12. Локальные сети. Топология сетей. Сетевые устройства.

Информационный обмен между различными уровнями уп­равления, их интеграция в единую систему осуществляются по­средством локальных вычислительных сетей. Локальные вычисли­тельные сети представляют собой системы распределен­ной обработки данных, охватывающие относительно небольшие территории (до 5-10 км) внутри отдельных предприятий и объ­единяющие с помощью общего канала связи сотни абонентских узлов. Локальные вычислительные сети могут подключаться к другим локальным, а также региональным и глобальным сетям ЭВМ. Преимущества интегрированных систем для автоматизи­рованных производств - снижение затрат материалов и времени производственного цикла.

Локальные вычислительные сети, обеспечивающие физичес­кую и логическую связь между распределенными промышленны­ми контроллерами, измерительными преобразователями и ис­полнительными механизмами и их интеграцию в единую систему управления технологическим процессом, называются локальны­ми промышленными сетями (Ficldbus — «полевая» шина). Основ­ными требованиями к вычислительным сетям, эксплуатирую­щимся в промышленных условиях, являются простота монтажа, высокая надежность и высокая скорость передачи данных.

Топологии сетей

Топология сети описывает способ объединения различных сетевых устройств. Выбор топологии влияет на характеристики сети: способ доступа к сети, возможность ее расширения, надеж­ность. Основными топологиями являются шина (Bus), кольцо (Ring) и звезда (Star).

При построении вычислительных сетей используются два ва­рианта подключения сетевых устройств: радиальное и магист­ральное. Радиальное соединение между двумя сетевыми устройст­вами (ЭВМ, ПК и т.п.) называется соединением точка к точке (point to point interface). Магистральное соединение сетевых уст­ройств, при котором они независимо выхолят на общую линию передачи, называется «многоточечным» соединением (multi­point).

Наиболее простыми и распространенными являются сети с топологией типа шина (магистраль). Для объединения группы ус­тройств в сеть здесь применяется единый кабель. Кабель имеет несколько промежуточных ответвлений, которые используются для соединения магистрального провода с сетевыми устройства­ми. Тип соединения — многоточечный. Каждое сетевое устройст­во может передавать данные только в том случае, если другие «молчат». Сеть с такой топологией отличается легкостью расши­рения, однако чем больше абонентских узлов в сети, тем ниже ее производительность (сетевой абонентский узел - это ЭВМ, ПК. панель визуализации и т.д.). Основной недостаток этой тополо­гии заключается в том, что выход из строя магистрального кабе­ля влечет за собой остановку всей сети. В то же время выход из строя одного узла не нарушает работоспособности сети.

В топологии типа кольцо информация передается от узла к уз­лу последовательно по физическому кольцу. Каждый узел переда­ет информацию только одному из узлов. Тип соединения - точ­ка к точке. Приемный узел выступает в роли повторителя, реге­нерируя полученную информацию. К передатчикам и приемни­кам здесь предъявляются более низкие требования, чем в широ­ковещательных конфигурациях, где передаваемые данные полу­чают все узлы сети. На различных участках сети могут использо­ваться разные виды физической передающей среды. Выход из строя линии связи приводит к отказу сети.

Топология типа звезда предполагает, что все сетевые узлы подключены собственным физическим каналом связи к цент­ральному концентратору или контроллеру.

Тип соединения точка к точке. Информация от периферийного передающего узла поступает к другим периферийным узлам через центральный узел. Центральный узел должен отличаться повышенной надеж­ностью, поскольку выход его из строя останавливает всю сеть. Выход из строя периферийного узла или одного физического ка­нала связи отключает только один сетевой узел и не влияет на ра­ботоспособность остальной сети.

Сетевые устройства

Основными специализированными сетевыми устройствами, используемыми в локальных сетях, являются:

• трансивер (tranceiver) — приемопередатчик, который служит для подключения сетевого узла к основной магистрали сети из коаксиального кабеля или оптоволокна;

•концентратор (hub) - используется при создании инфраструк­туры сети. Соединяет сегменты кабеля, восстанавливает и уси­ливает передаваемый сигнал;

•интеллектуальный концентратор (switcher) - обладает возмож­ностью коммутировать приходящие пакеты, т.е. ретранслиро­вать их но сегментам, выделенным на основе анализа адресной информации. Трансивер и концентратор реализуют функции физического уровня OSI-модели;

•мост (bridge) - интеллектуальное устройство, которое служит для соединения двух различных сетей, например Profibus и Ethernet. Реализует функции канального уровня OSI-модели. Передает пакеты из одной сети в другую по адресу назна­чения:

•маршрутизатор (rouler) - используется в сложных сетях в точ­ках разветвления маршрутов для определения дальнейшего на­илучшего пути пакета, функционирует на сетевом уровне OSI-модели. В качестве маршрутизатора может использоваться сете­вая станция, имеющая несколько сетевых интерфейсов и соот­ветствующее программное обеспечение.

Каждый из узлов сети содержит сетевой адаптер (плату или микросхему интерфейсного контроллера) для сопряжения сети со средой передачи данных. Организация физической и логичес­кой связи по сети регламентируется протоколом, который уста­навливает базовые правила реализации сети и обмена данными между ее абонентами. Сетевой адаптер поддерживает соответст­вующий протокол. Сетевые адаптеры реализуют функции физи­ческого и канального уровней OSl-модели.

В функции сетевого адаптера входят:

•контроль возможности доступа к сети;

•идентификация адреса:

•кодирование и декодирование сигнала;

•преобразование параллельного кола в последовательный и обратное преобразование соответственно при передаче и приеме;

•промежуточное хранение данных в буферной памяти;

•контроль ошибок.