- 1 - Ipari kommunikációs rendszerek

6. tétel

Az ipari kommunikációs rendszerekben használt hálózati topológiák: csillag, gyűrű, busz, fa. Hálózatok összekapcsolásának elemei: ismétlő, híd, átjáró,

útválasztó, hub, switch. Az átviteli közeghez (kábelhez) való hozzáférést számos módszer vezérli. A hozzáférés-vezérlési módszer magában foglalja az alkalmazott hálózati topológiát. A hálózati topológia az eszközök fizikai elrendezésére és azok kábeles elrendezésére vonatkozik. A LAN-ok topológiái: busz, fa és gyűrű. a) csillag topológia

A csillag topológia lelke egy központi vezérlő, amely mindegyik csomóponttal közvetlen összeköttetésben áll. Minden átvitel az egyik állomástól a másik állomás felé áthalad a központi vezérlőn. A központi vezérlő szerepét rendszerint számítógép látja el, és felelős a kommunikációért vezérléséért. A központi vezérlő hozza létre a kapcsolatot két csomópont között, majd ezt követően a két állomás között úgy közlekedhetnek az adatok, mintha közvetlenül kapcsolódtak volna egymáshoz.

Csillag topológiájú hálózat

Résztvevõk(nodes)

A csillag topológia előnye, hogy a központi vezérlő által lebonyolított kommunikáció viszonylag egyszerű. Hátránya, hogy a központi vezérlő kiesése esetén a rendszer lebénul, a kábelezési költség viszonylag magas és a központi számítógép terhelése nagy.

b) busz topológia A busz topológia esetén valamennyi állomás egy közös kommunikációs csatornához kapcsolódik. A csatornán a jelek üzenetek formájában haladnak. Minden áthaladó üzenetet minden állomás vesz. Az állomásoknak az üzenethez tartozó cím alapján kell eldönteniük, hogy az üzenetet elfogadják és feldolgozzák, vagy elvetik.

busz

PLC-k,számítógépek,stb.

Busz topológiájú hálózat

- 2 - Ipari kommunikációs rendszerek

6. tétel

A buszon bármelyik állomás kommunikálhat bármelyik másikkal. Egyidejűleg csak egy állomás végezhet adást, ezért buszhozzáférést szabályozó eljárásra van szükség, amely szabályozza a busz forgalmát. A topológia logikai és nem topográfiai kategória.

c) fa topológia

A fa topológiájú hálózat a busz topológiából származtatható.

Fa topológia Az adatforgalom irányított: az adatok rendszerint a fejállomás felé haladnak és innen kerülnek vissza a résztvevő állomásokra. A szélessávú hálózatokat többnyire fa topológiában alakítják ki, ahol az adó- és a vételi csatornát elválasztják külön vezeték vagy frekvencia formájában. A fa topológia tipikus alkalmazási területe a lokális hálózatok terén az épületinstallációs hálózatok (EIB).

d) Gyűrű- (ring-) topológia

Gyűrű topológiájú hálózat

RésztvevőkPLC-k, számítógépek, stb.

Ebben a rendszerben egy gyűrűvé záródó átviteli közeggel kapcsolódnak össze az állomások. A gyűrűn végigvonuló jelek üzenet formájúak. Az üzeneteket minden állomás egymás után veszi. A busz topológiához hasonlóan az egyes állomások az üzenetek címei alapján döntik el, melyik üzenetet kell fogadniuk és feldolgozniuk. Gyűrű struktúránál tehát minden állomás része az átviteli útnak. Az üzenetek egyszer mennek körbe a gyűrűn, állomásról állomásra. Mindegyik állomás megvizsgálja, hogy neki szólnak-e az üzenet adatai. Ha igen, akkor beolvassa saját adattárába. A busz topológiával ellentétben, miután az üzenet vétele megtörtént, mindegyik állomás ismétlő egységként működik, felfrissítve az eredeti jel erősségét. Az újabb résztvevők becsatlakoztatásánál, ill. a gyűrűből való kiiktatásánál a gyűrű zártságát mindig biztosítani kell. Ezt többnyire relés kapcsolással oldják meg. A gyűrű topológia esetén az üzenetek forgalmazását szabályozó eljárásra van szükség (pl. IBM Token Ring).

- 3 - Ipari kommunikációs rendszerek

6. tétel

A hálózatok összekapcsolásának elemei Az egyes hálózatokat többféleképpen össze lehet kapcsolni, melyek révén bonyolult rendszerek hozhatók alakíthatók ki. Az összekapcsoláshoz zavartalan adatforgalmat biztosító eszközökre van szükség. A jelismétlőket (repeater) nem eltérő hálózatok, hanem hálózati szegmensek összekapcsolásához használják nagyobb (több állomást kezelő) hálózatok létrehozása céljából. A jelismétlő feladata, hogy az üzenetet fogadja, majd az eredeti szinten helyreállítva, regenerálva újraadja. A hálózati specifikációkban a távolságtól és az állomások számától függően írják elő repeater-ek használatát, de az egymás után kötött jelismétlők számát is korlátozzák. Jelismétlőket főként a busz topológiájú hálózatokhoz használnak. Gyűrű topológiájú hálózat működése során minden állomás jelismétlő is, ezért külön repeater-ekre nincs szükség. Jelismétlők alkalmazásánál mindkét hálózati szegmensnek ugyanolyan típusúnak kell lennie. Minden rétegszinten ugyanazon protokollokat kell használni. A hálózati híd (bridge) közbeiktatásával fizikailag eltérő hálózatokat is össze lehet kapcsolni. Ez az összeköttetés-típus az üzeneteket egy kis időre a hálózati hídban tárolja, és utána átküldi a másik hálózatba. A híd az OSI-modellen, az adatkapcsolati szinten működik. A hálózatok fizikai rétegszinten különböző protokollokat alkalmaznak, de az adatkapcsolati rétegen ugyanazt. (Pl. a CSMA/CD széles sávú, koaxiális kábelen keresztüli átviteli hálózatot össze lehet kapcsolni hálózati híddal egy CSMA/CD alapsávú, sodrott érpáros átviteli hálózattal.) A hálózati híd funkcióját rendszerint megfelelően konfigurált és szoftverrel ellátott számítógép látja el. Az útvonalválasztó (forgalomirányító, router) a híddal szemben saját címmel rendelkezik, funkciójában a hálózati hídhoz hasonlít. Feladata a forgalomirányítás (csomagok forgalomirányítása), a router táblázatok alapján. Az útvonalválasztó funkcióit az OSI-modellen a hálózati réteg működteti. Hálózati átjárók (zsilipek, gateway) biztosítják a legnagyobb rugalmasságot hálózatok összeköttetésében, mivel két teljesen eltérő hálózat összekapcsolására alkalmasak. Eltérő hálózati architektúrák esetén a protokollok különbözhetnek bármely vagy valamennyi rétegen. Az átjáró feladata a két architektúra közötti összes átalakítás elvégzése: üzenetformátum, cím- és protokoll-átalakítás (pl. PROFIBUS/ASI átjáró). Minél több állomás csatlakozik a hálózatra, annál nagyobb lesz a forgalom és idővel a hálózat telítődik. A probléma egyik megoldása a kapcsolók (switch) használata. A kapcsoló egy nagy sebességű hátlapot és az ebbe helyezhető 4…32 db illesztőkártyát tartalmaz. Ha egy állomás üzenetkeretet szeretne továbbítani, akkor egy szabványos keretet küld a kapcsoló felé. A kapcsoló megvizsgálja, hogy az üzenet célállomása ugyanahhoz a kártyához csatlakozik-e. Ha igen, akkor a keretet a nagysebességű hátlapon keresztül elküldi ahhoz a kártyához, amelyikhez a címzett csatlakozik. (pl. Ipari Ethernet) A hub olyan hálózati eszköz, amely szegmensek kapcsolatát biztosítja. Mivel jelerősítést nem végez, az előírt kábelhossz nem léphető túl. Tipikusan a csillag topológiájú hálózatokban alkalmazzák a hub-okat a jelek regenerálására. Az OSI modell fizikai rétegében működik.

- 4 - Ipari kommunikációs rendszerek

6. tétel

Az ISO-OSI modell

Alkalmazási réteg

Megjelenítési réteg

Viszony réteg

Szállítási réteg

Hálózati réteg

Adatkapcsolati réteg

Fizikai réteg