Test transmisji danych vs. test kwalfikacji – testowanie wydajności okablowania

Obecnie dla instalatorów sieci LAN, którzy wymagają czegoś więcej niż najprostszego mapowania sieci, dostępne są trzy typy testerów: kwalifikatory, testery transmisji oraz certyfikatory (sprawdź testery sieci LAN w naszym sklepie). Na samym szczycie stoją kompleksowe urządzenia certyfikacyjne takie jak LanTEK, przeprowadzające szczegółowe testy wysokiej częstotliwości parametrów systemów kablowych, które spełniają wymagania TIA-568 oraz standardy ISO 11801. Aż do połowy pierwszej dekady XXI wieku certyfikatory oraz urządzenia weryfikujące były jedynymi możliwościami dla instalatorów przy testowaniu sieci LAN.

Urządzenia kwalfikujące oraz badające transmisję

Około 2004 roku, jako dodatkowa opcja dla instalatorów, został wprowadzonynowy typ testerów, wykorzystywany, kiedy pomiar certyfikacyjny nie był potrzebny do skompletowania programu gwarancyjnego. Standardy Kablowe TIA/ISO definiują:

• pomiary,

• limity dobrze/źle (pass/fail)

• wymogi odnośnie dokładności dla certyfikatorów przy testowaniu różnych kategorii kablowych (klas wg. ISO).

Nowe testery nie miały zdefiniowanych parametrów dla budownictwa komercyjnego, jak to było w przypadku certyfikatorów. Słowo „kwalifikacja” po raz pierwszy pojawiło się w standardach, kiedy TIA-570-B zostało opublikowane. 570 jest standardem dla okablowania mieszkalnego, a sekcja o testowaniu jest niejasna w porównaniu do serii standardów 568.

Zgodniego ze standardem TIA-570-B:

„Kwalifikacja kabli determinuje pewne technologie sieciowe (np. 100BASE-T, 100BASE-T, FireWire) pod kątem zachowywanych parametrów. Kwalifikacja kabli powinna być przeprowadzona przy użyciu osprzętu sieciowego zainstalowanego na niej, bądź przy użyciu kwalifikującego instrumentu testowego.”

Ta klauzula otworzyła drzwi dla nowych typów urządzeń, które przekraczają możliwości najprostszych weryfikatorów, nie spełniając jednocześnie wymogów certyfikacyjnych. Co ciekawe, w pozostałych przypadkach zależy od producenta, w jaki sposób sklasyfikuje swój produkt. W rezultacie na rynku pojawiło się sporo urządzeń kwalifikacyjnych, które nie mierzą lub nie raportują tych samych parametrów i mogą dać zupełnie inne rezultaty na tym samym połączeniu kablowym.

Standard pozwolił producentom na wytwarzanie urządzeń, które pracują ze sobą albo spełniają tę samą funkcję. Dla porównania certyfikatory, które spełniają normy TIA/ISO/IEC będą raportowały te same rezultaty na połączeniu kablowym. Jeżeli kwalifikator nie przeprowadza pomiarów pod daną normą, nie jest możliwe, aby raporty i końcowe wyniki były jakkolwiek porównywalne. Powodem różnic wciąż niezidentyfikowanych metod testowania przez TIA-570-B jest zachęcenie do testowania wydajności okablowania w strefach mieszkalnych, wspierających wysokie przepustowości łącza, bez konieczności zakupu drogich certyfikatorów, spełniających normy TIA-568/ISO11801.

Niektóre firmy, jako alternatywę wprowadziły technologię powszechnie stosowaną w szeroko-obszarowej sieci (WAN). Testowanie transmisji danych, bądź po prostu transmisji, jest sprawdzoną metodą, która ma konkretną przewagę nad standardowymi testami typu dobrze/źle (pass/fail), z odgórnie zdefiniowanymi parametrami określonymi w standardzie. Innymi słowy, nie musimy „wierzyć miernikowi na słowo”. W takich przypadkach pomiary, ich kryteria oraz limity pass/fail w raporcie są albo nie są wyszczególnione. Ponadto, metoda przeprowadzania testu może nie być sprecyzowana.

W obrębie testowania sieci LAN testery transmisji podchodzą pod kategorię testerów kwalifikacyjnych, ponieważ zapewnia test przesyłu bez certyfikacji. Jednak nazywanie testera transmisji tylko kwalifikatorem jest zdecydowanym niedopowiedzeniem. W odróżnieniu do standardowych kwalifikatorów sieci LAN, testery transmisji przeprowadzają dokładne pomiary oraz posiadają automatyczną analizę pass/fail zgodne ze standardami branży. Normatesterów sieci LAN to IEEE 802.3 Ethernet, który stanowi dokument dla najróżniejszych testów oraz zastosowania Ethernetu.

Standard dla gigabit Ethernet, IEEE 802.3ab, definiuje wskaźnik danych, wielkość klatek oraz dopuszczalne opóźnienie i wskaźnik straty dla „dobrego” systemu Ethernet. Poprzez implementację standardu 802.3ab użytkownik urządzenia może być pewny, że tester transmisji przedstawia prawdziwe parametry mierzonego kabla, a nie dane, które producent produktu uważa za prawdziwe.

Warstwy sieci – model OSI

Aby lepiej zrozumieć zasady działania testera transmisji, należy zrozumieć podstawy modelu OSI (Open System Interconnection). Model OSI oddziela proces transmisji danych w sieci na poszczególne warstwy.

Warstwa 1 – Warstwa Fizyczna

Sygnalizownie elektryczne/optyczne oraz fizyczne komponentów, które łączą urządzenia na sieci.

• Okablowanie poziome oraz szkieletowe, zarówno miedziane, jak i światłowodowe.

• Wi-Fi oraz inne bezprzewodowe sygnały, które są uważane za fizyczne, pomimo że nie można ich dotknąć.

• Porty miedziane światłowodowe na urządzeniach, np. PC, przełącznice, routery, kamery IP, bezprzewodowe punkty dostępu. Urządzenia są określane jako nody bądź hosty.

• Sygnał elektryczny bądź optyczny, np. prąd elektryczny, światło lub fale radiowe.

Warstwa 2 – Warstwa Łącza Danych

Zapewnia transfer danych pomiędzy bezpośrednio połączonymi nodami lub parą nodów na tej samej sieci.

• Wykrywa oraz koryguje problemy warstwy fizycznej, np. automatycznie krzyżuje przełączanie pomiędzy dwoma przełącznicami Ethernetowymi przy braku krzyżowania kabli.

• Sterowania dostępem do medium transmisyjnego (MAC) – kontroluje fizyczne adresowanie urządzeń na sieci, tzn. dla każdego urządzenia Ethernet na świecie dodaje unikalny adres MAC do każdej klatki.

• Koduje i dekoduje klatki danych, dodaje źródło i kierunek adresu MAC do każdej klatki.

• Wyszukuje błędy i usuwa źle przesłane klatki danych z Warstwy 1.

• Synchronizuje urządzenia takie jak auto-negocjacje pomiędzy urządzeniami 10/100/100 Mb/s.

Warstwa 3 – Warstwa Sieciowa

Zapewnia transfer danych pomiędzy różnymi nodami na różnych sieciach.

• Łączy klatki Warstwy 2 w paczki danych.

• Dodaje źródło oraz kierunek adresu IP do każdej paczki.

• Przypisuje adres IP, który jest unikalny dla każdego noda w jego własnej sieci.

Warstwy 4-7

Te warstwy wychodzą poza obszar tego artykułu i ze względu na swoją krótkotrwałość nie będą omawiane.

Etapy Testu Transmisji

Test transmisji wymaga dwóch jednostek, które tworzą system komunikacji na przynajmniej 1 i 2 Warstwie modelu OSI. Niektóre testery mogą operować na warstwie 4, kiedy niestandardowe zastosowania są konieczne.

Do pomiarów parametrów zdefiniowanych przez 802.3ab, system testowy musi generować klatki Ethernetowe, transmitować je poprzez połączenie kablowe oraz sieć, mierząc liczbę skorumpowanych i porzuconych klatek transmisji danych w określonym przedziale czasu. Test musi odbyć się jednocześnie w obu kierunkach, co oznacza konieczność umieszczenia urządzenia aktywnego na każdym końcu testowanego połącznia kablowego czy sieciowego. Rezultat testu wskazuje, czy połączenie będzie utrzymywać transmisję danych na takim poziomie, na jakim został zaprojektowany.

Test transmisji jest procesem, który może być skomplikowany, szczególnie gdy testujemy dwa połącznia przez internet. Ze względu na to, że ten artykuł jest poświęcony kwalifikatorom, ograniczymy go do testów sieci LAN.

Krok 1 – Fizyczne połączenie medium (Warstwa 1)

Jednostki są podłączone na każdym z końców testowanego połączenia. W tym momencie urządzenia ustaliły już elektryczne połączenie (bądź optyczne) do przeprowadzenia podstawowych testów. W przypadku miedzi tester będzie w stanie przedstawić mapę połączeń do wyszukiwania przerw i uszkodzeń na kablu. Tester może jednocześnie ustalić długość kabla. Podczas podłączenia, końcówki LED RJ45, zaświecą się, potwierdzając ustanowienie połączenia elektrycznego.

„Prędkość” badania zależy od możliwości testera. Kwalifikator powinien po podłączeniu zapewnić 1Gb/s na wszystkich 4 poprawnie podłączonych parach. Wskaźniki są zwykle obecne podczas testu włókna. Lampy LED przy porcie zapalą się i będą się świeciły do momentu detekcji sygnału na wejściu. Pomaga to w wyłapywaniu błędów polaryzacji (krzyżowania się transmisji/odbioru).

Niektórzy mogą pomylić połączenie 1 Gb/s jako dowód, że kabel wspiera transmisję danych 1 Gb/s. Nie jest to prawda. Samodzielny proces auto-negocjacji jest elektronicznym „powitaniem” pomiędzy dwoma urządzeniami. Żadne dane nie są przesyłane podczas procesu połączenia.

Na rynku dostępne są kwalifikatory, które używają tylko procesu auto-negocjacji i generują raport dobrze/źle. Może to być bardzo mylące, ponieważ krótkie połączenie z kablem Kat.3 i konektorami Kat.5, nawet Kat.5e, mogą dysponować połączniem wskazującym na 1 Gb/s, jednak nie będą w stanie transmitować danych z taką szybkością lub dadzą nam wysoki wskaźnik błędów.

Obraz 1 – Warstwa 1 sprawdzająca wyłącznie sam kabel

Obraz 2 – VDV II PRO jest przykładowym testerem Warstwy pierwszej.

Krok 2 – Łączenie (Warstwa 2)

Każda z jednostek nadaje swój unikalny adres MAC oraz nasłuchuje adresu MAC swojego partnera. Podczas połączenia do zwykłego kabla, ustanawiają połączenie na poziomie Warstwy 2 i są przygotowane do transmisji danych poprzez kabel.

Ponadto, do pomiaru pojedynczego kabla, niektóre urządzenia mają możliwość łączenia się poprzez LAN. Każda jednostka nadaje adres MAC do LAN i przełącznice sieci odnajdą ścieżkę do obu urządzeń, gdziekolwiek by się nie znajdowały, zakładając, że znajdują się w tej samej sieci. Ten system pozwala na przetestowanie każdej sekcji okablowania, każdej przełącznicy oraz każdego medium konwertera pomiędzy jednostkami. Nawet jeśli jeden jest podpięty do portu RJ45 w jednym budynku i drugi w innym budynku za pomocą portu optycznego, obydwa będą na siebie wskazywać.

Warto zauważyć, że typowe kwalifikatory nie są aktywnymi urządzeniami na sieci (nie posiadają Ethernet PHY) i nie mają tych możliwości. Ich połączenie zatrzymuje się na Warstwie 1.

Obraz 3 – Warstwa 2 łącząca podstawowe połączenie elektryczne na obu stronach. Niektóre kwalifikatory wyłącznie wyczuwają napięcie przełącznicy do kwalifikacji kabla.

Krok 3 – Tester transmisji danych (Warstwa 2)

Test transmisji danych jest testem, w którym znajdziesz dowód wydajności. Tester tworzy klatki Ethernetu wypełnione danymi i wysyła je poprzez port sieciowy, aby rozpocząć test. Każda klatka posiada adres źródła i kierunku MAC obu jednostek. To jest operacja pełno-duplexowa, co znaczy, że każda jednostka wykonuje ten proces w tym samym czasie, transmitując dane w obu kierunkach.

Ten test przesyła ciągłe dane, o określonej prędkości i określonym czasie. Standardy IEEE podają wskaźnik dobrych do złych klatek, a tester przesyła minimalną ilość klatek, aby sprawdzić, czy system spełnia wymagania. Użytkownicy mogą również spersonalizować czas trwania takiego testu, co pozwala wykryć problemy z siecią, które pojawiają się w losowych momentach.

Jeżeli testery są podłączone do siebie za pomocą pojedynczego połączenia kablowego, stanowią wtedy jedyne komponenty testowane. Z kolei, jeśli podłączymy je do sieci LAN, klatki danych zostaną wysłane do najbliższej przełącznicy i od tego momentu, sieć będzie odpowiedzialna za transport klatek pomiędzy urządzeniami. To jest dopiero kompletny test ścieżki transmisji danych pomiędzy dowolnymi punktami sieci LAN, zakładając, że wszystkie komponenty na sieci funkcjonują. Jest to bardzo ważna właściwość, której nie spełniają kwalifikatory.

Obraz 4 – Tester transmisji formuje klatki danych, które są wysyłane pomiędzy połączeniami, zapewniając pełną prędkość przesyłu informacji.

Obraz 5 – SignalTEK z rodziny testerów transmisji zapewniają test wydajności zgodny z IEEE.

Zalety Testerów Transmisji

Tester transmisji sprawdza więcej niż tylko fizyczne połączenie pomiędzy dwoma punktami, wnioskując, że kabel jest w stanie wspierać transmisje danych bez żadnych błędów. Ustanawia on pełne, elektryczne połączenie oraz przesyłu danych dla okablowania czy sieci LAN, tworząc determinacje dobrze/źle dla wydajności transmisji i sprawdzaniu klatek Ethernetu. Jest to bezpośredni pomiar przesyłu danych w zestawieniu z kwalifikatorami, wykonującymi pomiary, które nie są możliwe do wstecznego nawiązania do żadnych standardów, na podstawie których mogą wydać determinację dobrze/źle.

Podczas testowania kabla i komponentów sieci Ethernet LAN, najlepszą drogą do bycia pewnym, że są spełnione odpowiednie kryteria, jest przeprowadzenie testu właściwości fizycznych, elektrycznych i transmisyjnych tych komponentów zgodnie ze standardem IEEE 802.2, który definiuje Ethernet.