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【技術文章】訊框測試確保網路傳輸資料完整性

確保網路的物理纜線設施符合規格並且沒有錯誤,是非常重要的


隨著組織面對日益增加的資料量和不斷演進的網路速度,確保網路的物理纜線設施能夠按照規格,提供必要的頻寬並且沒有錯誤是至關重要的。

長期以來,纜線認證一直被視為驗證企業網路佈線的基礎設施,是否符合ANSI/TIA-568 纜線頻寬和類別標準的參數要求;因此,滿足標準要求的佈線系統,應該能夠無誤地傳輸 IEEE 802.3 乙太網路協定的訊框,如 IEEE NBASE-T 或 10GBASE-T。


然而,纜線認證工具需要複雜且昂貴的電路和演算法,以測試像是接近端串音(NEXT)、遠端串音(FEXT)和外部串音(Alien Crosstalk)等標準所要求的參數,這使得認證測試儀的成本超出了許多安裝人員和企業組織的可用預算;儘管在安裝時需要符合 ANSI/TIA 認證的保固要求,但實際上,在 "第零天" 安裝之後,這些測試儀在進行主動網路故障排除方面的功能非常有限。


Wi-Fi 技術推動新的頻寬需求增長


由於最新的 Wi-Fi 技術(如 Wi-Fi 6 或 802.11ax)提供了更大的頻寬,並且每個接入點連接的客戶端數量增加,網路擁有者必須確保其有線網路基礎設施具有足夠的能力來提供新的接入點;然而,由於絕大多數已安裝的纜線系統僅達到了 5e 類別的規格,對於升級支援超過 1Gbps 速度的纜線,費用和可行性可能會受到限制。


正是出於這個目的,NBASE-T 標準被制定出來(也稱為 IEEE 802.3bz、多倍速(Multi-Gig)、2.5GBASE-T 或 5GBASE-T),對於符合相關標準(如 ISO/IEC 11801-1、EN 50173-1 或 ANSI/ TIA 568.1-E)的纜線安裝,通常預計 2.5GBASE-T 可在 Cat 5e 或更高規格上運行、5GBASE-T 可在 Cat 6 或更高規格上運行、而 10GBASE-T 則可在 Cat 6A 或更高規格上運行;然而,當纜線品質足夠高且安裝正確時,性能可能會超過這些參數,事實上,在大多數情況下,纜線系統將承載遠高於所評定類別的數據,這引出了一個問題,即何時最適合升級網路以確保多倍速部署的成功。

建築物內部纜線認證等級與傳輸速度
建築物內部纜線認證等級與傳輸速度

超越認證:訊框的真正價值


雖然認證測試可以可靠地按照 ANSI/TIA-568 標準量測參數值,但實際上並未在線路上傳輸任何資料,這裡的類比是,這類測試相當於水管工量測管道的直徑,以確定可能的流量,而不是隨著時間量測管道中實際的流量和品質。


無論是為了瞭解現有纜線系統中可能的最大頻寬,還是驗證新的連接,包括新增/移動/改動的安裝,都有一些技術提供了可行的(在很多方面更優越且更便宜)方法,相對於傳統的認證工具,一個實際的替代方法是在指定的時間內將實際的網路流量注入媒介,以確保所有的訊框都能無誤地傳輸。


常被稱為位元錯誤率測試(BERT)的過程,涉及在媒介上傳送 IEEE 802.3 資料訊框,並量測多少訊框能夠成功無誤地接收;實際流量在纜線系統上的傳輸可能會受到多個因素的不良影響,如:纜線品質、纜線長度、纜線束大小、外部雜訊/干擾以及安裝實作方式。


使用大量實際資料訊框進行媒介驗證,有許多優點,例如,當升級到需要 2.5G 或 5G 鏈路的新接入點時,可以確定現有安裝的纜線是否已經能夠支持 NBASE-T 流量,從而節省昂貴的纜線升級成本;此外,具有這種功能的測試儀器具更經濟實惠。


無論是承包商、現場服務/管理服務提供商團隊,還是企業組織的最終使用者,資通訊技術(ICT)專業人士都需要理解其傳輸媒介基礎設施的品質,透過從傳輸媒介的一端到另一端的資料訊框傳輸品質來衡量;如前所述,纜線認證有點 "理論性" ——它假設如果特定的纜線符合 ANS/TIA-568 標準的參數要求,那麼它將無錯誤地傳輸某些 IEEE 通訊協定訊框,例如 IEEE 10GBASE-T;然而,實際乙太網路流量在媒介上的應用比參數量測更具預測性。


當然,並非所有的傳輸測試儀器的立基點都是平等的,在 Multigigabit 乙太網路部署的情況下,測試儀器必須能夠確定已安裝的纜線是否能夠支援 Multigigabit 速率,並且能夠對整個網路基礎設施進行品質驗證——而不僅僅是單一長度的銅纜或光纖媒介——並解決眾多額外的問題;與許多單一用途的 BERT 或傳輸媒介測試儀器不同,具備適當的第 2 層和第 3 層控制(VLAN 和 QoS 配置)以及多種配置的多個資料封包碼流的線速性能測試是必不可少的。(詳見本文後面的“端到端性能測試的重要性”章節。)


端點:單測試器對雙測試器


在測試 100Mb 乙太網路銅纜介質時,ICT 專業人員可能會選擇使用單個測試器作為產生器,在這種情況下,可以使用物理環迴終端器 (loopback terminator),利用乙太網路纜線中有足夠的額外線對來建立環迴 (loopback),這種技術僅適用於 100MB 乙太網路,因為 1Gbps 及以上的速度使用所有四對線進行傳輸。


相似的環迴回路方法也可以應用於光纖上,在 1Gbps 和 10Gbps 乙太網路速度下適用,因為一根光纖纜線的一端用於傳送 (Tx),另一端用於接收 (Rx);物理環迴回路的限制是在銅纜中不能超過 100 米,在光纖中則取決於光纖類型和波長,最高可達 80 公里。在光纖上使用單個測試器在不超出最適距離參數的情況下可能非常有效。


測試端點的替代方法
測試端點的替代方法

另一種實現迴路測試的技術,是透過某些乙太網路交換器提供的特殊配置,讓交換器的埠本身,將接收到的流量迴路傳送回測試器,這種方法可以在埠的額定連接速度下運作,但實際性能可能因製造商和型號而有所不同。


採用遠端(雙向)測試器方法具有一些重要的優勢,遠端測試器利用其 PHY(將乙太網路訊框編碼到纜線上的電路)重新傳送訊號,從而可以可靠地在傳輸媒介的整個長度上雙向傳送封包,並透過使用獨立的上行和下行流量來識別不對稱(上行與下行)的問題;它還可以在遠端單元上顯示統計數據/錯誤,提供了更大的彈性以監控結果;此外,擁有第二個全功能儀器,表示您可以為其他任務提供額外的測試器,從而使您的團隊更具備能力。


光纖部署和長時間測試的應用


乙太網路位元錯誤率(BER)測試的明確價值,在於它可能揭示現有的纜線是否足以支援所需的 Multigigabit 速度;測試可能會顯示,纜線的類別對於網路的性能不會造成阻礙;除了纜線測試外,在進行故障排除或增加容量時,BERT 測試也可用於光纖網路。


一個很好的例子是,當 ICT 專業人員在校園/都會區的建築間、建築內的樓層間,或者將現有網路升級到更高速度時,他們可能會部署額外的光纖;BERT 測試可以用於確定光纖介質是否可以以所需速度進行無錯誤操作。



不同於光纖認證測試,實際部署在交換機中的 SFP 可以在測試儀中使用,以確保整個網路生態系統正常運作;同樣地,直連式纜線(DAC, Direct Attach Cable)或主動式光纜(AOC, Active Optical Cable)可以在資料中心使用之前進行資格認證。

進行「浸泡測試」可以是找出並深入探究錯誤的有效手段,在一個小時內,從兩端(全雙工)傳送和接收超過 530 億個訊框(在 10Gbps 速度下),認證測試應用可以檢測到即使是一個位元的破壞;另一個優勢是,不同於專注於最短測試時間的纜線認證,該解決方案可以用來在許多小時內測試傳輸媒介,例如,進行為期 24 小時的測試(以 10G 速度傳送和接收超過 1280 億個訊框),可能會揭示每隔幾小時或在濕度低的情況下,輸送帶靜電積聚可能會損壞媒體。

NetAlly LANBERT應用程式可以在24小時的測試中指出錯誤, 並且具有1秒逐層級詳細查看功能。
NetAlly LANBERT應用程式可以在24小時的測試中指出錯誤, 並且具有1秒逐層級詳細查看功能。

在實際操作中,外部事件,例如靜電放電、馬達產生的電磁脈衝、纜線束的雜訊,甚至是媒介的物理運動,不僅可能引起位元錯誤,還可能導致某些技術無法以指定的速度連接,進而導致速度降低到下一個較低的速率;除了觀察位元錯誤外,同時監測訊號雜訊比(SNR)和延遲不均衡,以深入了解目前連接速度下,纜線的可用 SNR 裕度,這種綜合性的監測方法有助於揭示外部因素對網路性能和穩定性的影響。


將這些錯誤以圖形方式顯示出來,並在透過時間趨勢化,能夠以 1 秒的精確度放大查看任何錯誤,這對於理解錯誤發生的時間、頻率、持續時間、以及根本原因可能是非常寶貴的。


需要再次強調,雖然對媒體基礎設施進行位元錯誤率(BER)測試是驗證基礎的有效方式,但這並不足以確保網路的正確運行。從乙太網路供電(PoE)到連接速度/雙工、虛擬區域網路(VLAN)配置、交換和路由、動態主機設定協定(DHCP)/ 網域名稱系統(DNS)服務,甚至實際的使用者響應時間(例如載入網頁)的資格驗證是確認網路操作方面的關鍵。這些測試可以確保網路不僅在基本層面上運作正常,還在實際應用和服務方面表現出優異的性能。


NetAlly Network Performance Test 能夠實現端到端(第2層、第3層)的性能測量,這對於了解整體網路容量和品質非常重要, 包括活動中的基礎架構元件。
NetAlly Network Performance Test 能夠實現端到端(第2層、第3層)的性能測量,這對於了解整體網路容量和品質非常重要, 包括活動中的基礎架構元件。

全網路性能測試的重要性


標準的 Layer 2 乙太網路位元錯誤率(BERT)測試在媒介上傳送訊框,然而,它無法將測試流量通過企業的交換器和路由器,由於它不使用網際網路協定(IP),因此這種方法無法通過三層設備,因此無法驗證企業的性能、服務提供者的服務水準協定(SLA)、或廣域網路的傳輸量、抖動、延遲、和丟包率。


除了第一層傳輸媒介測試外,進階的資格認證應用程式還允許透過交換器和路由器進行測試,進行雙向/非對稱測試,以及在不同資料流上進行第二層 / 第三層的服務品質(QoS)測試,更高層次的測試提供了 ICT 專業人員非常重視的靈活性和可見性,如果沒有這種能力,技術人員可能會花費數小時來分離傳輸錯誤。


24小時的LANBERT測試顯示出4個不同時間的問題。
24小時的LANBERT測試顯示出4個不同時間的問題。

NetAlly 的優勢


位元錯誤率(BERT)測試的功能對於認證目的很有用,但在日常網路操作方面幾乎不具影響力,例如:升級 Wi-Fi 和驗證與存取點的連結,這就是這個多功能測試儀器在長期內更有效且成本效益更高的地方。


NetAlly 將 EtherScope nXGLinkRunner 10G 的軟體升級,加入了 LANBERT 媒介認證應用程式,該應用程式提供了一種靈活、簡便的方式,用於驗證「黑暗媒體:未使用的、空閒的媒介(如纜線、光纖等)」和傳輸媒介的品質,例如:SFP 模組、牆壁和接線面板以及終端串接的短線纜,透過 24 小時的測試以及能夠以 1 秒的精度進行錯誤深入分析,NetAlly提供了一個優越的解決方案,提供深入可見性。


每款 NetAlly 有線乙太網路測試儀 均提供基本的纜線「驗證」功能,這能確定特定的纜線或連接是否正確連接,確保沒有接錯、斷線、短路、分裂對或其他物理損壞,透過時域反射測試(TDR)來確定;此外,測試儀還可以進行線對之間的連通性測試(線路映射, wire mapping),並透過纜線終端器來識別辦公室/插座位置;大多數測試儀還能注入數位、或類比音調進行纜線追蹤,這些工具包括 EtherScope nXGLinkRunner 系列產品、AirCheck G3LinkSprinter


LANBERT 會在 NetAlly 測試儀之間( EtherScope nXGLinkRunner 10G)傳送乙太網路訊框,以進行完整的雙向測試,可以在支援第 1 層迴路、傳輸媒介物理迴路(光纖或 100M 乙太網路)的設備之間進行,有了這種能力,這些測試儀提供了完整的 L1 - L7 整合單元,可以進行探索、服務測試,並在某些型號中進行 Wi-Fi 分析和 AirMapper 站點調查;這些測試儀還具有遠端操作的能力,對於遠端設備的部署非常方便,這些儀器不僅能夠充當 BERT 端點,還可以完全發揮第二個測試設備的功能。


總結


位元錯誤率測試(BERT)在網路通訊基礎方面用來確定纜線連結品質是無價的,然而,這對於確定企業網路的整體封包傳輸品質來說是不足夠的(無論是在啟用時還是完全運行時),無論是透過交換(第2層)和路由(第3層)基礎架構,還是具有品質服務(QoS),至關重要的是,這種測試方法在解決運行中的網路故障排除方面幫助有限;診斷網路服務(DHCP、DNS)、路由和配置、IP層連通性、探測設備、和連接路徑,最終,能夠捕獲流量進行深入分析的能力,這些都是網路專業人員所必需的能力,以確保最終使用者滿意度和生產力。


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