СЕТЕВЫЕ РЕШЕНИЯ ФИРМЫ HIRSCHMANN
Западногерманская фирма Hirschmann всегда стремилась к применению новейших технологий в сет вом оборудовании. Так, в 1984 году, почти за 10 лет до появления соответ ствующего стандарта, в университете Штутгарта она впервые создала локальную сеть Ethernet на базе оптоволокна.
В 1990 году фирма представила Ethernet с кольцевой топологией, защищенной от отказа узла или обрыва линии. На сегодняшний день Hirschmann выпускает полную гамму обору дования для создания локальных и глобальных сетей сколь угодно сложной структуры, прежде всего для эксплуатации в тяжелых промышленных условиях.
Несмотря на то что стандарт Ethernet одинаков как для офисных, так и для промышленных сетей, требования к каналообразующей аппаратуре в обоих случаях существенно разнятся.
Промышленные условия предъявляют значительно более жесткие требования к надежности, диапазону рабочих температур, устойчивости к электромагнитным помехам, вибрационным и иным видам нагрузок. Серия оборудования Rail изначально разрабатывалась фирмой Hirschmann для применения в сфере прмышленной автоматизации и соответствующие требования были учтены еще на этапе проектирования.
Обеспечение отказоустойчивости сетевых комплексов достигается целой гаммой патентованных решений. Уникальная концепция построения отказоустойчивого кольца (HIPER
Ring) позволяет не только противостоять отдельным отказам оборудования и линий связи, но и проводить регламентные работы или работы по реконфигурации сети, не останавливая обмена
данными в системе. Одним из наиеболее примечательных свойств этого решения является чрезвычайно малое время восстановления после отказа, оно составляет менее секунды.
В зависимости от степени важности задачи, решаемой на базе сетевого оборудования серии Rail, разработчик может задействовать различные заложенные механизмы обеспечения надежности и безотказности.
Например, при наличии у контроллера дублированного сетевого интерфейса любой из соот ветствующих портов может быть подключен к оптическому кольцу, или же для достижения более высокого уровня дублирования может быть добавлено второе оптическое кольцо. Применение коммутаторов позволяет создавать полностью детерминированные сети.В номенклатуру каналообразующей аппаратуры фирмы Hirschmann входят повторители, концентраторы и коммутаторы серии Rail. Кроме того, постав ляются блоки питания двух типов мощностью 60 и 120 Вт, выполненные в едином со всем оборудованием данной серии конструктивном стиле.
Повторители
Повторитель предназначен для соединения раз нородных сегментов сети Ethernet и преодоления проблем, связанных с ограничениями длины сегмента кабеля. Повторители представляют собой устройства с двумя портами.
Применение повторителей позволяет удлинять сегмент Ethernet до 3000 метров, а RT2 – до 20 км! Пример топологии сети Ethernet, построенной с использованием повторителей серии RT, показан на рис. 4.
Ethernet, восстанавливающиеся при единичном отказе за считанные доли секунды. Функция контроля дублирования отдельных устройств может быть активизирована на любом включенном в сеть коммутаторе с помощью DIP переключателей..
Концентраторы
Концентратор – это многопортовый повторитель сетевого интерфейса с равноправными портами. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая бо лее сложные топологии. Их основное назначение — объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети.
Пример топологии сети Ethernet, построенной с использованием концентратора RH1 TP, показан на рис.
5.Не менее важным средством обеспечения надежности функционирования сети является так называемая процедура Jabber control, часто именуемая сетевыми администраторами «контролем болтливости». При возникновении не исправностей в сетевой интерфейсной карте может возникнуть ситуация, когда в сеть будет непрерывно выдаваться последовательность случайных сигналов. Такого рода неисправность может значительно снизить пропускную способность сети или даже блокировать нормальную работу значительного ее участка, что неприемлемо для ответственных приложений. Для предотвращения подобных ситуаций в устройствах серии Rail реализована схема, которая проверяет количество битов, переданных в пакете. Если максимальная длина пакета регулярно превышается, то узел автоматически отключается от сети.
Более широкие возможности обеспечивает применение концентратора RH1 TP/FL этой же серии, который позволяет гибко и эффективно строить разветвленные сетевые структуры, используя кабельные системы как на базе витой пары, так и оптоволокна. Каждый такой концентратор имеет три входа для кабеля типа витая пара и два входа для дуплексного оптического кабеля с разъё мом BFOC. Порты для витой пары используются, как правило, для подключения терминального оборудования, а оптические интерфейсы применяются в основном для построения магистрали, охватывающей большую террито рию. Впрочем, возможна и иная топология. Например, в том случае, когда терминальное оборудование находится в техноло гических зонах с высоким уровнем электромагни ных помех, магистраль может строиться на основе витой пары, а терминальное оборудование подключаться посредством оптоволокна, нечувствительного к внешним воздействиям такого рода. В обоих случаях в магистраль может быть включено не более 11 концентраторов.
Важнейшей особенностью данных устройств является возможность формирования отказоустойчивой кольцевой топологии HIPER Ring. Построение такой топологии возможно на базе оптоволоконных линий с использованием концентраторов RH1 TP/FL.
Для этого, во первых, необходимо физически замкнуть существующую линейную топологию (рис. 6), соединив свободные оптические порты крайних устройств, а во вторых, нужно установить один из включенных в кольцо концентраторов в состояние «следящего» за основной линией связи, для чего соответствующий DIP переключатель устанавливается в поло жение «redundant» («за пасной»). Отказ любого узла построенной кольцевой топологии HIPER Ring или обрыв линии связи будет обнаружен «следящим» концентратором в течение 20 миллисекунд, после чего подключается запасной сегмент и про исходит полное восстановление функциональности сети по запасному пути. Cемейство Rail концентраторов так же включает устройство RH1 CX+, ориентированное на сетевые структу ры с более широким набором приме няемых кабельных систем. Эта модель имеет два порта для подключения витой пары (соединитель RJ 45), один порт — оптоволоконный (соединитель BFOC) и ещё один порт, соответствую щий спецификации 10Base 2 для «тоного» коаксиального кабеля (соединитель BNC).
Рис. 6. Пример реализации отказоустойчивой кольцевой топологии HIPER Ring с использованием концентраторов RH1 TP/FL
Коммутаторы
Коммутаторы являются более интеллектуальными, чем концентраторы, устройствами. Коммутатор Ethernet поддерживает внутреннюю таблицу соответствия портов адресам подключенных к ним сетевых узлов. Эту таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать режим её автоматичес кого формирования встроенными средствами устрой ства. Используя таблицу адресов и содержащийся в передаваемом пакете адрес получателя, коммутатор направляет полученный пакет только в тот порт, где нахо дится адресат. Исключение делается только в случае широковещательных рассылок или при передаче пакетов с неизвестным адресом полу чателя, которые рассылаются по всем подключенным соединениям. На основе описанной процедуры коммутатор фактически выполняет важнейшую функцию сегментирования сети Ethernet, что в конечном счёте значительно расширяет её суммарную пропускную способность.
В современных коммутаторах передача данных между любыми парами портов происходит независимо и, следова тельно, для каждого виртуального со единения выделяется вся полоса кана ла. Скорость соединения определяется автоматически и не требует вмешатель ства обслуживающего персонала.Коммутаторы RS1 и RS2 фирмы Hirschmann (рис. 7) поддерживают Ethernet со скоростью передачи данных 10 и 100 Мбит/с.
Рис. 8. Кольцевая топология с использованием коммутаторов
Основные варианты топологических структур, создаваемых с помощью коммутаторов таковы:
● магистраль,
● отказоустойчивое кольцо,
● отказоустойчивое объединение отдельных сегментов.
Магистральная топология сети с коммутаторами принципиально не отличается от рассмотренных ранее структур. В зависимости от модели магистраль может строиться либо на основе витой пары (100 Мбит/с), либо оптоволокна. Так как применение ком мутаторов снимает проблему колли зий, то снимаются и ограничения на количество объединяемых устройств. которые проходит информационный пакет, растет и время его доставки до конечного адреса. Разработчики систем реального времени должны учиты вать это обстоятельство.
Следует однако иметь в виду, что с ростом числа промежуточных узлов, через которые проходит информационный пакет, растет и время его доставки до конечного адреса. Разработчики систем реального времени должны учитывать это обстоятельство.
Другое ограничение на размер сети связано с требованиями, накладываемыми дополнительно применяемыми функциями, например алгоритмом обеспечения отказоустойчивости. Так, соответствующая кольцевая структура на базе устройств RS2 (рис. 8) может состоять не более чем из 50 узлов, что обеспечивает автоматическое восстановление обмена при единичном от казе за время 500 миллисекунд. Наряду с применением коммутаторов для построения сетей с магистральной или кольцевой структурой существует третий типовой вариант их использования, который предполагает создание резервированных путей обмена информационными пакетами между отдельными сегментами Ethernet (рис.
9).
При этом одно устройство RS2 объявляется ведущим, и первоначально все пакеты идут по его линии. Соединение, относящееся к ведомому устройству, находится в состоянии ожидания. Обмен данными между коммутаторами о состоянии линий связи осуществляется по контрольной линии, соединяющей порты stand by. Максимальная длина контрольной линии определяется суммарным сопротивлением кабеля, которое не должно превышать 10 Ом. В случае отказа основной линии авто матически (не бо лее чем за 0,5 с) включается запасной канал. При восстановлении работоспособнос ти основной линии информационный поток немедленно пойдет по ней. С помощью этого механизма можно организовать сетевую структуру «двойное кольцо».
Нетрудно видеть, что описанные топологии могут комбинироваться в зависимости от требований к сетевой структуре. Гибкость и универсальность устройств серии Rail позволяют сетевым администраторам создавать экономичные, надежные и высокопроизводительные системы.