计算机网络故障诊断与排除物理层故障诊断与排除

第2讲：物理层故障诊断与排除本章重点介绍以下内容：1.介绍物理层概述；2.物理层主要问题；3.双绞线故障诊断与排除；4.同轴电缆故障诊断与排除；5.光缆故障诊断与排除；6.中继器故障诊断与排除；7.集线器故障诊断与排除；8.调制解调器故障诊断与排除；9.物理层故障排除实例。2.1物理层概述物理层是OSI分层结构体系中最基础的一层，它建立在通信媒体的基础上，实现系统和通信媒体的物理接口，为数据链路实体之间进行透明传输，为建立、保持和拆除计算机与网络之间的物理连接提供服务。物理层在OSI参考模型(OSI/RM)中的位置如图2-1所示。物理层的故障主要表现在设备的物理连接方式是否恰当，连接电缆是否正确，Modem、CSU/DSU等设备的配置和操作是否正确。确定路由器端口物理连接是否完好的最佳方法是使用showinterface命令，检查每个端口的状态，解释屏幕输出信息，查看端口状态、协议建立状态和EIA状态。1.物理层的主要作用实现相邻节点之间比特数据流的透明传送，尽可能屏蔽具体传输介质和物理设备的差异，利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接(物理信道)，为数据链路层提供比特流服务。物理层是所有网络的基础，主要关心的问题有：用多少伏特电压表示1，多少伏特电压表示0，一个比特持续多少微秒；是单工、半双工还是全双工；最初的连接如何建立和完成，通信后连接如何终止；网络接插件有多少针和各针的用途；信道的最大带宽；传输介质(例如，是有导线的还是无导线的)；传输方式：是基带传输还是频带传输，或者二者均可；多路复用技术，如FDM、TDM和WDM(Wave-lengthDivisionMultiplexing，波分多路复用)等。2.物理层的主要功能物理连接的建立，维持和拆除；实体之间信息的按比特传输；实现四大特性(机械特性、电气特性、功能特性、规程特性)的匹配。3.物理层标准物理层标准的主要任务就是规定DCE设备和DTE设备的接口，包括接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。DTE是数据终端设备，DCE是数据电路端接设备。DCE的作用就是在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。DTE通过DCE与通信传输线路相连，是美国电子工业协会EIA制定的著名物理层标准。物理或机械特性：规定了DTE和DCE之间的连接器形式，包括连接器形状、几何尺寸、引线数目和排列方式等。电气特性：规定了DTE和DCE之间多条信号线的连接方式、发送器和接收器的电气参数，以及其他有关电路的特征。电气特性决定了传送速率和传输距离。功能特性：对接口各信号线的功能给出了确切的定义，说明某些连线上出现的某一电平的电压表示的意义。规程特性：规定了DTE和DCE之间各接口信号线实现数据传输的操作过程(顺序)。EIARS-232C/V.24接口标准是物理层标准之一。其中，RS是RecommendedStandard的缩写，即推荐标准；RS-232C接口标准与国际电报电话咨询委员会CCITT的V.24标准兼容，是一种非常实用的异步串行通信接口。RS-232C建议使用25针的D型连接器DB-25，但是在计算机的RS-232C串行端口上，大多使用9针连接器DB-9。2.2物理层主要问题物理层产生网络故障主要存在3大问题。1.信号衰减解决的方法：(1)信号衰减限制了信号的传输距离。(2)信号衰减还常常会同时伴随着信号的变形。(3)采用信号放大和整形的方法来解决信号衰减及其变形问题。2.噪声干扰噪声可能导致信号传输错误，即接收端难以从混杂了较大噪声的信号中提取出正确的数据。解决的方法：减少噪声的措施，如抵消与屏蔽、良好的端接和接地技术等。3.常见物理组件RJ-45插座；RJ-45头；DB-25到DB-9的转换器。解决的方法：按标准规范的要求进行端接。2.3双绞线故障诊断与排除双绞线故障可能产生的问题有近端串扰未通过、衰减未通过、接线图未通过、长度未通过。现分别介绍如下。2.3.1近端串扰未通过原因可能有：近端连接点有问题；远端连接点短路；串对；外部噪声；链路线缆和接插件性能问题或不是同一类产品；线缆的端接质量问题。2.3.2衰减未通过原因可能有：长度过长；温度过高；连接点问题；链路线缆和接插件性能问题或不是同一类产品；线缆的端接质量问题。2.3.3接线图未通过2.3.4长度未通过原因可能有：NVP设置不正确，可用已知的好线确定并重新校准NVP；实际长度过长；开路或短路；设备连线和跨接线的总长度过长。2.3.5铜导线接头的故障1.故障现象1：RJ45导线接头的故障故障原因：●双绞线的头没顶到RJ45接头顶端;●绞线未按照标准脚位压入接头;●接头规格不符或者是内部的绞线断了;●镀金层的厚度太薄(RJ45仿冒)。2.故障现象2：RJ45导线接头是符合规范的，但网络无连接故障原因：●RJ-45接头的金属片是否已刺入双绞线中,需再对RJ-45接头重新压按一次；●双绞线接触不良,需再对RJ-45接头重新压按一次；●使用剥线工具时切断了绞线(绞线内铜导线已断，但皮未断)。2.4同轴电缆故障诊断与排除用同轴电缆作传输介质的网络，常见的故障如下。1.故障现象1：间歇性地出现网络连接丢失故障原因：可能由于BNC接头松动或插入式枕头与接触到同轴电缆的内导体接触不良，而导致连接不稳定。可能终端电阻的电阻值超过了容限的范围。2.故障现象2：整个网络完全失效故障原因：可能电缆打结、损坏或安装插入式针头时孔钻得过深等因素，造成电缆短路(这里的短路是指同轴电缆的内、外导体连通)。可能由于MAU损坏或接地不正确而导致网络上的电压超过了客观允许范围。3.故障现象3：常常出现冲突次数过多的现象故障原因：可能电缆上的反射信号过强导致的冲突。解决的方法是检查终端电阻是否丢失、损坏或不合格。可能电缆段上的MAU过多。可能电缆段存在多个接地点。可能电缆过长。4.故障现象4：间歇性或经常性出现冲突和碎片故障原因：电磁场干扰。检查周围是否有光电复印机、寻呼机、手机、电梯、微波炉或X射线等设备。5.故障现象5：在安装了新电缆段后失去网络连接或间歇性地出现连接中断故障原因：可能是新安装的电缆衰减过大，接头或接插板的阻抗不同。可能是新安装的电缆阻抗超出了范围，或安装的电缆类型不正确。应检查新安装的电缆的阻抗和线缆相关的技术指标。6.故障现象6：过度冲突故障原因：●违反了同轴电缆作传输介质的以太网5-4-3规则，即同轴电缆作传输介质的LAN最多有5个分段;任何两个站点间不能超过4个中继器;只有3个网段可以连接工作站。7.故障现象7：严重噪音干扰故障原因：●同轴电缆作传输介质的网络电缆太靠近某个电气设备，如电机。●同轴电缆走向与电源电缆并行。2.5光缆故障诊断与排除用光缆作传输介质的主干网络常见的故障如下。1.故障现象1：光纤头(尾纤)是符合规范的，但网络无连接故障原因：光纤弯曲的曲率半径过小而引起光线折断，光纤的弯曲曲率半径是光缆直径的15~20倍。购买的光缆有质量问题，可能是运输过程中，碰撞导致光纤折断，这就要求购买光缆时要进行现场测试。测试方法是将光纤两端分别剥去，在一端点燃打火机，在另一端用肉眼观察光纤有没有亮点，如果有，则说明它是好的，否则光纤已折断。2.故障现象2：无连接或出现间歇性的连接故障故障原因：可能是熔接头不合格。可能是光纤链路端接光纤连接器过多，引起链路衰减过大。可能是连接器污染，有灰尘、指纹或湿气。光纤熔接头要规范操作，不要让灰尘落到光纤头上；整个链路衰减值要符合要求。3.故障现象3：光线布线后与网络中心点无连接故障原因：可能配线盒内安装不正确。可能配线盒处跳线接端不正确(要交叉跳线)。光纤不合格，导致衰减过大。光纤头污染(如灰尘、指纹、湿气)。发射功率不足。电缆过长引起的衰减。4.故障现象4：光纤收发器无连接故障原因：(1)首先看光纤收发器或光模块的指示灯是否已亮？●如收发器的光口（FX）指示灯不亮，请确定光纤链路是否交叉链接？光纤跳线一头是平行方式连接；另一头是交叉方式连接。●如A收发器的光纤口（FX）指示灯亮、B收发器的光纤口（FX）指示灯不亮，则故障在A收发器端,一种可能是：A收发器（TX）光纤发送口已坏，因为B收发器的光纤口（RX）接收不到光信号；另一种可能是：A收发器（TX）光纤发送口的这条光纤链路有问题（光纤或光线跳线可能断了）。(2)光缆、光纤跳线是否已断？●光缆通断检测：用手电对着光纤接头或偶合器的一头照光；在另一头看是否有可见光？如有可见光则表明光纤没有断。●光纤连线通断检测：用激光手电、太阳光等对着光纤跳线的一头照光；在另一头看是否有可见光？如有可见光则表明光纤跳线没有断。2.6中继器故障诊断与排除2.6.1中继器概述中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、整和放大功能，以此来延长网络的长度。它在OSI参考模型(OSI/RM)中的位置如图2-8所示。由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，所以致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲，继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。2.6.2故障诊断与排除中继器常见的故障如下。1.故障现象1：中继器不能工作故障原因：检查是否接通电源，可能是没有接通电源的原因。检查指示灯是否亮，若有电但指示灯不亮，则中继器已损坏。若有电，且指示灯正常，则检查线路接口是否安装牢固，避免接触不良。2.故障现象2：定位冲突域中继器在检测到某个端口发生冲突后就立即生成阻塞比特并发送到其他所有端口，影响网络的正常工作。检查出有冲突的端口，修复该端口。3.故障现象3：超时传输锁定机制由于无自动隔离功能而导致MAU处于超时传输锁定状态，MAU的超时传输锁定机制是中继器故障中一个非常重要的故障现象，它每隔0.01ms(帧间距)发送5ms时长的阻塞比特，影响网络正常工作。2.7集线器故障诊断与排除2.7.1集线器概述集线器是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器在OSI/RM中的位置如图2-9所示。集线器产品发展较快，局域网集线器通常分为5种不同的类型，它将对LAN交换机技术的发展产生直接影响。1.单中继器网段集线器在硬件平台中，第一类集线器是一种简单中继LAN网段，最好的例子是叠加式以太网集线器或令牌环网多站访问部件(MAU)。某些厂商试图在可管理集线器和不可管理集线器之间划一条界限，以便进行硬件分类。这里忽略了网络硬件本身的核心特性，即它实现什么功能，而不是如何简易地配置它。2.多网段集线器多网段集线器是从单中继器网段集线器直接派生而来的，采用集线器背板，这种集线器带有多个中继网段。多网段集线器通常是有多个接口卡槽位的机箱系统。然而，一些非模块化叠加式集线器也支持多个中继网段。多网段集线器的主要技术优点是可以将用户的信息流量分载，网段之间的信息流量一般要求独立的网桥或路由器。3.端口交换式集线器端口交换式集线器是在多网段集线器基础上将用户端口和背板网段之间的连接过程自动化，并通过增加端口交换矩阵(PSM)来实现的。PSM提供一种自动工具，用于将任何外来用户端口连接到集线器背板上的任何中继网段上。这一技术的关键是“矩阵”，一个矩阵交换机是一种电缆交换机，它不能自动操作，要求用户介入。它