книги / Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. Сети автоматизации
.pdfЛюбое оборудование, поддерживающее интерфейс DALI, может независимо связываться с шиной DALI. DALI-контроллеры могут запрашивать состояние и диктовать команды каждому прибору, используя двунаправленный обмен данными. В качестве автономной системы в одной DALI-линии могут работать до 64 независимых устройств. Количество адресов в системе можно увеличить до 12 800, используя DALI-роутеры (объединив вместе до 200 DALI-линий). Также DALI-линия может быть использована в качестве части другой системы «умного» дома, с подключением к ней через DALIшлюзы. DALI является открытым протоколом, доступным для всех производителей. Для формирования шины связи всех устройств одной DALI-сети требуются лишь два провода, причем нет необходимости соблюдать полярность. Протокол DALI специально разработан для управления освещением, он гибче и дешевле других систем автоматизации и управления зданиями. Не являясь высокоскоростной сетью RS-485, DALI допускает любую топологию кабельной сети, вплоть до смешанной. Также не требуется использование терминаторов на концах линий. DALI – децентрализованная шина, т.е. не имеет центрального контроллера. Каждое DALI-устройство имеет энергонезависимую память, в которой хранятся его настройки: адрес, членство в группах, сценарные уровни. DALI-система не определена как исключительно слаботочная по стандарту IEC 61140 (безопасность экстранизкого напряжения) и поэтому может работать рядом с силовыми линиями или даже использовать часть жил многожильных силовых кабелей. DALI-линия также предполагает защиту от случайного подключения силовой линии. DALI-сигнал имеет высокое соотношение сигнала – шума, которое допускает безвредное воздействие шумов высокого уровня. DALI имеет три варианта адресации команд: адресные, групповые и широковещательные. Также сами команды могут означать не только конкретный уровень, но и заранее записанный сценарий. Такой подход сильно уменьшает количество передаваемой по DALI-шине информации. Команды имеют формат «адрес, команда» (например, «группа1, 100 %» или «ВСЕ, Сцена1»).
491
Routing Protocol – протокол маршрутизации, определяющий метод выбора оптимального маршрута для заданных отправителя и получателя; обеспечивает правильность доставки сообщений после выбора маршрута. Обычно протоколы маршрутизации реализуется через взаимодействие маршрутизаторов.
SOAP (Simple Object Access Protocol) – простой протокол доступа к объектам; протокол обмена структурированными сообщениями в распределенной вычислительной среде. Первоначально SOAP предназначался в основном для реализации удаленного вызова процедур RPC. Сейчас протокол используется для обмена произвольными сообщениями в формате XML, а не только для вызова процедур. Официальная спецификация последней версии 1.2 протокола никак не расшифровывает название SOAP. SOAP является расширением протокола XML RPC, может использоваться с любым протоколом прикладного уровня: SMTP, FTP, HTTP, HTTPS и др. Однако его взаимодействие с каждым из этих протоколов имеет свои особенности, которые должны быть определены отдельно. Чаще всего SOAP используется поверх HTTP. Данный протокол является одним из стандартов, на которых базируются технологии веб-служб.
SLIP (Serial Line Internet Protocol) – устаревший сетевой про-
токол канального уровня эталонной сетевой модели OSI для доступа к сетям стека TCP/IP через низкоскоростные линии связи путем простой инкапсуляции IP-пакетов. Используются коммутируемые соединения через последовательные порты для соединений «клиент – сервер» типа «точка-точка». В настоящее время вместо него используют более совершенный протокол PPP.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – простой протокол передачи почты; широко используемый сетевой протокол, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP. SMTP впервые описан в RFC 821 (1982 год); обновление в RFC 5321 (2008 год) включает масштабируемое расширение – ESMTP (Extended SMTP). В настоящее время под протоколом SMTP, как правило, подразумевают и его расширения. Данный протокол предназначен для передачи исходящей почты с использованием пор-
492
та TCP 25. В то время как электронные почтовые серверы и другие агенты пересылки сообщений используют SMTP для отправки и получения почтовых сообщений, работающие на пользовательском уровне клиентские почтовые приложения обычно используют SMTP только для отправки сообщений на почтовый сервер для ретрансляции. Для получения сообщений клиентские приложения обычно используют либо POP, либо IMAP, либо патентованные системы (такие как MS Exchange и Lotus Notes/Domino) для доступа к учетной записи своего почтового ящика на сервере.
SNMP (Simple Network Management Рrососоl) – простой протокол управления сетью, группа стандартов прикладного уровня, определяющих функционирование ассоциации локальных сетей. Пpотокол, используемый в сетях ТСР/IР, предоставляет средства контроля и управлении сетевыми устройствами, конфигурацией, производительностью и безопасностью, а также средства сбора статистической информации. Протоколы SNMP обеспечивают:
–передачу административных распоряжений локальным сетям и их компонентам;
–контроль за взаимодействием сетей;
–обеспечение безопасности данных при передаче данных;
–сбор данных о состоянии сетей и компонентов;
–управление работой ретрансляционных систем, соединяющих сети в ассоциацию.
SNMP реализует модель, согласно которой функции управления сетью распределены между программами-агентам и програм- мами-менеджерами. Позволяет администратору ЛВС контролировать работу удаленных узлов сети. Типы управляемых объектов определяются в контексте информационной базы управления.
SSL (Secure Socket Layer) – уровень защищенных гнезд, протокол безопасных соединений SSL. SSL-спецификация протокола для передачи через Интернет зашифрованных, аутентифицированных сообщений (например, электронных транзакций), разработан-
ная фирмой Netscape Communications. Версия SSL 2.0 принята в ка-
честве стандарта IETF и широко применяется для проверки полно-
493
мочий и шифрования данных на транспортном уровне при работе веб-браузера с веб-сервером. Для доступа к страницам, защищенном протоколом SSL, в URL вместо обычного префикса http, как правило, применяется префикс https (порт 443), указывающий на то, что будет использоваться SSL-соединение. Так как операции шифрования/дешифрования требуют много вычислительных ресурсов, чтобы снизить нагрузку на веб-серверы используют аппаратные SSL-ускорители. SSL 3.0 находится в процессе разработки и открыта для обсуждения.
STP (Spanning Tree Protocol) – протокол покрывающего
(связывающего) дерева (сети) в телекоммуникации, позволяет избежать пересылки по независимым параллельным маршрутам дублирующих пакетов данных.
TLS (Transport Layer Security) – безопасность транспортно-
го уровня; как и его предшественник SSL, криптографический протокол, обеспечивающий защищенную передачу данных между узлами в сети Интернет. TLS и SSL используют асимметричную криптографию для аутентификации, симметричное шифрование для конфиденциальности и коды аутентичности сообщений для сохранения целостности сообщений. Данный протокол широко используется в приложениях, работающих с сетью Интернет, таких как веб-браузеры, работа с электронной почтой, обмен мгновенными сообщениями и IP-телефония (VoIP). TLS-протокол основан на спецификации протокола SSL версии 3.0, разработанной компанией Netscape Communications. Сейчас развитием стандарта TLS занима-
ется IETF.
WAP (Wireless AР) – протокол беспроводных приложений. Z-Wave – беспроводный протокол связи, разработанным для
дистанционного управления при домашней автоматизации, в частности для контроля и управления на жилых и коммерческих объектах. Технология использует маломощные и миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в бытовую электронику и различные устройства, такие как освещение, отопление, контроль доступа, развлекательные системы и бытовую технику. В отличие
494
от Wi-Fi и других IEEE 802.11 стандартов передачи данных, предназначенных в основном для больших потоков информации, Z-Wave работает в диапазоне частот до 1 ГГц и оптимизирован для передачи простых управляющих команд (например, включить/выключить, изменить громкость, яркость и т.д.). Выбор низкого радиочастотного диапазона для Z-Wave обусловливается малым количеством потенциальных источников помех (в отличие от загруженного диапазона 2,4 ГГц, в котором приходится прибегать к мероприятиям, уменьшающим возможные помехи от работающих различных бытовых беспроводных устройств: Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth). Можно отметить малое потребление энергии, низкую стоимость производства и встраивания Z-Wave в различные бытовые устройства.
Воснове решения Z-Wave лежит ячеистая сетевая технология Mesh, в которой каждый узел или устройство может принимать и передавать управляющие сигналы другим устройствам сети, используя промежуточные соседние узлы. Mesh – это самоорганизующаяся сеть с маршрутизацией, зависимой от внешних факторов (например, при возникновении преграды между двумя ближайшими узлами сети сигнал пойдет через другие узлы сети, находящиеся в радиусе действия). В мире насчитывается более 200 производителей, предлагающих товары с чипами Z-Wave или модулями. Все продукты Z-Wave совместимы между собой.
Протокол передачи данных – совокупность правил, определяющих формат данных и процедуры их передачи в канале связи.
Впротоколе подробно указывается, как представить данные, какой способ модуляции данных избрать с целью ускорения и защиты их передачи, как выполнить соединение с каналом и обеспечить достоверность передачи данных.
3.9. Стек протоколов ТСР/IP
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – протокол ди-
намической настройки узла; сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры,
495
необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели «клиент – сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации сетевого устройства обращается к так называемому серверу DHCP и получает от него нужные параметры. Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых сервером среди компьютеров. Это позволяет избежать ручной настройки компьютеров сети и уменьшает количество ошибок. Протокол DHCP применяется в большинстве сетей TCP/IP. DHCP является расширением протокола BOOTP, использовавшегося ранее для обеспечения бездисковых рабочих станций IP-адресами при их загрузке. DHCP сохраняет обратную совместимость с BOOTP.
FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов уровня приложений, который является частью стека протоколов TCP/IP и предназначен для передачи файлов между сетевыми узлами.
ICMP (Internet Control Message Protocol) – протокол межсе-
тевых управляющих сообщений; сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP. В основном ICMP используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных (например, запрашиваемая услуга недоступна, хост или маршрутизатор не отвечают). На ICMP также возлагаются некоторые сервисные функции. ICMP описан в RFC 792 (с дополнениями в RFC 950) и является стандартом Интернета (входит в стандарт STD 5 вместе с IP). Хотя формально ICMP использует IP (ICMP-пакеты инкапсулируются в IP-пакеты), он является неотъемлемой частью IP и обязателен при реализации стека TCP/IP. Текущая версия ICMP для IPv4 называется ICMPv4. В IPv6 существует аналогичный протокол ICMPv6. ICMP-сообщение строится из IP-пакетов, сгенерировавших ICMP-ответ. IP инкапсулирует соответствующее ICMP-сообщение с новым заголовком IP (чтобы отправить ICMP-сообщение обратно отправителю) и передает полученные пакеты дальше. Например, каждая машина (такая как маршрутизатор), которая перенаправляет IP-пакеты, уменьшает Time to live (TTL) поля заголовка IP на единицу, если TTL дости-
496
гает 0; ICMP-сообщение о превышении TTL отправляется на источник пакета. Каждое ICMP-сообщение инкапсулируется непосредственно в пределах одного IP-пакета, как и UDP. В отличие от TCР, ICMP является «ненадежным» (не контролирующим доставку и ее правильность). В отличие от UDP, где реализация надежности возложена на ПО прикладного уровня, ICMP (в силу специфики применения) обычно не нуждается в реализации надежной доставки. Его цели отличны от целей транспортных протоколов, таких как TCP и UDP: он, как правило, не используется для передачи и приема данных между конечными системами. ICMP не используется непосредственно в приложениях пользователей сети (исключение составляют инструменты Ping и Traceroute). Тот же Ping, например, служит обычно для проверки потерь IP-пакетов на маршруте.
IР (Internet Protocol, IP-протокол) – протокол сетевого уровни из набора ТСР/IP для объединения сетей без подтверждения соединения. IP-протокол обладает возможностями адресации, спецификации типа обслуживания, фрагментации и сборки, а также обеспечения безопасности.
IP-datagram (IP-дейтаграмма) – единица (блок) информации, передаваемая в распределенной сети, построенной на базе стека протоколов ТСP/IP. Содержит адреса отправителя и получателя, поля, определяющие длину дейтаграммы, контрольную сумму заголовка, флаги, отражающие фрагментацию дейтаграммы, и собственно данные (т.е. это пакет данных, который содержит в своем заголовке информацию для передачи его от источника к получателю независимо от всех предыдущих и последующих сообщений).
L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) – протокол туннелиро-
вания второго уровня; в компьютерных сетях туннельный протокол, использующийся для поддержки виртуальных частных сетей. Главное достоинство L2TP состоит в том, что он позволяет создавать туннель не только в сетях IP, но и в таких, как ATM, X.25 и Frame Relay. Несмотря на то что L2TP действует наподобие протокола канального уровня модели OSI, на самом деле он является про-
497
токолом сеансового уровня и использует зарегистрированный UDP-
порт 1701.
NTP (Network Time Protocol) – протокол сетевого времени,
с помощью которого в Интернете производится синхронизация системного времени компьютера пользователя с системным временем сервера. Дает отсчет времени в секундах относительно нуля часов 1 января 1900 года. Формат временной метки NTP – 64-разрядное число без знака с фиксированной запятой с целой частью в первых 32 битах идробнойвпоследних32 битах. NTP используетTCP/IP-порт123.
PPPoE (РРР over Ethernet) – сетевой туннелирующий протокол канального уровня передачи кадров PPP через Ethernet. В основном используется xDSL-сервисами. Позволяет настраивать (или инкапсулировать) IP или другие протоколы, которые настраиваются на PPP, через соединения Ethernet, но с программными возможностями PPP-соединений, и поэтому используется для виртуальных «звонков» на соседнюю Ethernet-машину и устанавливает соединение «точкаточка», работающее с возможностями PPP, которое используется для транспортировки IP-пакетов. Предоставляет дополнительные возможности: аутентификацию, сжатие данных, шифрование. Стандартное MTU протокола ниже (1492 байт), чем на стандартном Ethernet (1500 байт), что иногда вызывает проблемы с плохо настроенными межсетевыми экранами.
TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей транспортного уровня из набора TCP/IP в Интернете. Гарантирует доставку передаваемых пакетов данных в нужной последовательности, но трафик при этом очень неравномерен, так как пакеты испытывают всевозможные задержки. В ТСP используются тройное квитирование установления связи, подтверждение приема сообщений, обеспечение высоконадежной дуплексной передачи данных по установленным соединениям.
TCP/IP – стек (набор) сетевых протоколов передачи данных, используемых в сетях, включая Интернет. Название TCP/IP происходит из двух наиболее важных протоколов семейства – TCP и IP, которые были разработаны и описаны первыми в дан-
498
ном стандарте. Передача информации по протоколам TCP/IP состоит из четырех этапов:
–протокол ТСР: разбиение информации на нумерованные
пакеты;
–протокол IP: передача пакетов получателю;
–протокол TCP на стороне получателя: проверка комплектности полученных пакетов;
–протокол TCP: восстановление искомой информации. Протоколы работают друг с другом в стеке (stack, стопка).
Это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает поверх нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP. Стек протоколов TCP/IP включает в себя четыре уровня: прикладной
(application layer), транспортный (transport layer), сетевой (internet layer), канальный (link layer). Протоколы этих уровней реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено все взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является не зависимым от физической среды передачи данных. В семейство (стек) TCP/IP также входят протокол Telnet, протокол для доступа к удаленному компьютеру и обработки данных на нем, система доменной адресации DNS, протокол передачи файлов FTP, который определяет механизм хранения и передачи файлов, протокол передачи гипертекста HTTP.
TELNET (TErminaL NETwork) – сетевой протокол для реа-
лизации текстового интерфейса по сети (в современной форме – при помощи транспорта TCP). Выполняет функции протокола прикладного уровня модели OSI. Название Telnet имеют также некоторые утилиты, реализующие клиентскую часть протокола. Современный стандарт протокола описан в RFC 854.
UDP (User Datagram Protocol) – протокол пользовательских дейтаграмм, сетевой протокол транспортного уровня из набора протоколов TCP/IP для Интернета. Отдельные пакеты передаются, используя IP без проверки на правильность передачи и гарантий доставки, но как можно быстрее. При этом часть пакетов теряется, но,
499
например, при передаче речи звук не прерывается, что важно для обеспечения ее разборчивости. В отличие от ТСР, протокол UDP обеспечивает обмен дейтаграммами без подтверждения.
3.10. WWW-технологии
AJAX (Asynchronous Javascript and XML) – асинхронный
JavaScript и XML; подход к построению интерактивных пользовательских интерфейсов веб-приложений, заключающийся в фоновом обмене данными браузера с веб-сервером. В результате при обновлении данных веб-страница не перезагружается полностью, и веб-приложе- ния становятсябыстрееиудобнее. AJAX – этоне самостоятельнаятехнология, а концепция использования нескольких смежных технологий. Базируетсянадвухосновныхпринципах:
1) использование технологии динамического обращения к серверу «на лету», без перезагрузки всей страницы полностью: с использованием XML Http Request (основной объект); через динамическое создание дочерних фреймов (например, через динамическое создание тега <script>; через динамическое создание тега <img> (это реализо-
вано в Google Analytics));
2) использование DHTML для динамического изменения содержания страницы.
ASP (Active Server Pages) – активные серверные страницы; технология, предложенная компанией MS в 1996 году для создания веб-приложений. Она основана на внедрении в обыкновенные веб-страницы специальных элементов управления, допускающих программное управление. По сути, ASP – это технология динамического создания страниц на стороне сервера, приблизившая проектирование и реализацию веб-приложений к той модели, по которой проектируются и реализуются обычные приложения. Для реализации приложений ASP используются языки сценариев (VBScript или JScript). Также допускается применение COM-компонентов. Технология ASP разработана для OC семейства Windows NT и функционирует под управлением веб-сервера Microsoft IIS. Технология
500