.3W的功率。供電模式在模式A中，供電是和數(shù)據(jù)同時在線對1-2和線對3-6上傳輸?shù)?由于雙絞線以太網(wǎng)使用差模信號，供電采用共模信號，因此對數(shù)據(jù)傳輸沒有干擾，使用網(wǎng)絡變壓器的中心抽頭可以輕松提取共模電壓。在模式B中，供電是通過備用線對4-5和線對7-8傳輸?shù)?，它將?shù)據(jù)和供電線對分開，使故障排除更容易。4-Pair模式為4對線供電，IEEE802.3bt標準包含Type3和Type4，這兩種與數(shù)據(jù)線一起可使用所有4對線提供電力PoE設備一般采用協(xié)商方式供電PoE線纜電阻的要求①環(huán)路電阻（解決數(shù)據(jù)能否傳送到對端問題，控制線纜壓降）②線對電阻平衡性（解決偏流導致初級線圈飽和不工作導致數(shù)據(jù)信號失真）③P2P電阻平衡性（解決4對供電的并聯(lián)電阻偏差問題）3.3物理層的故障分類3.3.1影響雙絞線傳輸質量的因素1．雙絞線本身的問題（1）抗干擾能力弱（2）阻抗一致性差

阻抗（3）接頭匹配性差（4）信號損耗相對大①電阻性損耗②趨膚效應損耗③介電損耗④溫度效應2．安裝工藝（1）施工不規(guī)范（2）設計安裝3．工作環(huán)境在網(wǎng)絡運行中，電磁噪聲、溫濕度、粉塵、氣體或液體侵蝕和蟲鼠害等會造成外部干擾。3.3.2影響光纖傳輸質量的因素內因和外因內因主要來自損耗、色散和光纖的非線性效應；外因主要來自施工時的連接、熔接和光纖不當彎曲等。3.3.3影響無線網(wǎng)絡傳輸質量的因素1．信號損耗2．數(shù)據(jù)傳輸速率3．信號干擾4．無線網(wǎng)絡容量5．設置問題3.3.4影響傳輸設備傳輸質量的因素Link燈亮起，一般代表鏈路激活并且可用。在出現(xiàn)異常情況時，Link燈通常無法亮起，或者即便亮起，傳輸也存在錯誤幀信息，而這一般與站點端口的匹配性相關。3.4綜合布線物理層測試和故障診斷典型場景：建筑物綜合布線系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機房布線系統(tǒng)綜合布線系統(tǒng)中水平子系統(tǒng)一般主要采用超5類雙絞線或6類雙絞線，少量使用光纖作為水平鏈路垂直子系統(tǒng)一般多用多模光纖或單模光纖建筑與建筑群子系統(tǒng)一般采用單模光纖數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中水平布線采用的雙絞線一般為高一級別（如CAT6a、CAT8等）的銅纜主干布線采用高密單?；蚨嗄９饫w、MPO或MTP單?；蚨嗄ｎA制光纖3.4.1水平子系統(tǒng)的測試標準和參數(shù)1．雙絞線測試標準和參數(shù)《綜合布線系統(tǒng)工程驗收規(guī)范》GB/T50312－2016）兩種模型，包括永久鏈路（PermanentLink）和通道鏈路（ChannelLink）測試模型雙絞線測試參數(shù)及針對的故障序號參

數(shù)測試描述針對的故障1連接圖8根線的線序通斷問題2長度線纜兩端中的一端發(fā)送，另一端接收，只測試一端通斷問題3衰減線纜兩端中的一端發(fā)送，另一端接收，只測試一端性能問題4近端串音（NEXT）兩線對間，線纜兩端均需測試，結果分NEXT（本地）和NEXT（遠端）性能問題5近端串音功率和（PSNEXT）多線對間，線纜兩端均需測試，結果分PSNEXT（本地）和PSNEXT（遠端）性能問題6回波損耗（RL）單線對的阻抗連續(xù)性情況性能問題7傳播延時以ns來計性能問題8傳播延時偏差線對之間的延時差，以ns來計性能問題9衰減近端串音比（ACR-N）兩線對間，線纜兩端均需測試，結果分ACR-N（本地）和ACR-N（遠端）性能問題10衰減遠端串音比（ACR-F）兩線對間，線纜兩端均需測試，結果分ACR-F（本地）和ACR-F（遠端）性能問題11衰減近端串音比功率和（PSACR-N）多線對間，線纜兩端均需測試

12衰減遠端串音比功率和（PSACR-F）多線對間，線纜兩端均需測試性能問題序號參

數(shù)測試描述針對的故障13直流環(huán)路電阻線對電阻性能問題14電阻不平衡平衡性傳輸參數(shù)，包括線對電阻不平衡性和P2P電阻不平衡性性能問題15傳輸不平衡TCL和ELTCTL平衡性傳輸參數(shù)，用于測試抗外部干擾性能性能問題16外部近端串音功率和（PSANEXT）及外部衰減遠端串音比功率和（PSAACR-F）多根線纜間的外部PSANEXT和外部PSAACR-F性能問題雙絞線測試參數(shù)說明（1）連接圖①開路②短路③錯對和跨接④反接⑤串繞：雙絞線測試參數(shù)說明（2）長度永久鏈路：長度極限為90m，包括兩端的信息模塊。通道鏈路：長度極限為100m，包括兩端的測試跳線、鏈路中的轉接和信息模塊。（3）衰減/插入損耗（4）近端串音雙絞線測試參數(shù)說明（5）近端串音功率和（6）回波損耗雙絞線測試參數(shù)說明（7）傳播延時（8）傳播延時偏差（9）衰減近端串音比（10）衰減遠端串音比（11）衰減近端串音比功率和（12）衰減遠端串音比功率和（13）直流環(huán)路電阻（14）電阻不平衡雙絞線測試參數(shù)說明（15）傳輸不平衡TCL和ELTCTL雙絞線測試參數(shù)說明（16）外部近端串音功率和（PSANEXT）及外部衰減遠端串音比功率和（PSAACR-F）2．光纖測試標準和參數(shù)光纖測試等級分為一級測試和二級測試兩類（1）一級測試①

驗證光纖長度；②驗證極性；③測量整個光纖鏈路的損耗，判斷是否小于指定的損耗值。（2）二級測試二級測試為一級測試加上OTDR（OpticalTimeDomainReflectometer，光時域反射計）Trace曲線和事件判斷。OTDR測試可以檢測插入損耗、連接器反射、熔接點位置、意外損耗事件等，判斷安裝質量，而這些在OLTS測試中是無法獲得的。二級測試的內容包括：①驗證光纖長度；②驗證極性；③損耗；④OTDRTrace曲線圖和事件。（3）光纖一級測試方法1）一跳線法（對應多模的方法B和單模的方法A.1）2）兩跳線法（對應多模的方法A和單模的方法A.2）3）三跳線法（對應多模的方法C和單模的方法A.3）（4）OTDR測試方法1）OTDR測試中涉及的光學現(xiàn)象Rayleigh（瑞利）散射和Fresnel（菲涅爾）反射2）測試模型①

單向測試1，適用于含首個連接器判斷結果的測試。②

單向測試2③

雙向測試3）OTDR測試原理4）OTDR測試結果的類型①事件測試：距離、損耗、反射等。②光纖段測試：段長度、段損耗（dB）或損耗系數(shù)（dB/km）、段回波損耗等。③整個鏈路測試：總鏈路長度、總鏈路損耗（dB）和總鏈路回波損耗。5）損耗系數(shù)6）幾個參數(shù)和概念①最遠測試距離②動態(tài)范圍③測試量程④脈沖寬度⑤平均時間⑥光纖折射率⑦反向散射系數(shù)⑧反射⑨典型波長（5）OTDR測試結果中的事件分析①發(fā)射端口事件②反射事件③反射事件④損耗事件⑤增益事件⑥末端事件⑦幻象事件3．無線網(wǎng)絡中物理層的主要測試項目①信號強度測試：了解實際AP的覆蓋范圍以及對障礙物的穿透能力。②噪聲強度測試：測試不同信道內的噪聲強度。③信噪比：信號和噪聲的比值。④頻段占用測試：獲得頻段內其他通信系統(tǒng)和設備的頻率使用情況，以便對即將部署的無線系統(tǒng)或維護中的系統(tǒng)進行信道優(yōu)化。3.4.2綜合布線系統(tǒng)故障診斷1．雙絞線介質故障診斷表3.23常見的雙絞線故障典型故障1：雙絞線的連通性故障典型故障2：線纜超長引起的故障典型故障3：安裝工藝引起的故障典型故障4：元器件質量引起的故障典型故障5：外界因素引起的故障2．光纖介質故障診斷典型故障1：光纖連通性故障典型故障2：損耗引起的故障典型故障3：收發(fā)器飽和引起的故障典型故障4：異常事件導致的故障3.4.3數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)的測試1．測試方法（1）雙絞線鏈路測試①跳線測試。數(shù)據(jù)中心會引入大量跳線，包括長跳線，需要對跳線本身進行測試，以保證其適應高速率應用。②外部串音測試。考慮到外部串音測試的時間長、工作量極大，一般在重要鏈路中進行測試或抽測。（2）光纖鏈路測試①測試方法：選用“一跳線法”。②測試類型：一級測試（必須）或二級測試（用戶選定）。③測試標準：ISO或TIA定義的鏈路型測試標準，IEEE定義的應用型測試標準。2．測試分類①選型測試②進場測試③隨工測試④驗收測試3.4.4日常維護中的物