3.1. Структура промышленных сетей

Конфигурации сетей и особенности управления передачей информации в сетях иллюстрирует рис. 3.2.

Рис. 3.2: Классификация сетей

В моноканальной сети блок данных, переданный станцией-отправителем, достигает сразу все другие станции, со временем распространения сигналов. К циклическому кольцу присоединены станции, получающие блоки данных последовательно – по очереди. В этих двух сетях станция выбирает из общего потока блоков данных те блоки, которые адресованы именно этой станции.

В узловых сетях каналы соединяют два узла, причем каналы не имеют на своем протяжении контактов с иными узлами, так выглядят соединения типа «точка-точка». К узлу могут подключаться несколько каналов. Узлы могут объединять системы с разнородными протоколами.

Типы узлов иллюстрирует рисунок 3.3.

Рис. 3.3. Типы соединений в узлах систем

Шлюз предназначен для соединения сетей, созданных по разным стандартам. Передача информации из одной сети в другую выполняется при помощи прикладных программ.

Маршрутизатор является узлом коммутации пакетов, выполняемой в соответствии с адресами назначения, записанными в заголовках пакетов.

Мост служит для соединения каналов различного типа, например моноканала с циклическим кольцом. При передачах через мосты преобразуется структура адресов пакетов и, возможно, размеры кадров, для этого мост содержит память и, хотя бы, простейший процессор.

Коммутатор не имеет буферной памяти, физический процесс соединения реализуется электронной схемой.

Семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС) облегчает разработку изделий и конкретных систем разного назначения. Новейшие стандарты на вычислительные системы создаются так, чтобы один базовый стандарт охватывал наибольшее число уровней для достижения максимальной экономичности изделий и скомпонованных из них систем.

3.1.1. Топология промышленных сетей

Сетевая топология описывает тип сетевого соединения различных устройств. Существует несколько видов топологий, отличающихся друг от друга по трем основным критериям: режим доступа к сети; средства контроля передачи и восстановления данных; возможность изменения числа узлов сети. Основными сетевыми топологиями являются звезда, кольцо и шина.

Структура «звезда» (star). В данной топологии (рис. 3.4), называемой также радиальной структурой, вся информация передается через центральный узел. Каждое устройство имеет свою собственную среду соединения. Все периферийные станции могут обмениваться друг с другом только через центральный узел.

Рис. 3.4. Топология «звезда»

Преимущество этой структуры в том, что никто другой не может влиять на среду передачи. С другой стороны, центральный узел должен быть исключительно надежным устройством как в смысле логического построения сети (отслеживание конфликтных ситуаций и сбоев), так и физического, поскольку каждое периферийное устройство имеет свой физический канал связи и, следовательно, все они должны обеспечивать одинаковые возможности доступа. Дополнительное устройство может быть включено в сеть только в том случае, если организован порт для его подсоединения к центральному узлу.

Структура «кольцо» (ring). В кольцевой структуре (рис. 3.5) информация передается от узла к узлу по физическому кольцу.

Рис. 3.5. Топология «кольцо»

Приемник копирует данные и регенерирует их вместе со своей квитанцией подтверждения следующему устройству в сети. Когда начальный передатчик получает свою собственную квитанцию, это означает, что его информация была корректно получена адресатом.

В кольце не существует определенного централизованного контроля. Каждое устройство получает функции управляющего контроллера на строго определенный промежуток времени. Отказ в работе хотя бы одного узла приводит к нарушению работы кольца, а, следовательно, и к остановке всех передач. Чтобы этого избежать, необходимо включать в сеть автоматические переключатели, которые берут на себя инициативу, если данное устройство вышло из режима нормальной работы. Существует также структура «двойное кольцо», в котором одна ветвь является рабочей, другая – резервной.

Структура «шина» (bus). В любой шинной структуре (рис. 3.6) все устройства подсоединены к общей среде передачи данных, или шине.

Рис. 3.6. Топология «шина»

В отличие от «кольца» адресат получает свой информационный пакет без посредников. Процесс подключения дополнительных узлов к шине не требует аппаратных доработок со стороны уже работающих узлов сети, как это имеет место в случае топологии «звезда». Однако шинная топология требует жесткой регламентации доступа к среде передачи. Данная структура также носит название «общая шина» и «магистраль».

Сравнение различных топологий по трем критериям сведено в табл. 3.2. Данные приведенные в таблице 3.2 показывают, что каждая топология обладает как определенными достоинствами, так и определенными недостатками.

Таблица 3.2. Сравнение топологии сетей

Критерий	Топология
	Звезда	Кольцо	Шина
Режим доступа	доступ и управление через центральный узел	децентрализованное управление, доступ от узла к узлу	централизованный и децентрализованный доступ
Надежность	сбой центрального узла приводит к сбою всей системы	разрыв линии связи приводит к сбою всей сети	ошибка одного узла не приводит к сбою всей сети
Расширяемость	ограничивается числом физических портов на центральном узле	возможно расширение числа узлов, но время ответа увеличивается	возможно расширение числа узлов, время ответа увеличивается