ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОСТОВСКИЙ-НА-ДОНУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

О.В. Коваленко, М.E. Чеботарев

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторной работы

Тестирование и диагностика ЛВС

по дисциплине

«Компьютерные сети и телекоммуникации»

2011

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОСТОВСКИЙ-НА-ДОНУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

О.В. Коваленко, М.E. Чеботарев

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторной работы

Медные компоненты СКС

по дисциплине

«Тестирование и диагностика ЛВС»

для специальности

230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»

2011

Коваленко О.В., Чеботарев М.У. Методические указания по выполнению лабораторной работы «Тестирование и диагностика ЛВС». – Ростов-на-Дону: РКСИ, 2011-19с.

Методические указания по выполнению лабораторной работы позволяют организовать качественное проведение лабораторной работы, провести тестирование и диагностику ЛВС.

Методические указания по выполнению лабораторной работы могут быть рекомендованы для использования в образовательном процессе других образовательных учреждений среднего и высшего профессионального образования.

Ростовский-на-Дону государственный

колледж связи и информатики, 2011

Пояснительная записка

Методические указания по выполнению лабораторной работы разработаны на основе Государственного образовательного стандарта по специальности 230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей» и в соответствии с рабочей учебной программой, разработанной преподавателем ГОУ СПО «РКСИ» Коваленко О.В.

Лабораторная работа рассчитана на 2 академических часа и предполагает использование сетевых тестеров.

Для выполнения лабораторной работы используется аудитория №326 «Монтаж и техническая эксплуатация компьютерных сетей».

Содержание методических указаний сформировано в соответствии с теоретическими и практическими материалами, необходимыми для проведения и организации лабораторных работ.

Методические указания предназначены для работы преподавателей и студентов, осуществляющих практическую деятельность по освоению дисциплины «Компьютерные сети и телекоммуникации».

Лабораторная работа «Тестирование и диагностика лвс»

Цель работы:

• ознакомится с измеряемыми параметрами;

• ознакомится с конструкцией тестового оборудования;

• изучить назначение оборудования;

• формирование аналитического мышления в процессе выполнения работы.

Перечень используемого оборудования и материалов:

• кабель витая пара;

• кабельный анализатор Mitrel;

• патч-крды;

• сетвой тестер NC-500;

• кабельный тестер со встроенным переговорным устройством.

Задание:

• изучить перечень и конструкцию сетевых тестеров;

• научится определять характер и место повреждения кабеля;

• изучить принцип работы сетевых тестеров;

• ознакомится с тестовым оборудованием для ЛВС, построенной на основе оптического волокна.

Краткие теоретические сведения

Основные инсталляторы предоставляют своим заказчикам фирменную гарантию производителя кабельной системы, срок которой может превышать 20 лет. Помимо того, что работы производятся квалифицированными и сертифицированными специалистами, дающими гарантию на качественную установку системы у заказчика должна быть уверенность в качестве работы самой кабельной системы и ее соответствие международным стандартам.

Тестирование кабельных линий составляет весьма значительную часть работ по монтажу СКС.  Тестирование кабельной системы производится с помощью кабельного тестера. После чего заказчику предоставляются все

протоколы испытаний и по результатам, выдается сертификат соответствия с гарантией на бесперебойную работу от 15 до 25 лет в зависимости от заявленной гарантии производителя СКС. 

Основных причин неудовлетворительной работы сети может быть несколько: повреждения кабельной системы, дефекты активного оборудования, перегруженность сетевых ресурсов (канала связи и сервера), ошибки самого прикладного ПО. Часто одни дефекты сети маскируют другие. И чтобы достоверно определить, в чем причина неудовлетворительной работы, локальную сеть требуется подвергнуть комплексной диагностике. Комплексная диагностика предполагает выполнение следующих работ (этапов).

Выявление дефектов физического уровня сети: кабельной системы, системы электропитания активного оборудования; наличия шума от внешних источников.

Измерение текущей загруженности канала связи сети и определение влияния величины загрузки канала связи на время реакции прикладного ПО.

Измерение числа коллизий в сети и выяснение причин их возникновения.

Измерение числа ошибок передачи данных на уровне канала связи и выяснение причин их возникновения.

Сетевой тестер Netcat Pro NC-500

Рисунок 1 - Сетевой тестер Netcat Pro NC-500

Это компактный, удобный и многофункциональный прибор для тестирования витой пары и коаксиальных кабелей. Тестер NETcat Pro имеет высококонтрастный сенсорный экран с разрешением 128×128 точек и подсветкой. Для управления прибором прилагается стилус. Кроме набора базовых тестов, таких как тестирование целостности проводки, наличия обрывов, КЗ, перепутанных пар, жил и др., тестер NETcat Pro позволяет определять ряд сетевых параметров. Дополнительная встроенная опция рефлектометра позволяет определить длину кабеля или расстояние до повреждения. Для определения схемы кабельной разводки используются 7 дополнительных удаленных идентификаторов (поставляются отдельно).

Функциональные особенности:

• сенсорный экран с регулировкой контрастности и подсветкой;

• тестирование экранированной (STP) и неэкранированной (UTP) витой пары, а также коаксиальных кабелей;

• встроенный рефлектометр для определения длины кабеля (до 610 м);

• идентификация типа соединения: 10/100 Base T;

• идентификация активного оборудования: ПК или концентратора (Hub);

• отображение состояния сетевых устройств;

• генерация прецизионного тонального сигнала для сортировки жил и трассировки кабелей;

• тестирование патч-шнуров;

• работа от одной батареи 9В;

• совместимость с индуктивными щупами Tempo.

Кабельный тестер со встроенным переговорным устройством

Данный тестер позволяет организовать голосовую связь через кабель ЛВС во время проведения тестов. С помощью этого устройства проще общаться с людьми на другом конце кабеля, находящимися около коммуникационных шкафов и патч-панелей.

Рисунок 2 – Сетевой тестер TE – 300

Последовательно загорающиеся светодиоды на индикаторе позволяют легко определить открытые и перекрещенные пары. Данное устройство представляет собой простое решение для тестирования UTP/STP кабеля, коаксиального кабеля или кабеля, подключенного с использованием модуля RJ45/RJ11. Внешний вид тестера представлен на рисунке 2.

Тестер сетевой LT - 100

Устройство представляет собой простой кабельный тестер. Прибор состоит из двух одинаковых частей - приемопередатчиков, которые подключаются к концам кабельной линии при тестировании через разъемы RJ-45 (экранированные и неэкранированные), RJ-12/DEC, BNC.  Link Tester II позволяет обнаружить оборванные пары, закороченные пары, перепутанные провода в одной паре, перепутанные пары и перепутанные провода между разными парами, причем диагностика может проводиться на любом из 2-х приборов. Также прибор позволяет проверить целостность экрана кабеля. Внешний вид тестера представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Тестер сетевой LT - 100

Кабельный сканер Mitrel 2014

CableScanner – компактный прибор, созданный для быстрого тестирования локальных сетей. Используя CableScanner, оператор может провести тестирование правильности разводки, измерить длину кабеля, обнаружить повреждения, идентифицировать кабели. Прибор имеет оптимальный функциональный набор и прост в использовании.

Функциональные возможности:

• быстрое тестирования кабеля без удаленного устройства: измерение длины кабеля, обнаружение повреждений;

• полный тест с использованием удаленного устройства: измерение длины кабеля, нахождение и определение типа неисправности;

• обнаружение и измерение амплитуды отражений в кабеле, точное измерение длины кабеля;

• функция локатор для идентификации кабелей;

• трассировка кабеля с помощью опционального трассера.

Рисунок 4 – Кабельный сканер Mitrel 2014

Тестирование ЛВС на примере тестера Netcat Pro NC-500

Перед тестирование ЛВС с помощью выше указанного тестера необходимо выполнить его калибровку. В режиме калибровки NVP (Номинальная скорость распространения) значение может быть отрегулировано при помощи панели регулировки. Так как кабели имеют разную емкость и импеданс, для получения точных результатов измерения длины кабеля, NVP нужно откалибровать при помощи кабеля того типа, который подлежит тестированию. При тестировании многопарного и коаксиального кабеля используются разные значения NVP.

Рисунок 5 - Калибровка тестера

Тестирование многопарного кабеля

Выбор Multi-pair test позволяет пользователю выполнить комплексное тестирование, при котором проверяются атрибуты кабеля:

• проверка на активное сетевое устройство;

• проверка на наличие напряжений;

• проверка идентификаторов станции;

• проверка карты проводов;

• расстояние до короткого замыкания или обрыва.

Далее в разделе "Детали тестирования" приводится подробное описание указанных выше тестов.

Рисунок 6 – Карта соединения

Проверка партнера по сети

При этой проверке производится поиск активного сетевого устройства (то есть PC/HUB). Если обнаружено активное сетевое устройство, отображается тип устройства вместе с сетевыми возможностями, показанными меткой. Отмеченные возможности показывают возможные скорости передачи для обнаруженного устройства (по стандарту IEEE802.3). Ниже дается более подробное пояснение возможностей:

10 Base-T: Это указывает на то, что устройство способно передавать данные на скорости 10 Mбит/с в полудуплексном режиме.

10 Base-T FD: Это указывает на то, что устройство способно передавать данные на скорости 10 Mбит/с в полнодуплексном режиме.

100 Base-TX: Это указывает на то, что устройство способно передавать данные на скорости 100 Mбит/с в полудуплексном режиме.

100 Base-TX FD: Это указывает на то, что устройство способно передавать данные на скорости 100 Mбит/с в полнодуплексном режиме.

100 Base-T4: Это указывает на то, что устройство способно передавать данные на скорости 100 Mбит/с при использовании четырех пар.

Рисунок 7 - Проверка партнера по сети

Карта проводов

Этот тест проверяет кабель на правильность монтажа, когда к концу тестируемого кабеля присоединен удаленный/станционный ID. Конфигурация кабеля тестируется на непрерывность экрана (если он имеется), обрывы, короткие замыкания, пары с перекрещиванием жил, перекрещенные пары и расщепленные пары. Ниже даются примеры обнаруживаемых неисправностей вместе с хорошей картой проводов.

Хорошая карта проводов	Карта проводов с обрывом на расстоянии 31 м и отсоединенным экраном	Карта проводов с КЗ
Карта проводов с расщепленной парой 1-2 и 7-8 и отсоединенным экраном	Карта проводов с перекрещиванием жил в паре 1-2 и отсоединенным экраном	Карта проводов с перекрещиванием пар 1-2 и 4-5 и отсоединенным экраном

Рисунок 8 – Карта проводов

Проверка станционного идентификатора

При этом тесте осуществляется поиск модуля станционного идентификатора, присоединенного к тестируемому кабелю. Если модуль станционного ID присоединен, сообщается его ID-номер, как это показано. Эту функцию можно использовать для идентификации места на станционной распределительной панели.

Рисунок 9 – Проверка стационарного идентификатора

Режим трассировки тонального сигнала

Эта функция обеспечивает трассировку кабелей путем генерации четырех отличающихся тональных сигналов в конкретную пару или во все пары. Кабель можно проследить с помощью трассировочного пробника, который способен обнаруживать тональные сигналы в диапазоне от 577 до 983 Гц.

Рисунок 10 - Трассировка тонального сигнала

Тестирование оптических сегментов ЛВС

После монтажа сегментов ЛВС необходимо протестировать отдельные сегменты, затухание является основным параметром ВОЛС влияющим на дальность передачи информации, поэтому необходимо провести измерение затухания каждого сегмента сети, на волоконно-оптических линиях передачи измерение затухания можно провести, применяя оптический рефлектометр (OTDR). Однако в силу особенности данного прибора он эффективен только лишь на относительно длинных линиях (несколько сотен метров). В связи с этим применение оптических рефлектометров для тестирования коротких линий неэффективно. Наиболее эффективным способом будет являться измерение мощности оптического излучения, прошедшего по оптическому волокну.

Измерение мощности оптического излучения является ключевым этапом большинства видов тестирования ВОСП. В состав измерителя мощности - ваттметра (микроваттметра, нановаттметра) - входит блок преобразователя светового излучения в электрический ток и блок анализа, производящий его индикацию, если прибор используется самостоятельно. Если прибор входит в состав тестового комплекса, то соответствующий электрический сигнал поступает в блок анализа данного комплекса, где и происходит его индикация. Наиболее широкое практическое применение в ВОСП нашли фотоэлектрические преобразователи фотоприемники на основе полупроводниковых диодов.

Измерители мощности с термочувствительными элементами (термофотодиоды, фотосопротивления и пироэлектрические приемники) находят применение в основном в метрологических и исследовательских лабораториях. Важнейшими характеристиками фотоприемников являются токовая чувствительность, уровень собственных шумов и мощность насыщения. Они определяют такие параметры измерителя мощности как диапазон измерений, чувствительность и точность измерений.

Различие спектральной зависимости токовой чувствительности полупроводниковых фотоприемников делает необходимой калибровку измерителей мощности на измеряемой длине волны. Как правило, измерители мощности калибруются на одну или несколько фиксированных длин волн. Исключение составляют измерители мощности, входящие в состав анализаторов спектра, в которых производится измерение распределения мощности по всему спектру излучения.

Максимум измеряемой мощности определяется превышением допустимого уровня нелинейных искажений, связанных с насыщением фотоприемника. Нелинейные искажения измерительного преобразователя определяются не только нелинейностью фотоприемника, но и нелинейностью электрической схемы усилителей. В общем случае погрешность измерений, связанная с нелинейностью преобразователя, пропорциональна относительной нелинейности чувствительности фотоэлектрического преобразователя. Они могут быть частично скомпенсированы в блоке анализа. Нижняя граница диапазона измеряемой мощности определяется значением эквивалентной мощности шума, величина которой пропорциональна темновому току фотодиода, т.е. значению тока в отсутствии светового излучения. При прочих равных условиях величина темнового тока в фотоприемнике на основе арсенида индия галлия (InGaAs) в 100 раз меньше величины темнового тока германиевого фотоприемника. Уменьшить эквивалентную мощность шума можно охлаждением фотоприемников и применением усреднения измеряемых значений по времени.

Измерители оптической мощности в волоконной оптике используются для измерения мощности, выходящей как из свободного оптического волокна, так и из волоконного световода, снабженного оптическим разъемом. В первом случае, оптический ваттметр снабжен адаптером свободного конца волокна: устройством, обеспечивающим измерение световой мощности непосредственно на входе свободного конца волокна, представлен на рисунке 15. Во втором случае, измеритель мощности снабжен оптическими разъемом или несколькими типами оптических разъемов, представлен на рисунке 11.

Погрешность измерений во втором случае возрастает на величину нестабильности потерь на соединение данным типом коннектора.

Как правило, у измерителей мощности регламентируются следующие параметры:

• диапазон рабочих длин волн;

• динамический диапазон измерений средней мощности в заданном диапазоне длин волн или на фиксированных длинах волн;

• основная погрешность измерений относительного уровня мощности;

• основная погрешность установки заданного уровня мощности.

Рисунок 11 - Схема измерения мощности на выходе источника в

случае свободного оптического волокна

Рисунок 12 - Схема измерения мощности на выходе источника в

случае оконцованного волокна

На точность измерений значительное влияние могут оказывать условия подключения тестируемого элемента к источнику света и оптическому ваттметру, а также условия подключения источника к ваттметру в процессе калибровки.

Наибольшую точность измерения вносимых потерь обеспечивает метод обрыва, применимый к пассивным элементам с входным и выходным свободными волокнами. Процесс измерения потерь методом обрыва волокна представлен на рисунке 13.

На первом этапе производят соединение выходного волокна источника оптического излучения с входным волокном тестируемого элемента, а его выходное волокно соединяют с измерителем мощности через адаптер свободного волокна. Измеритель мощности в этом случае покажет мощность излучения, прошедшего через тестируемый элемент.

На втором этапе разрывают волокно между местом сварки и тестируемым элементом, а освободившийся конец волокна совмещают с адаптером измерителя мощности. Показания ваттметра соответствуют значению световой мощности, вводимой в тестируемый элемент. Величина вносимого затухания Z (дБ) определяется как разность между двумя показаниями P₁ P₂ измерителя оптической мощности в логарифмических единицах [дБ]:

Z (дБ)=Р₁(дБм) – Р₂(дБм). (1)

Этим методом может достигаться наивысшая точность измерений приблизительно + 0.01 дБ, зависящая от качества скола и адаптера свободного волокна при использовании источника излучения и измерителя мощности, указанную или более высокую точности измерений.

Рисунок 13 - Схема измерения потерь методом обрыва волокна

Такая точность измерений требуется при проведении лабораторных измерений, например, спектральной зависимости потерь в элементах системы передачи информации со спектральным уплотнением. В обычных условиях, а особенно в полевых, достаточную для большинства случаев точность дает метод вносимых потерь. В этом методе на первом этапе производится калибровка, сводящаяся к измерению мощности источника излучения при его прямом соединении с измерителем мощности с использованием отрезка волокна того же типа, который используется на входе и выходе тестируемого элемента. На втором этапе между источником излучения и измерителем мощности располагают тестируемый элемент. Способ подключения тестируемого элемента к источнику излучения и ваттметру зависит от типа входа и выхода тестируемого элемента. Наибольшую точность дают измерения характеристик элемента с входом и выходом в виде свободных волокон. Схема подключения приведена на рисунке 14 - 1 этап.

На первом этапе источник подключается к измерителю мощности через свободное волокно источника и адаптер свободного волокна измерителя, на втором этапе выходное волокно источника

приваривается к входному волокну тестируемого элемента, а его выходное волокно соединяется с адаптером измерителя мощности, данная схема приведена на рисунке 14 – 2 этап.

Рисунок 14 – Схема измерения потерь с входом и выходом в виде

свободных волокон

Погрешность измерений в этом случае определяется неопределенностью величины затухания на сварном соединении, которая при использовании сварочных аппаратов нового поколения может быть снижена до значения менее 0.1 дБ. Измерение потерь элемента с входом и выходом в виде оптических коннекторов, приведено на рисунке 15. Точность измерений в этом случае определяется воспроизводимостью работы оптических соединителей. Как правило, погрешность измерений составляет приблизительно ±0.3 дБ и зависит от типа используемых коннекторов. Напряжение в волокне и в кабеле приводит к появлению дополнительных потерь. Фактически оптическое волокно представляет собой очень хороший датчик напряжений. Однако при измерении затухания напряжение волокна приводит к увеличению погрешности измерения. При

проведении измерений необходимо свести к минимуму напряжение и/или степень его изменения.

Если говорить о волокне или оптическом кабеле, намотанном на катушку/барабан, то можно сказать, что чем туже они намотаны, тем выше уровень потерь. В таком случае может оказаться целесообразным перемотать волокно/кабель менее туго. Оптическое волокно, снятое с катушки/барабана нужно аккуратно зафиксировать, чтобы не сдвигать с места при измерениях. Особенно осторожно надо обращаться с волокном уже снабженным разъемами, так как напряжения в месте соединения разъема вызывает значительные потери.

Рисунок 15 – Схема метода измерения потерь с оконцованными

входом и выходом

Для наших целей вполне подойдут источники и измерители оптической мощности PHOTOM.

Измеритель оптической мощности photom 211А.

Рисунок 16 - Внешний вид измерителя мощности photom 211А.

Легкие малогабаритные измерители оптической мощности Photom "mini" серии, представленные на рисунке 16 в сочетании с источниками излучения Photom 362 предназначены для измерения оптиче­ской мощности и потерь в волоконно-оптических линиях связи. Широкий диапазон длин волн калибровки приборов по­зволяет проводить измерения как на одномодовых, так и на многомодовых линиях. Для подключения различных типов оптических коннекторов на приборах серии, по заказу, мо­гут устанавливаться соответствующие оптические разъемы. Полезной функцией приборов является автоматическое отключение питания после десяти минут простоя, что позволяет значительно экономить ресурс батарей при работе с устройствами в полевых условиях.

Уникальная компактность и малый вес приборов Photom "mini" серии в сочетании с вы­сокой точностью измерений и предельной простотой использования делают их дилерами в классе карманных измерителей мощности.

Технические характеристики измерителя мощности photom 211А представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики измерителя мощности photom 211А

Модель	211А
Тип фотодетектора	InGaAs диаметр - 1 мм
Используемое волокно	SM, ММ
Длины волн калибровки, нм	850, 1310, 1550
Точность измерений	±0,2 дБ
Диапазон измеряемой мощности	-65 ÷5 дБм, -70 ÷5дБм
Разрешающая способность	0,01 дБ
Функции	Выбор длинны волны, автоматическое отключение питания, сохранение в памяти выбранной длинны волны при включённом питании
Оптический разъем	1 80 - SCb
Рабочая температура	0...+40 C
Относительная влажность	‹ 80%
Электропитание	Элемент питания тип
Размер (ДxШxБ) мм	65x120x24

Источник оптического излучения Photom 351

Рисунок 17 - Внешний вид источника излучения Photom 351

Легкие малогабаритные источники оптического излучения Photom 351, представленный на рисунке 17 в сочетании с измерителями оптической мощности Photom 211А предназначены для измерения и контроля оптической мощности и затухания в процессе прокладки, эксплуатации и ремонта воло­конно-оптических линий связи. Широкий ассортимент источников из­лучения дает пользователю возможность сделать оптимальный выбор. В качестве излучателей в приборах используются супрлюминисцентные светодиоды и полу­проводниковые лазеры. Благодаря наличию прочной защитной крышки малогабаритный излучатель мож­но переносить прямо в кармане или в ящике для инструментов. Уникальная компактность И малый вес. прибора в сочетании с высокой стабильностью излучения и предельной про­стотой использования делают его лидером в классе карманных излучателей.

Порядок выполнения

• ознакомится с техническими средствами тестирования ЛВС;

• выполнить проверку патч-кордов предложенных преподавателем с помощью выше указанного тестового оборудования, проанализировать полученные результаты и внести их в отчет;

• изучить назначение, схемы и принцип работы оптических измерителей мощности;

• составить отчет по лабораторной работе;

• ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета

• наименование работы;

• цель работы;

• используемое оборудование;

• ответить на контрольные вопросы в письменной форме;

• вывод.

Контрольные вопросы

• перечислите тестовое оборудование, применяемое при выполнении работы;

• назначение оптических измерителей мощности;

• что такое карта соединений, на что она указывает;

• какие способы тестирования ЛВС вы знаете;

• назначение источника излучения оптической мощности;

• поясните необходимость выполнения тестирования физической среды ЛВС;

• поясните назначение анализаторов протоколов ЛВС;

• каково назначение кабельных сканеров, основное отличие от тестеров.

ЛИТЕРАТУРА