交换机物理层和数据链路层故障排除

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、保持和拆除计算机和网络之间的物理连接提供服务。

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 等设备的配置及操作是否正确。

确定交换机端口物理连接是否完好的最佳方法是使用 display interface 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

数据链路层的主要任务是使网络层无须了解物理层的特征而获得可靠的传输。数据链路层为通过链路层的数据进行打包和解包、差错检测和一定的校正能力，并协调共享介质。在数据链路层交换数据之前，协议关注的是形成帧和同步设备。

查找和排除数据链路层的故障，需要查看交换机的配置，检查连接端口的共享同一数据链路层的封装情况。每对接口要和与其通信的其他设备有相同的封装。通过查看交换机的配置检查其封装，或者使用 display 命令查看相应接口的封装情况。

1、以太网功能和性能的常见问题

1.1过度冲突

以太网采用的是一种先监听后发送的争用型媒体访问方法（CSMA/CD），因而LAN上发生一些冲突不可避免，但如果冲突过于频繁发生，则是不正常的，这一般是由下列原因造成的：

电缆连接距离超过了网络设计规范，例如：10Base-T 的以太网上，每个工作站应使用长度不超过100 米的电缆连接到交换机 上。这种冲突一般在以太网数据帧前64 字节已正确发送之后出现，称为后冲突；

违反了以太网的 5-4-3 规则，即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（其余两段用于连接网段，即用没有工作站的网段连接两个中继器）。

1.2严重噪音干扰

以太网易受电磁干扰，使发送的比特串被电缆上的噪音所破坏。噪音一般是由下列原因引起的：

网络电缆太靠近某个电气设备，如电机。

网络电缆走向与电源电缆并行。

网络电缆连接末端的导线未扭转的长度过长，从而在这段未扭转的并行导线上产生电磁场而出现干扰（这称为近端串音）。

100Base-TX 网络中，应该使用5 类双绞线而错误使用了3 类双绞线。

一般来说，当以太网的冲突率在合理范围内，而在接收端出现CRC 校验错误急剧增加的现象，应该考虑可能是噪音的影响。

1.3异常帧问题

(1) 帧的超时传输的现象

这主要是由于以太网口的接口故障造成的。以太网数据包的最大长度为1518 字节

因此可以定义一个数据包的最大发送时间。当以太网接口开始发送数据时，计时器就开始启动，当到达允许的最大传输时长时，接口的控制功能将停止该数据包的传输。这个功能一旦发生故障，就产生了数据包的超时传输的现象。

(2) 过多的碎片帧（指小于64 字节的帧）

大多数的碎片帧是由于过度冲突造成的。但如果冲突在合理范围内或交换式以太网环境中，出现大量的碎片帧一般是以太网接口的故障造成。

(3) 大量的非整数字节帧

一般是以太网接口的故障造成。

1.4性能问题

以太网性能好坏的判定应将当前网络状况与以前进行的以太网基线分析的数据相比较来得出结论。当网络性能与基线相比有很大下降时，可能是下列原因造成的：

过分的带宽使用。一般而言，对以太网这种基于广播技术的局域网，非交换式的以太网带宽利用率大约在30%左右。

如果过分利用了带宽，例如，以太网上接入的主机数量过多，一般就会出现明显的速度变慢的现象，此时应当减少接入的主机数或采用“微分段”的方法。

广播风暴。当网络上有过多的广播包（一般广播包所占百分比应在一位以内）传输，也将使网络速度急剧下降。

2、由以太网实现形式差异产生的问题

2.1 帧格式的匹配问题

以太网口对接收到的帧能够识别其格式，但对发送的帧只能选择一种帧格式。两台以太网设备之间只有采用相同的链路层协议连接时，才能可靠通信。当协议不匹配时，常见故障现象是线路和接口物理上正常，但相互无法Ping 通。

2.2 工作方式匹配问题

10Base-T、100Base-TX、100Base-FX 标准规定有全双工和半双工两种工作方式。在使用交换机 时，应以半双工方式工作；在使用以太网交换机时，若交换机以半双工方式工作，则交换机的以太网接口也应以半双工方式工作；若交换机以全双工方式工作，则交换机的以太网接口也应以全双工方式工作。

当以太网设备间的工作方式不匹配时，常见故障现象是：网络流量增大时，配置为半双工方式的一侧显示网络严重冲突（如连接交换机则整个网段上所有机器都显示网络冲突严重），配置为全双工方式的一侧则显示接收了大量的错误报文，同时伴有双方报文丢弃严重的现象。

2.3 工作速率的匹配问题

在使用非屏蔽双绞线连接以太网，且连接双方中至少有一方支持100Base-TX 的情况下，还需考虑速率匹配问题。如果双方的工作速率设置不匹配，即一方工作于100Mbit/s 模式，而另一方工作于10Mbit/s 模式，则故障表现为：配置为100Mbit/s的一方显示没有连接；配置为10Mbit/s 的一方显示连接建立，但接口指示灯（Activity）持续快速闪烁，并且不能正常收发。

2.4 电缆连接问题

10Base-T 使用两种类型的双绞线：直通网线和交叉网线。交叉网线用于同种类型的设备互连，如：将一个交换机和另一个交换机 连接起来；将一个交换机 和以太网交换机连接起来，将一个交换机和另一个交换机连接起来。

另外，主机直接连接交换机也要用交叉网线。直通网线用于不同类型的设备互连，如：将主机连接到交换机或交换机上；交换机 或交换机连接到交换机上。

使用了错误的电缆是以太网局部工作不正常的常见原因。

3、以太网故障处理的一般步骤

当网络工作不正常时，首先是要确定故障是否确实出现在局域网上。一般采用如下。

方法判别： 从位于同一局域网的主机使用Ping 程序来测试交换机以太网口的可达性，如果无返回报文或返回报文时延很大，或丢包现象严重，则以太网工作不正常。

使用display 命令查看交换机以太网口的统计信息，如果观察接收到的错误帧数目快速增加，也可确定以太网工作不正常。

确定是以太网的故障后，就可以按照OSI 模型来分层进行故障处理：

第一步：查看主机和交换机的局域网连接是否正确。

若使用交换机连接以太网，请确认交换机上的相应连接（link）指示灯的亮灭状态。如果均为亮则表明主机与交换机的以太网接口以及网线物理上是正常的，否则请更换网卡、网线、交换机或其相应接口模块等物理设备。

第二步：考虑速率匹配问题。

在检查交换机以太网接口连接问题时，以下两条提示信息很有帮助。这两条信息都是在用户执行速率选择命令或连接网线时输出在控制台上的：

两台交换机的以太网接口，用交叉网线连接，一端为10Mbit/s（不支持100Mbit/s），

另一端为10/100Mbit/s 自适应（强制工作在100Mbit/s），并未见到下面警告信息

Ethernet 0: Warning--the link partner do not support 100M mode

Ethernet 0: Warning--the link partner may not support 10M mode

其中第一条提示信息表明交换机以太网接口检测到所连接的对端不支持100Mbit/s 工作速率，而本端的配置为强制工作在100Mbit/s 速率下。此时用户应确认对端也进行了相应配

第二条提示信息表明交换机以太网接口检测到所连接的对端有可能不支持10Mbit/s工作速率，而本端的配置为强制工作在10Mbit/s 速率下。

此时用户应确认对端能够工作于10Mbit/s 速率下。不过，当交换机快速以太网接口连接交换机的10/100Mbit/s 自适应端口时，此条信息并不意味着设置错误。

第三步：查看主机和交换机的以太网接口

查看主机和交换机的以太网接口的IP 地址是否位于同一子网内，即二者的网段地址必须是相同的，仅仅是主机地址不相同。如果不在同一子网内，请重新设置IP 地址。

第四步：查看链路层协议是否匹配。

第五步：查看以太网接口的工作方式是否正确

第六步：常用以太网故障相关的命令：

交换机提供了一套完整的命令集，可以用于监控网络互联环境的工作状况和解决基本的网络故障。主要包括以下命令： ping、 tracert、 display 、 reset 命令、 debugging 、debugging ethernet。

4、常见交换机故障诊断