Тесты в медной среде

СХЕМА РАЗВОДКИ

Ошибки в схеме разводки — обрывы, короткие замыкания и неправильный порядок проводников — отыскать проще всего: тесты для схемы разводки (Wiremap) и длины (Length) позволяют выявить неаккуратно заделанные компоненты, проверить непрерывность проводников и подключение пар. Некоторые сбои, вызванные разделением пар (Split), обнаружить сложнее: для этого придется проверить величину перекрестных помех в зависимости от расстояния, например, с помощью теста TDX. Он работает по тому же принципу, что и тест для определения расстояния до точки сбоя (измерение длины и тест TDR — последний будет рассматриваться подробнее в разделе, посвященном улучшенным методам диагностики).

Ошибки в схеме разводки чаще всего встречаются в месте терминирования кабеля: в гнезде/вилке RJ45, в кроссе или на коммутационной панели. Ошибки на разъеме RJ45 можно идентифицировать визуально, путем сравнения цветов проводников со схемой разводки T568A или T568B. В вилке, кроме прочего, следует проверить, все ли проводники введены в соединитель до упора — иначе некоторые не будут иметь контакта. Заодно проконтролируйте тип проводников у контактов RJ45: контакты с одножильным проводником (с цельной жилой, solid) отличаются от контактов с многожильными проводниками (со скрученными жилами, stranded), но после обжима вилки различить их очень трудно (см. Рисунок 1).

При использовании вилки с неподходящим типом контактов, соединение может оказаться ненадежным, а со временем и вообще исчезнуть, несмотря на то, что поначалу шнуры были вполне работоспособны.

Некачественная заделка вилок RJ45 может быть вызвана их неравномерным обжимом. На Рисунке 2 показаны четыре примера некачественно выполненного обжима. Вверху слева крайние контакты на вилке прижаты нормально, тогда как центральные — недостаточно. Справа все с точностью до наоборот: центральные контакты прижаты как следует, а боковые — небрежно. На нижних вилках с одной стороны было приложено необходимое усилие обжатия, в то время как с другой — давления не хватило. Обычно так бывает при использовании дешевых обжимных инструментов, у которых рама сделана из пластика, и он гнется тем сильнее, чем больше приложено усилие. Возможна масса других разновидностей нарушений. Например, все контакты прижаты одинаково, но недостаточно глубоко.

Причиной неудовлетворительного обжима чаще всего становится недостаточное срабатывание собачки инструмента, что позволяет извлечь вилку RJ45 до того, как она обжата полностью. Если инструмент поврежден, то один или несколько контактов могут вообще не сесть на свои места. Иногда обжимной инструмент не слишком прочен или его элементы разболтаны, что приводит к появлению проблем, одна из которых показана на Рисунке 2. Если в вилке RJ45 какие-то контакты недостаточно обжаты, то при подключении ее к гнезду RJ45 проводники гнезда, оказавшись слишком глубоко вдавленными, станут плоскими и прос-то не достанут до контактов вилки (см. Рисунок 3).

Повреждение гнезда, показанное на Рисунке 3, можно устранить, если найти подходящий предмет, тонкий и достаточно прочный, чтобы выправить вжатые контакты и поставить их вровень с остальными, неповрежденными. Выполняя это действие, не спешите и не прилагайте чрезмерных усилий. Помните, что есть опасность нарушить условия гарантий, которые производители компонентов дают на свою продукцию. Вместе с тем, гнездо все равно уже повреждено, и, попытавшись его исправить, вы ничего не потеряете. Подобные проблемы часто возникают, например, в процессе учебных занятий по изготовлению коммутационных шнуров. Для таких целей лучше всего подойдет очень короткий шнур с вилкой на одном конце и гнездом на другом. Пусть студенты подключают свои шнуры к этому гнезду: заменить его проще, чем порт в стене или коммутационной панели. А недостаточно обжатую вилку всегда можно отрезать и поставить на кабель новую.

Внимательно осмотрите пластмассовые разделители вилки RJ45, особенно между металлическими контактами. При деформации пластмассовые элементы могут оказаться непосредственно над контактом, и тогда в гнезде не будет соединения с соответствующим проводником. В случае коммутационных и соединительных шнуров такой дефект встречается довольно часто.

На Рисунке 4 на верхних фотографиях видны повреждения пластмассовых разделителей между контактами вилок RJ45. Два контакта не будут иметь соединения наверняка, в отношении еще одного есть сомнения. На вилке RJ45, представленной на нижних фотографиях, пластмассовые детали тоже повреждены, но надо присмотреться, чтобы заметить, что расстояние между разделителями у самого правого контакта слишком мало для соприкосновения с проводником.

Обратите внимание: в гнезде RJ45 некоторые проводники могут оказаться вне своей дорожки, вплоть до возникновения короткого замыкания с соседним проводником (см. Рисунок 5).

ДЛИНА

До сих пор в ряде случаев кабельные системы устанавливаются «специалистами», не прошедшими обучение и не знающими требований стандартов. В результате встречаются сегменты протяженностью более 100 м, максимально разрешенных стандартом. Если это так, то вначале убедитесь, что такой горе-монтажник не оставил несколько метров кабеля — в виде нескольких петель или даже небольшой бухты — в качестве запаса за потолком или в трассе за стеной. Во времена господства Категории 5 такой прием был распространен (и довольно полезен), однако сворачивание кабеля в бухту приводит к избыточным перекрестным наводкам, которые непременно скажутся при реализации в системе Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet.

Кроме того, необходимо проверить, правильно ли выставлено в приборе значение номинальной скорости распространения сигнала (NVP), от которого во многом зависит точность измерения длины. Значение NVP можно определить самостоятельно, для этого нужен лишь кусок кабеля средней длины, не менее 15 м. Сначала длина определяется тестером, затем результат сопоставляется с фактическим значением. После чего величина NVP корректируется.

Если длина одной или нескольких пар кабеля существенно отличается от длины остальных пар, то следует проверить промежуточные коммутационные панели и точки межсоединения на наличие и правильность соединения. Большинство подобных ошибок появляется именно в промежуточных точках подключения. Помните, что значения длины у разных пар могут несколько различаться, поскольку шаги повива у этих пар не совпадают.

Стандарт TIA/EIA-568-B гласит, что общая длина кабеля определяется по длине самой короткой пары. Как следствие, возможны ситуации, когда в случае длинных кабелей одна пара (или больше) не укладывается в допустимые стандартами пределы, но при этом общий результат теста все равно положительный (PASS).

Если длина кабеля неправдоподобно мала, проверьте, не ведутся ли где-либо ремонтные или строительные работы или не проводились ли они недавно. Если вы знаете, где проходит кабельная трасса, то несложно определить место неисправности на основе полученного значения длины. Часто конец обрезанного кабеля находят там, где располагается край недавно замененного коврового покрытия, поставлены новые дверные рамы или другие элементы конструкций и перекрытий, пересекающих кабельные трассы. Порой причиной подобного сбоя может служить вилка RJ45 с отломанной защелкой. Такие вилки легко выскакивают из гнезда, и тогда на линии диагностируется обрыв.

 На измеренную (электрическую) длину пары влияет то, какой тип полимера использован в качестве изоляции проводника. Если у одной или двух пар он иной, чем у остальных, то NVP пар — а вслед за ним и измеренная длина — будут существенно различаться (см. Рисунок 6). В большинстве высокопроизводительных кабелей в качестве изоляции проводников применяется политетрафторэтилен (фирменное название «тефлон»). Но раньше, в середине 90-х гг., этого полимера выпускалось мало вследствие грандиозного пожара на одном из заводов. До ввода в эксплуатацию новых производственных мощностей производители кабелей экспериментировали с более доступным поливинилхлоридом (ПВХ), предлагая его в качестве изоляции проводников для наименее используемых пар. Кроме прочего, это позволяло снизить стоимость кабеля. В такой продукции, продаваемой по всему миру, одна или две пары имели изоляцию из ПВХ, и такие кабели обозначались 3:1 или 2:2. Использование разных полимеров сказывается на измеренных значениях длины, способствует увеличению задержки распространения сигнала и смещению задержки. Такой кабель не подходит даже для систем Категории 5е.

ВНОСИМЫЕ ПОТЕРИ

Вносимые потери, больше известные как затухание (Attenuation), зависят от длины кабеля, пропорционально которой растут потери сигнала. Поэтому первое, что необходимо сделать, — проверить общую протяженность кабеля. Если его укоротить, то проблема устранится; вопрос в том, удастся ли это сделать. К тому же, не всегда в сбое виновата чрезмерная длина.

Нередко причина заключается в плохом соединении вследствие провисания кабеля, грязных или окислившихся контактов и других факторов. Один некачественный соединительный шнур может привести к неработоспособности всей линии. В таком случае возрастают возвратные потери (Return Loss), и именно из-за этого затухание (Attenuation) переименовали во вносимые потери (Insertion Loss). Анализ диаграмм с результатами тестов TDR или TDX позволяет выявить место неисправности.

Еще одна причина сбоя — кабель, не отвечающий нормам определенной категории. Например, в линии, тестируемой на соответствие требованиям Категории 6А, используется кабель Категории 5е. В этом случае диагностировать ошибку помогут тесты TDR или TDX и создаваемые ими диаграммы.

NEXT, ANEXT И POWER SUM

Чрезмерные перекрестные помехи, о которых идет речь в тестах NEXT, зарождаются в двух местах: внутри кабеля (внутренние наводки) и снаружи (внешние наводки). Перекрестные наводки, возникающие внутри кабеля, сказываются тем сильнее (имеют большую амплитуду и оказывают большее влияние на измеряемую пару), чем меньше расстояние от передатчика (и, следовательно, сильнее передаваемый сигнал). Если расплетение пары кабеля больше, чем допускает стандарт — 13 мм (0,5 дюйма) (см. Рисунок 7), то перекрестные помехи становятся очень существенными. При выявлении нарушения требований стандарта по переходным потерям следует проверить качество монтажа в каждой точке соединения.

Если вы заметили расплетенные пары, этот разъем необходимо терминировать заново. Не добившись нужного результата, попробуйте вытащить кабель в промежуточных точках подключения (в кроссах) и заново заделать его. Старые кроссы 66-го типа, изначально разработанные для телефонии, не следует применять в компьютерных сетях — они обеспечивают неудовлетворительные характеристики по переходным потерям и другим тестируемым параметрам. Требования Категории 5е, 6 и тем более 6А предполагают использование кроссов типа 110 или пробивных блоков с более высокими характеристиками, причем продукция должна быть маркирована как пригодная для систем такого уровня. Приступая к повторной заделке компонентов для улучшения перекрестных наводок, сначала воспользуйтесь диагностическими средствами и выполните дополнительные тесты: они помогут найти источник проблем с перекрестными наводками.

Иногда встречается ситуация, когда на определенной частоте тест не проходит — FAIL, однако результат для совокупного теста оказывается положительным — PASS. И стандарт TIA, и стандарт ISO используют так называемое правило четырех децибел (4 dB rule). Если вносимые потери (Insertion Loss) меньше 4 дБ, то результат тестирования NEXT будет положительным независимо от реально полученных числовых значений (при условии, что одновременно имеется результат PASS для помехозащищенности ACR). Такое же правило применяется и при измерении возвратных потерь (Return Loss), с той лишь разницей, что вносимые потери должны быть меньше 3 дБ — тогда итоговый результат будет удовлетворительным в любом случае.

ШУМ

Шумы можно разделить на три основные группы:

• импульсный шум, который проявляется в виде пиков напряжения или тока в кабеле;
• случайный (белый) шум, распределенный по всему спектру частот;
• внешние переходные помехи (наводки с одного кабеля на пары соседнего кабеля).

Из этих трех типов шумов на функционировании сети сильнее всего сказывается импульсный шум. Большинство кабельных тестеров имеют встроенные функции для тестирования импульсных шумов (см. Рисунок 8). Стандарт 802.3 устанавливает для них конкретное пороговое значение: 264 мВ (см. пункт 14.4.4). Для высокоскоростных сетевых приложений — например, для 1000BaseT — пороговое значение ниже и составляет 40 мВ (пункт 40.7.6). Если за определенный промежуток времени таких импульсов возникает мало (меньше одного импульса в течение 100 сек), то приложение будет работать надежно.

Источниками импульсного и случайного шума могут быть находящиеся поблизости кабели электропитания или активное оборудование, обычно с высокой нагрузкой по току: мощные электродвигатели, лифты и подъемники, фотокопировальная техника, кофе-машины, вентиляционное оборудование, нагревательные приборы, электросварочные аппараты, компрессоры и многое другое. Менее очевидный источник шумов — передатчики, испускающие ненаправленное излучение: телевизионное оборудование, радиопередатчики, микроволновые печи, приемо-передающие станции мобильной связи, портативные радиостанции, системы безопасности здания, авиационное электронное оборудование и любые устройства с передающими мощностями выше, чем у обычного сотового телефона. Некоторые кабельные анализаторы могут рассчитать средний уровень таких шумов и вычесть их из результатов тестирования. Однако подобный тест занимает немало времени, поскольку приходится выполнять много дополнительных измерений.

Небольшая величина шумов «поверх» сетевых сигналов практически не влияет на способность приемо-передатчиков сетевых карт и других активных устройств определять и правильно интерпретировать сетевые сигналы. Но если тестер вычленяет усредненные шумы из результатов тестирования, то в реальной работающей сети шумы не исчезают и создают серьезные помехи сетевому трафику.

Необходимо либо найти источник шума и переместить его дальше от кабелей, либо использовать в этой зоне волоконную оптику. Отыскать источники шумов не так-то просто, к тому же не всегда устройства работают непрерывно. В таком случае для определения частоты и величины шумов необходимо применять спектральный анализатор. При поиске следует обращать внимание на все события в зоне, где проходит кабель. Неожиданное исчезновение шумов порой так же полезно для поиска, как и их постоянное присутствие — останется только выяснить, какое оборудование было только что выключено.

Внешние переходные помехи выделены в отдельный тип шума, поскольку их источником являются соседние кабели, уложенные в ту же самую кабельную трассу. Когда тестируется линия UTP в пучке, где находится несколько эксплуатируемых кабелей, велика вероятность, что тестер обнаружит внешние перекрестные наводки, в особенности если по кабелям передается трафик 100BaseTX. Тогда прибор сообщит о наличии внешнего шума. Однако для скоростей ниже 10GBaseT внешние перекрестные наводки обычно не оказывают заметного влияния на сетевой трафик.

Выявленный шум не помешает надежной работе сети, если выполняются следующие условия:

• кабельный анализатор выполняет автоматический тест до конца и выдает положительный итоговый результат (PASS);
• тест на импульсный шум для линий, которые, как вы полагаете, ему подвержены, показывает среднее значение менее 0,01 импульсов в секунду (пороговое значение должно быть установлено на 40 мВ);
• при тестировании линии в пучке работающих кабелей получены успешные результаты NEXT с запасом не менее 3 дБ в сравнении с требованиями стандарта для данного сетевого приложения: это означает, что внешние перекрестные наводки не препятствуют передаче сигналов в сегменте.

ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПЕРЕКРЕСТНЫЕ НАВОДКИ НА ДАЛЬНЕМ КОНЦЕ

Практически все переходные помехи на дальнем конце возникают в вилке, в гнезде или в результате индуктивной связи одного компонента с другим, в то время как перекрестные наводки на ближнем конце — следствие емкостной связи по длине кабеля. Тем не менее, устранение нарушений по наводкам на ближнем конце NEXT, как правило, одновременно приводит к устранению большинства проблем с наводками на дальнем конце FEXT. Для их измерения чаще всего определяются параметры ACR-F или ELFEXT. Тем самым учитываются только собственные электрические характеристики соединений.

Прежде всего попробуйте заменить вилку RJ45 на проблемном конце линии. Если это не помогает, то замените имеющиеся вилку и гнездо на парные вилку и гнездо от одного и того же производителя.

ВОЗВРАТНЫЕ ПОТЕРИ

Возвратные потери учитывают все отражения на линии, происходящие из-за несоответствия импедансов. Этот параметр показывает, насколько характеристический импеданс кабельной системы соответствует номинальному полному сопротивлению по всему диапазону частот. Характеристический импеданс линии может варьироваться от больших значений на низких частотах до малых значений на высоких.

Контактное сопротивление на обоих концах сегмента должно совпадать с характеристическим импедансом сегмента в целом, тогда отражений почти не возникнет, сигналы в линии будут проходить беспрепятственно в оба конца, а отражения окажутся минимальными. Значения возвратных потерь имеют большие флуктуации по частоте.

Вариации характеристического импеданса по длине кабеля приводят к возникновению некоторых возвратных потерь. Причина тому — незначительные нарушения в шаге повива пар, появление просвета между проводниками одной пары, неоднородный материал изоляции или посторонние включения в металле проводника. Параметр структурных возвратных потерь (Structural Return Loss, SRL) характеризует однородность импеданса по всей длине кабеля и показывает, насколько отработан и стабилен производственный процесс.

Еще один источник возвратных потерь — отражение от соединителей в линии. Как правило, несоответствие импедансов возникает именно в соединителях. Главное следствие таких потерь вовсе не снижение мощности сигнала, как может показаться на первый взгляд, а отклонение фазы или частоты передаваемого сигнала, так называемое дрожание. Действительно, отражения сигналов вызывают уменьшение мощности сигнала, но это обычно не приводит к серьезным проблемам.

Поскольку возвратные потери подразумевают появление отражений, тест TDR позволяет выявить точки разрыва, где имеет место рассогласование импедансов. Чем выше возвратные потери в линии, тем больше амплитуда пиков на диаграмме TDR (см. Рисунок 9).

ЗАДЕРЖКА РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Стандарт TIA/EIA-568-B допускает задержку распространения сигнала в постоянной линии (Permanent Link) до 498 нс, а в канале (Channel Link) до 555 нс, независимо от категории системы. Ситуации, когда нарушение наблюдается только для задержки распространения, а по другим параметрам несоответствий нет, почти не встречаются. Получение отрицательного результата свидетельствует либо о чрезмерной длине кабеля в линии, либо о несоответствующем типе или плохом качестве кабеля.

Уточните суммарную длину линии. Внимательно осмотрите кабель и проверьте, правильный ли тип кабеля использован в системе.

СМЕЩЕНИЕ ЗАДЕРЖКИ

Стандарт TIA/EIA-568-B допускает смещение задержки до 44 нс для постоянной линии и до 50 нс для канала, независимо от категории. Оба значения предоставляют системам очень большой запас. Если использованы качественные компоненты, то очень сложно представить ситуацию, когда смещение задержки выходит за допустимые пределы. Такой сбой возможен, только когда для разных пар используется изоляция из разных материалов, что подробно описано в разделе, посвященном длине кабеля. Кроме того, подобное нарушение появляется, если вместо соединительного шнура для коммутации использовались отдельные витые пары или кроссировочные перемычки, причем разной длины.

Большой разброс в длинах пар по всей линии может быть следствием неправильно выполненного монтажа. Для коммутации в компьютерных сетях нельзя применять отдельные пары, так как одновременно со смещением задержки окажутся неудовлетворительными и результаты измерений других параметров.

Проверьте все точки соединения в сегменте. Если монтаж выполнен правильно, то остается одно — заменить кабель. Прежде чем прокладывать новый, протестируйте его, чтобы вместо бракованного не поставить другой такой же.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕСТИРОВАНИЯ МЕДНЫХ СРЕД

Перед поиском неисправности проверьте настройки прибора — это чрезвычайно важно для получения достоверных результатов. Как минимум, убедитесь, что вы правильно указали тип автоматического теста и вид тестируемой линии — постоянная линия или канал. Со временем стандарты меняются, поэтому требования к конкретному тесту могут сущест-венно отличаться от заложенных в программном обеспечении прибора. Регулярно заходите на Web-сайт производителя и загружайте свежие версии ПО: не реже двух-трех раз в год.

В отличие от отказов активного сетевого оборудования, в кабельной среде сбои обнаруживаются и устраняются практически одними и теми же способами как сразу после монтажа кабельной системы, так и в процессе эксплуатации. Иногда линия, имеющая недостаточно хорошие характеристики, работает долгое время (пусть и не идеально), но затем перестает функционировать в результате каких-то внешних факторов — это может быть повреждение кабеля, размещение рядом с ним источников шума или перемещение самого кабеля к таким источникам.

Еще один возможный катализатор проблем, хотя и встречающийся реже, — реализация новых приложений на физическом уровне. Например, сетевая карта автоматически согласовала скорость 1000 Мбит/с, тогда как раньше было 100 Мбит/с. Так может произойти, если в рабочую станцию устанавливается новая сетевая карта, если коммутационный шнур подключается к другому порту концентратора или коммутатора или даже к другому концентратору или коммутатору. Некоторые порты проверяют линию на полярность (нет ли реверса в какой-либо паре) и наличие перекрестного кабеля (транспозицию пар на одном конце), и если что-то обнаруживают, то исправляют ошибку самостоятельно. Возможно, прежнему порту это удавалось, а новый, к которому сегмент подключен теперь, такой возможности не имеет. В результате ошибка, изначально присутствовавшая в кабеле, выявляется только после смены порта.

В Таблице 1 приводятся основные причины неисправностей и тесты, которые позволяют их обнаружить. Конечно, здесь перечислены не все возможные причины, да и список применимых в этом случае тестов далеко не исчерпывающий. Но самые распространенные ситуации в таблице отражены.

Игорь Панов — региональный менеджер по продукции и поддержке парт-неров Fluke Networks в России и СНГ. С ним можно связаться по адресу: igor.panov@flukenetworks.com.