книги / Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. Сети автоматизации
.pdfредает данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых неизвестен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
TP (Twisted Pair) – витая пара; стандартный сетевой кабель для Ethernet-сетей.
Web server (Web-сервер, WWW-сервер) – веб-сервер; сервер,
обеспечивающий предоставление информации в службе глобального соединения. Веб-сервер хранит и предоставляет во внешнюю сеть данные, организованные в виде веб-страниц. Веб-сервер отвечает за обработку запросов клиентов к веб-сайту и исполнение CGI, JSP, ASP, PHP и других приложений.
Динамическая страница – веб-страница, сгенерированная программно, в отличие от статичной страницы, которая является просто файлом, лежащим на сервере. Сервер генерирует HTML-код динамической страницы для обработки браузером или другим агентом пользователя. Динамические страницы обычно обрабатывают и выводят информацию из БД. Наиболее популярные на данный момент технологии для генерации динамических страниц – это PHP (для серверов Apache и других под управлением GNU/Linux, других UNIX-подобных и прочих ОС), JSP и Java Servlet (для серверов
Apache, JBoss, Tomcat под управлением различных ОС), ASP.NET (для Microsoft Windows серверов под управлением IIS).
Модем – устройство прямого (модулятор) и обратного (демодулятор) преобразования сигналов в вид, принятый для использования в определенном канале связи. Аналоговые модемы применяются для выполнения следующих функций:
–при передаче преобразование широкополосных импульсов (цифрового кода) в узкополосные аналоговые сигналы (модуляция);
–при приеме фильтрация принятого сигнала от помех и детектировании (демодуляции), т.е. обратном преобразовании узкополосного аналогового сигнала в цифровой код.
461
Цифровые модемы используются для цифровых каналов связи (более правильно называть их сетевыми адаптерами, так как классическая модуляция – демодуляция сигналов в них не осуществляется).
Рабочая станция – компьютер, через который пользователь получает доступ к ресурсам сети. Часто рабочую станцию, как и пользователя сети, называют клиентом.
Сервер – это предназначенный для обработки запросов от всех рабочих станций сети многопользовательский компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам. Сервер работает под управлением сетевой ОС. Наиболее важными требованиями, которые предъявляются к серверу, являются высокая производительность и надежность работы.
Сервер приложений – работающий в сети компьютер большой мощности, имеющий ПО-приложения, с которым могут работать клиенты сети. Специализированные серверы применяют для создания и управления БД и архивами данных, поддержки многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управления многопользовательскими терминалами (принтерами, плоттерами) и т.д. Можно привести следующие примеры специализированных серверов: файл-сервер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати, серверы-шлюзы. Файл-сервер – работа с БД, имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на отказоустойчивых дисковых массивах RAID емкостью до терабайта. Факс-сервер – выделенная рабочая станция для организации многоадресной факсимильной связи с несколькими факс-модемными платами. Поддерживает защиту информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, обладает системой хранения электронных факсов. Почтовый сервер – выделенная рабочая станция для организации электронной почты с электронными почтовыми ящиками. Сервер печати – для эффективного использования системных принтеров. Сервер-шлюз – в Интернете играет роль маршрутизатора. Практически всегда совмещают функции почтового сервера и сетевого брандмауэра, обеспечивающего безопасную работу в сети.
462
Терминатор – поглотитель энергии (обычно резистор) на конце длинной линии, сопротивление которого равно волновому сопротивлению данной линии. Терминатор является согласованной нагрузкой для длинной линии. Согласованная нагрузка обладает полезным свойством: бегущая волна, приходящая из линии, полностью поглощается в согласованной нагрузке, поэтому отражение волны обратно в линию отсутствует. Это означает, что стоячие волны в линии передачи также отсутствуют. Терминаторы применяются на всех линиях, соединяющих передатчик и приемник сигнала, когда отраженный от конца линии сигнал значительно влияет на работу линии связи. При небольших длинах линий наложение отраженного сигнала приводит к затягиванию фронтов (т.е. к снижению скорости передачи), при увеличении длины линии такое наложение сигналов приводит линию в неработоспособное состояние. Шинный интерфейс RS-485 требуют установки на концах соединительной линии (витой пары) терминирующего резистора 120 Ом. В шинах SCSI терминатор встроен в большинство устройств.
3.3. Топология сетей
Полносвязная топология – в структуре такой сети можно выделить коммуникационную и абонентскую подсети. Коммуникационная подсеть – это ядро вычислительной сети, которое связывает рабочие станции и серверы сети друг с другом. Звенья абонентской подсети (серверы, рабочие станции) подключаются к узлам коммутации абонентскими каналами связи.
Радиальная топология (топология «звезда») – имеется специальный компьютер – сервер, к которому подключаются рабочие станции, каждая по своей линии связи. Вся информация передается через сервер, в задачи которого входят ретрансляция, переключение и маршрутизация информационных потоков и сети. Такая сеть является аналогом системы телеобработки, в которой все абонентские пункты содержат в своем составе компьютер. Ее недос-
463
татками являются высокие требования к вычислительным ресурсам центральной аппаратуры, потеря работоспособности сети при отказе центральной аппаратуры, большая протяженность линий связи, отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации. Если выйдет из строя рабочая станция (или кабель, соединяющий ее с концентратором), то лишь эта станция не сможет передавать или принимать данные посети. На остальные рабочие станции в сети этот сбой не повлияет.
Топология «кольцо» – компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы передаются в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Каждый компьютер является повторителем, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.
Топология компьютерной сети – логический и физический способ соединения компьютеров, кабелей и других компонентов, в целом составляющих сеть. Топология характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров. При этом не учитываются производительность и принцип работы этих объектов, их типы, длины каналов, хотя при проектировании эти факторы очень важны. Существуют следующие топологии: шинные (линейные – bus); кольцевые (петлевые – ring); радиальные (звездообразные – star); смешанные (гибридные).
Топология «шина» – используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которому подключены все компьютеры сети. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, производительность сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем медленнее сеть. Зависимость пропускной способности сети от количества компьютеров в ней не является прямой, так как, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество других факторов: тип аппаратного обеспечения, частота передачи данных, тип сетевых приложений, тип сетевого кабеля, расстояние между компьютерами в сети. Шина является пассивной топологией – компью-
464
теры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не передают их от отправителя к получателю. Выход из строя какого-либо компьютера не оказывает влияния на работу всей сети. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы с последующей передачей их по сети.
3.4. Технологии передачи
ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) – линия, осу-
ществляющая связь телефонной станции с абонентом на высокой скорости. Термин asymmetrical обозначает разные скорости передачи: от клиента к станции (0,64–3,5 Мбит/с); от станции клиенту
(от 1,544–24 Мбит/с).
Asynchronous – асинхронный, относится к несинхронизированным событиям, которые не скоординированы во времени. Большинство коммуникаций между компьютерами и устройствами являются асинхронными: они осуществляются в случайные моменты времени с нерегулярными интервалами.
Asymmetric communications – средство асимметричной свя-
зи; средства двусторонней связи со значительно различающимися объемами трафика в разных направлениях, например телевидение на заказ или спутниковый Интернет.
ATM (Asynchronous Transfer Mode) – асинхронный способ передачи данных; сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта), из которых 5 байт используется под заголовок. В отличие от синхронного способа передачи данных (STM – Synchronous Transfer Mode), ATM
лучше приспособлен для предоставления услуг передачи данных с сильно различающимся или изменяющимся битрейтом.
FDX (Full Duplex) – полный дуплекс; полнодуплексный режим связи; режим обмена данными, когда передача данных между двумя станциями идет одновременно в обоих направлениях.
465
Frame Relay («ретрансляция кадров», FR) – протокол ка-
нального уровня сетевой модели OSI. Служба коммутации пакетов Frame Relay в настоящее время широко распространена во всем мире. Максимальная скорость, допускаемая протоколом FR, – 34,368 Мбит/с (каналы E3). Коммутация – «точка-точка». Frame Relay был создан
вначале 1990-х годов в качестве замены протоколу X.25 для быстрых надежных каналов связи. Технология FR архитектурно основывалась на X.25 и во многом сходна с этим протоколом, однако, в отличие от X.25, рассчитанного на линии с достаточно высокой частотой ошибок, FR изначально ориентировался на физические линии с низкой частотой ошибок, и поэтому большая часть механизмов коррекции ошибок X.25 в состав стандарта FR не вошла. В разработке спецификации принимали участие многие организации; многочисленные поставщики поддерживают каждую из существующих реализаций, производя соответствующее аппаратное и программное обеспечение. Frame Relay обеспечивает множество независимых виртуальных каналов (Virtual Circuits, VC) в одной линии связи, идентифицируемых
вFR-сети по идентификаторам подключения к соединению (Data Link Connection Identifier, DLCI). Вместо средств управления пото-
ком включает функции извещения о перегрузках в сети. Возможно назначение минимальной гарантированной скорости (CIR) для каждого виртуального канала. В основном применяется при построении территориально распределенных корпоративных сетей, а также в составе решений, связанных с обеспечением гарантированной пропускной способности канала передачи данных (VoIP, видеоконференции и т.п.).
HDSL (High Data Rate Digital Subscriber Line) – высокоско-
ростная цифровая абонентская линия. Это первая синхронная технология высокоскоростной передачи данных (ПД) по скрученным медным парам телефонных кабелей, использующая высокие частоты для организации каналов передачи не только данных, но и голосовых каналов, используя T1/E1. HDSL может оперировать скоростью T1 (1,544 Мбит/с) и E1 (2 Мбит/с). Более низкие скорости обслуживаются с помощью каналов 64 кбит/с, внутри T1/E1-пакета.
466
В таких случаях скорость канала будет полной (T1/E1), но абонент получит только ограниченную скорость 64 кбит/с (или несколько по 64 кбит/с) со своей стороны. Из-за необходимости обеспечения симметричной ПД максимальная скорость ПД поддерживается только на расстоянии не более 4,5 км при использовании одной или двух скрученных пар кабеля. Возможна ПД на большие расстояния при условии использования регенераторов. Данные кодируются методом 2B1Q (два бита (2В) в один из четырех уровней напряжения (1Q)), используется дуплекс, а следовательно, методы эхокомпенсации.
ISDN (Integrated Services Digital Network) – цифровая сеть с интеграцией служб. Позволяет совместить услуги телефонной связи и обмена данными. Основное назначение ISDN – передача данных со скоростью до 64 кбит/с по абонентской проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование. Выбор стандарта 64 кбит/c определяется следующими соображениями. При полосе частот 4 кГц, согласно теореме Котельникова, частота дискретизации должна быть не ниже 8 кГц. Минимальное число двоичных разрядов для представления результатов стробирования голосового сигнала при условии логарифмического преобразования равно 8. Таким образом, в результате перемножения этих чисел (8 кГц · 8 (число двоичных разрядов) = 64) получается значение полосы B-канала ISDN, равное 64 кбит/с. Базовая конфигурация каналов имеет вид 2 · B + D = 2 · 64 + 16 = 144 кбит/с. Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала (16/64 кбит/с), ISDN может предложить и другие каналы с большей пропускной способностью: канал Н0 с полосой 384 кбит/с, Н11 – 1536 кбит/c и Н12 – 1920 кбит/c (реальные скорости цифрового потока). Для первичных каналов (1544 и 2048 кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 кбит/с. Для объединения в сети ISDN различных видов трафика используется технология TDM (Time Division Multiplexing – муль-
467
типлексирование по времени). Для каждого типа данных выделяется отдельная полоса, называющаяся элементарным каналом (или стандартным каналом). Для этой полосы гарантируется фиксированная, согласованная доля полосы пропускания. Выделение полосы происходит после подачи сигнала CALL по отдельному каналу, называющемуся каналом внеканальной сигнализации.
PoE (Power over Ethernet) – технология организации электропитания полевых приборов по комбинированному кабелю, включающему в себя линии для подключения к локальной сети (ЛВС) для обеспечения обмена данными и управления и фидерные линии для электропитания сетевых устройств.
SDI (Serial Digital Interface) – последовательный цифровой интерфейс; цифровой видеоинтерфейс, стандартизованный Обществом инженеров кино и телевидения. Существует несколько стандартов SDI:
–SD-SDI – для передачи цифрового видео вещательного качества стандартного разрешения со скоростью 270 Мбит/с на расстояние до 300 м по коаксиальному кабелю;
–ED-SDI (Enhanced Definition Serial Digital Interface) – для передачи цифрового видео улучшенного качества с прогрессивной разверткой;
–HD-SDI (High-Definition Serial Digital Interface) – SDI для
телевидения высокой четкости (ТВЧ) предусматривает поток данных 1485 Мбит/с;
–Dual Link HD-SDI – для ТВЧ с прогрессивной разверткой, позволяет передавать до 2970 Мбит/с посредством двух физических соединений HD-SDI;
–3G-SDI – для передачи ТВЧ с прогрессивной разверткой потоком до 2970 Мбит/с посредством одного коаксиального кабеля.
Эти стандарты используются для передачи несжатых и незакодированных цифровых видеосигналов (могут также иметь вложенные аудиопотоки и/или тайм-код) в профессиональном телевизионном оборудовании. В различных стандартах последовательного цифрового интерфейса используется один (и более) коаксиальный кабель
468
волновым сопротивлением 75 Ом с разъемами типа BNC. Такой же кабель используется для аналогового композитного видео, но для цифрового потока предпочтительнее кабели более высокого качества. Размах сигнала – 800 мВ (±10 %). Затухание сигнала при передаче на большие расстояния может компенсироваться на приемной стороне, что делает возможным передачу потока 270 Мбит/с на расстояние до 300 м. Для HD-потоков расстояние обычно не более 100 м. Для передачи цифрового компонентного некомпрессированного видеосигнала используется канальное кодирование с модифицированным кодом без возвращения к нулю (БВНМ) в сочетании со скремблированием. Интерфейс является самосинхронизируемым. Кадровая синхронизация осуществляется специальным синхронизирующим пакетом данных, состоящим из последовательности подряд идущих 10 единиц и 20 нулей (20 единиц и 40 нулей для HD).
хDSL (Digital Subscriber Line) – цифровая абонентская ли-
ния – семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путем использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала. К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.
X.25 – семейство протоколов канального уровня сетевой модели OSI. Предназначалось для организации WAN на основе телефонных сетей с линиями с достаточно высокой частотой ошибок, поэтому содержит развитые механизмы коррекции ошибок. Ориентировано на работу с установлением соединений. Исторически является предшественником протокола Frame Relay. X.25 обеспечивает множество независимых виртуальных каналов (Permanent Virtual Circuits (PVC) и Switched Virtual Circuits (SVC)) в одной линии свя-
469
зи, идентифицируемых в X.25-сети по идентификаторам подключения к соединению идентификаторы логического канала (Logical Channel Identifier, LCI) или номера логического канала (Logical Channel Number, LCN). Благодаря надежности протокола и его работе поверх телефонных сетей общего пользования X.25 широко использовался как в корпоративных сетях, так и во всемирных специализированных сетях предоставления услуг, таких как SWIFT (банковская платежная система) и SITA (фр. Sociеtе Internationalede Tеlеcommunications Aеronautiques – система информа-
ционного обслуживания воздушного транспорта), однако в настоящее время X.25 вытесняется другими технологиями канального уровня (Frame Relay, ISDN, ATM) и протоколом IP, оставаясь, однако, достаточно распространенным в странах и на территориях с неразвитой телекоммуникационной инфраструктурой. MTU для X.25 равно 576 байт. Также это число считается минимальным размером дейтаграммы, которую должен уметь принять и обработать любой хост в Интернете.
3.5. Методы доступа и защиты
Аccount (аккаунт) – учетная запись, содержащая сведения, которые пользователь сообщает о себе некоторой компьютерной системе. Учетная запись, как правило, содержит сведения, необходимые для опознания пользователя при подключении к системе, сведения для авторизации и учета. Это имя пользователя (login) и пароль. Пароль или его аналог, как правило, хранятся в зашифрованном или хэшированном виде для обеспечения безопасности. Для аутентификации могут использоваться аппаратные средства (вырабатывающие одноразовые ключи, считывающие биометрические характеристики и т.п.), а также одноразовые пароли. Пользователи Интернета воспринимают учетную запись как личную страничку, кабинет, возможно, даже место хранения личных и других сведений на определенном интернет-ресурсе (платформе). Для повышения надежности могут быть, наряду с паролем, предусмотрены иные средства сверки (например, особый потайной вопрос (или не-
470