Выпрямитель позволяет при понижении входного напряжения до -25% от номинального значения не использовать энергию аккумуляторных батарей, тем самым значительно увеличивая срок службы.

Зарядное устройство автоматически производит тест состояния аккумуляторов. Периодичность теста может быть изменена пользователем. Перед выполнением теста производится проверка текущих параметров функционирования остальных систем ИБП, с тем чтобы гарантировать надежную работу оборудования при возникновении аварии электропитания во время теста.

Выпрямители/зарядные устройства нескольких ИБП могут быть объединены для параллельной работы с одним батарейным комплексом.

Инвертор ИБП серии EDP90 построен по транзисторной технологии с широтно-импульсной модуляцией и микропроцессорным управлением. Выходные параметры инвертора контролируются одновременно и независимо по трем фазам для обеспечения высокостабильных показателей качества. В автоматическом режиме производится синхронизация инвертора с входным напряжением (при условии, что частота входного напряжения находится в допустимых пределах). При выходе параметров входной сети за пределы допуска синхронизация осуществляется с помощью внутреннего кварцевого генератора (точность не хуже 0.05%).

Инвертор обладает высокой перегрузочной способностью и может обеспечивать нагрузку мощностью 125% от номинального значения в течение 10 минут, 150% - в течение 1 минуты. При условии поддержания температуры воздуха на уровне не более +25°С номинальная выходная мощность инвертора автоматически увеличивается на 10%.

Электронный статический ключ представляет собой полупроводниковое быстродействующее коммутационное устройство, рассчитанное на непрерывную работу. Выходные параметры непрерывно и независимо друг от друга контролируются по всем фазам. Каждая фаза защищена отдельным быстродействующим защитным устройством.

Статический ключ обеспечивает бесперебойное переключение нагрузки на резервную линию при возникновении любого из следующих условий:

* перегрузка по выходу;

* выход постоянного напряжения за пределы допуска (вследствие неисправности выпрямительного устройства, выхода параметров входного напряжения за допуск, разряда аккумуляторов);

* неисправность инвертора;

* выход температуры за допустимые пределы.

Блок управления статического ключа обеспечивает практически мгновенное (менее 0.5 мсек.) переключение нагрузки в режиме синхронизации. При отсутствии синхронизации длительность переключения составляет не более 20 мсек.

При переключении нагрузки на резервную линию блок управления делает попытку обратного переключения на инвертор каждые 5 секунд - при условии исчезновения аварийной ситуации, вызвавшей это переключение.

Синхронное переключение нагрузки на резервную линию или на инвертор может производиться также по команде с панели управления ИБП.

Состояние основных компонентов системы отображается на мнемонической диаграмме и буквенно-цифровом дисплее (две строки по 20 символов) встроенной панели управления. Диаграмма показывает состояние "включено/выключено/неисправность" выпрямителя, аккумуляторной батареи, инвертора, статического переключателя. На дисплее (на английском, итальянском, французском, немецком, испанском языках) отображается следующая информация:

Выпрямитель / Зарядное устройство / Аккумуляторная батарея: значение тока, напряжения, состояние неисправности, время автономной работы (при питании от батарей). Инвертор: состояние неисправности, значение напряжения и частоты по фазам. Резервный ввод: состояние неисправности, значение напряжения и частоты по фазам. Нагрузка / Статический переключатель: состояние неисправности, значение тока, частоты, процент нагрузки по фазам, величина пик-фактора по фазам, общее время работы нагрузки от инвертора и резервного ввода, число пропаданий электропитания в питающей сети и общая длительность работы от батарей. Возможен просмотр истории состояния системы во время аварии (за 10 секунд до начала и 1 секунда после окончания с шагом 0.1 сек).

Появление неисправности сопровождается звуковым сигналом, который может быть отключен с панели. ИБП может быть отключен с помощью кнопки на пульте управления.

Информация о состоянии системы может отображаться на удаленном пульте управления и контроля, а также на ПЭВМ по последовательной линии связи (интерфейс RS232) и по линии связи AS400.

3.3.3.1 Режимы работы ИБП

На входе ИБП с двойным преобразованием энергии находится выпрямитель, который должен подзаряжать батарею ИБП и снабжать инвертор ИБП постоянным напряжением.

Инвертор преобразует весь поток мощности из напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.

Байпас - это специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети. Для переключения на работу через байпас служит статический (т.е. не имеющий движущихся элементов) переключатель. Поэтому этот байпас часто называют статическим байпасом.

ИБП с двойным преобразованием энергии может работать в трех режимах

3.3.3.2 Работа от сети

Если в сети есть "нормальное" напряжение, то вся мощность, потребляемая нагрузкой, проходит через выпрямитель ИБП. Выпрямитель преобразует напряжение электрической сети в стабилизированное напряжение постоянного тока. Оно используется для заряда батареи и для питания инвертора.

Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, которым и питается нагрузка.

3.3.3.3 Работа от батареи

Выпрямитель ИБП с двойным преобразованием выдает стабилизированное напряжение постоянного тока. Т.е. независимо от величины напряжения переменного тока на входе выпрямителя напряжение постоянного тока на его выходе сохраняется постоянным. Естественно, напряжение остается стабильным только если входное напряжение не выходит из некоторого диапазона допустимых напряжений. Этот диапазон называется диапазоном входных напряжений ИБП.

Диапазон входных напряжений ИБП с двойным преобразованием не остается постоянным. Его величина (или вернее его нижняя граница) зависит не только от конкретной модели ИБП, но и его нагрузки.

Если напряжение сети становится меньше нижней границы диапазона входных напряжений (т.е. выпрямитель уже не может стабилизировать напряжение), напряжение постоянного тока на выходе выпрямителя уменьшается и становится ниже напряжения заряженной батареи ИБП. Никакого переключения не происходит. Просто инвертор начинает частично питаться от батареи, а батарея начинает разряжаться. При дальнейшем уменьшении напряжения или если напряжение пропадает совсем, инвертор начинает полностью питаться от батареи. ИБП перешел на режим работы от батареи.

Работа ИБП от батареи продолжается некоторое время, определяемое зарядом батареи и нагрузкой. После того, как батарея разрядится до напряжения примерно 1.7 В на элемент, инвертор ИБП будет отключен автоматикой, защищающей батарею от необратимого переразряда.

Если напряжение на входе ИБП снова поднимется до нормального, выпрямитель опять начнет заряжать батарею и питать инвертор

Режим работы через статический байпас

Основные элементы ИБП с двойным преобразованием при работе от сети постоянно находятся под нагрузкой. При выходе из строя инвертора, подача напряжения к нагрузке прервалась бы и ИБП не только не выполнил бы своего предназначения, но даже сам из-за своей поломки мог бы стать причиной потери данных в подключенных к нему компьютерах или отключения каких-либо подключенных к нему важных устровйств.

Для того, чтобы этого не происходило, в ИБП введена еще одна линия электроснабжения нагрузки - статический байпас.

При выходе из строя инвертора или его перегрузке, срабатывает переключатель (размыкается линия "инвертор-нагрузка" и замыкается линия "байпас-нагрузка") и нагрузка продолжает питаться от сети.

В таблице 3.6. приведена спецификация оборудования СГЭ.

Таблица 16. Спецификация оборудования СГЭ

Источник бесперебойного питания
Система батарейная CHLORIDE EDP 90/600 PARALLEL, вход/выход 380 В, 50 Гц, 3 фазы, мощность 60 кВА.	3
Батарейный комплекс с аккумуляторными батареями сроком службы более 5 лет на время автономной работы при нагрузке 120 кВА - 19 мин.	1
Комплект для объединения источников CHLORIDE	1
SNMP-адаптер UTP/BNC.	3
Программное обеспечение PowerFlag для UNIX.	1
Автомат ввода резерва
Автомат ввода резерва, 2 входа 300А, 1 выход 300А, время переключения 0.30 сек	1

Преимущества ИБП с двойным преобразованием:

К положительным свойствам ИБП с двойным преобразованием следует отнести следующие.

- Хорошая защита от шумов и наносекундных импульсов.

- Очень хорошая защита от искажений формы кривой напряжения и микросекундных импульсов.

- Возможность работы в сетях с нестабильной частотой.

- Самая лучшая плавная стабилизация напряжения с высокой точностью.

- Возможность наращивания батареи практически для всех моделей ИБП.

Недостатки ИБП с двойным преобразованием

Как и для других ИБП, недостатки ИБП с двойным преобразованием вытекают из особенностей силовой схемы ИБП

- Более высокая цена, по сравнению с другими типами ИБП

- Повышенное тепловыделение, по сравнению с другими типами ИБП

3.3.4 Подготовка помещений для размещения оборудования системы бесперебойного питания

Размеры помещения для размещения АВР, 3-х силовых блоков EDP 60/900 и батареи 2А определяются исходя из размеров оборудования и его размещения. К помещению предъявляются следующие климатические требования:

- температура окружающей среды 0-40oС, рекомендуемая 15-25oС;

- относительная влажность без конденсата 90%;

- номинальная температура +25oС.

Для обеспечения оптимальной температуры и влажности, необходимой для нормальной работы системы бесперебойного питания предусмотрена система кондиционирования воздуха для отвода выделяемого системой тепла.

Установочные данные АВР

- размеры АВР 0.65м х 0.8м х 0.225м;

- устанавливается на стену;

- степень защиты IP20

- вход кабеля снизу или сбоку

Установочные данные ИБП

- размеры одного ИБП 0.82м х 0.83м х 1.78м;

- вес одного ИБП 750 кг;

- нагрузка на пол 1102 кг/кв.м;

- устанавливаются в ряд;

- минимальное расстояние до потолка 400 мм;

- расстояние перед блоком не менее 1000 мм (определяется открываемой дверью шкафа);

- расстояние сзади не менее 1000 мм (определяется рабочей зоной доступа в устройству)

- сбоку расстояние до стен 150 мм.

- силовые блоки целесообразно разместить на металлических рамах (подставках) высотой 150 - 200 мм для более удобного подвода силовых кабелей и обеспечения лучшего кондиционирования.

- Вход кабеля - снизу или сбоку.

- Подача воздуха - снизу.

- Выброс воздуха - сверху.

Силовые кабели

* рекомендуемое сечение входного и выходного кабеля 120 мм2 (Макс. ток 235 А). Для нелинейных нагрузок целесообразно увеличить сечение кабеля нейтрали в 1.4 - 1.8 раза рекомендуемой величины.

* рекомендуемое сечение кабеля заземления 70 мм2. Целесообразно использовать гибкий кабель в резиновой оболочке.

* рекомендуемое сечение кабеля от силовых блоков до батареи 95 мм2 (Макс. ток 196А).

3.4 Выводы

Силовая кабельная система Сбербанка проектировалась с учётом обеспечения надёжности работы сети. При проектировании использовался принцип разделения силовой системы на сеть компьютерного питания и сеть общего назначения. Сеть компьютерного питания запитывается через источник бесперебойного питания, что позволяет обеспечить должное качество электропитания компьютерной техники и сетевого оборудования.

В качестве системы бесперебойного питания была выбрана система одной из ведущих компаний в этой области. Система обладает хорошими показателями стабильности. Были рассмотрены принципы организации систем такие как, централизованная система и модульная система. Кроме этого рассматривались характеристики параллельных комплексов. Централизованная система с параллельными комплексами обладает более высокими надёжностными характеристиками. Поэтому в качестве СБП была выбрана именно такая система.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛВС

Введение

В наше время всеобщего развития средств связи особо остро стоит проблема компьютерных сетей. Если совсем недавно главной ее частью был вопрос установки локальных вычислительных сетей (ЛВС), то сейчас все острее ощущается проблема нехватки пропускной способности, что говорит о повышении пользовательского интереса и возрастании роли ЛВС в производстве и финансовой деятельности.

Что же такое ЛВС? Простое определение ЛВС состоит в том, что это система для непосредственного соединения многих компьютеров. Можно сказать, что в этом определении недостаточно академической точности, но оно практично и вполне соответствуют нашим целям - рассмотрению принципов ЛВС.

Как уже было сказано выше, в наше время все чаще администраторы сетей сталкиваются с нехваткой пропускной способности сети. Исходя из этого, при рассмотрении нашей темы, мы особенный акцент сделаем на принципы сетевой архитектуры, которая является развитием старого Ethernet - Fast Ethernet. Это связано с тем, что наиболее распространенной сетевой архитектурой в нашей стране является все же Ethernet, а следовательно Fast Ethernet, который позволяет значительно повысить пропускную способность сети, не сталкиваясь с огромным числом проблем, сопутствующих этой процедуре.

Это, конечно, не значит, что переход от Ethernet к Fast Ethernet чрезвычайно прост и не представляет никакими сложности, но все же позволяет упростить задачу перехода на более высокоскоростную сеть.

4.1 Семиуровневая модель OSI

4.1.1 Обоснование модели OSI

Для обеспечения обмена данными между компьютерными сетями Международная организация по стандартизации (ISO) совместно с Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии (CCITT) разработала многоуровневый комплект протоколов, известный как эталонная модель взаимосвязи открытых систем (модель OSI). Одна из основных идей модели OSI -- в недалеком будущем обеспечить относительно легкий и простой обмен информацией при использовании изготовленных разными фирмами аппаратных и программных средств, соответствующих стандартам OSI. Конечные пользователи должны забыть о проблемах совместимости, которые все еще свойственны системам, включающим устройства различных производителей.

На рис. 3.1. показано, как многоуровневые протоколы, входящие в состав модели OSI, обеспечивают передачу информации с одного компьютера на другой. Отметим, что на каждом уровне, кроме физического, добавляется заголовок, содержащий управляющую информацию для соответствующего уровня на другом компьютере. На канальном уровне добавляется даже концевик с дополнительной управляющей информацией. Управляющая информация в заголовках и концевиках содержит такие основные данные, как тип передаваемой информации (будет ли она, например, содержать числа с плавающей запятой), адреса станции-отправителя и станции-получателя, режим передачи (дуплексный, полудуплексный и т.д.), метод кодирования информации (ЕВС01С, А5С11 и т.д.), метод контроля ошибок. После того как второй компьютер примет эту информацию в виде потока битов, они будут вновь собраны в кадры. В процессе обработки кадра протоколами соответствующие уровни будут удалять предназначенную для них управляющую информацию, и в конечном итоге прикладная программа получит только исходные данные.

Рис.4.1. Модель OSI

4.1.2 Уровни модели OSI

Отдельные уровни модели OSI удобно рассматривать как группы программ, предназначенных для выполнения конкретных функций. Один уровень, к примеру, отвечает за обеспечение преобразования данных из А5С11 в ЕВС01С и содержит программы, необходимые для выполнения этой задачи. Программы могут содержать отдельные модули, известные в модели OSI как объекты (entities). Каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая, в свою очередь, сервис у нижестоящего уровня. Верхние уровни запрашивают сервис почти одинаково: как правило, это требование маршрутизации каких-то данных из сети А в сеть В. Практическая реализация принципов адресации данных, необходимой для правильной их маршрутизации, возложена на нижние уровни. Связь между уровнями осуществляется в форме различных транзакций, известных как примитивы (primitives).

Примитивы

Примитивы подразделяются на примитивы запроса, индикации, ответа и подтверждения. Уровень, выступающий в роли пользователя сервиса, может активизировать функцию путем выдачи запроса на действие, например, на шифрование данных. Уровень, играющий роль поставщика сервиса, выдаст подтверждение, указывающее на то, что функция выполнена ("да, данные зашифрованы"). Иногда выдается запрос на действие, которое должен выполнить уровень на втором компьютере. Соответствующий уровень на втором компьютере получает данный запрос как примитив индикации и отвечает на него выдачей примитива ответа, который информирует уровень на первом компьютере о том, что затребованная функция выполнена.

Эти примитивы удобно рассматривать как управляющую информацию, которая представлена в виде определенных битовых комбинаций в кадрах, передаваемых в процессе обмена данными. Метод, с помощью которого модель OSI обеспечивает обмен между сетями передачи данных, используя такую систему примитивов для ретрансляции управляющей информации, непосредственно применим к процессу взаимодействия рабочих станций в локальных сетях.

Прикладной уровень

В модели OSI прикладная программа, которой нужно выполнить конкретную задачу (например, обновить базу данных на компьютере В), посылает конкретные данные в виде дейтаграммы на прикладной уровень. Одна из основных "обязанностей" этого уровня -- определить, как следует обрабатывать запрос прикладной программы, другими словами -- какой вид должен принять данный запрос. Если в запросе прикладной программы определен, например, дистанционный ввод заданий, то это потребует работы нескольких программ, которые будут собирать информацию, организовывать ее, обрабатывать и посылать по соответствующему адресу. Еще одна существенно важная функция прикладного уровня -- электронная почта., которая, разрушая барьеры между разнородными сетями, превращается в систему глобальных коммуникаций.

Прикладной уровень, кроме того. содержит несколько так называемых общих элементов прикладного сервиса (ACSE -- Application Common Service Elements) и специальных элементов прикладного сервиса (SASE -- Specific Application Service Elements). Сервисы ACSE предоставляются прикладным процессам во всех системах. Они включают, например, требование определенных параметров качества сервиса.

Допустим, необходимо установить связь через модем по глобальной сети между рабочей станцией локальной сети в Лос-Анджелесе и мэйнфреймом в Бостоне. Поскольку качество телефонной линии иногда оказывается неудовлетворительным, прикладной процесс, работающий в ЛВС, может запросить такое качество сервиса, которое предусматривает подтверждение приема и распознавания информации.

(Если провести аналогию с почтой, то указанное действие равносильно требованию, чтобы доставка вашей посылки была подтверждена квитанцией.)

Специальные элементы прикладного сервиса (SASE) обеспечивают сервис для конкретных прикладных программ, таких как программы пересылки файлов и эмуляции терминалов. Если, например, прикладной программе необходимо переслать файлы, то обязательно будет использован протокол передачи, доступа и управления файлами (РТАМ -- File Transfer, Access, and Management), являющийся одним из ключевых протоколов прикладного уровня.

Давайте на минутку заглянем в будущее, когда локальные сети и мэйнфреймы станут работать с OSI-совместимым программным обеспечением. Поскольку РТАМ работает как виртуальный банк файлов и имеет собственную службу каталогов, то программы смогут получать доступ к базам данных, не имея информации о фактическом местонахождении файла. Поскольку РТАМ поддерживает широкое разнообразие различных типов структур, включая последовательную, упорядоченную иерархическую и общую иерархическую, то информация из базы данных, расположенной на удаленном Unisys-компьютере, будет использоваться для обновления другой базы данных, работающей в локальной сети в Лос-Анджелесе. Данные из первой базы, в свою очередь, будут обновляться на основе информации, взятой из третьей базы данных, размешенной на IBM-мэйнфрейме в Финиксе.

Еще одна важная составляющая SASE прикладного уровня -- сервис виртуального терминала (VT -- Virtual Terminal). VT -- это сложный сервис, который освобождает компьютер от необходимости посылать соответствующие сигналы для обращения ко всем терминалам, подключенным ко второму компьютеру. Первый компьютер может использовать набор параметров виртуального терминала, а решение вопросов конкретизации конфигурации терминалов предоставить второму компьютеру.

На разных этапах разработки находятся еще несколько SASE: обработка транзакций, электронный обмен данными (EDI -- Electronic Data Interchange), передача и обработка заданий (JTM -- Job Transfer and Manipulation). Разработка стандарта OSI на EDI, в частности, очень важна для пользователей ЛВС. Например, на рабочей станции ЛВС можно составить заказ на покупку и передать эту информацию по сети непосредственно изготовителю или продавцу, где данные будут автоматически внесены в счет-фактуру. Можно проверять и автоматически корректировать инвентаризационные ведомости, можно заключать договора на поставку товаров -- и все это без бумаг и волокиты.

Функции управления сетями на прикладном уровне. По мере усложнения информационных сетей вопрос административного управления ими приобретает все большее значение. Поскольку сейчас любые системы передачи информации позволяют обрабатывать и передавать также и речевые данные, а локальные сети все теснее связываются с глобальными сетями и мэйнфреймами, го все очевиднее необходимость в разработке эффективного метода организации этой информации и управления ею. Фирма IBM в качестве решения предложила свои системы NetView и NetView/PC, a Hewlett-Packard вышла на рынок с пакетом прикладных программ OpenView.

На сегодняшний день проблема заключается в том, что при наличии нескольких решений нет международного стандарта по управлению сетями. Для прикладного уровня модели OSI существует несколько спецификаций информационно-управляющих протоколов, которые претендуют на то, чтобы в будущем стать международными стандартами.

Уровень представления данных

Уровень представления данных отвечает за физическое отображение (представление) информации. Так, в полях базы данных информация должна быть представлена в виде букв и цифр, а зачастую-- и графических изображений. Обрабатывать же эти данные нужно, например, как числа с плавающей запятой.

Уровень представления данных обеспечивает возможность передачи данных с гарантией, что прикладные процессы, осуществляющие обмен информацией, смогут преодолеть любые синтаксические различия. Для того чтобы обмен имел место, эти два процесса должны использовать общее представление данных, или язык.

Важность уровня представления данных заключается в том, что в основу его работы положена единая для всех уровней модели OSI система обозначений для описания абстрактного синтаксиса -- ASN.I. Эта система служит для- описания структуры файлов. На прикладном уровне система ASN.I применяется и для выполнения всех операций пересылки файлов, и при работе с виртуальным терминалом. Использование этой системы позволяет также решить одну из важнейших проблем, возникающих при управлении крупными сетями -- проблему шифрования данных. Шифрование данных с помощью ASN.I можно выполнять на уровне представления данных. Разработка стандарта OSI для этого уровня окажет значительное влияние на обеспечение межмашинной связи.

Сеансовый уровень

Представьте себе опытного администратора, отвечающего за подготовку и согласование всех деталей предстоящей важной встречи двух высокопоставленных руководителей. Если он действует правильно, встреча проходит четко и организованно. Так и работа сеансового уровня обеспечивает проведение сеанса и, в конечном итоге, обмен информацией между двумя прикладными процессами.

Сеансовый уровень отвечает за такие серьезные вопросы, как режим передачи и установка точек синхронизации. Иными словами, на этом уровне определяется, какой будет передача между двумя прикладными процессами: полудуплексной (процессы будут передавать и принимать данные по очереди) или дуплексной (процессы будут передавать и принимать данные одновременно). В полудуплексном режиме сеансовый уровень выдает тому процессу, который первым начинает передачу, маркер данных. Когда второму процессу приходит время отвечать, маркер данных передается ему. Сеансовый уровень, таким образом, разрешает передачу только той стороне, которая обладает маркером данных.

Синхронизирующие точки представляют собой точки внутри "диалога", в которых сеансовый уровень проверяет наличие фактического обмена. Если вы когда-нибудь наблюдали, как беседуют два японских бизнесмена, вы наверняка обратили внимание, что они все время кивают и говорят ''хай". Это не значит, что бизнесмены соглашаются друг с другом; они просто показывают, что слышат и понимают, что говорит собеседник, потому что "хай" по-японски означает "да".

Еще одна функция сеансового уровня модели OSI заключается в решении вопроса о восстановлении связи в случае ее нарушения. Например, логично было бы ставить точки синхронизации между страницами текста и в случае нарушения связи начинать передачу с последней синхронизирующей точки. Таким образом, для восстановления сеанса не нужно будет начинать все сначала и повторять передачу текста, который уже принят правильно.

Сеансовый уровень, кроме того, отвечает за детали, связанные с упорядоченным ("плавным") завершением соединения в конце сеанса. Могут возникнуть и ситуации, когда требуется безусловное ("резкое") завершение. Это необходимо в тех случаях, когда одна из сторон прекращает обмен и отказывается с этого момента принимать данные.

Сеансовый уровень обрабатывает не все запросы на соединения. Он может выдать примитив отказа qt соединения, если определит, что соединение приведет к перегрузке сети или затребованный прикладной процесс отсутствует.

Транспортный уровень

Транспортный уровень имеет большое значение для пользователей компьютерных сетей, так как именно он определяет качество сервиса, которое требуется обеспечить посредством сетевого уровня. Для того чтобы лучше понять функции транспортного уровня, представим его как аналогию набора специальных услуг, которые местное почтовое отделение предоставляет клиентам за дополнительную плату. Например, заплатив некоторую сумму, клиент может получить квитанцию о том, что письмо доставлено по указанному им адресу. Можно заказать срочную доставку, если клиент желает, чтобы его посылка пришла в Бостон на следующий день. Плату за эти дополнительные высококачественные услуги почтовое ведомство США взимает с клиентов деньгами, а для пользователя сети, работающего с OSI-coвместимыми аппаратными и программными средствами, эта плата выражается в дополнительных битах, необходимых для предоставления информации о статусе возможных дополнительных услуг.

На транспортном уровне предусмотрено три типа сетевого сервиса. Сервис типа А предоставляет сетевые соединения с приемлемым для пользователей количеством необнаруживаемых ошибок и приемлемой частотой сообщений об обнаруженных ошибках. Сервис типа В отличается приемлемым количеством необнаруживаемых ошибок, но неприемлемой частотой сообщений об обнаруженных ошибках. Наконец, сервис типа С предоставляет сетевые соединения с количеством необнаруженных ошибок, неприемлемым для сеансового уровня.

Возникает вопрос: а для чего вообще нужны классы сервиса с неприемлемыми количествами ошибок? Ответ состоит в том, что для установки многих сетевых соединений необходимы дополнительные протоколы, обеспечивающие обнаружение и устранение ошибок на достаточном для нормальной работы уровне, и на транспортном уровне такой сервис просто не нужен.

Транспортный уровень, тем не менее, предоставляет программистам возможность писать программы для прикладного уровня в самых различных сетях, не обращая внимания на то, надежна ли передача по этим сетям или нет. Некоторые называют три верхних уровня модели OSI "пользователями транспортного уровня", а четыре нижних -- "поставщиками транспортного уровня".

Существует пять классов сервиса транспортного протокола. Они указаны в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Классы сервиса транспортного протокола

Класс	Наименование	Тип
0	Простой	А
1	Устранение основных ошибок	В
2	Мультиплексирование	А
3	Обнаружение ошибок и мультиплексирование	В
4	Обнаружение и устранение ошибок	С

Класс 0, известный как телекс, представляет собой сервис с самым низким качеством. В этом классе сервиса предусматривается, что управление потоком данных осуществляет сетевой уровень (под транспортным уровнем). Транспортный уровень разрывает соединение, когда аналогичную операцию выполняет сетевой уровень. Сервис класса 1 был разработан СС1ТТ для стандарта X.25 на сети с коммутацией пакетов. Он обеспечивает передачу срочных данных, однако управление потоком все равно осуществляется на сетевом уровне.

Класс 2 -- это модифицированный класс 0. Уровень сервиса этого класса базируется на предположении о том, что сеть обладает высокой надежностью. Предлагаемое качество сервиса предусматривает возможность мультиплексирования множества транспортных соединений из одного сетевого соединения. Класс 2 обеспечивает необходимую сборку мультиплексированных пакетов данных, прибывающих неупорядоченными.

Класс 3 обеспечивает виды сервиса, предлагаемые уровнями 1 и 2, а в случае обнаружения ошибки предоставляет возможность ресинхронизации для переустановления соединения.

Класс 4 предполагает, что сетевому уровню присуща надежность, поэтому он предлагает обнаружение и устранение ошибок.

Сетевой уровень

На сетевом уровне осуществляется сетевая маршрутизация. Этот уровень -- ключ к пониманию того, как функционируют шлюзы к мэйнфреймам IBM и другим компьютерным системам. Протоколы верхних уровней модели OSI выдают запросы на передачу пакетов из одной компьютерной системы в другую, а задача сетевого уровня состоит в практической реализации механизма этой передачи.

Сетевой уровень является основой стандарта СС1ТТ Х.25 на глобальные сети.

На сетевом уровне реализован ряд ключевых видов сервиса для транспортного уровня, который в модели OSI расположен непосредственно над сетевым. Сетевой уровень уведомляет транспортный уровень об обнаружении неисправимых ошибок, помогая ему поддерживать качество сервиса и избегать перегрузки сети путем прекращения, если это необходимо, передачи пакетов.

Поскольку в процессе обмена информацией между двумя сетями физические соединения время от времени могут изменяться, сетевой уровень поддерживает виртуальные каналы и обеспечивает правильную сборку пакетов, прибывающих в неправильной последовательности. Работа этого уровня осуществляется с помощью таблиц маршрутизации, которые служат для определения пути продвижения того или иного пакета. Во многих случаях сообщение, состоящее из нескольких пакетов, идет по нескольким путям. Сетевой уровень предоставляет соответствующую "отгрузочную" информацию, необходимую для этих пакетов (например, общее число пакетов в сообщении и порядковый номер каждого из них).

С передачей данных в сетях связана одна очень неприятная проблема: такие характеристики, как длина поля адреса, размер пакета и даже промежуток времени, в течение которого пакету разрешается перемещаться по сети и по истечении которого пакет считается потерянным и выдается запрос на пакет-дубликат, в каждой сети различны. По этой причине управляющая информация, включаемая в пакеты на сетевом уровне, должна быть достаточной для предотвращения возможных недоразумений и обеспечения успешной доставки и сборки пакетов.

Как уже упоминалось выше, транспортный и сетевой уровни в значительной степени дублируют друг друга, особенно в плане функций управления потоком данных и контроля ошибок. Главная причина такого дублирования заключается в том, что существует два варианта связи -- с установлением соединения (connection-ori-entied) и без установления соединения (connectionless). Эти варианты связи базируются на разных предположениях относительно надежности сети.

Сеть с установлением соединения работает почти так же, как обычная телефонная система. После установления соединения происходит поэтапный обмен информацией, причем в данном случае "собеседники" не обязаны завершать каждое заявление своим именем, именем вызываемого партнера и его адресом, поскольку предполагается, что связь надежна и противоположная сторона получает сообщение без искажений.

В надежной сети с установлением соединения адрес пункта назначения необходим лишь при установлений соединения, а в самих пакетах он не нужен. В такой сети сетевой уровень принимает на себя ответственность за контроль ошибок и управление потоком данных. Кроме того, в его функции входит сборка пакетов.

Сетевой сервис без установления соединения, наоборот, предполагает, что контроль ошибок и управление потоком данных осуществляются на транспортном уровне. Адрес пункта назначения необходимо указывать в каждом пакете, а соблюдение очередности пакетов не гарантируется. Основная идея такого сервиса состоит в том, что важнейшим показателем является скорость передачи, и пользователи должны полагаться на собственные программы контроля ошибок и управления потоком данных, а не на встроенные стандартные средства модели OSI.

Как это всегда бывает, когда члены комитета обсуждают сложный вопрос, был найден компромисс, который не удовлетворил ни одну из сторон. Он состоит в том, что возможности и сервиса с соединением, и сервиса без соединения встроены в оба уровня -- сетевой и транспортный. Конечный пользователь может выбрать соответствующие стандартные значения для управляющих полей этих уровней и использовать тот метод, который ему больше по душе. Недостаток этого компромисса состоит в излишней избыточности, предусмотренной в обоих уровнях, что означает значительное количество дополнительных информационных битов. При передаче информации в таком формате по линиям дальней связи это приводит к дополнительным накладным расходам, поскольку процесс передачи занимает больше времени.

Канальный уровень

Канальный уровень можно сравнить со складом и погрузочно-разгрузочным цехом крупного производственного предприятия. "Обязанность" канального уровня -- брать пакеты, поступающие с сетевого уровня, и готовить их к передаче (отгрузке), укладывая в кадры (коробки) соответствующего размера. В процессе перемещения информации вверх по уровням модели OSI канальный уровень должен принимать информацию в виде потока битов, поступающих с физического уровня, и производить ее обработку. Этот уровень обязан определять, где начинается и где заканчивается передаваемый блок, а также обнаруживать ошибки передачи. Если обнаружена ошибка, канальный уровень должен инициировать соответствующие действия по восстановлению потерянных, искаженных и даже дублированных данных.

Между компьютерными системами может одновременно существовать несколько независимо работающих каналов передачи данных. Канальный уровень обязан обеспечить отсутствие перекрытия этих каналов и предотвратить возможное искажение данных. Канальный уровень инициализирует канал с соответствующим уровнем на компьютере, с которым будет обмениваться данными. Он должен обеспечить синхронизацию обеих машин и использование в них одинаковых схем кодирования и декодирования.

Поскольку управление потоком и контроль ошибок также входят в функции канального уровня, то он отслеживает получаемые кадры и ведет статистические записи. По завершении передачи информации пользователем канальный уровень проверяет, все ли данные приняты правильно, а затем закрывает канал.

Контроль ошибок на канальном уровне. Для выполнения этой функции на канальном уровне применяется метод автоматического запроса повторной передачи (ARQ -- Automatic Repeat Request). В зависимости от типа протокола, который работает на канальном уровне, для контроля ошибок используется одна из трех разновидностей этого метода. ARQ с остановкой и ожиданием -- это метод, при котором компьютер передает кадр информации, а затем ожидает получения кода подтверждения приема (АСК -- acknowledgment), который показывает, что кадр принят правильно. Если выявлена ошибка, то принимающая станция передаст код неподтверждения приема (NAK -- negative acknowledgment), и передающая станция повторяет передачу.

При использовании метода непрерывного ARQ с возвратом на N станция принимает несколько кадров (в зависимости от используемого протокола), а затем отвечает выдачей АСК или NAK с указанием кадра, который содержит ошибку. Если станция передка один за другим семь кадров и в четвертом кадре выявлена ошибка, то передающая станция ответит на NAK повторной передачей кадров с 4-го по 7-й.

Метод непрерывного ARQ с избирательным повторением представляет собой модификацию предыдущего варианта ARQ. Принимающая станция записывает все принимаемые кадры по порядку в специальный буфер, а затем отвечает, что такой-то кадр (скажем, номер 4) содержит ошибку. Сохраняя все остальные кадры в буфере, принимающая станция передает NAK. Передающая станция повторно передает только кадр, содержавший ошибку (т.е. номер 4). Принимающая станция вновь собирает пакеты в нужном порядке (с 1-го по 7-й) и обрабатывает информацию.

Основные протоколы канального уровня. Канальный уровень содержит ряд протоколов, которые разработаны комитетом IEEE 802. Для того чтобы понять, как работает этот уровень -- ключевой в модели OSI, -- нужно иметь некоторое представление о деятельности упомянутого комитета.

Физический уровень

Физический уровень модели OSI -- наименее противоречивый, так как включает международные стандарты на аппаратуру, уже вошедшие в обиход. По сути дела, единственная реальная проблема на этом уровне заключается в том, как ISO собирается учитывать вновь разрабатываемые стандарты на аппаратуру. Методы передачи данных становятся все более и более скоростными, появляются новые интерфейсы с дополнительными функциями контроля ошибок. В связи с этим возникает вопрос: будут ли добавлены к модели OSI новые стандарты или же физический уровень останется без изменений? Суд еще не вынес свой вердикт, поэтому предсказать реакцию ISO сейчас не представляется возможным.

Для физического уровня определен очень подробный список рекомендованных к употреблению соединителей. Здесь упомянуты, к примеру, 25-контактные разъемы для интерфейсов RS-232C, 34-контактные разъемы для широкополосных модемов спецификации V.35 СС1ТТ и 15-контактные разъемы для интерфейсов общедоступных сетей передачи данных, определенных в рекомендациях СС1ТТ Х.20, X.21, Х.22 и т.д. Кроме того, регламентируются допустимые электрические характеристики, в частности RS-232C. RS-449. RS-410 и V.35 СС1ТТ.

Физический уровень может обеспечивать как асинхронную (последовательную) передачу, которая используется для многих персональных компьютеров и в некоторых недорогих ЛВС, так и синхронный режим, который применяется для некоторых мэйнфреймов и мини-компьютеров.

Поскольку подкомитеты ISO и IEEE последние несколько лет работают в тесном контакте, не удивительно, что во многих стандартах на ЛВС используются определения, предложенные на физическом уровне модели OSI. На базе физического уровня различные подкомитеты IEEE разрабатывают подробные описания реального физического оборудования, которое передает сетевую информацию в виде электрических сигналов: требования к применяемым кабельным системам, разъемам и соединителям.

На физическом уровне модели OSI определяются такие важнейшие компоненты сети, как тип коаксиального кабеля для одноканальной передачи при скорости 10 Мбит/с. Сюда включено принятое в стандарте IEEE 802.3 определение более тонкого коаксиального кабеля cheapemet. К физическому уровню будет добавлено и включенное в стандарт IEEE 802.3 определение одноканальной передачи данных по кабелю на витых парах со скоростью 10 Мбит/с.

К средствам, определенным на физическом уровне, также относятся волоконно-оптические кабели и витые пары, применяемые в самых различных ЛВС. В некоторых сетях, например стандарта Token-Ring Network фирмы IBM, используются неэкранированные витые пары, а в сетях других типов -- экранированные. Упомянутым подкомитетом, кроме того, были разработаны спецификации различных типов коаксиальных кабелей для широкополосных ЛВС различных типов.

На физическом уровне модели OSI, кроме того, должна быть определена схема кодирования, которой компьютер пользуется для представления двоичных значений с целью их передачи по каналу связи. В стандарте Ethernet, как и во многих других локальных сетях, используется манчестерское кодирование. В манчестерском кодировании отрицательное напряжение в течение первой половины такта передачи с переходом на положительное напряжение во втором полутакте означает единицу, а положительное напряжение с переходом на отрицательное -- нуль. Таким образом, в каждом такте передачи имеется переход с отрицательного на положительное напряжение или наоборот.

Итак, физический уровень отвечает за тип физической среды, тип передачи, метод кодирования и скорость передачи данных для различных типов локальных сетей. К его функциям, кроме того, относится установление физического соединения между двумя коммуникационными устройствами, формирование сигнала и обеспечение синхронизации этих устройств. Тактовые генераторы обоих устройств должны работать синхронно, иначе передаваемая информация не будет расшифрована и прочитана.

В таблице 4.2. представлено описание четырех нижних уровней модели OSI. Особо следует отметить избыточность, предусмотренную в модели OSI для связи с установлением соединения и связи без установления соединения.

Таблица 4.2

Четыре нижних уровня модели OSI

Транспортный уровень	Определение транспортного сервиса Транспортный протокол с установлением соединения
Сетевой уровень	Сетевой сервис без установления соединения
Канальный уровень	Управление логическим каналом Неквитируемый сервис без установления соединения Квитируемый сервис без установления соединения
Физический уровень	CSMA/CD Коаксиальный кабель для одноканальной передачи Коаксиальный кабель для широкополосной передачи Неэкранированная витая пара (1Мбит/с) 10ВазеТ(10Мбит/с)	Маркерная шина Коаксиальный кабель для широкополосной передачи	Маркерное кольцо Экранированная витая пара Волоконно-оптический кабель

4.2 Топология сетей

Топология - это геометрический способ связи всех узлов между собой. В природе существует три основные топологии - общая шина, кольцо и звезда (Рис. 4.2, Рис. 4.3, Рис. 4.4, Рис. 4.5).

Рис. 4.2. Сеть с топологией "общая шина"



Рис. 4.3. Сеть с топологией "кольцо"

Рисунок 4.4. Сеть с топологией "звезда"

Рис. 4.5. Сеть с топологией "иерархическая звезда"

Сети на коаксиальном кабеле использовали топологию "общая шина", которая критична к отказу кабеля - обрыв в любом месте приводит к отказу всей сети. Кольцевые топологии применялись в сетях IBM Token Ring (известен только один клиент, использовавший такую сеть). Сети Ethernet на витой паре построены на топологии "звезда" (точнее "иерархическая звезда", Рис. 4.5), в которой при отказе одного канала связи сеть продолжает функционировать в усеченном варианте. Иерархическая звезда представляет собой звезду, на концах лучей которой, в свою очередь, могут располагаться "звезды" второго уровня и так далее. Естественно, что при отказе луча, ведущего к серверу, все клиенты, которые соединены с этим сервером, перестанут работать, что будет названо словами "сеть сломалась". В то же время отказ канала связи с сервером менее критичен, чем, скажем, выход из строя центрального элемента звезды, которым является сетевое оборудование (концентратор или коммутатор).

4.3 Распространенные сетевые архитектуры

4.3.1 Ethernet

22 мая 1973 года Роберт Меткалф, сотрудник Научно-исследовательского центра фирмы Xerox в Пало-Альто, написал докладную записку с изложением принципов, которые легли в основу нового типа локальных компьютерных сетей. В данном документе впервые встречается слово ethemet. И тогда же, в 1973-м году, фирма Xerox начала выпуск интерфейсных сетевых плат Ethernet для своих компьютеров Alto PC.

Дальше события развивались следующим образом. Корпорация Intel разработала микросхемы для сетевой аппаратуры, Xerox предоставила программное обеспечение, a Digital Equipment Corporation (DEC) взялась реализовать новую сеть на своих мини-ЭВМ. В сентябре 1980 года эти три фирмы выпустили стандарт на сеть Ethernet, которую сейчас называют Ethemet версии 1. Вторая версия Ethernet увидела свет в ноябре 1982 г. Обе версии используются до сих пор, причем между ними существуют различия и по интерфейсу, и по уровням сигналов (состояние незанятости линии в версии 1 определяется по уровню 0,7 В, а в версии 2 -- по уровню О В). Следует отметить главное: если вам когда-нибудь достанется по наследству старая ЛВС с набором разнородных сетевых интерфейсных плат, помните, что сетевые адаптеры для Ethemet различных версий несовместимы между собой.

Название Ethemet изначально использовалось для сетей, реализованных в соответствии со стандартом версии 1, и лишь впоследствии распространилось на другие его версии. В стандарте версии 1 определены: физическая среда передачи данных (толстый коаксиальный кабель), метод управления доступом (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD -- Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)) и скорость передачи данных (10 мегабит в секунду, или Мбит/с). Кроме того, стандартом версии 1 регламентируется размер (от 72 до 1526 байтов), содержимое Ethernet-пакета и метод кодирования данных (манчестерский код).

Обратите внимание на максимальный размер пакета. Ethernet -- продукт своего времени. Эта сеть была разработана для информационного обмена небольшими пакетами. Она очень хорошо функционирует в среде с постоянным напряженным сетевым трафиком. Но представьте себе парк аттракционов, администрация которого пытается перемещать огромные массы людей с помощью маленьких автобусов-челноков. В результате, стоя в очередях, люди начинают терять терпение, и иногда возникают конфликты.

Поэтому вскоре после появления Ethernet в одном из комитетов Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) началось обсуждение вопроса о разработке международного неофициального стандарта на локальные компьютерные гсти Учитывая особое ."оложеине трех основных создателей Elilemel в сфере промышленного производства, нс следует удивляться тому, что один из разработанных упомянутым комитетом стандартов, а именно IEEE 802.3, настолько близок к Ethernet версии 2, что его часто называют стандартом Ethernet, несмотря на некоторые различия между ними, на которых мы остановимся ниже.

4.3.1.1 Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD)

В стандарте IEEE 802.3 определен практически идентичный Ethemet порядок доступа множества рабочих станций к сети для передачи информации. Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD) устанавливает следующий порядок: если рабочая станция хочет воспользоваться сетью для передачи данных, она сначала должна проверить состояние канала; начинать передачу станция может только в том случае, если канал свободен. В процессе передачи станция продолжает прослушивание сети для обнаружения возможных конфликтов.

Если возникает конфликт вследствие того, что два узла сети пытаются одновременно занять канал, то обнаружившая конфликт интерфейсная плата выдает в сеть специальный сигнал (сигнал "пробки"), и обе станции временно прекращают передачу. Принимающая станция, как правило, отбрасывает частично принятое сообщение, и все рабочие станции в сети, которые хотят передавать данные, в течение некоторого случайно выбранного промежутка времени выжидают, прежде чем начать передачу. Все сетевые интерфейсные платы запрограммированы на разные псевдослучайные промежутки времени. Если конфликт возникнет во время попытки повторной передачи сообщения, этот промежуток времени будет увеличен.

В сетях Ethemet и 802.3 конфликты неизбежны, т.к. возможность их возникновения заложена уже в самом алгоритме работы CSMA/CD. Дело в том, что между моментом, когда рабочая станция проверяет, свободна ли сеть, и моментом начала фактической передачи проходит некоторое время. Вполне возможно, что в течение указанного времени какая-нибудь станция в сети начнет передачу, но сообщение об этом не успеет достичь пункта своего назначения. Поэтому рабочие станции и в сетях IEEE 802.3, и в сетях Ethemet осуществляют широковещательную передачу своих сообщений.

Стандарт типа Ethemet определяет сеть с конкуренцией (contention network), в которой несколько рабочих станций должны конкурировать друг с другом за право доступа к сети. Хотя при такой архитектуре конфликты неизбежны, ее разработчики полагают, что благодаря скорости передачи 10 Мбит/с даже при повторных конфликтах пользователи не почувствуют уменьшения скорости. Если же число конфликтов в сети становится настолько большим, что это сказывается на ее работе, данной проблемой должен заняться администратор сети.

IEEE 802.3

Преамбула	Адрес получателя	Адрес отправителя	Длина	Данные	Поле контрольной суммы

Ethernet

Преамбула	Адрес получателя	Адрес отправителя	Тип протокола	Данные	Поле контрольной суммы

Рис.4.6. Форматы кадров Ethemet и IEEE 802.3

4.3.1.2 Форматы кадров в IEEE 802.3 и Ethernet

Формат кадра 802.3 представлен на рис. 4.6. Преамбула состоит из 56 битов. Это последовательность чередующихся единиц и нулей, предназначенная для синхронизации приемного тракта. Начальный разделитель кадра (10101011) обозначает начало информационной части кадра. Адрес получателя и адрес отправителя берутся из кадра LLC-уровня, в поле длины кадра указывается число октетов (байтов) кадра, содержащегося в поле данных (от 46 до 1500 октетов). Если число октетов данных меньше минимального значения, то поле данных дополняется необходимым числом октетов, образующих так называемое поле заполнения. И, наконец, завершает кадр поле контрольной суммы, содержащее информацию, необходимую для контроля ошибок.