Сети и телекоммуникации

341

а)

б)

в)

г)

Рис. 24.2. Пример топологического преобразования (деформации/сжатия) магистральной структуры ЛВС в звѐздообразную

Упомянутая выше тождественность структур затрагивает и электротех-

нические свойства ЛВС с такими структурами. В дальнейшем будут рассматри-

342

ваться свойства и характеристики ЛВС с магистральной (шинной) и кольцевой структурами. И поэтому все свойства ЛВС с магистральной (шинной) структу-

рой целиком присущи к ЛВС со звѐздообразной структурой, а также с комби-

нированной структурой (шинно-звездообразной).

Простота структуры ЛВС, обусловленная однотипностью систем в отно-

шении порядка использования моноканала и простой конфигурации (настрой-

ки) связей между системами, а также высокая пропускная способность канала существенно упрощают организацию сети. Во-первых, отпадает необходимость в маршрутизации сообщений (пакетов, кадров), поскольку в структурах с моно-

каналом маршруты однозначно определены; следовательно, отсутствует необ-

ходимость в сетевом уровне управления — уровне 3. Во-вторых, при высокой пропускной способности канала нет надобности в процедурах, обеспечиваю-

щих эффективное использование ресурсов канала, а также в различных форма-

тах сообщений. Даже при использовании одного формата информационная из-

быточность сообщений существенно не сказывается на эффективности сети. В

связи с этим достаточно не сложны технические и программные средства, что позволяет использовать ЛВС для сопряжения различные типы ЭВМ. Естест-

венно, что в состав ЛВС могут включаться и программно-аппаратные комплек-

сы (ПАК) общего назначения (ГВМ, серверы).

Как и в глобальных сетях, организация ЛВС базируется на принципе мно-

гоуровневого управления процессами с вытекающей из этого иерархией прото-

колов и интерфейсов. Уровни и протоколы ЛВС обычно интерпретируются в терминах ЭМВОС. Применительно к специфике средств передачи данных, ис-

пользуемых в ЛВС с моноканалом, в рамках уровней управления вводятся по-

дуровни и соответствующие им протоколы. Типичная иерархия уровней управ-

ления и протоколов ЛВС представлена на рис. 24.2.

Протокол управления физически каналом (УФК) определяет форму пред-

ставления данных и порядок их передачи через физический канал. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца кадра, несущего в себе передаваемые данные, формированию и приѐму сигналов определѐнной

345

удаленным файлам, передача файлов, удаленный ввод заданий, обмен графиче-

ской информацией и др.

При использовании моноканала сложность процедур управления на физи-

ческом, канальном и транспортном уровне невелика. Поэтому эти уровни уп-

равления удается эффективно реализовать в основном техническими средства-

ми — специальным контроллером, называемым сетевым адаптером (станци-

ей) ЛВС. Адаптер сопрягает внутреннюю магистраль или интерфейс ввода-вы-

вода ЭВМ или другой системы сети с последовательным интерфейсом. По су-

ществу адаптер в совокупности с физическим каналом образует информацион-

ный моноканал (рис. 24.4), к которому подключаются системы сети, выступаю-

щие в этом случае в качестве абонентов моноканала. Сетевые адаптеры реали-

зуют, во-первых, сетевые функции — управление физическим каналом, инфор-

мационным каналом и передачей и, во-вторых, интерфейсные функции — под-

ключение адаптера к интерфейсу системы, как правило, параллельному.

ЛВС используются для комплексирования в основном персональных ЭВМ (ПЭВМ). На рис. 24.5 представлена типичная конфигурация ЛВС, предна-

значенной для расширения возможностей ПЭВМ. Вычислительные возможно-

сти ПЭВМ расширяются путем подключения их к ПАК (ГВМ, серверам) баз данных, печати (включая графопостроители (плоттеры), plotter), электронной почты и доступа во внешние сети (например, Интернет), используемым в режи-

ме коллективного доступа. За счет этого, каждый пользователь имеет возмож-

ность работать с большими наборами данных, размещаемыми вне персональ-

ных ЭВМ, высокоскоростными устройствами печати и вести информационный обмен с пользователями или процессами других ИТС.

Стоимость средств подключения к сети (сетевого программного обеспе-

чения систем и адаптеров) оказывается значительно ниже стоимости ресурсов,

предоставляемых пользователям от сети. Этим обусловлена эффективность ЛВС. Кроме того, объединение ЭВМ в сеть позволяет решать более сложные задачи и создает качественно новые условия для параллельной обработки, дан-

ных коллективами пользователей ЛВС. Отказы в отдельных системах не при-

347

ЧПУ, промышленными роботами, автоматическими транспортными и склад-

скими средствами используются, как правило, специализированные ПАК. Сис-

темы управления производственными подразделениями связываются с систе-

мами автоматизации проектирования, технологической подготовки производ-

ства и административного управления производством, образуя интегрирован-

ные производственные комплексы, решающие всю совокупность задач подго-

товки высокоавтоматизированного производства и управления им. В бортовых системах управления использование моноканала для сопряжения датчиков, уст-

ройств отображения и ЭВМ, решающих локальные задачи управления и кон-

троля, позволяет значительно уменьшить число соединений и координировать работу многих подсистем, в результате чего снижается стоимость системы управления и повышается качество управления судами, самолетами и другими объектами.

Глава 25 Моноканалы

Моноканал ЛВС состоит из канала передачи данных и сетевых адаптеров

(СА), сопрягающих ЭВМ с каналом (рис. 24.4).

Каналы передачи данных

Канал передачи данных состоит из кабеля, по которому передаются сиг-

налы, являющиеся носителями двоичных значений 0 и 1, последовательно пе-

редаваемых по каналу.

Для связи между системами ЛВС используются три типа кабелей: экра-

нированные витые пары проводов, коаксиальные кабели и волоконно-оптичес-

кие линии. Пропускная способность кабеля уменьшается примерно пропорцио-

нально его длине, т.е. с увеличением длины кабеля в 10 раз пропускная способ-

ность уменьшается примерно во столько же раз. Помехоустойчивость канала также уменьшается с увеличением его длины. При отсутствии источников силь-

ных электромагнитных помех уровень помехоустойчивости витых пар и коак-

сиальных кабелей при длине 102 м не ниже 10-8…10-9 искажений на бит переда-

ваемых данных. Волоконно-оптические линии нечувствительны к электромаг-

нитным помехам и не являются источниками электромагнитного излучения.

Экранированные витые пары и коаксиальные кабели применяются в каналах с пропускной способностью до 100 Мбит/с. Волоконно-оптические линии ис-

пользуются для создания каналов со сверхвысокой пропускной способностью до 1000 Мбит/с, а также в бортовых и производственных системах, работающих в условиях сильных электромагнитных помех.

Схемы подключения сетевых адаптеров к каналу на основе экранирован-

ных витых пар и коаксиального кабеля представлены на рис. 25.1,а и б соответ-

ственно. На концах сегментов витой пары и коаксиального кабеля устанавли-

ваются схемы согласования, состоящие из резисторов. Подключение адаптеров

349

производится через механический разъем, от которого отводится к адаптеру сегмент кабеля ограниченной длины — обычно до 10…20 м.

Рис. 25.1. Подключение адаптеров к магистральному каналу

Волоконно-оптический канал (рис. 25.2) строится из сегментов, соеди-

няющих соседние адаптеры (системы). Для передачи данных в каждом направ-

лении используется самостоятельная линия. Сегмент линии состоит из передат-

чика Пд, формирующего электрические сигналы с требуемыми временными и электрическими параметрами, светодиода Сд, преобразующего электрические сигналы в световые, волоконно-оптической линии, по которой передаются све-

товые сигналы, фотодиода Фд, воспринимающего световые сигналы и преобра-

зующего их в электрические, и приемника Пр, формирующего сигналы с задан-

ными временными и электрическими параметрами. Адаптеры подключаются к приемникам и передатчикам и транслируют электрические сигналы в следую-

щие сегменты волоконно-оптического канала. Волоконно-оптические линии со-

прягаются с приемопередатчиками, фото- и светодиодами через оптические разъемы ОР.

К сигналам, используемым для передачи данных по каналу, предъявляют-

ся следующие основные требования: помехозащищенность, обеспечение син-

хронизации приема и передачи данных, максимальной пропускной способности

350

канала и минимальных затрат оборудования в передатчиках, приемниках и ка-

нале. Помехозащищенность сигнала проявляется в возможности выделения данных, переносимых сигналом, при наличии помех. Синхронизация обеспечи-

вает различимость битов, передаваемых по каналу. Это означает, что каждый бит представляется сигналом в таком виде, что возможно лишь однозначное его восприятие приемниками, т. е. сигнал, относящийся к одному биту, не может быть пропущен или интерпретирован в виде двух и более бит данных. Для уве-

личения пропускной способности и уменьшения затрат оборудования стремят-

ся использовать сигналы минимальной длительности и по возможности более простой формы.

Рис. 25.2. Волоконно-оптический канал

На рис. 25.3 представлены примеры сигналов, используемых для переда-

чи данных в каналах ЛВС. Синхронизация процессов приема и передачи дан-

ных наиболее просто реализуется при использовании в моноканале четырех-

проводной линии связи. Одна пара проводов служит для передачи синхросиг-

налов, следующих с периодом, а другая — для передачи единичных значений сигналов (рис. 25.3,а). Наличие на одной линии сигнала 1 при отсутствии сиг-

нала на другой воспринимается приемником как 0. Наличие на каждой линии сигнала 1 воспринимается как 1. Другой порядок использования, линий в моно-

канале иллюстрируется рис. 25.3,б. Здесь одна линия используется для переда-

чи сигналов 1, а другая — для передачи сигналов 0. Наличие в одном так-

те двух сигналов 1 свидетельствует об ошибке в моноканале. В четырехпро-

водных моноканалах, как правило, используются в качестве передающей среды витые пары с общим или разделенным экраном.