Структура и элементы промышленной
сети (Тема)
Физически промышленная сеть включает в себя сегменты (отрезки кабеля) и
набор активных устройств, осуществляющих формирование, преобразование,
коммутацию, передачу сигнала с использованием внешнего источника энергии.
Активные устройства можно разделить на рабочие станции (источники и приемники
сигнала – это промышленные компьютеры, PLC,
интеллектуальные устройства), репитеры, концентраторы, хабы,
трансиверы, мосты, маршрутизаторы и шлюзы.
Сеть состоит из сегментов – участков кабеля, заканчивающихся
нормирующимися резисторами – терминаторами. Кабели через ответвители
подключаются к различным узлам (рис. 1).
Если сеть больше длины сегмента, то к концу кабеля через ответвитель подключают повторитель. Повторитель – это двухпортовое
активное физическое устройство, которое восстанавливает и переправляет
сигналы с одного сегмента на другой.
Рис. 1. Структура
промышленной сети: У – узел
(подключаемое устройство); О – ответвитель
Многопортовые репиторы
называются концентраторами. Их функции те же, что и у репитера.
С появлением протокола 10 BaseT
«витой пары» концентраторы стали называться хабами.
Большинство концентраторов и хабов выполняют
следующие операции:
·
Автосегментация – автоматическое включение и отключение порта, отображение
состояния портов с помощью светодиодов;
·
Обнаружение
ошибки полярности сигнала. Репитеры и концентраторы могут использоваться для
увеличения размера и организации требуемой топологии сети, за исключением топологии
«кольцо».
В настоящее время хабы относят к устаревшему
оборудованию. По всем техническим показателям они уступают коммутаторам,
которые имеют в 10 раз большую скорость обмена информации в сети, однако хабы на 30–40 % дешевле коммутаторов и они более надежны в
тяжелых условиях эксплуатации.
Коммутаторы – это многопортовые устройства. Их
делят на 2 класса:
5–8-портовые коммутаторы, которые используются в сетях небольшого
размера;
12-, 16-, 24-портовые, которые используются в более сложных сетях, имеют
порты для коаксиального и трансиверного
(AUI) кабелей.
Мосты.
Если 2 сегмента сети слишком велики для объединения их в один
коллизионный домен (логическое объединение сети) и территориально удалены друг
от друга, то применяют мосты. Мосты – это устройства, соединяющие 2 отдельные
сети или 2 сегмента одной сети, в которой используются одинаковые протоколы обмена
информацией. Мосты устанавливают соединения, фильтруют пакеты. По принципу
действия они не отличаются от коммутаторов в том, что коммутатор – это многопортовое устройство и в основном ассоциируется с
сетями Ethernet, а мосты чаще всего одноканальные
устройства, и термин ближе к пользователям, работающие с полевой шиной. В
последнее время мостами стали называть устройства, предназначенные для связи локальных
сетей с фазными физическими средами передачи.
Маршрутизаторы – это устройства, выбирающие маршрут
передачи данных. Они осуществляют виртуальное соединение на 4 уровне модели OSI/ISO. Если мосты для передачи кадров (пакетов)
используют адреса физического уровня, то маршрутизаторы
используют IP адреса Internet
протокола. При этом маршрутизатор разворачивает пакет
данных и извлекает из него дейтограммы IP и по его
заголовку направляет пакет абоненту. Дейтограммы – это способ передачи пакетов
в произвольном порядке без подтверждения получения пакета. Маршрутизаторы,
подобно повторителям, используют буферизацию сигнала, а затем восстанавливают
его уровень и форму. Они могут соединять сети с различными протоколами доступа,
но при этом верхние уровни модели OSI/ISO (5, 6, 7
уровни) отправителя и получателя должны быть одинаковыми (рис. 2).
Рис. 2. Структура
компьютерной сети с маршрутизатором, коммутатором и хабами
Шлюзы – это устройства, служащие для объединения сетей с различными
протоколами обмена. Шлюз обычно выполняет протоколы на всех уровнях модели OSI/ISO. Также шлюз может выполнять функции маршрутизатора, но скорость при этом несколько снижается.