网络测试2版课件 ch3

第3章物理层测试和故障诊断3.1物理层测试和故障诊断3.1.1双绞线不同屏蔽结构的双绞线不同类型双绞线的结构常用双绞线标准直径AWG直

径面

积电

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）的标识（俗称线规）双绞线类型类

型最高带宽用途和特点描述1类（CAT1）750kHz报警系统或语音传输2类（CAT2）1MHz语音传输和最高4Mb/s的数据传输速率3类（CAT3）16MHz语音传输、十兆以太网（10Base-T）和4Mb/s的令牌环数据传输速率4类（CAT4）20MHz语音传输和最高16Mb/s的令牌环数据传输速率5类（CAT5）100MHz语音传输和最高100Mb/s的数据传输速率（100Base-T和1000Base-T网络）；最大网段长度为100m，采用RJ45形式的连接器超5类（CAT5e）100MHz超5类线比5类线抗干扰能力强，衰减小，主要用于千兆以太网6类（CAT6）250MHz数据传输速率高于1Gb/s的应用，比超5类线在串音和回波损耗方面改善了性能超6类（CAT6a）500MHz数据传输速率高于10Gb/s的应用，长度为100m7类（CAT7）600MHz非RJ45接口，定义于ISO/IEC60603-7-71和ISO/IEC61076-3-104（ANSI/TIA568.2-D标准没有定义7类线）中，可用于稳定性要求较高的万兆以太网，长度为100m7A类（CAT7a）1GHz非RJ45接口，定义于ISO/IEC60603-7-71和ISO/IEC61076-3-104（ANSI/TIA568.2-D标准没有定义7A类线）中，可用于稳定性要求较高的万兆以太网，长度为100m8类（CAT8.1）2GHzRJ45接口，可用于将来的25GBase-T或40GBase-T以太网，长度为30m8类（CAT8.2）2GHz非RJ45接口，ANSI/TIA568.2-D标准没有定义CAT8.2接口，可用于将来的25GBase-T或40GBase-T以太网，长度为30m3.1.2光纤光纤是一种玻璃或塑料材质制成的纤维，利用光的全反射原理进行信号传输。微细的光纤封装在敷层护套中，即使弯曲也不易断裂。网络中常用的光波长是850nm、1300nm、1310nm和1550nm。网络中光纤使用的发射光源一般为发光二极管（LED）光源或激光光源，一端发射光源，将光脉冲注入光纤，另一端负责接收。通常使用光敏元件来提取光脉冲。1．光纤分类光纤传输示意图多模光纤和单模光纤的结构2．光纤接头按照不同的分类方法光纤连接器可以分为不同的种类：按传输媒介不同分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；按结构不同分为FC、LC、SC和ST等；按光纤连接头端面不同分为SPC、PC（UPC）和APC。常见的光纤连接头和连接器光纤连接头连

接

器结

构材

质接入方式FC（FerruleConnector）金属接头旋转LC（LucentConnector/LocalConnector）Lucent接头/

Local接头插扣SC（SubscriberConnector/StandardConnector）用户端接头/

标准接头插扣ST（StraightTip）金属接头旋扣LC连接器和MPO连接器对比LC连接头（左）和MPO连接头（右）

LC连接头及模块（左）和MPO连接头及模块（右）光纤链路速率和通道速率的发展Base12和Base8结构示意图MPO组网3．光纤等级分类（1）多模光纤多模光纤目前分为5个等级。①OM1：波长为850nm或1300nm、芯径为62.5m的多模光纤。850nm的满注入带宽大于200MHz·km，1300nm的满注入带宽大于500MHz·km。②OM2：波长为850nm或1300nm、芯径为50m或62.5m的多模光纤。满注入带宽大于500MHz·km。③OM3：波长为850nm或1300mm、芯径为50m的多模光纤。高效激光注入带宽可达2000MHz·km。④OM4：波长为850nm或1300mm、芯径为50m的多模光纤。高效激光注入带宽可达4700MHz·km。⑤OM5：波长为850nm或1300mm、并将850nm的带宽性能拓宽到953nm，可支持4波长，支持短波分复用（SWDM），为传输40G和100G及以上而开发的新技术之一。光纤跳线外护套颜色（2）单模光纤单模光纤分为OS1和OS2两个等级，光纤跳线外护套颜色为黄色，如图3.16所示。而ISO/IEC11801-1:2016标准中对于紧密缓冲型SMF产品，已由OS1改为OS1a。两个等级光纤主要差别如下。①损耗系数：OS1单模光纤的最大损耗系数为1.0dB/km；OS2单模光纤的最大损耗系数为0.4dB/km。②传输距离：OS1单模光纤的最大传输距离为10km；OS2单模光纤的最大传输距离则可以达到200km。③支持速率：OS1和OS2单模光纤都可以在不同的传输距离下实现1G/10G以太网所需的速率；OS2单模光纤还可用于40G/100G以太网的传输。4．光纤应用PHY/PMD名称使用的技术距离/m最大通道损耗/dB25GBase-LR25G串行，1310nm，1对单模光纤10000625GBase-ER25G串行，1310nm，1对单模光纤4000015/1850GBase-SR50G串行，850nm，1对多模光纤70/100/100(OM3/4/5)1.8/1.9/1.950GBase-FR50G串行，1310nm，1对单模光纤2000450GBase-LR50G串行，1310nm，1对单模光纤100006.3100GBase-SR250G/通道，850nm并行，2对多模光纤70/100/100(OM3/4/5)1.8/1.9/1.9100GBase-DR100G串行，1310nm，1对单模光纤5003200GBase-SR450G/通道，850nm并行，4对多模光纤70/100/100(OM3/4/5)1.8/1.9/1.9200GBase-DR450G/通道，1310nm并行，4对单模光纤5003200GBase-FR450G/通道，1310nm4λCWDM，1对单模光纤20004200GBase-LR450G/通道，1310nm4λLWDM，1对单模光纤100006.3400GBase-SR1625G/通道，850nm并行，16对多模光纤70/100/100(OM3/4/5)1.8/1.9/1.9400GBase-DR4100G/通道，1310nm并行，4对单模光纤5003400GBase-FR850G/通道，1310nm8λLWDM，1对单模光纤20004400GBase-LR850G/通道，1310nm8λLWDM，1对单模光纤100006.33.1.3Wi-Fi1．基础背景（1）Wi-FiWi-Fi联盟成立于1999年，当时的名称为WirelessEthernetCompatibilityAlliance（WECA）。在2002年10月，其正式改名为Wi-FiAlliance（Wi-Fi联盟）。Wi-Fi是Wi-Fi联盟制造商的商标，但现在已成为IEEE802.11无线局域网技术的代名词。IEEE802.11标准于1999年发布。代/IEEE标准最大链路速率推出时间频

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基础知识（1）Wi-Fi的频段（FCC（联邦通信委员会）的频谱划分为例）①2.4GHz频段，包括2.4～2.5GHz频段，100MHz带宽，适用于IEEE802.11b/g/n/ax。②5GHz频段，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）等频段，适用于IEEE802.11a/n/ac/ax。③6GHz频段，包括UNII-5、UNII-6、UNII-7、UNII-8（5.925～7.125GHz）等频段，1200MHz带宽。（2）信道以Wi-Fi为例，从2.4GHz开始进行信道分配，信道从1开始编号，2.4GHz频段一般编号为1～14，5GHz频段编号为34～177，6GHz频段编号为191～423。截至2020年年底，我国分配给Wi-Fi的信道：2.4GHz频段为信道1～13，5GHz频段为信道36～64和149～165。

ISM频段的信道分配蜂窝式组网（3）信道捆绑（4）调制编码：信道确定后，按照不同的通信协议，每个信道中的子载波数量也就确定了Wi-Fi采用的部分调制方式调制方式调制编码扩频方式物理速率最低灵敏度要求（2.4GHz）最低灵敏度要求（5GHz）BPSK二进制相移键控Baker1Mb/s-94

QPSK正交相移键控Baker2Mb/s-93

QPSK正交相移键控CCK5.5Mb/s-92

QPSK正交相移键控CCK11Mb/s-90

BPSK二进制相移键控1/2OFDM/ERP6Mb/s

-82BPSK二进制相移键控3/4OFDM/ERP9Mb/s

-81QPSK正交相移键控1/2OFDM/ERP12Mb/s

-79QPSK正交相移键控3/4OFDM/ERP18Mb/s

-7716QAM16正交幅度调制1/2OFDM/ERP24Mb/s

-7416QAM16正交幅度调制3/4OFDM/ERP36Mb/s

-7064QAM64正交幅度调制2/3OFDM/ERP48Mb/s

-6664QAM64正交幅度调制3/4OFDM/ERP54Mb/s

-65（5）接入速率

IEEE802.11n和IEEE802.11ac接入速率的相关参数标准调制方式编

码空间流数据子载波数量字符间隔保护间隔名称子载波编码位20MHz40MHz80MHz160MHzLongShortIEEE802.11n（HT）BPSK11/21～4个52个108个234个468个3.2μs0.8μs0.4μsQPSK21/2&3/416QAM41/2&3/464QAM61/2&2/3&3/4IEEE802.11ac（VHT）BPSK11/21～8个QPSK21/2&3/416QAM41/2&3/464QAM61/2&2/3&3/4256QAM82/3&5/6接入速率的计算示例内容（不考虑最小接收灵敏度）计算代入接入速率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，信道带宽=20MHz，空间流=2，保护间隔为Short（0.4μs）时可能的最低速率52×6×5/6×2/(3.2×10-6+0.4×10-6)144.4Mb/sIEEE802.11n，信道带宽=40MHz，空间流=2，保护间隔为Short（0.4μs）时可能的最高速率108×6×5/6×2/(3.2×10-6+0.4×10-6)300Mb/sIEEE802.11ac，信道带宽=40MHz，空间流=2，保护间隔为Short（0.4μs）时可能的最高速率108×8×5/6×2/(3.2×10-6+0.4×10-6)400Mb/sIEEE802.11ac，信道带宽=80MHz，空间流=2，保护间隔为Short（0.4μs）时可能的最高速率234×8×5/6×2/(3.2×10-6+0.4×10-6)866Mb/s最小接收灵敏度（MRS）基本速率集和扩展速率集OFDM和OFDMARU（ResourceUnit，资源单元）（6）MIMO和MU-MIMO3．WLAN中的常用术语④SSID（ServiceSetIdentifier）：服务集标识符，即无线网络的名称。⑦BSSID（BasicServiceSetIdentifier）：基本服务集标识符，用来标识一个BSS。⑫Association：关联，用于建立AP/STA之间的映射，并使其可以调用DSS服务。⑬Authentication：鉴别，一种服务，它用于建立工作站的身份授权，以便关联至工作站集内的其他成员。⑮Deauthentication：解除鉴别，使现有的鉴别关系无效的服务。⑯Disassociation：解除关联，用于撤销现有的关联。⑰Reassociation：重新关联，它能使已建立的关联（AP和STA之间）从AP转移到另一个（或同一个）AP。4．WLAN的网络结构WLAN的网络结构主要有以下6种。①Ad-hoc②基础设施（Infrastructure）模式③多AP模式④无线网桥模式⑤无线中继器模式⑥Mesh模式5．WLAN组网技术的发展第一代无线组网系统第二代无线组网系统3.2物理层设备测试相关知识3.2.1双工状态普通链路脉冲快速链路脉冲FLP信号3.2.2PoE供电感应线圈的原理网络变压器作用信号传输：阻抗匹配，滤除共模干扰，增强信号，可传递更远距离。②隔离：隔离PHY端和RJ45端直流分量，隔离外部干扰，防雷击，耐压2～3kV。③耦合：外部设备为不同电平时，仅耦合交流信号，电平与PHY端一致，可保护PHY芯片。④很好的阻抗转换器。PoE，全称为PoweroverEthernetPSE（Power-SourcingEquipment）PD（PoweredDevice）4种PoE供电类型①Type1，使用2对线（2-Pair）实施PoE，符合IEEE802.3af标准。它可为每个PoE端口在PSE输出15.4W的功率，为PD提供12.95W的功率。②Type2，与Type1一样，Type2也使用2对线实施PoE，符合PoE+或IEEE802.3at标准。它可为每个PoE端口在PSE输出30W的功率，为PD提供25.5W的功率。③Type3，也称为4对线PoE、4PPoE、PoE++或UPoE。Type3使用双绞线中的全部4对线（4-Pair）实施PoE，符合IEEE802.3bt标准。它可为每个PoE端口在PSE输出60W的功率，为PD提供51W的功率。④Type4，也称为高功率PoE。Type4提供目前存在的所有PoE类型中最高的功率能力。这种PoE类型有助于满足网络设备和物联网不断增长的电力需求。它符合IEEE802.3bt标准。Type4可为每个PoE端口在PSE输出90W的功率，为PD提供71.3W的功率。供电模式在模式A中，供电是和数据同时在线对1-2和线对3-6上传输的,由于双绞线以太网使用差模信号，供电采用共模信号，因此对数据传输没有干扰，使用网络变压器的中心抽头可以轻松提取共模电压。在模式B中，供电是通过备用线对4-5和线对7-8传输的，它将数据和供电线对分开，使故障排除更容易。4-Pair模式为4对线供电，IEEE802.3bt标准包含Type3和Type4，这两种与数据线一起可使用所有4对线提供电力PoE设备一般采用协商方式供电PoE线缆电阻的要求①环路电阻（解决数据能否传送到对端问题，控制线缆压降）②线对电阻平衡性（解决偏流导致初级线圈饱和不工作导致数据信号失真）③P2P电阻平衡性（解决4对供电的并联电阻偏差问题）3.3物理层的故障分类3.3.1影响双绞线传输质量的因素1．双绞线本身的问题（1）抗干扰能力弱（2）阻抗一致性差

阻抗（3）接头匹配性差（4）信号损耗相对大①电阻性损耗②趋肤效应损耗③介电损耗④温度效应2．安装工艺（1）施工不规范（2）设计安装3．工作环境在网络运行中，电磁噪声、温湿度、粉尘、气体或液体侵蚀和虫鼠害等会造成外部干扰。3.3.2影响光纤传输质量的因素内因和外因内因主要来自损耗、色散和光纤的非线性效应；外因主要来自施工时的连接、熔接和光纤不当弯曲等。3.3.3影响无线网络传输质量的因素1．信号损耗2．数据传输速率3．信号干扰4．无线网络容量5．设置问题3.3.4影响传输设备传输质量的因素Link灯亮起，一般代表链路激活并且可用。在出现异常情况时，Link灯通常无法亮起，或者即便亮起，传输也存在错误帧信息，而这一般与站点端口的匹配性相关。3.4综合布线物理层测试和故障诊断典型场景：建筑物综合布线系统数据中心机房布线系统综合布线系统中水平子系统一般主要采用超5类双绞线或6类双绞线，少量使用光纤作为水平链路垂直子系统一般多用多模光纤或单模光纤建筑与建筑群子系统一般采用单模光纤数据中心系统中水平布线采用的双绞线一般为高一级别（如CAT6a、CAT8等）的铜缆主干布线采用高密单模或多模光纤、MPO或MTP单模或多模预制光纤3.4.1水平子系统的测试标准和参数1．双绞线测试标准和参数《综合布线系统工程验收规范》GB/T50312－2016）两种模型，包括永久链路（PermanentLink）和通道链路（ChannelLink）测试模型双绞线测试参数及针对的故障序号参

数测试描述针对的故障1连接图8根线的线序通断问题2长度线缆两端中的一端发送，另一端接收，只测试一端通断问题3衰减线缆两端中的一端发送，另一端接收，只测试一端性能问题4近端串音（NEXT）两线对间，线缆两端均需测试，结果分NEXT（本地）和NEXT（远端）性能问题5近端串音功率和（PSNEXT）多线对间，线缆两端均需测试，结果分PSNEXT（本地）和PSNEXT（远端）性能问题6回波损耗（RL）单线对的阻抗连续性情况性能问题7传播延时以ns来计性能问题8传播延时偏差线对之间的延时差，以ns来计性能问题9衰减近端串音比（ACR-N）两线对间，线缆两端均需测试，结果分ACR-N（本地）和ACR-N（远端）性能问题10衰减远端串音比（ACR-F）两线对间，线缆两端均需测试，结果分ACR-F（本地）和ACR-F（远端）性能问题11衰减近端串音比功率和（PSACR-N）多线对间，线缆两端均需测试

12衰减远端串音比功率和（PSACR-F）多线对间，线缆两端均需测试性能问题序号参

数测试描述针对的故障13直流环路电阻线对电阻性能问题14电阻不平衡平衡性传输参数，包括线对电阻不平衡性和P2P电阻不平衡性性能问题15传输不平衡TCL和ELTCTL平衡性传输参数，用于测试抗外部干扰性能性能问题16外部近端串音功率和（PSANEXT）及外部衰减远端串音比功率和（PSAACR-F）多根线缆间的外部PSANEXT和外部PSAACR-F性能问题双绞线测试参数说明（1）连接图①开路②短路③错对和跨接④反接⑤串绕：双绞线测试参数说明（2）长度永久链路：长度极限为90m，包括两端的信息模块。通道链路：长度极限为100m，包括两端的测试跳线、链路中的转接和信息模块。（3）衰减/插入损耗（4）近端串音双绞线测试参数说明（5）近端串音功率和（6）回波损耗双绞线测试参数说明（7）传播延时（8）传播延时偏差（9）衰减近端串音比（10）衰减远端串音比（11）衰减近端串音比功率和（12）衰减远端串音比功率和（13）直流环路电阻（14）电阻不平衡双绞线测试参数说明（15）传输不平衡TCL和ELTCTL双绞线测试参数说明（16）外部近端串音功率和（PSANEXT）及外部衰减远端串音比功率和（PSAACR-F）2．光纤测试标准和参数光纤测试等级分为一级测试和二级测试两类（1）一级测试①

验证光纤长度；②验证极性；③测量整个光纤链路的损耗，判断是否小于指定的损耗值。（2）二级测试二级测试为一级测试加上OTDR（OpticalTimeDomainReflectometer，光时域反射计）Trace曲线和事件判断。OTDR测试可以检测插入损耗、连接器反射、熔接点位置、意外损耗事件等，判断安装质量，而这些在OLTS测试中是无法获得的。二级测试的内容包括：①验证光纤长度；②验证极性；③损耗；④OTDRTrace曲线图和事件。（3）光纤一级测试方法1）一跳线法（对应多模的方法B和单模的方法A.1）2）两跳线法（对应多模的方法A和单模的方法A.2）3）三跳线法（对应多模的方法C和单模的方法A.3）（4）OTDR测试方法1）OTDR测试中涉及的光学现象Rayleigh（瑞利）散射和Fresnel（菲涅尔）反射2）测试模型①

单向测试1，适用于含首个连接器判断结果的测试。②

单向测试2③

双向测试3）OTDR测试原理4）OTDR测试结果的类型①事件测试：距离、损耗、反射等。②光纤段测试：段长度、段损耗（dB）或损耗系数（dB/km）、段回波损耗等。③整个链路测试：总链路长度、总链路损耗（dB）和总链路回波损耗。5）损耗系数6）几个参数和概念①最远测试距离②动态范围③测试量程④脉冲宽度⑤平均时间⑥光纤折射率⑦反向散射系数⑧反射⑨典型波长（5）OTDR测试结果中的事件分析①发射端口事件②反射事件③反射事件④损耗事件⑤增益事件⑥末端事件⑦幻象事件3．无线网络中物理层的主要测试项目①信号强度测试：了解实际AP的覆盖范围以及对障碍物的穿透能力。②噪声强度测试：测试不同信道内的噪声强度。③信噪比：信号和噪声的比值。④频段占用测试：获得频段内其他通信系统和设备的频率使用情况，以便对即将部署的无线系统或维护中的系统进行信道优化。3.4.2综合布线系统故障诊断1．双绞线介质故障诊断表3.23常见的双绞线故障典型故障1：双绞线的连通性故障典型故障2：线缆超长引起的故障典型故障3：安装工艺引起的故障典型故障4：元器件质量引起的故障典型故障5：外界因素引起的故障2．光纤介质故障诊断典型故障1：光纤连通性故障典型故障2：损耗引起的故障典型故障3：收发器饱和引起的故障典型故障4：异常事件导致的故障3.4.3数据中心布线系统的测试1．测试方法（1）双绞线链路测试①跳线测试。数据中心会引入大量跳线，包括长跳线，需要对跳线本身进行测试，以保证其适应高速率应用。②外部串音测试。考虑到外部串音测试的时间长、工作量极大，一般在重要链路中进行测试或抽测。（2）光纤链路测试①测试方法：选用“一跳线法”。②测试类型：一级测试（必须）或二级测试（用户选定）。③测试标准：ISO或TIA定义的链路型测试标准，IEEE定义的应用型测试标准。2．测试分类①选型测试②进场测试③随工测试④验收测试3.4.4日常维护中的物