Курс лекций по дисциплине «Использование ВЕБ технологий в системах автоматизации» (стр. 2 )

Сети  Ethzernet  1.1 Ethernet ([ˈiːиərˌnɛt]— семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей. Работу сетей регламентирует набор стандартов «модель» сетевого взаимодействия (OSI). В частности стандарты Ethernet определяют: 1. проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне,  2. формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI.  В настоящее время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), обеспечивающим то, что кадры, отправляемые одним узлом, доходят лишь до адресата— это повышает скорость работы и безопасность сети. В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем стали использовать витую пару и оптический кабель. Витая пара обеспечивает подключение «звезда». Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей. В зависимости от скорости передачи данных, и передающей среды существует несколько вариантов технологии.  Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех вариантах. 

Хаб (англ. hub) — в общем смысле, узел какой-то сети. В хабе имеется определенное количество разъемов (портов), к которым подключаются все ПК сети. Обычно для этого используется витая пара, обжатая определенным образом.  Свитч – от английского «switch» (переключатель), сетевой коммутатор. Как и хаб, свитч предназначен для объединения множества компьютеров в одну локальную сеть. Хотя свитч очень похож на концентратор Хаб, он принципиально отличается от него способом передачи данных между компьютерами. Получив пакет от компьютера, сетевой коммутатор не передает его без разбору всем остальным ПК в сети, а направляет по адресу – тому компьютеру, с которым необходимо установить контакт. Ответ от ПК свитч также транслирует отправителю, т. е. ПК1. Для работы внутри сети при подключении к свичу у каждого компьютера должна быть правильно настроена пара адреса и маски подсети.  Роутер – «router», маршрутизатор, который умеет передавать данные между различными сетями, например сетью вашего интернет провайдера и вашей домашней сетью. Роутер является связующим звеном между различными сетями и передает данные, основываясь на маршруте, указанном в его таблице маршрутизации. Эти таблицы позволяют роутеру определить, куда следует направлять пакеты. Wi-Fi роутер впишется в вашу домашнюю сеть, если у вас кабельный интернет. При этом кабель от интернета подключается к роутеру, а домашние компьютеры смогут получать интернет уже по Wi-Fi. 

Контрольные вопросы.

1. Что такое распределённые объекты управления.

2. Какие два направления можно выделить в Веб технологиях, применяемых  в автоматизированных системах.

3. Какие задачи решают сайты встроенного интернета.

4. Какие преимущества систем с использованием внешних баз данных.

5. Какие задачи решаются на физическом уровне  сети Ethernet.

6. Какие задачи решаются на канальном  уровне  сети Ethernet.

7. Для чего используется Хаб.

8. Для чего используется Свитч.

9. Для чего используется router.

Резюме. Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)  используют Веб технологии  для  распределённых технологических объектов. Основные направления использования:  А)Передача информации на динамические сайты с обработкой во внешние базах данных.  В) Использование встроенного Интернета. Физической  основой интернета являются сети Ethernet, «железо» которого рассмотрено в лекции. Рассмотрена общая структура  систем  автоматизированного управления с использованием ВЕБ интерфейсов.  Представлена первоначальная информация о сетях Ethernet и аппаратуре физического и канального  уровней.

Лекция 2  Формат кадра. Аннотация. Уровни сетевого взаиможействия OSI. Стандарт OSI. Характеристика семи уровней. Первый и второй  уровень сети Ethernet, аппаратура,  функций и данные уровней.  Взаимодействие интерфейсов при приеме и передаче информации  на канальном, сетевом, транспортном уровнях. Протоколы и функции этих уровней.

2. При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении.

В формате кадра Ethernet, в заголовке мы видим два  MAC-адреса сетевых устройств а шестнадцатеричной форме (Нех или 0хFF).  Один – адрес получателя, другой –адрес отправителя. Предполагается,  что администратору не придётся настраивать MAC-адрес. Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон из шестнадцати миллионов (224) адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя.  MAC-адрес считывается один раз из ПЗУ при инициализации сетевой карты, в дальнейшем все кадры генерируются операционной системой.  Все современные операционные системы позволяют поменять его.

2.1 Уровни  сетевого взаимодействия OSI.  В процессе обмена сообщениями участвуют как минимум две стороны(компьютера), для которых необходимо обеспечить согласованную работу двух аппаратных и программных средств. Каждый из уровней должен поддерживать интерфейс с выше - и нижележащими уровнями системы и взаимодействие с програмной средой  на своём уровне иерархии.  Что такое интефейс?  Интерфейс содержит три составляющих. Первая  зто  протокол, описывающий работу уровня. Вторая составляющая –аппаратная часть. Третья – программная часть.  В рамках модели OSI (Open System Interconnection)эти  средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. В распоряжение программистов предоставляется прикладной программный интерфейс, позволяющий обращаться с запросами к программами  верхнего уровня - уровню приложений.

Результат работы по стандартизации интерфейсов воплощается в документах RFC - документы из серии пронумерованных информационных документов Интернета, содержащих технические спецификации и Стандарты.

Модель работы OSI представлена ниже. Пусть приложение узла А хочет взаимодействовать с приложением узла В. Для этого приложение А обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата и присоединяет к пакету данных как заголовок.  После формирования такого  сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку на уровень представления. Протокол уровня представления на основании информации, полученной из заголовка сообщения прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию — заголовок уровня представления, в котором содержатся указания по протоколу уровня представления адресата.  Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который, в свою очередь, добавляет свой заголовок и т. д.  (Некоторые реализации протоколов помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце в виде так называемого концевика). Наконец, сообщение достигает нижнего, физического, уровня, который и передает его по линиям связи машине-адресату.  К этому моменту сообщение «обрастает» заголовками всех уровней. Физический уровень помещает полученное сообщение  на физический интерфейс компьютера 1, и оно начинает свое «путешествие» по сети вверх, к прикладному уровню.  Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня отправителя, выполняет соответствующие функции, а затем удаляет  заголовок отправителя  своего уровня и передает сообщение вышележащему уровню. Как видно из описания, протокольные содержания одного уровня не общаются между собой непосредственно, в этом общении всегда участвуют посредники — средства протоколов нижележащих уровней, организующие и обрабатывающие  заголовки.  Только физические уровни различных узлов взаимодействуют непосредственно. Остальные уровни понимают противоположную сторону по заголовкам.

 

Уровень (layer)	Тип данных  (PDU)	Функции	Примеры
Host layers	7. Прикладной (application)	Доступ к сетевым службам  SCADA, OPC, другим	HTTP, FTP, SMTP
6. Представительский (presentation)	Представление и шифрование  данных, ОРС (часть)	ASCII, EBCDIC, JPEG
5. Сеансовый (session)	Управление сеансом связи и синхронизация	RPC, PAP Коммутаторы и телефоны
4. Транспортный (transport)	Сегменты (segment)/ Дейтаграммы (datagram)	Прямая связь между конечными пунктами и удержание её.	TCP, UDP, SCTP
Media layers	3. Сетевой (network)	Пакеты (packet)	Определение маршрута и логические адреса. Маршрутизатор	IPv4, IPv6, IPsec, AppleTalk
2. Канальный (data link)	Биты (bit)/ Кадры (frame)	Физическая адресация (создание адресов). Сетевая карта	PPP, Ethernet, DSL, L2TP, ARP
1. Физический (physical)	Биты (bit)	Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными.  Провода.

Контрольные вопросы  1. Какую роль играют протоколы в модели OSI.  2. Перечислите 7 уровней модели OSI в порядке взаимодействия при работе пользователя.  3. Как движется пакет информации по уровням и что происходит с пакетом на каждом уровне у отправителя и получателя.  4. Какая роль отводится канальному, сетевому и транспортному уровням по модели OSI.  5. Назовите важнейшие протоколы для канального, сетевого и транспортного уровней.  6. Как проверяется достоверность информации и чем отличается работа по протоколам IP и  UDP.