WanLAN诊断工具与测试基础

《网络故障诊断》诊断工具及测试基础孙翠娟主讲[e-mail]诊断工具与测试基础•本章主要内容–战术测试系统与战略测试系统–WAN测试基本概念–WAN在线测试–WAN离线测试–LAN测试基本概念–LAN在线测试–LAN离线测试诊断工具•“没有测试就没有管理”•高性能的测试和诊断工具是专业维护高可用性数据网络的必要条件，因为这些工具可以帮助网络管理员随时检测网络运行状态、定位故障源并进行详细的网络分析•网络测试和诊断工具的分类–物理层（OSILevel1）分析工具–高层协议（OSILevel2+）分析工具诊断工具•物理层分析工具–重要的物理层参数——线路特性•线缆长度、阻抗、衰减、串扰、接头或终端电阻引起的信号反射以及外部的电磁干扰等–测试工具•万用表•线缆测试仪•光时域反射计（OTDR）•示波器•信号电平计•频谱分析仪诊断工具•高层协议分析工具–协议进程的监测和分析，使用协议分析仪–协议分析仪的分类•针对不同任务带有不同专用模块的通用协议分析仪•小型的手持分析仪•安装在高性能网络节点的测试和分析软件–实际应用中，常使用软件代理进行应用的性能测试，由软件代理模拟网络的典型使用情况，测出网络的吞吐量和其他特性诊断工具•测试和诊断工具除了可以根据OSI的分层结构进行分类之外，还可以分为战术测试系统和战略测试系统•战略测试系统–战略测试系统是固定安装的、全天候监测、评估并记录结定网段的关键运行参数的系统，常配置成网络运行指标超过预定的阈值时就向网络管理系统发送告警信息•战术测试系统–战术测试系统则是可移动的、在网络发生故障或进行网络审计时才安装，在任务完成后即移走的测试系统诊断工具•OSI参考模型的测试系统–OSI七层模型都有相应的战略和战术测试系统–用于物理层的战略测试系统•针对网络的主要光纤链路进行不间断的监测–用于高层的战略测试系统•使用基于SNMP协议的网络管理系统–采用LAN或WAN探针的分布式测试系统–采用分布式软件代理•在实际工作中综合采用战术测试工具和战略测试工具是一种行之有效的网络管理解决方案。其中，战略测试工具可用于监测和规划网络的运行状况，而战术测试工具则直接用于解决网络中出现的故障问题。诊断工具•战术测试系统–战术测试系统既可以是可移动的硬件设备，也可以是被临时激活的软件应用程序，它们常用于网络故障的诊断和处理中，可以进行预防性的网络分析，同时还能监测关键时期的网络运行状态(如安装网络组件或电源系统期间)。诊断工具诊断工具•局域网物理层的战术测试系统–在一般情况下，只要有线缆测试仪和万用表就几乎能测试数据通信系统所有的物理特性，如线缆长度、阻抗、衰减、信号反射以及双绞线中的串扰等特性，只有极少数场合(如测试信号波形或信号频谱)才需要用到示波器或频谱分析仪。–万用表•对大多数物理层参数来说，只要使用万用表就足够了，因为大多数网络故障都能通过万用表测试故障网络组件的阻抗和电压来解决。万用表对缩小网络故障域范围非常有用，具体的测试方法在后面会讲到。诊断工具•局域网物理层的战术测试系统–铜缆测试仪•目前有多种线缆测试仪可用于局域网（LAN）中铜缆的测试，在测试时需要测量哪些参数应视被测线缆的类型而定。•常见的测试项目主要有线缆长度、衰减、阻抗、串扰、反射和噪声等。•某些线缆测试仪还可以定位线缆路由，即由测试仪将一系列音频信号输入到线缆中，并用一个小的附属设备（充当音频放大器）在30-40cm处监听信号，这样可以探测到地板下或隔板下的线缆路由情况。诊断工具•局域网物理层的战术测试系统–光时域反射计（OTDR）•以前，OTDR主要用于广域网环境，但是随着局域网中越来越多的开始应用多模和单模光纤，使得OTDR成为局域网维护和排除故障的常用工具。•OTDR可以测试光纤链路的传输特性，即由OTDR将预设的光脉冲插入到被测光缆中，并记录反射信号及插入脉冲传输到测试点的传输时间，OTDR可以从所接收到的信号中计算出被测光缆的信号衰减、响应时间和信号传播速度等特性参数，这些参数可以准确的指示衰减源（如光缆接头、连接器或光缆）的确切位置。•选用OTDR时–不同光纤类型的操作功能–LAN中光纤长度短，OTDR的灵敏度不需要很高诊断工具•局域网物理层的战术测试系统–示波器•在检测和修复数据和电信网络故障时，一般很少使用示波器，只有一些特殊情况需要–网络中的高误码率、噪声、抖动以及线路信号干扰–对传输信号的微观分析•示波器可以检测并显示信号的电平时序关系，并分析信号电平的上升时间、下降时间以及频率、噪声和抖动等信号特性。•为了简化测试的一致性，在数据通信标准和电信标准中都提供了波形样板和眼图，方便进行人工比较。诊断工具•局域网物理层的战术测试系统–示波器•数据网络中碰到的大多数信号都是差分信号，在利用示波器进行测试之前，必须将这些差分信号转变为地电位为参考电位的信号，完成这项功能的适配器的阻抗必须与被测传输介质的阻抗相同。•测试光缆上的传输信号，必须要有光——电转换器。•根据数字采样原理，信号频率f需要的采样频率至少为2f，因此使用数字示波器时，要保证其采样频率足够高（与被测信号相比），例如4kHz的信号，其采样率必须为8kHz。•注意被测物理介质的传输频率不一定等于数据速率，根据不同的编码方式，传输速率可能高于数据速率（曼彻斯特编码）或低于数据速率（CAP64等）。测试工具诊断工具•局域网物理层的战术测试系统–频谱分析仪•在实际的网络运行中，电磁干扰（EMI）会给铜线网络带来严重的干扰，而频谱分析仪在查找EMI干扰源时就非常有用。•网络受到的EMI干扰源–附近的电气设备（电车、焊接设备、电梯、X射线等医用设备）•频谱分析仪分析干扰的频谱特性，显示的是某个频带范围内的信号幅度分布曲线，可以测试EMI的强度和频率。•与示波器的不同？诊断工具•广域网物理层的战术测试系统–广域网与局域网的差别•线缆长度增大•故障发生范围扩大•查找故障更加困难–常使用的工具有接口测试仪、误码率（BER）测试仪，有时也需要用到逻辑分析仪、示波器和频谱分析仪以及专用的WAN链路测试设备，如用于光纤链路的OTDR和用于铜线网络的电平计等。诊断工具•广域网物理层的战术测试系统–接口测试仪•接口测试仪可以显示单个信号链路的活动情况，一般常用于快速测试故障接口的运行状态。•某些接口测试仪具有内建布线模块用于调整单个信号链路的布线情况诊断工具•广域网物理层的战术测试系统–误码率测试仪•常用的WAN运行和维护工具，几乎所有的物理层故障测试都与BER有关。•误码率的测试方法–由误码率测试仪向网络中注入环回测试信号–信号返回时测量信号的质量即可获得BER情况•测试信号–伪随机二进制序列–周期重复的比特序列或文本块诊断工具•广域网物理层的战术测试系统–误码率测试仪•ITU-T建议(G.821G.826)中定义了评估某个网段误码率所必须的特性参数–误码率–误块率–无误码秒（EFS，ErrorFreeSecond）–误码秒（ES，ErrorSecond）–严重误码秒（SES，SeverelyErrorSecond）–可用时间–不可用时间•这些特性参数常常通过数值或直方图的方式给出。诊断工具•广域网物理层的战术测试系统–逻辑分析仪•逻辑分析仪可以记录信号的定时情况，与示波器相似，逻辑分析仪也是记录信号电平随时间的变化情况，只是逻辑分析仪更适于测试数字信号。•逻辑分析仪可以同时监测多条信号线路并同时记录相应的信号电平，这样可以监测多条线路的定时关系。•为了记录特定、单次的差错事件，还可以为被测线路定义多个联合事件，以在差错发生时触发逻辑分析仪。诊断工具•广域网物理层的战术测试系统–逻辑分析仪诊断工具•广域网物理层的战术测试系统–信号电平计和线路测试仪•信号电平计常用于检测模拟网络，可以进行在线测试。•一般用于网络初次投入运营、常规网络检测以及WAN线路故障的检测和修复当中。•可以测试的特性参数包括操作衰减（OperationalAttenuation）、插入损失、由反射引起的衰减及串扰等。•信号电平计分为宽频和选频两种–宽频信号电平计可以在一个宽频范围内（即电平计的频率无需与被测信号的频率相同）确定信号的有效值，测试简便，但要求被测信号强度足够–选频信号电平计只能测试某些选定频带的信号，但是可以测试低电平信号和给定传输带宽内外的干扰信号频率诊断工具•广域网物理层的战术测试系统–示波器和频谱分析仪•需要详细分析WAN的信号波形和频率时，就要用到示波器和频谱分析仪，在技术要求和选择标准上，与前面的LAN物理层测试要求一致。–光时域反射计（OTDR）•由于WAN越来越多采用光纤线路，因此OTDR也逐渐成为最重要的WAN维护和故障排除工具。•与LAN不同，WAN中的被测光纤线路可能会长达100km以上，因此要求OTDR需要较高的灵敏度，以检测微弱的反射信号。诊断工具•OSILayer2-3的战术测试系统–协议分析仪•协议分析仪是定位和排除网络故障的关键工具，不仅能分析协议栈，还能生成数据流的分析统计结果。•可以通过分析记录差错数据包，测出故障源的位置。•协议分析仪的分类–基于软件的协议分析仪»非常适合采用传统拓扑的小型网络（如以太网、令牌环、低速广域网）»通过高性能PC机的LAN接口卡进行测试运行诊断工具•OSILayer2-3的战术测试系统–协议分析仪•协议分析仪的分类–基于硬件的协议分析仪»功能更强大、价格更高»基于专用的硬件平台，可以极高的精度记录和分析所有网络流量，并可以产生各种测试用网络负载»适合传统的网络拓扑和高速网络»具备硬件的高性能数据包过滤器和高精度时钟–基于专家系统的软件应用»基于历史知识的匹配，提供有用的诊断和修复建议。诊断工具•OSILayer2-3的战术测试系统–多协议PC•指带有一个或多个接口适配器并安装了所有网络操作系统的便携式PC机，如安装以太网卡和令牌环适配器，并支持多种协议栈（Netware、TCP/TP）等。•可以当作一个全功能的网络节点模型•进行故障诊断时，安装在故障站点处，可以立即判断出网络故障源是站点本身还是网络的其他部分。诊断工具•战略测试系统–战略测试系统对数据网络的监控和管理是连续不间断的。–战略测试系统由分布式的硬件和软件组成•软件通过预定的通信协议与中心网管站点进行通信，可用于该用途的通信协议有远端监控管理信息库（RMONMIB）和简单网络管理协议（SNMP）两种，它们不但定义了网络通信数据的存储格式，而且定义了被监控组件与中心网管站点之间的通信协议。–SNMP和管理信息库•1988年SNMP协议诞生，至今已经成为事实的工业标准。诊断工具•战略测试系统–SNMP和管理信息库•SNMP基于管理者（Manager）和代理（Agent）两个组件•管理者是监视和控制所有安装了SNMP代理的组件的控制台。•SNMP代理与被管设备集成在一起，作为网络组件与SNMP协议通信的接口。代理负责将SNMP管理命令转换成网络组件的相应操作。–RMON系统•用于网络监视的RMON代理可以作为一个单独的系统存在，这就是探针（Probe），也可以集成在交换机和路由器这样的网络设备中。•可用于LAN或者WAN拓扑，专用硬件设备•非常可靠监视记录网络的统计信息，适应更高负载诊断工具•战略测试系统–基于软件代理的战略测试系统•某些网络管理任务的不同–应用相关的参数（访问数据库、Web服务器、Internet响应时间等）•这类测试系统可以通过在软件代理（安装在客户机或服务器上）之间交换测试包来完成测试，也可以通过直接监测事务处理的代理来完成测试。–网络管理系统•需要一个网络管理系统保障网络的正常运行•SNMP通信协议、SNMP代理和MIB构成了大多数分布式网络管理系统的基础。WAN测试基础•基本概念–数据速率、信号编码和频率带宽WAN测试基础•基本概念–数据流可以以模拟信号形式或数字信号形式进行传输。–模拟信号的数据传输可以使用正弦载波的调幅、调频或调相技术(称为宽带原理)。–数字信号则将要传输的数据表示成