Гост 17703-72 аппараты электрические коммутационные. основные понятия. термины и определения (с изменением n 1)

Разновидности рубильников

Коммутационные аппараты, которые относятся к типу рубильников, в свою очередь, делятся на подгруппы. Выделяют разъединитель, переключатель и короткозамыкатель. В первом случае прибор прерывает подачу электричества в цепь, которая имеет незначительную силу тока. Этот тип приборов применяется для осуществления осмотра или ремонта системы. Разъединитель имеет расстояние между контактами для изоляции.

Переключатели переводит электрический ток из одной цепи в другую. Короткозамыкатель не производится и не применяется в современной аппаратуре. Он создает короткое замыкание.

В продаже представлены аппараты, совмещающие представленные функции. Например, это может быть разъединитель-выключатель. Это рубильник с камерой для гашения дуги. Он может работать как на одно, так и на два направления. Если же в таком рубильнике нет камеры для гашения дуги, этот прибор относится к группе разъединителей.

Доступ к среде

Чтобы избежать коллизий и информация передавались успешно в сетях, где применяется разделяемая среда необходимо использовать, какой-то метод управления доступом к среде. Этот метод должен сделать так, чтобы в одно и то же время данные по разделяемой среде передавал только один компьютер. 

В классическом Ethernet используется метод доступа к разделяемой среде CSMA/CD. Сокращение от английского Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection. По-русски множественный доступ с прослушиванием несущей частоты и обнаружением коллизий. 

Множественный доступ означает, что у нас есть какая-то разделяемая среда, которую используют несколько компьютеров. 

Прослушивание несущей частоты

Для того, чтобы избежать коллизий, ПК передают информацию только тогда, когда среда свободна. И прослушивание это и есть способ определить свободна среда в данный момент времени или сейчас, какой-то другой ПК передает данные, через разделяемую среду. 

Несущая частота это основная гармоника сигнала, применяемая для передачи информации на физическом уровне. 

Например, в Ethernet при манчестерском кодировании происходит смена сигнала в середине каждого такта. Также дополнительно может происходить смена сигнала в конце каждого такта. Поэтому, все компьютеры смотрят изменяется ли сигнал с заданной частотой. И если сигнал изменяется, то значит, какой-то другой компьютер передает данные, поэтому сейчас передавать данные нельзя. Если же в сети нет несущей частоты, то можно передавать данные не опасаясь, что помешаешь какому-то другому устройству. Также возможен вариант, когда в сети есть какой-то сигнал. но в нем нет явно выраженной несущей частоты. Это говорит о том, что это не сигнал передачи данных, а просто помехи.  

Обнаружение коллизий

Если два компьютера начали передавать данные одновременно, то происходит коллизия. Как в Ethernet компьютера обнаруживают коллизию? Для этого они передают и принимают данные одновременно и сравнивают эти данные между собой. Если тот сигнал, который компьютер передает в сеть отличается от того, который он принимает, это значит произошла коллизия. Входной сигнал меняется из-за того, что какой-то другой компьютер передает свой сигнал в сеть. 

В Ethernet если компьютер обнаружил коллизию, он останавливает передачу и передает в сеть Jam последовательность. Это сигнал, который существенным образом искажает все данные, которые передаются по сети, усиливает коллизию, чтобы все компьютеры, которые подключены к разделяемой среде, гарантированно поняли, что коллизия произошла и остановили передачу. 

4.1. Структура системы коммутации

Система коммутации – комплекс оборудования, предназначенный для приема и распределения поступающей информации по направлениям связи.

Таблица 4.1 – Классификация коммутационных систем

Для выполнения своих функций коммутационная система должна иметь в своем составе следующие виды оборудования (рисунок 4.1):

1)     Блоки абонентских линий (БАЛ) осуществляют подключение абонентских линий (АЛ) к системе.

2)     Блоки соединительных линий (БСЛ), к которым через КСЛ (комплекты соединительных линий) происходит подключение соединительных линий (СЛ) для связи с другими коммутационными системами.

3) Коммутационное поле (КП)  осуществляет коммутацию входящих линий с исходящими. Коммутационное поле может быть построено на основе пространственного разделения каналов и тогда в качестве коммутационных элементов используются многократные координатные соединители (МКС), герконовые реле, ферриды. Коммутационное поле с временным разделением каналов строится на основе применения импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) и использует в качестве элементов полупроводниковые запоминающие устройства и логические интегральные микросхемы.

4) Система управления (СУ) – выполняет все логические функции по управлению процессами установления соединений.

5) Генераторное оборудование – осуществляет формирование акустических сигналов.

Рисунок 4.1 – Обобщенная структура коммутационной системы

Режимы коммутации

См. также: коммутация

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.
2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (первые 64 байта кадра анализируются на наличие ошибки и при её отсутствии кадр обрабатывается в сквозном режиме).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Коммутация пакетов

Важнейшим принципом функционирования сетей с

коммутацией пакетов

является представление информации, передаваемой по сети, в виде структурно отделенных друг от друга порций данных, называемых

пакетами

. Каждый пакет снабжен

заголовком

, в котором содержится адрес назначения и другая вспомогательная информация (длина поля данных, контрольная сумма и др.), используемая для доставки пакета адресату.

Наличие адреса в каждом пакете является одной из важнейших особенностей техники коммутации пакетов, так как каждый пакет может быть обработан коммутатором независимо от других пакетов, составляющих сетевой трафик. Помимо заголовка у пакета может иметься еще одно дополнительное поле, размещаемое в конце пакета и поэтому называемое

концевиком.

В концевике обычно помещается контрольная сумма, которая позволяет проверить, была ли искажена информация при передаче через сеть или нет.

Разбиение данных на пакеты

Разбиение данных на пакеты проходит в несколько этапов. Узел отправитель формирует цепочку передаваемых данных, которая разбивается на равные части. После чего происходит образование пакетов путем добавления заголовочной служебной информации. И последним этапом происходит сборка пакетов в исходное сообщение в узле назначения.

Разбиение данных на пакеты

Передача данных по сети в виде пакетов

Передача пакетов по сети

Как и в сетях с коммутацией каналов, в сетях с коммутацией пакетов для каждого из потоков вручную или автоматически определяется маршрут, фиксируемый в хранящихся на коммутаторах таблицах коммутации. Пакеты, попадая на коммутатор, обрабатываются и направляются по тому или иному маршруту

Неопределенность и асинхронность перемещения данных в сетях с коммутацией пакетов предъявляет особые требования к работе коммутаторов в таких сетях.

Главное отличие

пакетных коммутаторов

от

коммутаторов в сетях с коммутацией каналов

состоит в том, что они имеют внутреннюю

буферную память

для временного хранения пакетов. Коммутатору нужны буферы для согласования скоростей передачи данных в линиях связи, подключенных к его интерфейсам, а  также для согласования скорости поступления пакетов со скоростью их коммутации.

Методы продвижения пакетов

Пакетный коммутатор может работать на основании одного из трех методов продвижения пакетов:

• дейтаграммная передача;
• передача с установлением логического соединения;
• передача с установлением виртуального канала.

Дейтаграммная передача

Дейтаграммный способ

передачи данных основан на независимом продвижении пакетов друг относительно друга. Процедура обработки пакета определяется только значениями параметров, которые он несет в себе, и текущим состоянием сети . И  каждый отдельный пакет рассматривается сетью как совершенно независимая единица передачи — дейтаграмма.

Иллюстрация дейтаграммного принципа передачи пакетов

Передача с установлением логического соединения

Передача с установлением логического соединения

Процедура согласования двумя конечными узлами сети некоторых параметров процесса обмена пакетами называется установлением логического соединения. Параметры, о которых договариваются два взаимодействующих узла, называются параметрами логического соединения.

Виртуальный канал

Виртуальный канал

Единственный заранее проложенный фиксированный маршрут, соединяющий конечные узлы в сети с коммутацией пакетов, называют

виртуальным каналом

(virtual circuit или virtual channel). Виртуальные каналы прокладываются для устойчивых информационных потоков. С целью выделения потока данных из общего трафика каждый пакет этого потока помечается специальным видом признака — меткой. Так же как в сетях с установлением логических соединений, прокладка виртуального канала начинается с отправки из узла-источника специального пакета — запроса на установление соединения.

Таблица коммутации в сетях, использующих виртуальные каналы, отличается от таблицы коммутации в дейтаграммных сетях. Она содержит записи только о проходящих через коммутатор виртуальных каналах, а не обо всех возможных адресах назначения, как это имеет место в сетях с дейтаграммным алгоритмом продвижения

Принцип работы Router’а (маршрутизатора)

Маршрутиза́тор или роутер, рутер (от англ. router), — сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети.

Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т.д.

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты и некоторый вес записи — метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация. Например:

192.168.64.0/16 [110/49] via 192.168.1.2, 00:34:34, FastEthernet0/0.1
где 192.168.64.0/16 — сеть назначения,
   110/- административное расстояние 
   /49 — метрика маршрута,
   192.168.1.2 — адрес следующего маршрутизатора, которому следует
                 передавать пакеты для сети 192.168.64.0/16,
   00:34:34 — время, в течение которого был известен этот маршрут,
   FastEthernet0/0.1 — интерфейс маршрутизатора, через который можно
                 достичь «соседа» 192.168.1.2.

Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

• статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.
• динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP, и др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.

Зачастую для построения таблиц маршрутизации используют теорию графов.

Возможности и разновидности коммутаторов

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые).

Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например «Layer 3 Switch» или сокращенно «L3 Switch».
Управление коммутатором может осуществляться посредством Web-интерфейса, интерфейса командной строки (CLI), протокола SNMP, RMON и т. п.

Многие управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Многие коммутаторы уровня доступа обладают такими расширенными возможностями, как сегментация трафика между портами, контроль трафика на предмет штормов, обнаружение петель, ограничение количества изучаемых mac-адресов, ограничение входящей/исходящей скорости на портах, функции списков доступа и т. п.

Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство — стек — с целью увеличения числа портов. Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами (если для стекирования используются специальные порты).

Ссылки по теме

• Иофьев Б.И. Автоматическое аварийное управление мощностью энергосистем
  / Нормативный документ от 6 декабря 2019 г. в 16:50
• ГОСТ Р 56969-2016
  / Нормативный документ от 25 июня 2019 г. в 09:14
• Методика испытаний вторичных цепей измерительных трансформаторов тока
  / Нормативный документ от 23 января 2014 г. в 15:43
• Интеллектуальные сети Smart Grid. Автоматизация подстанции в соответствии с МЭК 61850
  / Публикация от 11 июля 2014 г. в 11:37
• Бургсдорф В.В. Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок
  / Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 09:56
• Ромаш Э.М. Драбович Ю.И. Юрченко Н.Н. Шевченко П.Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи
  / Нормативный документ от 27 февраля 2020 г. в 10:47
• Архипов В.Н. Справочник по наладке контрольно-измерительных приборов и систем возбуждения на электростанциях и подстанциях
  / Нормативный документ от 27 ноября 2019 г. в 10:30

Коммутаторы

Коммутация по праву считается одной из самых популярных современных технологий. Коммутаторы по всему фронту теснят мосты и маршрутизаторы, оставляя за последними только организацию связи через глобальную сеть. Популярность коммутаторов обусловлена прежде всего тем, что они позволяют за счет сегментации повысить производительность сети. Помимо разделения сети на мелкие сегменты, коммутаторы дают возможность создавать логические сети и легко перегруппировывать устройства в них. Иными словами, коммутаторы позволяют создавать виртуальные сети.

В 1994 году компания IDC дала своё определение коммутатора локальных сетей: коммутатор — это устройство, конструктивно выполненное в виде сетевого концентратора и действующее как высокоскоростной многопортовый мост; встроенный механизм коммутации позволяет осуществить сегментирование локальной сети, а также выделить полосу пропускания конечным станциям в сети.

Впервые коммутаторы появились в конце 1980-х годов. Первые коммутаторы использовались для перераспределения пропускной способности и, соответственно, повышения производительности сети. Можно сказать, что коммутаторы первоначально применялись исключительно для сегментации сети. В наше время произошла переориентация, и теперь в большинстве случаев коммутаторы используются для прямого подключения к конечным станциям.

Широкое применение коммутаторов значительно повысило эффективность использования сети за счет равномерного распределения полосы пропускания между пользователями и приложениями. Несмотря на то, что первоначальная стоимость была довольно высока, тем не менее они были значительно дешевле и проще в настройке и использовании, чем маршрутизаторы. Широкое распространение коммутаторов на уровне рабочих групп можно объяснить тем, что коммутаторы позволяют повысить отдачу от уже существующей сети. При этом для повышения производительности всей сети не нужно менять существующую кабельную систему и оборудование конечных пользователей.

Общий термин коммутация применяется для четырёх различных технологий:

• конфигурационная коммутация,
• коммутация кадров,
• коммутация ячеек,
• преобразование между кадрами и ячейками.

В основе конфигурационной коммутации лежит нахождение соответствия между конкретным портом коммутатора и определенным сегментом сети. Это соответствие может программно настраиваться при подключении или перемещении пользователей в сети.

При коммутации кадров используются кадры сетей Ethernet, Token Ring и т. д. Кадр при поступлении в сеть обрабатывается первым коммутатором на его пути. Под термином обработка понимается вся совокупность действий, производимых коммутатором для определения своего выходного порта, на который необходимо направить данный кадр. После обработки он передается далее по сети следующему коммутатору или непосредственно получателю.

В технологии АТМ также применяется коммутация, но в ней единицы коммутации носят название ячеек. Преобразование между кадрами и ячейками позволяет станциям в сети Ethernet, Token Ring и т. д. непосредственно взаимодействовать с устройствами АТМ. Эта технология применяется при эмуляции локальной сети.

Коммутаторы делятся на четыре категории:

1. Простые автономные коммутаторы сетей рабочих групп позволяют некоторым сетевым устройствам или сегментам обмениваться информацией с максимальной для данной кабельной системы скоростью. Они могут выполнять роль мостов для связи с другими сетевыми сегментами, но не транслируют протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность с отдельными выделенными устройствами, такими как серверы.
2. Коммутаторы рабочих групп второй категории обеспечивают высокоскоростную связь одного или нескольких портов с сервером или базовой станцией.
3. Коммутаторы сети отдела предприятия, которые часто используются для взаимодействия сетей рабочих групп. Они представляют более широкие возможности администрирования и повышения производительности сети. Такие устройства поддерживают древовидную архитектуру связей, которая используется для передачи информации по резервным каналам и фильтрации пакетов. Физически такие коммутаторы поддерживают резервные источники питания и позволяют оперативно менять модули.
4. Коммутаторы сети масштаба предприятия, выполняющие диспетчеризацию трафика, определяя наиболее эффективный маршрут. Они могут поддерживать большое количество логических соединений сети. Многие производители корпоративных коммутаторов предлагают в составе своих изделий модули АТМ. Эти коммутаторы осуществляют трансляцию протоколов Ethernet в протоколы АТМ.