Зачем нужен сетевой тестер для диагностики Ethernet?

Из этой статьи вы узнаете почему появился такой класс приборов как сетевые тестеры, какими возможностями они обладают и какие проблемы помогут вам решить!

Современная жизнь практически во всех ее областях немыслима без той поддержки, которую предоставляются информационными технологиями. Человек как конкретный потребитель этого вида сервиса может обращаться к источнику информации по-разному, но чаще всего функцию промежуточного звена в реалиях сегодняшнего дня берет на себя локальная вычислительная сеть (ЛВС).

Современная ЛВС нередко содержит в своем составе сотни и тысячи отдельных терминалов, под которыми понимаются как пользовательские рабочие станции, так и иные сетевые устройства типа точек доступа, камер дистанционного наблюдения, терминалов системы контроля доступа и аналогичных им. Фактически она представляет полноценную сложную техническую систему. Из-за конечной надежности отдельных составных частей добиться полностью безотказной работы системы невозможно даже при условии тщательной проработки проекта, его реализации на наиболее качественной технике, а также скрупулезном выполнении всех эксплуатационных норм.

Достижение нужного значения коэффициента эксплуатационной готовности системы как интегральной характеристики надежности находится в зоне ответственности отдела автоматизации. Данная задача решается оперативной локализацией отказов, выявлением причин и быстрым устранением последствий с обязательным восстановлением нормальной работоспособности, что требует оперативной диагностики причин сбоев.

Особенности построения современных ЛВС

Современная ЛВС обычно строится по клиент-серверной архитектуре, согласно которой каждое терминальное устройство рассматривается как клиент, потребности всей совокупности которых обслуживают относительно немногочисленные сервера. Один из главных критериев качества ее функционирования - время задержки получения ответа на генерируемый клиентами пользовательский запрос. Для минимизации этого параметра применяется три основных приема:

• максимально увеличивается скорость информационного обмена;
• сеть разбивается на несколько логических уровней;
• сервера выполняют строго определенную функцию.

Обмен данными между узлами сети потенциально может производиться с привлечением различных технологических приемов. В реалиях сегодняшнего дня эту функцию берет на себя сеть Ethernet. Последняя была предложена в 1973 году и в своей канонической форме предполагает организацию пакетной передачи с использованием разделяемой среды, функции которой первоначально были возложены на коаксиальный кабель, Рис. 1. При этом с точки зрения сетевой топологии серверы и рабочие станции, несмотря на различные функции, идентичным и рассматриваются как узлы формируемой структуры.

Рис. 1. Локальная сеть Ethernet на коаксиальном кабеле

В своей исходной форме сеть Ethernet имеет ряд недостатков. Главными из них обоснованно считаются:

• сложность подключения к сети новых в первую очередь рабочих станций в тех ситуациях, когда через точку подключения не проходит кабель;
• ограниченная зона охвата из-за затухания сигнала в кабеле;
• отсутствие возможности создания масштабных структур, т.к. используемый метод доступа к ресурсам моноканала на основе коаксиального кабеля приводит к коллизиям пересылаемых пакетов и необходимости повторной передачи.
• Для устранения имеющихся недостатков используют такие технические приемы как:
• реализация физического уровня сети на кабелях из витых пар и/или оптических кабелей, которые позволяют эффективно разделить направления приема и передачи;
• применение репитеров, которые восстанавливают на своем выходе задаваемую стандартами форму и скважность сигнала;
• использование концентраторов, которые фактически представляют стянутый в точку моноканал и позволяют подключать к нему отдельные сетевые устройства по мере возникновения необходимости, Рис. 2;
• формирование сети в виде совокупности отдельных сегментов, разделенных мостами, которые фильтруют трафик, поступающий на их вход, с частичной его локализацией в пределах “своего” сегмента, Рис. 3;
• обращение к разделению во времени сигналов отдельных сетевых устройств при построении концентраторов, что радикально решает проблему устранения коллизий, Рис. 4.

Рис. 2. Установка концентратора для увеличения эксплуатационной гибкости сети

Рис. 3. Разделения сети на отдельные сегменты мостами

Рис. 4. Мультиплексирование во времени как средство устранения коллизий в сети Ethernet

Мосты делятся на двух- и многопортовые. Любой мост анализирует адресную информацию пакетов, поступающих на его вход. В случае присутствия получателя в обслуживаемом сегменте пакет далее не передается. Многопортовый мост при отсутствии получателя в обслуживаемом сегменте передает пакет на все порты. Данная особенность позволяет строить многоуровневые сети, Рис. 5.

Из соображений удобства построения и последующей эксплуатации сетей все перечисленные функции возлагают физически на одно устройство: коммутирующий концентратор, часто называемый просто коммутатором (ЛВС), который фактически представляет собой многопортовый мост.

В многоуровневых сетях появляется проблема неоднозначности маршрутов между двумя конечными узлами, потенциально нарушающей их функционирование. В качестве примера неоднозначности можно сослаться на структуру Рис. 5, в которой обмен данными между рабочими станциями А и F может осуществляться по двум маршрутам:

• А – X – V – U – W – Z – F и
• А – X – V - Y -W - Z – F.

Задачу выбора одного из них решает маршрутизатор, после чего все остальные блокируются. По сути, маршрутизатор конструктивно достаточно близок к коммутатору, но использует несколько иную логику организации управления процессом передачи пакетов между портами. Главные отличия между этими устройствами заключаются в том, что

• они функционируют на разных уровнях модели открытых систем OSI;
• коммутация осуществляется на основе физических MAC-адресов отдельных устройств, тогда как в основу маршрутизации положен анализ IP-адресов.

Рис. 5. Многоуровневая локальная сеть Ethernet

Схемные решения на современной микроэлектронной элементной базе, которые применяются при построении коммутатора, позволяют легко делить обслуживаемые им сетевые устройства на отдельные группы VLAN. Каждая из таких групп функционально соответствует полноценной ЛВС и может функционировать автономно от других. При этом одно устройство допустимо относить одновременно к нескольким VLAN, что обеспечивается соответствующим программированием коммутатора.

Требования к сетевому тестеру

Из принципов построения сети Ethernet немедленно вытекает, что системный администратор, который занимается ее текущей эксплуатацией, должен иметь в своем распоряжении многофункциональное устройство, дающее объективную картину состояния ЛВС. Требования к подобному тестеру можно разделить на две основные группы: функциональные и аппаратные.

Функциональные требования непосредственно вытекают из принципов функционирования сетей Ethernet, а также тех неисправностей и сбоев, которые наиболее часто встречаются в практике текущей эксплуатации. В соответствии с таким подходом сетевой тестер должен

• контролировать наличие подключения терминальных и групповых устройств к сети по проводным и беспроводными каналам;
• определять фактическую пропускную способность отдельных соединений с выявлением перегрузки отдельных портов;
• снимать с отдельных устройств MAC- и IP-адреса;
• получать информацию о виртуальных сетях VLAN, которые присутствуют в составе ЛВС;
• строить маршрут передачи пакета от одного узла к другому.

В современных ЛВС широко распространена технология дистанционного питания РоЕ. Отсюда не лишним оказывается опциональная возможность проверки основных параметров инжектора, обеспечивающего электроснабжение маломощных терминальных устройств по кабельным тактам из витых пар.

Аппаратные требования к сетевому тестеру диктуются преимущественно областью эксплуатации, определяются текущим уровнем техники и сводятся к выполнению следующих положений:

• устройство должно быть достаточно малогабаритным, весить не более 1 кг (требование карманного формата не выдвигается) и питаться от аккумулятора;
• функции измерительного интерфейса имеет смысл возложить на розетку 8-контактного модульного разъема с разводкой RJ-45, возможно применение гнезда SFP, которое необходимо для тестирования оптических линий;
• управление прибором должно быть интуитивно понятным с максимально высоким уровнем автоматизации выполняемых процедур и их вызовом “в один клик”;
• вывод полученных данных на цветной дисплей с широким использованием графики для построения различных схем.

Полученные результаты проверки целесообразно хранить в памяти для последующего анализа и документирования. Объем памяти должен позволять запись тестов, выполняемых на протяжении нормального рабочего дня. Крайне желательна возможность передачи результатов тестирования в облако.

Некоторые диагностические и тестирующие процедуры, выполняемые сетевыми тестерами ЛВС на различных уровнях модели открытых систем:

Сетевые тестеры и их возможности

Все перечисленные выше базовые функции решают ряд доступных в открытой коммерческой продаже серийных сетевых тестеров. В качестве примера таких устройств можно указать достаточно близкие по функционалу NetAlly EtherScope nXG и LinkRunner G2. Основные возможности приборов приведены на рисунке.

Рис. 6. Схема выполнения проверок сетевым тестером

Тестер как рабочий инструмент системного администратора позволяет выполнить диагностику ЛВС методом последовательных проверок по схеме Рис. 6 в направлении снизу вверх. Номенклатура выполняемых при этом тестов свидетельствует о том, что:

• диагностика и тестирование осуществляются на первых трех уровнях модели открытых систем OSI;
• перечень реализуемых проверок гармонизирован с процедурами текущей эксплуатации ЛВС и дают основную информацию о функционировании сети на различных уровнях;
• результаты, полученные на предшествующем уровне, дополняются результатами последующего, что позволяет выполнять проверки последовательно в естественном логическом порядке с постепенным сокращением множества возможных причин ухудшения качества функционирования сети.

Простота и удобство использования тестеров обеспечивается реализацией их программного интерфейса на базе широко распространенной ОС Android, а также применением функций автотестирования с возможностью их пользовательской настройки при возникновении такой необходимости.

Тестирование беспроводных сетей тестером WiFi EtherScope nXG идеологически отличий не имеет с поправкой на другую среду передачи. Оно обеспечено тем, что прибор

• содержит специально выделенный для этого разъем USB-С для подключения направленной антенны;
• поддерживает скорости 2,5 Гбит/с.

Заключение

Современный сетевой тестер позволяет осуществить диагностику ЛВС со сложной структурой, глубина которой достаточна для качественной текущей эксплуатации сети.

Точность локализации возможной неисправности обеспечивается полноценной работой на трех нижних уровнях модели открытых систем OSI.

За счет применения, в первую очередь, системы автотестов, выбранной схемы настроек и воспроизведения полученных результатов достигнут максимальных комфорт взаимодействия оператора с прибором.

Эффективная работа с тестером доступна системному администратору даже со средним уровнем подготовки в области сетевых технологий.

Эффективный поиск подземных коммуникаций: труб водопровода, канализации, кабелей связи, силовых кабелей и др.

Как использовать рефлектометр «коаксиала» для тестирования витой пары и силового кабеля

Монтерская трубка: назначение, функции, применение