Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI. RS-стандарты.

Модель ISO/OSI (Open System Interconnection - взаимодействие открытых систем) разработана в 1974 году. Регламентирует взаимодействие локальных и глобальных сетей, путем стандартизации сетевых программных и аппаратных средств.

1) Физический уровень (physical layer) определяет физические характеристики канала связи и параметры сигналов. Реализация: кабельная система, разъемы, мультиплексоры, концентраторы, репитеры, шлюзы.

2) Канальный уровень (data link layer) формирует основную единицу передаваемых данных (пакет, кадр, фрейм) и отвечает за дисциплину доступа устройства к каналу связи и установление логического соединения. Контроль ошибок циклическим избыточным кодом (CRC). Реализация: сетевые адапторы, коммутаторы, мосты, шлюзы.

3) Сетевой уровень (network layer) отвечает за адресацию и доставку пакета по оптимальному маршруту. Реализация: маршрутизаторы, протоколы маршрутизации, мосты и коммутаторы, шлюзы.

4) Транспортный уровень (transport layer) обеспечивает надежную передачу данных, подбор оптимальной скорости передачи, гарантирующей доставку пакета данных без потерь. Реализация: драйверы сетевого оборудования, программы и средства управления потоком данных, шлюзы.

5) Сеансовый уровень (сессий) (session layer) отвечает за установление и поддержку связи между двумя узлами, обеспечивает очередность работы узлов. Реализация: драйверы сетевого оборудования, ПО поиска имен компьютеров, средства для полу- и дуплексного режимов работы, средства запуска программ на удаленных компьютерах, шлюзы.

6) Уровень представления (presentation layer) управляет форматированием данных, если это необходимо. Реализация: программы преобразования и шифрования данных, форматирования графики, шлюзы.

7) Прикладной уровень (application layer) непосредственно управляет доступом к приложениям и сетевым службам (например к файлам и принтерам). Реализация: программные интерфейсы, браузеры Интернета, программы передачи сообщений и электронной почты, удаленного доступа к компьютерам, шлюзы.

На практике большинство промышленных сетей ограничивается физическим, канальным и прикладным. Качественные сети решают основную часть задач аппаратно, решая программно только седьмой уровень. Дешевые сети (ModBus) используют на физическом уровне RS-485, а остальные задачи решают программным путем.

RS-стандарты

RS - Recommended Standard (рекомендованный стандарт). Эти стандарты не были приняты (как, например, IEEE-1394), они просто "рекомендованы", что позволяет производителям отступать от стандарта (например, питание по 9-му пину в RS-232 не оговорено стандартом, но широко используется).

Наиболее распространены RS-232 и RS-485. RS-232 использует небалансный (unbalanced) сигнал, в то время как RS-485 используют балансный (balanced) сигнал.

Небалансный сигнал передается по несбалансированной линии, представляющей собой сигнальную землю и одиночный сигнальный провод, уровень напряжения на котором используется для передачи 1 или 0. Балансный сигнал передается по сбалансированной линии, представляющей сигнальную землю и пару проводов (экранированная витая пара), разница напряжений между которыми используется для передачи бинарной информации. Сбалансированный сигнал передается быстрее и дальше, чем несбалансированный.

	RS-232	RS-485
Сигнал	небалансный	балансный
Вид протокола	дуплексный	полудуплексный
Количество устройств
Макс. длина линии	~15 м / 19,2 кбит/с	~1220 м / 100 кбит/с
Макс. скорость передачи при 15 м	19,2 кбит/с	10 Мбит/с
двоичная 1	-5…-15 В	1,5…5 В (B>A)
двоичный 0	+5…+15 В	1,5…5 В (A>B)

RS-232 (V.24/V.28)

Разработан в 1969 г. Соответствует ГОСТ 18145-81. Является последовательным асинхронным интерфейсом, т.е. данные передаются по одной линии.

Каждый информационный символ передается в кодировке ASCII (American Standard Code for Information Interchange) отдельным кадром. Символы ASCII представляются семью битами. Так например, латинская буква А имеет код 1000001. Соответствующий сигнал с уровнями ТТЛ при передаче буквы А показан на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Представление кода буквы А уровнями ТТЛ (а) и в RS-232 (б)

SB – стартовый бит (всегда 0);

DB - 7 бит данных символа кода ASCII;

PB - бит паритета устанавливается в "1" или "0" так, чтобы общее число единиц в 8-ми битной группе было нечетным (нечетный паритет — нечетность) или четным (четный паритет — четность);

EB - два стоповых бита (1).

Часто используются национальные расширения кода ASCII, который включает 128 стандартных ASCII-символов и дополнительно 128 символов с единицей в старшем бите. Среди дополнительных символов используются буквы ряда европейских алфавитов, буквы греческого алфавита, математические символы и символы псевдографики. В России наибольшее распространение получила альтернативная кодировка ASCII. Число всех символов расширенного кода ASCII равно 256 и, следовательно, каждый такой символ кодируется восьмью битами (2 =256). Для передачи используется формат, состоящий из одного SB, восьми DB и одного EB. При этом PB не используется.

Оборудование, соединяемое по RS-232 комплектуется разъемами DB25F/М (мама/папа)

Так же используется урезанная версия DB9F/M. Контакты передачи и приема информационного сигнала обозначаются как TxD или RxD, остальные контакты несут служебные функции, например определение готовности устройства.

RS-485

RS-485 использует экранированную витую пару, экран служит сигнальной землей. Хотя сигнальная земля обязательна, она не используется для определения логического состояния линии. Устройство, управляющее сбалансированной линией (balanced line driver), может (для RS-485 - обязательно, для RS-422 - нет) иметь входной сигнал "Enable" (Разрешен), который используется для управления выходными терминалами устройства. Если сигнал "Enable" выключен, то это значит, что устройство отключено от линии, причем отключенное состояние устройства обычно называется "tristate" (т.е. третье состояние, вдобавок к двоичным 1 и 0).

Стандарт RS-485 предусматривает соединение только 32 устройств, но его модификации поддерживает от 128 до 255 устройств на одной линии. Используя репитеры можно продлевать длину линии RS-485 практически до бесконечности. Для получения полнодуплексной связи используется четырехпроводная витая пара (4-wire RS-485). В таком случае, необходимо чтобы одно из устройств было сконфигурировано как ведущее (Master), а остальные как ведомые (Slave). Тогда все ведомые устройства общаются только с ведущим устройством, и не передают ничего напрямую друг другу. Стандарт RS-485 является основой ряда промышленных сетей, таких как PROFIBUS, Interbus, Modbus.