ADSL链路质量问题分析—单链路故障系列之接入故障
局域网用户与外界联系的通道有许多种。我们所常见的连接性能比较可靠的有DDN、FR帧中继、E1、E3、ATM、SDH、SONET等。对于大多数用户而言，这些接入类链路价格十分了得，限制了用户数量的增长。另一类更常见的接入链路则是ISDN、56K Modem、CableModem、ADSL等等。这类接入形式的最大特点是价格相对比较便宜，可靠性稍差。56K Modem是利用电话线做介质最先进入家用的接入链路形式；ISDN则仍是利用电话线搭载更多的数字传输应用，与传统的56K Modem相比，其特点是可以实现边上网边通话的目的，且互不干扰；CableModem是利用有线电视的上行通道进行回传从而构建成一条完整的上下行数据链路通道；ADSL则被称作非对称数据链路，它与56K Modem和ISDN一样使用电话线传递数据信号。由于用户多使用ADSL来访问和下载网站上的数据和图像的资源，所以下行数据量大，上行数据量一般很小，这些特点正是此种接入链路现在被大量推广使用的原因。其他的接入方式还有HomePNA、小区Ethernet直接宽带接入等。
本篇的话题首先涉及接入链路中现在最常见的ADSL链路形式，讨论在此类接入中常见的一些问题。其它的接入方式问题我们将在后续的篇幅中进行讨论。
ADSL简介
ADSL以原来的电话线来作为物理层的传输介质基础，使用CAP(无载波幅度相位调制)或DMT(离散多音频调制)等调制格式将数据信号实现上下行传输。以DMT为例，打电话时人们说话的语音频率被限制在4kHz以内，高于4kHz的语音信号将被滤波器滤除。这样，电话线中高于4kHz的频带一般来说都是未被使用的。ADSL即是将25kHz-1100kHz这段频带利用起来传输数据信号的一种应用格式。
ADSL下行信号分布在约200kHz-1100kHz的频带内，上行信号分布在约25kHz-170kHz的频带内。这样，语音信号和数据信号由于占用了不同的频带，从而可以各自独立运行，互不干扰。上下行信号由于占用不同的带宽，也同样不会互相影响。上下行信号带宽被分割成256个4.3kHz的频隙，每个频隙都可以根据不同的信噪比独立地进行调制，信噪比越大，则调制度可以越高，调制效率越高(即携带的比特率越高)。所以，不同频隙由于信噪比不同所携带的信号比特数也是不同的。整个1100kHz的频带内可以携带比特信息的频隙越多，则总的传输带宽越宽。总的趋势是，低频带附近(靠近200kHz)的衰减小，信噪比高，携带的比特信息多；高频带附近(靠近1100KHz)衰减大，信噪比低，携带的比特信息少。
由于原来的电话线是为传送4kHz以内的语音信号设计的，所以，严格意义上讲，对于4kHz以上的信号其传输性能是不做要求的。也就是说，一条可以顺利传输4kHz电话语音信号的链路，不一定就能保证100%地传输1100kHz带宽以内的数据信号。要确保1100kHz以内的信号能在某条电话线上传输，则需要进行实地测试。一般来讲，电话线越长，对高频的信号衰减就越大。一条300米长的无故障电话线可以保障1100kHz以内带宽信号的传输(其下行最大速率可以达到8192kbps)，但一条3000米的无故障电话线则可能只支持250kHz以内带宽信号的传输。
那么一条传送语音非常优质的电话线，需要满足那些条件才能作为一条优质的ADSL接入链路来使用呢？我们就来先讨论一下这个问题。
首先，它必须是一条合格的电话线。也就是说，它的环路电阻、纵向平衡、低频交直流干扰信号、漏电阻等诸多参数要符合POTS测试的要求。POTS是对普通语音电话线的测试要求，满足此要求的测试结果通常表明这条电路作电话线是合格的。
其次，它必须满足阻抗连续性和ADSL对综合信噪比的要求。对阻抗连续性的分析通常使用TDR时域反射测试来分析，对ADSL综合信噪比等的分析则使用专门的ADSL测试功能来完成测试和分析。
实例一：网吧的烦恼
在一个雷电交加的周日夜晚,23:00左右,某新开张的网吧老板祝先生向电信公司报告其网吧的对外联络速度很慢,内部玩游戏很正常。他的用户抱怨得很厉害,并要求他减半收费。
电信公司维护中心的工程师在电话中让它做Ping本地信息港的站点测试,结果是10组Ping均成功,返回时间均在20ms以内,看来不是广域连接的问题。电信公司维护人员请网吧老板祝先生自行检查自己的局域网是否有问题,比如病毒干扰、流量过大等。祝先生没有什么工具来做检查,只得先清退上网客人然后进行杀毒,而且是使用几套杀毒软件对每台机器进行杀毒。整整折腾了一晚上,总算将全部200台机器杀毒工作完成,果然杀灭了几个病毒。直至凌晨,才分别启动机器上网,上网后所用机器表现正常！看来似乎真的是病毒在捣乱。随即开门恢复了正常营业,一直到接近旁晚，网络表现似乎都很正常。
但从晚上7点钟起,又开始明显感觉网络速度变慢,网吧内的上网用户抱怨迅速加剧。外面又下起了暴雨,祝先生的情绪也象这场暴雨一样变得烦躁不安。"难道又是病毒在作怪？今天也没有听说有什么新病毒发作呀!"，如果象昨天那样继续辞退客人来查毒，那网吧生意就会受大影响了!而且，要是查出来最终结果不是局域网的问题，那岂不是白白浪费宝贵的赚钱时间嘛?！
祝先生叫他的网管员继续检查机器。忽然他灵机一动，觉得应该先集中精力确定到底是不是网吧本身的问题。他让他的网管员赶紧先替换了一台做代理服务器的机器，没有效果。随后祝先生又更换了原先用剩下的一台另一个牌号的ADSL接入Modem，仍然无效。于是他决定先暂时断开局域网与Internet的联接，让客人们先免费玩网吧局域网内的游戏，只留下代理服务器与外界保持联系。然后，祝先生在代理服务器上先行杀毒，杀毒的结果是——没有发现作乱者。随即继续使用代理服务器上网浏览并下载电影，这时他才明显觉察出下载电影的速度比以前慢了好几倍。由对比结果断定，现在的接入速度肯定比刚开通时要低很多。而且因为已经将网吧的局域网断开,所以不会因为是局域网用户非法操作捣乱的结果，而只能是接入链路的问题，这同时也从另一个方面验证了网吧局域网没有问题。
那么，昨夜杀完毒后为什么网络速度看似已经恢复正常。这是因为当时网上已经没有什么用户,所以速度慢的特征表现不明显，从而以为是网络速度恢复了正常。白天因为是周一，来网吧的客人很少，所以基本上没有在意网吧出口的带宽问题。临近晚饭前后来网吧的客人开始迅速增加，链路带宽不足的问题才又开始抬头。
祝先生随即把这一新发现报告给电信公司，电信公司负责维护的工程师让祝先生大致推算一下现在下载电影的速度，祝先生推算下来大致在20kByts/s左右，而他申请的链路带宽是2Mbps(合250kByts/s)。电信维护工程师又让祝先生在另一个本地电信公司内部非公开站点上下载一个大文件试验并对比一下数据，结果下载速度也只有20kByts/s左右。这说明，这条ADSL链路确实是有一些问题。维护工程师随即要求祝先生更换一个Modem试试看，祝先生告述他已经换了一个了！维护工程师决定将该网吧的局端Modem更换到备用的Modem上试一试，15分钟后电信工程师告述祝先生Modem更换完毕请他再试着下载一下文件，看看有没有改善。
结果可能正如读者所料想的那样——没有任何改善。由此推断问题应该出在线路质量上而非局域网或者ADSL接入Modem上。结果让祝先生感觉还不错，因为维护中心的工程师告述他将立刻就派人检查线路。20分钟后，一辆维修车停在了网吧门前，维修工程师张先生从工具包中拿出一个Fluke 990 ADSL线路测试仪联接到电话线一端,并用这台仪器当电话机与局端的另一位工程师通话，确定测试程序。
无论是从POTS测试结果还是TDR测试结果看，在距离网吧273米-285米的这一段显示有可能被雨水浸泡。ADSL测试评估的下行速度只有160kbps，这与刚才观察到的结果也是一致的(20kByts/s)。张先生用电话呼叫来外线抢修班的同事，按图索骥很快就找到了因大雨而浸水的通信地井，连夜抽干积水并为祝先生的网吧重新跳线，两个小时后，网吧完全恢复了正常。电信公司的张先生并用F990为此线路做了一次备案和评估：网吧线路最高传输下行速度可以达到6.1Mbps的水平。张先生请中心的同事用Fluke的OneTouch网络一点通朝网吧发送大约6Mbps左右的流量，从他随身携带的一只网络万用表上可以清楚地看到进入网吧的流量稳定地达到6Mbps。祝先生非常高兴，因为他下一步正打算将网吧规模扩展到400台机器，正犯愁是不是要重新安装一条ADSL线路呢，现在看来不必了，在原有线路上升级即可实现。另一个让祝先生比较满意的一点则是维修中心的响应速度,这比以前有天壤之别，而且诊断故障的水平也很不错。当然，如果一开始就发送一些流量进行检查，那么该故障就可以很快被定位出来，而不是拖了一天多才恢复正常。
实例二：干扰来自哪里？
某公司使用ADSL作为接入Internet的链路，开通一段时间来一直都比较正常。最近一周以来经常出现间歇性的速度变慢，请运营商派维护人员来检查了两次，都认为没有什么问题。也难怪，每次报修时网络有问题，而等运营商派来维护人员到现场时又正好没有出现速度慢的问题，维护人员也感到比较难办。今天是第三次报修了，还好，运营商这次不到一小时就赶到了现场，但不幸的是，此时网络似乎又恢复了正常。
检查结果就像以往那样--一切正常。但这次维护人员决心查出问题到底出在哪里,所以不打算立刻离开现场。根据对故障现象的分析，维护人员基本确定是线路中存在干扰信号，现在需要的是将干扰信号的来源定位。好在此故障每天都会出现多次，所以维护人员在ADSL线路上连接了一个桥接点，用于观察线路是否出现干扰信号。同时使用网络万用表接入到ADSL接入Modem的以太网出口上，由于Fluke网络公司生产的网络万用表是一个具有三通口的桌面故障小型检测仪器，串入链路中不会影响其正常的数据传输过程，但同时又可以观察从每个方向流过链路的不同流量和错误。
在等待了近一个小时后，故障终于开始重又出现。此时从网络万用表上检测到许多FCS错误帧和碰撞。由于此链路是全双工链路，一般不会出现碰撞帧，所以断定这是串入链路的干扰信号。从ADSL链路上的桥接点上用F990 ADSL链路测试仪监测，此时也发现大量超过-25dBm的噪声(链路定义的噪声门限是-55dBm)，频带集中整个1100kHz带宽以内，而且分布比较均匀。这些数据可以从仪器的测试屏幕上直接显示出来，可以很直观地观察到干扰的频谱密度和分布。由于干扰同时出现在ADSL接入Modem的两侧，为了确定是否是因为来自内部局域网的干扰,故此时先将ADSL接入Modem上的五类跳线,结果F990上依然能观察到干扰噪声。这说明噪声可能来自Modem或是来自电话线。拔掉Modem的直流电源线，干扰信号立刻消失。重新插上电源,干扰就又重新出现。看来是电源适配器或是市电本身有干扰信号产生并且串入Modem所在链路。立刻更换随身带来的一个新Modem及其直流电源适配器，从F990上观察,干扰信号没有变化,仍然是呈现随机波动式出现在显示屏上。将直流适配器接到一台UPS不间断电源上,干扰信号消失！
由于问题是一周内出现的,所以干扰也应该是在这一周内进入供电线路的。询问物业公司最近一周内有哪些新的项目、工程或用电设备投入使用,答曰最近一周主要是17楼进行物业装修，一家大型公司即将入住该楼层。经过仔细观察发现，干扰来自于外墙进行的广告牌施工时的电焊现场。电焊机的电源与其它供电电源是同一相线,所以干扰也趁机进入办公室的供电线路,造成对用电设备的干扰。不在这一相线的供电线路基本上不受影响,这可能就是为什么受到影响的用户数量不是很多的原因。
尹工提醒：
关于ADSL链路的质量
影响一条租用电话线质量的原因很多，但通常都归纳为如下几条：
第一：长度及沿长度方向的各种问题。长度越长信号衰减越大，带宽越窄。相同长度时，线径越粗的电话线衰减越小。沿长度方向的问题有：开路、短路、碰地、雨水浸泡、电池交叉等。
第二：串绕。串绕是指某条电话线的R线(或T线)与另一条电话线的R线(或T线)混用。可以打电话但却不能运行ADSL。
第三：不平衡。纵向不平衡，阻抗不平衡，信号不平衡，电容分布不平衡等等。通常与电缆的质量和安装水平有关。通常，平衡的线路误码率是很低的。
第四：腐蚀老化。经雨水浸泡腐蚀，经高温和潮湿环境老化，使的电缆特性特别是连接点的特性发生较大变化，影响绝缘、平衡和阻抗连续性等。
第五：噪声和干扰。外来噪声和线对间传输信号的相互干扰。线对间干扰是指电话线之间高频信号的互相感应并干扰有效信号的传输。多个ADSL线路运行时会有相互间的影响,所以随着ADSL开通用户数量的逐渐增加,原来正常的一些ADSL用户有可能会感觉速度变慢甚至出现连通性问题。ISDN链路也会干扰ADSL链路的工作,特别是干扰靠近200kHz附近的低频段,使得链路的性能下降很快-这是因为低频段的比特调制率最高,主要的信号传输的通道集中在低频段，而ISDN的干扰主要体现在低频段。
第六：加载线圈。长距离用户为了提高通话质量需要在电话线中串接低通滤波器以便滤除高频噪声的干扰。低通滤波器通常被称作加载线圈(在中国很少使用)，ADSL需要去掉加载线圈。
第七：桥接器。在早期电话下线时，由于不象现在这样通常假定小区中的用户每家都会安装电话，而是推断比如三个用户中可能有一个会安装电话，所以下线时会同时在一根线上连接几个用户线(实际开通时只给其中一个连接电话机，另两个作废)。这对打电话不会有影响，但对高频带宽会造成较大影响，主要是通过引起阻抗突变造成信号衰减和突变。
第八：多段大差异线规。从电话局到用户通常要多次改变电话线的粗细(分段联接，每段采用的电缆线规不同，造成阻抗分布上的差异)。如果这种改变过多或是采用非规定线规，则线路阻抗会出现较大偏差。一般，整个电话线的线规在19#-26#之间，常用23#-26#线规，即是我们常说的23AWG-26AWG。线规突变的影响也通过阻抗突变来影响被传输的信号。