本文從一個嚴重影響網(wǎng)絡服務性能的故障案例出發(fā)，分析了對于網(wǎng)絡接口速率的設置和相關錯誤的原理和故障排除過程，文中提到的故障是常見的網(wǎng)絡性能故障之一。
1．全雙工是否讓網(wǎng)絡傳輸更快
增加網(wǎng)絡應用性能的一個有效的方法就是充分利用現(xiàn)今大多數(shù)100M交換機和高速網(wǎng)卡的全雙工(FDX)以太網(wǎng)通信能力。然而，如果兩個相連設備端口的速率和雙工通信設置不一致，網(wǎng)絡性能非但不會提高反而會導致嚴重下降。這一現(xiàn)象是我們在為北京協(xié)和醫(yī)院進行網(wǎng)絡測試服務中發(fā)現(xiàn)的。該醫(yī)院的網(wǎng)管人員反映信息中心的某臺服務器在被網(wǎng)上其他站點訪問時速度很慢，復制一個30M左右的文件需要5～6分鐘時間，而該服務器的網(wǎng)卡為100M，交換機是10／100M自適應的。
我們使用了FLUKE683企業(yè)級網(wǎng)絡測試儀查找到了這個故障的原因。分別用測試儀的 HUB和NIC端口測試功能測試了交換機和服務器網(wǎng)卡的端口設置，發(fā)現(xiàn)交換機端口工作在半雙工／10／100M自適應模式下；而服務器上的網(wǎng)卡工作在全雙工／100M模式下，這顯然是不匹配的設置情況。正是由于這個問題導致了網(wǎng)絡的傳輸不正常、性能大大下降的故障。在測試中發(fā)現(xiàn)，在糾正這個設置錯誤之前，傳輸數(shù)據(jù)(如復制文件)時就出現(xiàn)大量的錯誤幀，造成數(shù)據(jù)的重發(fā)，嚴重影響網(wǎng)絡的傳輸效率。而在我們發(fā)現(xiàn)這個問題并調整服務器網(wǎng)卡的設置與交換機的設置一致后，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸就立即恢復正常了，同樣復制30M的文件現(xiàn)在僅需要十幾秒鐘，并且沒有發(fā)現(xiàn)任何錯誤幀。
這個問題讓我們意識到，如果沒有正確地采用新技術，反而會造成網(wǎng)絡造成性能的下降。所以在對網(wǎng)絡進行升級或改造時，一定要對新采用的技術和設備進行必要的了解，并對網(wǎng)絡做變動前后的測試，通過對測試結果進行比較來確認網(wǎng)絡的改變沒有帶來負面的影響。
下面我們就為什么這個全雙工的簡單設置問題能造成如此嚴重的網(wǎng)絡傳輸故障而進行深入的分析。先從了解以太網(wǎng)介質訪問的機制入手。
2．端口設置基礎
標準以太網(wǎng)設計為半雙工操作，采用CSMA／CD(具有沖突檢測功能的載波偵聽多路訪問協(xié)議)介質訪問控制技術。其基本思想是：一個半雙工以太網(wǎng)端口(站點)在發(fā)送信號前需要監(jiān)聽總線，以確定傳輸介質上是否存在其他站點發(fā)送的信號(CSMACD的CS——載波偵聽)。如果傳輸介質空閑，則該站點開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀。如果探測到其他站點(多路訪問)有沖突(沖突檢測)，它就發(fā)送一個阻塞信號，通常是二進制1和0。之后為降低再次發(fā)生沖突的概率，采用退避算法隨機延時一段時間，再按CSMA／CD協(xié)議重新發(fā)送數(shù)據(jù)。在雙絞線和光纖拓撲結構中，出現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時又接收到數(shù)據(jù)的情況，極易發(fā)生碰撞。所有相互之間有可能沖突的設備均被認為是在一個“沖突域”。所有通過HUB或中繼器連接的節(jié)點都被認為是在一個沖突域中。在交換環(huán)境只有交換機和末端結點是在一個沖突域。
采用以太網(wǎng)交換機，全雙工操作可顯著地增加性能，因為其放棄了全部CSMA／CD過程。全雙工操作利用了交換機內部的緩沖，因此設備可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)而不必關心來自其他站點的流量。
使用半雙工操作，在任何時間內只有一方可以發(fā)送數(shù)據(jù)。而采用全雙工操作，兩個站點(服務器和交換機)之間發(fā)送和接收通道是相互獨立的。這看起來就像是兩個單工鏈路(一個發(fā)送而另一個接收)，兩通道間沒有相互影響和依賴關系。
3．混合技術網(wǎng)絡
目前大多數(shù)網(wǎng)絡都是混合速率環(huán)境，一些是10BASE-T，另一些是100BASE-TX。對于混合速率的網(wǎng)絡環(huán)境有一個必須要遵守的原則：即在全部網(wǎng)絡或廣播域(一個以太網(wǎng)廣播幀可以到達的網(wǎng)絡范圍)中可以是混合速率；而在一個單一的沖突域中就只能有一個網(wǎng)絡速度。在10BASE-T和100BASE-TX網(wǎng)段間傳送的所有數(shù)據(jù)幀必須通過網(wǎng)橋或交換機類的設備進行交換。另外，所有全雙工鏈路也必須連接在交換機端口。
4．端口設置技術——自動協(xié)商技術
避免在一個網(wǎng)段中混淆速率和雙工設置是非常關鍵的。為幫助防止出現(xiàn)此類問題，很多設備都支持自動協(xié)商功能。
自動協(xié)商是這樣一個過程：網(wǎng)段的兩個端點會確定一個雙方設備都支持的設置。自動協(xié)商使用一種特殊的連接脈沖協(xié)議——快速連接脈沖(FLP)。當主機探測到FLP并且支持它時，這兩個站點就能確定另外一方的性能，如速度(10或100Mb)和通信方式(全雙工或半雙工)。
由于不是所有的端口都支持FLP自動協(xié)商過程，所以就會有手動設置的需要。固定速率的HUB(10或100Mbps)通常不支持自動協(xié)商功能。比如，一個固定速率的100BASE-TX的HUB可能只發(fā)送100BASE-TX連接脈沖信號而不是發(fā)送快速連接脈沖用于自動協(xié)商。如果一個支持自動協(xié)商的以太網(wǎng)設備連接到一個固定速率的設備上，它會利用半雙工操作自動設定與固定速率一致。多數(shù)廠商允許用戶設定交換機端口為固定速率而禁止自動協(xié)商功能。這樣可以支持早期生產(chǎn)的不具有自動協(xié)商功能的100BASE-TX網(wǎng)卡，或者由網(wǎng)管人員確保在重要鏈路中避免出現(xiàn)使用低速率的意外情況。
5．問題
如果網(wǎng)段中相連的兩個設備沒有使用相同的傳輸速率和雙工設置將會產(chǎn)生嚴重的問題。一般來說10BASE-T網(wǎng)卡不會影響100BASE-TX的HUB或交換機端口。反之無自動協(xié)商功能的100BASE-TX設備直接接入10BASE-T的HUB則會引起大量的全半雙工的配合不當問題是很難查找的。如果網(wǎng)段的一端運行全雙工而另一端運行半雙工，那么在整個沖突域中就會導致應用性能的不一致和沖突的少許增加。
