книги / Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. Сети автоматизации
.pdfсах, поэтому маленький MTU был актуален во времена медленных коммутируемых соединений;
–малый размер и быстродействие сетевых буферов входящих
иисходящих пакетов, однако слишком большие буферы тоже ухудшают производительность.
Значение MTU определяется стандартом соответствующего протокола, но может быть переопределено автоматически для определенного потока (протоколом PMTUD) или вручную для нужного интерфейса. На некоторых интерфейсах MTU по умолчанию может быть установлено ниже максимально возможного. Значение MTU ограничено снизу как правило минимально допустимой длиной кадра. Для высокопроизводительной сети причины, вызвавшие начальные ограничения MTU, устарели. В связи с этим для Ethernet был разработан стандарт Jumbo-кадров с увеличенным
MTU. Некоторые протоколы, например из группы протоколов ATM, оперируют ячейками фиксированной длины (нет возможности изменить MTU). В некоторых случаях этот подход приводит к лучшему управлению сетевыми потоками. Ниже приведены значения МТU для некоторых интерфейсов: Internet Path MTU
дляX.25 (RFC 879) – 576; Ethernet LLC и SNAP, PPPoE (RFC 1042) – 1492; Ethernet II (RFC 1191) – 1500; WLAN 802.11 – 2272; 802.5 Token ring – 4464; FDDI (RFC 1191) – 4478.
OD (Object Dictionary) – словарь объектов, содержит описание всех коммуникационных объектов устройства.
Open system – открытая система; вычислительная среда, состоящая из аппаратных и программных продуктов и технологий, разработанных в соответствии с общедоступными и общепринятыми (международными) стандартами. Обязательными свойствами открытых систем являются переносимость, интероперабельность, масштабируемость, доступность программного и аппаратного обеспечения для развития и реструктуризации.
OSI (Open System Interconnection) – взаимодействие откры-
тых систем. Mеждународная программа стандартизации, созданная ISO для разработки стандартов межсетевого обмена данными, спо-
451
собствующих функциональной совместимости оборудования различных производителей.
OSI/ISO – базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (сокр. ЭМВОС, 1978 г.); сетевая модель стека сетевых протоколов OSI/ISO (ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1–99).
Overlay Network – оверлейная сеть; общий случай логической сети, создаваемой поверх другой сети. Узлы оверлейной сети могут быть связаны либо физическим соединением, либо логическим, для которого в основной сети существует один или несколько соответствующих маршрутов из физических соединений. Примерами оверлеев являются сети VPN и одноранговые сети, которые работают на основе Интернета и представляют из себя «надстройки» над классическими сетевыми протоколами, предоставляя широкие возможности, изначально не предусмотренные разработчиками основных протоколов. Коммутируемый доступ в Интернет фактически осуществляется через оверлей (например, по протоколу PPP), который работает поверх обычной телефонной сети.
P2P (peer-to-peer) – одноранговая, децентрализованная или пиринговая (равный к равному) сеть; оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. Часто в такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer – пир) является как клиентом, так и выполняет функции сервера. В отличие от архитектуры «клиент – сервер», такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Участниками сети являются пиры.
Packet – определенным образом оформленный блок данных, передаваемый по сети в пакетном режиме. Компьютерные линии связи, которые не поддерживают пакетный режим, как, например, традиционная телекоммуникационная связь «точка-точка», передают данные просто в виде последовательности байтов, символов или битов поодиночке. Если данные сформированы в пакеты, битрейт коммуникационной среды можно более эффективно распределить между пользователями (можно надежно гарантировать пороговый битрейт, ниже которого он опускаться не будет), чем
452
в сети с коммутацией каналов. Сетевой пакет может состоять из стартовых битов (преамбулы), заголовков (headers), нагрузки
(payload или body) и прицепа (trailer или footer). Между пакетами,
посылаемыми в сеть, обычно соблюдается межкадровый интервал. Максимальная длина нагрузки называется maximum transmission unit (MTU).
Packet switching – коммутация пакетов; способ доступа нескольких абонентов к общей сети, при котором все передаваемые пользователем данные разбиваются передающим узлом на небольшие (до нескольких килобайт) части – пакеты (packet), которые передаются в сети независимо друг от друга. Узел-приемник собирает сообщение из пакетов. В таких сетях по одной физической линии связи могут обмениваться данными много узлов. Каждый пакет оснащается заголовком, в котором указываются как минимум адрес узла-получателя и номер пакета. Передача пакетов по сети происходит независимо друг от друга. Коммутаторы такой сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, что позволяет сглаживать пульсации трафика на линиях связи между коммутаторами. Пакеты иногда называют дейтаграммами (datagram), а режим индивидуальной коммутации пакетов – дейтаграммным режимом. Достоинства коммутации пакетов:
–эффективность использования пропускной способности;
–при перегрузке сети никого не «выбрасывает» с сообщением «Сетьзанята», сетьпростоснижаетвсемабонентамскоростьпередачи;
–абонент, использующий свой канал не полностью, фактически отдает пропускную способность сети остальным, поэтому затраты меньше.
Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия каждой конкретной пары узлов, поскольку их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока передадутся другие пакеты. Однако общая эффективность (объем передаваемых данных в единицу времени) при коммутации пакетов будет выше, чем при коммутации каналов. Это связано с тем, что трафик каждого отдельного абонента носит пульсирующий характер, а пульсации разных абонентов,
453
в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени, увеличивая равномерность нагрузки.
Тransaction (транзакция) – ориентированный на результат элемент обработки соединения. Входное сообщение, отражающее нeкoтopoe событие или процесс изменения файла, вызванное входным сообщением.
Tunnelling (туннелирование) – «прокладка туннеля» в компьютерных сетях; процесс, в ходе которого создается защищенное логическое соединение между двумя конечными точками посредством инкапсуляции различных протоколов. Туннелирование представляет собой метод построения сетей, при котором один сетевой протокол инкапсулируетсяв другой. От обычных многоуровневых сетевых моделей (таких какOSI илиTCP/IP) туннелирование отличается тем, что инкапсулируемый протокол относится к тому же и более низкому уровню, чем используемый в качестве туннеля. Суть туннелирования состоит в том, чтобы «упаковать» передаваемую порцию данных, вместе со служебными полями, в новый «конверт» для обеспечения конфиденциальности и целостности всей передаваемой порции, включая служебные поля. Туннелирование может применяться на сетевом и на прикладном уровнях. Комбинация туннелирования и шифрования позволяет реализовать закрытые VPN. Туннелирование обычно используется для согласования транспортных протоколовлибо для созданиязащищенного соединениямеждуузламисети.
Switching node – узел коммутации; ретрансляционная система, соединяющая более двух каналов, предназначенная для приема, анализа и отправки данных по выбранному направлению. Устройства коммутации являются наиболее важным оборудованием систем передачи информации в вычислительных сетях с многочисленными взаимодействующими абонентами. В зависимости от решаемых задач различают узлы коммутации каналов, узлы коммутации пакетов, узлы смешанной коммутации (сообщений), узлы интегральной коммутации.
VPN (Virtual Private Network) – виртуальная частная сеть;
обобщенное название технологий, позволяющих обеспечить одно
454
или несколько сетевых соединений (логическую сеть) поверх другой сети (например, Интернет). Подсети используются для безопасной пересылки через Интернет конфиденциальных данных за счет инкапсуляции (туннелирования) IP-пакетов внутрь других пакетов, которые затем маршрутизируются. Несмотря на то что коммуникации осуществляются по сетям с меньшим или неизвестным уровнем доверия (например, по публичным сетям), уровень доверия к построенной логической сети не зависит от уровня доверия к базовым сетям благодаря использованию средств криптографии (шифрования, аутентификации, инфраструктуры открытых ключей, средств для защиты от повторов и изменений, передаваемых по логической сети сообщений). В зависимости от применяемых протоколов и назначений VPN может обеспечивать соединения трех видов: узелузел, узел-сеть и сеть-сеть.
WAN (Wide Area Network) – глобальные вычислительные сети – для абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, часто расположенных в различных странах или на разных континентах.
WLAN (Wireless LAN) – беспроводная ЛВС.
Инкапсуляция – это метод построения модульных сетевых протоколов, при котором логически независимые функции сети абстрагируются от нижележащих механизмов путем включения, или инкапсулирования, этих механизмов в более высокоуровневые объекты. Например, когда процесс хочет послать сообщение с помощью UDP, то производится следующая последовательность действий:
–процесс передает сообщение к UDP в соответствии с парой гнездовых адресов и длиной данных;
–UDP получает данные, дополненные заголовком UDP;
–UDP передает пользовательскую дейтаграмму к IP с гнездовым адресом;
–IP дополняет свой заголовок, который использует значение 17 в поле протокола, указывающее, что данные поступили от UDPпротокола;
455
–IP-дейтаграмма дополняет и добавляет собственный заголовок (при необходимости и окончание) и передает его физическому уровню;
–физический уровень кодирует биты в электрические или оптические сигналы и посылает их отдаленной машине.
Одноранговая ЛВС– нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и единого устройства для хранения данных. Функции управления сетью распределены между станциями. Сетевая ОС распределена по всем рабочим станциям. На каждом компьютере должны быть установлены программные средства администрирования сетью. Каждая станция сети может быть как клиентом, так и сервером. Достоинства– низкая стоимость, высокая надежность. Недостатки – возможность подключения небольшого числа рабочих станций (не более 10), сложность управления сетью, трудности обновления и изменения ПО станций, сложность обеспечения защитыинформации.
Серверная сеть – один из компьютеров (сервер) реализует процедуры, предназначенные для использования всеми рабочими станциями, управляет взаимодействием рабочих станции и выполняет ряд сервисных функций. В процессе обработки данных клиент формирует запрос на сервер для выполнения тех или иных процедур: чтениефайла, поискинформациив БД, печать файла и др.
Сериализация – процесс перевода какой-либо структуры данных в последовательность битов. Обратной к операции сериализации является десериализация (структуризация) – восстановление начального состояния структуры данных из битовой последовательности. Сериализация используется для передачи объектов по сети и сохранения их в файлы. Например, нужно создать распределенное приложение, разные части которого должны обмениваться данными со сложной структурой. В таком случае для типов данных, которые предполагается передавать, пишется код, который осуществляет сериализацию и десериализацию. Объект заполняется нужными данными, затем вызывается код сериализации, в результате получается, например, XML-документ. Результат сериализа-
456
ции передается принимающей стороне, например, по электронной почте или HTTP. Приложение-получатель создает объект того же типа и вызывает код десериализации, в результате получая объект с теми же данными, что были в объекте приложения-отправителя. По такой схеме работает, например, сериализация объектов через
SOAP в Microsoft .NET.
Сеть «точка-точка» – простейший вид компьютерной сети, при котором два компьютера соединяются между собой напрямую через коммуникационное оборудование. Достоинствами такого вида соединения являются простота и дешевизна; недостатком – то, что соединить таким образом можно только два компьютера (не больше). Часто используется в случаях, когда необходимо быстро передать информацию с одного компьютера на другой.
Соединение с коммутацией каналов – вид телекоммуника-
ционной сети, в которой между двумя узлами сети должно быть установлено соединение (канал), прежде чем они начнут обмен информацией. Это соединение на протяжении всего сеанса обмена информацией может использоваться только указанными двумя узлами. После завершения обмена соединение должно быть соответствующим образом разорвано.
3.2. Элементы ЛВС
Apache HTTP-сервер – свободный веб-сервер. Apache является кросс-платформенным ПО, поддерживает ОС Linux, BSD, Mac OS, Microsoft Windows, Novell NetWare, BeOS. Основными достоинствами Apache считаются надежность и гибкость конфигурации. Он позволяет подключать внешние модули для предоставления данных, использовать СУБД для аутентификации пользователей, модифицировать сообщения об ошибках и т.д. Поддерживает IPv6.
Bridge – мост, устройство для соединения и передачи пакетов между двумя сетевыми сегментами, использующими один протокол передачи данных. Мосты действуют на канальном уров-
457
не (уровень 2) эталонной модели OSI. В основном мост фильтрует
ипередает входящий кадр на основе eгo МАС-адреса. Мосты не имеют механизмов управления потоками блоков данных. Различают мосты внутренние и внешние, локальные и удаленные.
CAT (Cable Categories) – категории сетевого кабеля. Concentrator (Hub) – сетевой концентратор (хаб); устройст-
во для объединения компьютеров в сеть Ethernet c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. Сетевые концентраторы также могли иметь разъемы для подключения к существующим сетям на базе толстого или тонкого коаксиального кабеля. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами. Концентратор работает на первом (физическом) уровне сетевой модели OSI, ретранслируя входящий сигнал с одного из портов в сигнал на все остальные (подключенные) порты, реализуя, таким образом, свойственную Ethernet топологию общая шина, c разделением пропускной способности сети между всеми устройствами и работой в режиме полудуплекса. Коллизии (т.е. попытка двух и более устройств начать передачу одновременно) обрабатываются аналогично сети Ethernet на других носителях – устройства самостоятельно прекращают передачу и возобновляют попытку через случайный промежуток времени. Говоря современным языком, концентратор объединяет устройства в одном домене коллизий. Сетевой концентратор также обеспечивает бесперебойную работу сети при отключении устройства от одного из портов или повреждении кабеля, в отличие, например, от сети на коаксиальном кабеле, которая в таком случае прекращает работу целиком. Единственное преимущество концентратора – низкая стоимость – было актуально лишь в первые годы развития сетей Ethernet. По мере совершенствования и удешевления электронных микропроцессорных компонентов данное преимущество концентратора полностью сошло на нет, так как их стоимость вычислительной части коммутаторов и маршрутизаторов составляет лишь малую долю на фоне стоимости разъемов, разделительных трансформаторов, корпуса
иблока питания, общих для концентратора и коммутатора. Недос-
458
татки концентратора являются логическим продолжением недостатков топологии общая шина, а именно – снижение пропускной способности сети по мере увеличения числа узлов. Кроме того, поскольку на канальном уровне узлы не изолированы друг от друга, все они будут работать со скоростью передачи данных самого худшего узла. Например, если в сети присутствуют узлы со скоростью 100 Мбит/с и всего один узел со скоростью 10 Мбит/с, то все узлы будут работать на скорости 10 Мбит/с, даже если узел 10 Мбит/с вообще не проявляет никакой информационной активности. Еще одним недостатком является вещание сетевого трафика во все порты, что снижает уровень сетевой безопасности и дает возможность подключения снифферов.
FC (Fast Connect) – технология коннекторных соединений
(прокалывания Fast Connect).
FO (Fiber Optic) – волоконная оптика.
FOC (Fiber Optic Cable) – оптоволоконный кабель, волокон- но-оптический кабель.
Network Adapter (Network Interface Cоntroller – NIC, Network Card, LAN Adapter) – сетевой адаптер (сетевая карта, сетевая плата, адаптер локальной сети); устройство, служащее для подключения компьютера к локальной сети. Сетевой адаптер контролирует доступ к среде передачи данных и обмен данными между единицами сети. В настоящее время часто интегрируется в материнскую плату. Имеются адаптеры для клиентских компьютеров и для серверов. В адаптерах для клиентских компьютеров основная часть работы по приему и передаче сообщений перекладывается на программное обеспечение. Такой адаптер дешевле и проще, но он достаточно сильно загружает центральный процессор компьютера. Адаптеры для серверов используют в своей работе собственные процессоры.
PHY (Physical Layer – физический уровень) – интегральная схема, предназначенная для выполнения функций физического уровня сетевой модели OSI. Микросхемы PHY позволяют другим микросхемам канального уровня, называемыми MAC, подклю-
459
читься к физической среде передачи, такой как оптическое волокно или медный кабель. Стандартный микрочип PHY включает в себя модули подуровня физического кодирования (PCS – Physical Coding Sublayer) и подуровня среды передачи (PMD – Physical Medium Dependent). Модуль подуровня физического кодирования выполняет функции кодирования и декодирования передаваемого
ипринимаемого потока данных. Целью кодирования является упрощение процесса восстановления потока данных приемником.
Repeater – повторитель; устройство регенерации и распространения сигналов между двумя сегментами сети.
Router – маршрутизатор, роутер; специализированный сетевой компьютер, имеющий как минимум один сетевой интерфейс и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, связывающий разнородные сети различных архитектур. Маршрутизатор работает на третьем сетевом уровне модели OSI в отличие от коммутатора (или сетевого моста) и концентратора (хаба), которые работают на втором и первом уровнях модели OSI соответственно. Выбор оптимального маршрута осуществляется по информации сетевого уровня на основе протоколов маршрутизации, содержащих информацию о топологии сети и алгоритмов маршрутизации, базирующихся на определенных критериях выбора.
STP (Shielded Twisted Pair) – экранированная витая пара.
Сетевой кабель с двумя изолированными скрученными проводами
иэкранирующим слоем, снижающим воздействие электромагнитных помех.
Switch (cетевой коммутатор) – переключатель; устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор пе-
460