網(wǎng)絡防雷箱在信號防雷中的應用常見問題分析

王博雅 王衛(wèi)農(nóng) 戴俊

[摘 要]：網(wǎng)絡機房常用網(wǎng)絡防雷箱做防雷擊，為數(shù)據(jù)線路提供精細保護，使敏感電子設備不受雷擊侵害。本文通過實際應用中安裝網(wǎng)絡防雷箱對網(wǎng)絡傳輸影響做了理論分析。特別是新建機房的防雷建設和老舊機房的防雷改造所遇到的問題，安裝網(wǎng)絡防雷器對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸造成的影響和解決方法進行了總結。

[關鍵詞] 網(wǎng)絡防雷箱;機房防雷;網(wǎng)絡傳輸

引 言

近年來，數(shù)據(jù)存儲和備份已然成為信息化圈子的熱點，一些單位開始對機房進行改造升級。2017年-2018年先后對某些單位新建辦公樓的互聯(lián)網(wǎng)外網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)機房進行防雷設計，對老舊機房進行改造，外網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)引入網(wǎng)絡防雷箱。

1 網(wǎng)絡防雷箱安裝原則

1.1安裝位置

1.網(wǎng)絡防雷箱可安裝在雷電保護分區(qū)的LPZOB-1界面或更高的界面。

2.某單位新建辦公樓的外網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)兩個獨立網(wǎng)絡機房，網(wǎng)絡交換機與服務器布置在同一機房內(nèi)，距離較近，所以通常將網(wǎng)絡防雷器安裝在交換機的出入口端，這樣可以同時保護交換機與服務器。如果只在服務器的網(wǎng)卡端口安裝浪涌保護器，則只可對服務器進行保護，交換機仍有雷電浪涌侵入的危險。

1.2安裝要求

防雷防護是一個系統(tǒng)工程，從雷電泄流、接地點選擇、地電位反擊，網(wǎng)絡信號的屏蔽、衰減各方面來設計。根據(jù)逐級降壓的原理，還要考慮機房所使用的敏感設備的分布，工作參數(shù)。選擇網(wǎng)絡防雷器應具有反映

時間短，殘壓低的特點，確保敏感設備免受雷擊。施工前的機房是否早已做好防雷接地，再根據(jù)實際需要來確定雷電防護的等級，以市地稅局的防雷工程為例子，防雷三級防護最佳，6mm2的多股軟銅線做接地線，機房已做好防雷接地。網(wǎng)絡防雷箱選擇24端口，1000Mbps的設備，具有插損小，響應時間快，良好的傳輸特性。

2 網(wǎng)絡防雷箱結構

本次設計采用機架式網(wǎng)絡防雷箱，其網(wǎng)絡信號電涌保護器依據(jù)IEC及ITU-T相關防雷標準設計。接口采用標準RJ45屏蔽水晶頭，適用于ETHERNET10/100/1000M BASET網(wǎng)絡設備的過電壓防護。采用串聯(lián)方式連接，安裝于被保護設備和外線之間。按以上原理設計的網(wǎng)絡防雷箱，為數(shù)據(jù)線提供高能粗級保護和低能量的精細保護，用于LPZ2- LPZ3分區(qū)界面的RJ45網(wǎng)線接口上。從另一方面看，在網(wǎng)絡得到保護的同時，電涌保護器件和低電容、超快速恢復二極管矩陣結構的存在電阻及分布電容，對于高速的速據(jù)信號就會引起信號的衰減和畸變，在實際工程中也遇到了信號中斷的問題，表現(xiàn)在網(wǎng)絡接入防雷箱后不可僻免的插入損耗。

3 問題和分析

某些單位的網(wǎng)絡防雷箱都與網(wǎng)絡交換機、路由器、防火墻、服務器安裝在同一機房內(nèi)，在安裝網(wǎng)絡防雷箱后曾出現(xiàn)斷網(wǎng)、數(shù)據(jù)掉包以下幾個情況：

1.網(wǎng)絡時好時壞，數(shù)據(jù)掉包頻繁。表現(xiàn)在遠端計算機聯(lián)網(wǎng)不穩(wěn)定。

2.沒接網(wǎng)絡防雷器網(wǎng)絡是通的，接后遠程計算機網(wǎng)絡中斷。表現(xiàn)在機房端交換機或路由器對應口端的指示燈不亮，沒有接時網(wǎng)絡防雷器時正常。

3.網(wǎng)絡能通，網(wǎng)速率下降。表現(xiàn)在機房端1000Mbps 交換機或路由器的指示燈不亮。

故障分析：信號在雙絞線中傳輸時，必然要受到電阻和電容的影響，這就導致了網(wǎng)絡信號的衰減和畸變。信號的衰減或者畸變達到一定的程度，就會影響到信號的有效、穩(wěn)定傳輸。網(wǎng)絡防雷箱未接入交換機前，信號傳輸是正常的，接入交換機后出現(xiàn)數(shù)據(jù)掉包，排除機器故障的原因，防雷箱的插損大對信號傳輸產(chǎn)生影響，之后會介紹解決插損問題的辦法。

在排除故障的過程中也考慮到了傳輸線本身就存在的線損，雙絞線鄰域里存在電磁場之間的干擾，稱之為“串擾”。用戶使用的是非屏蔽雙絞線，有效傳輸距離遠不及100米，根據(jù)IEEE802.3標準要求，集線設備和網(wǎng)卡端口的PHY芯片只保證驅(qū)動100米的線纜。易受到外界電磁波變化的干擾，當背景噪聲過大時，誤碼率也隨之增高，進而影響網(wǎng)絡信號的有效傳輸。在之后機房改造中統(tǒng)一使用屏蔽雙絞線來提高網(wǎng)絡信號的傳輸率，降低誤碼率。

最大延遲時間也在很大程度上制約著信道長度。以太網(wǎng)所允許的最大延遲為512比特時間（1比特時間=10納秒）。也就是說，從信號發(fā)送到最后得到確認的時間不能超過512比特時間，否則，將認為該信號在傳輸途中丟失，不能到達目的地。

所以，逐個排查解疑，確保網(wǎng)線正常、網(wǎng)卡正常使用，找出故障主要是網(wǎng)絡防雷箱的插損導致。網(wǎng)絡防雷箱安裝在外網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡網(wǎng)絡中就會出存在插入損耗，如插入損耗過大或原來的線路等因素的損耗加上網(wǎng)絡防雷箱插入損耗正好使信號受損處于好壞的臨界狀態(tài)，信號的誤碼率過高，數(shù)據(jù)延遲，數(shù)據(jù)掉包頻繁，網(wǎng)絡時好時壞甚至網(wǎng)絡中斷。

4 對比測試

1.網(wǎng)絡防雷箱插入測量近端串擾，按下面公式計算：

式中：Vi為輸入值（也是正常電壓值），Vn為所產(chǎn)生的干擾信號。

2.用網(wǎng)絡測試儀測試近端串擾值與用上面公計算值相差比較大，儀器測試還要壞。

3.實地考察，出現(xiàn)遠程計算機網(wǎng)絡不能正常工作的現(xiàn)象，這些網(wǎng)絡終端設備處于機房的遠端，距離較遠。網(wǎng)線原來就過長，兩端直線距離接近100米。傳輸速率越大，傳輸距離就越短，在建筑物結構化布線中用于10Mb/s傳輸?shù)碾p絞線和用于100Mb/s傳輸?shù)碾p絞線的傳輸距離為100米左右[1]。根據(jù)綜合布線的理論知識，普通雙絞線長距離布線不合適。又插入損耗過大，網(wǎng)絡的信號傳輸就處于臨界狀態(tài)。當接入網(wǎng)絡防雷器加入插入損耗，網(wǎng)絡就工作不正常或網(wǎng)絡中斷的現(xiàn)象出現(xiàn)。另一方面，測試雙絞線的導通發(fā)現(xiàn)有時斷時通的問題，就是終端插入RJ45屏蔽水晶頭接觸不良或網(wǎng)線亂繞折成直角型，造成內(nèi)部的線芯損壞。

5 處理方法

1.網(wǎng)絡防雷箱某一端口插入損耗偏大時，可更換端口一試，選擇插損較小的端子解決問題。

2.盡量縮短網(wǎng)絡防雷器端口與網(wǎng)絡交換機或路由器之間的網(wǎng)線長度，減少插入網(wǎng)線的數(shù)量，或者使用高質(zhì)量的傳輸線，這些方法都可以減少插入損耗。

3.根據(jù)客戶單位的實際情況，網(wǎng)絡防雷器放置在客戶服務大廳的終端以保護網(wǎng)絡設備，既要保護數(shù)據(jù)安全不受雷電干擾，又要保證用戶端網(wǎng)絡通暢，內(nèi)、外網(wǎng)互訪正常，因此在網(wǎng)絡防雷器之前加一級交換機放大信號用來抵消插入損耗。

6 技術總結

1.網(wǎng)絡防雷箱輸入端（IN）與信號線相連，輸出端（OUT）與被保護設備相連，不可以接反。

2.網(wǎng)絡防雷箱的PE線必須要與防雷系統(tǒng)地嚴格的等電位連接，否則將影響工作性能。

3.網(wǎng)絡防雷箱接地用盡可能短的線連接。該防雷器接地采用端子接地方式，接地線必須與防雷地線（或被保護設備的外殼）相連。信號的屏蔽線可直接接到接地端子上。

4.由于入戶信號主干線現(xiàn)在使用光纜接入，防雷防式相對便于好處理。入戶端對于架空網(wǎng)線遭受雷擊電涌的可能性最大，這種情況應在入戶兩端分別加裝網(wǎng)絡電涌保護器。

5.對于規(guī)劃中的網(wǎng)絡機房使用網(wǎng)絡防雷箱時一定要計算網(wǎng)絡的插入損耗，規(guī)劃網(wǎng)絡防雷箱安裝位置，網(wǎng)線過長時可考慮用樓層交換機做為補償，網(wǎng)絡防雷箱可與樓層交換機安排在一起使用。樓層交換機與機房網(wǎng)絡信號可通過光纜接入。

6.對于已在使用的機房進行網(wǎng)絡防雷箱的安裝時一定要調(diào)查網(wǎng)絡的運行情況，網(wǎng)絡的布局，以慎之又慎態(tài)度決定是否安裝網(wǎng)絡防雷箱。

在以上工程完工后，為了驗證網(wǎng)絡防雷箱也適用于復雜的網(wǎng)絡環(huán)境，我們又在另一重要局機關使用了這些方法。從2017年至今，客戶單位的網(wǎng)絡均工作正常。由此可以得出這種設計方法是可行的。

[參考文獻]

[1]雷銳生，潘漢民，程國卿.綜合布線系統(tǒng)方案設計.西安電子科技大學出版社.2004.3.

作者簡介：

作者簡介：王博雅（1991-），女，漢族，本科學歷，助理工程師，主要從事氣象儀器裝備與氣象服務工作。