Образовательное учреждение высшего

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

Примечание

Примечание

Примечание

Примечание

Примечание

Примечание

Литература

1. Попов В.П. Основы теории цепей: Учебник для вузов спец. "Радиотехника".-М.: Высшая школа, 2007, с. 36-59.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учебник для студентов неэлектрических специальностей вузов.–М.: Высшая школа, 2003, с. 15-21.

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТОПОЛОГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

При расчете электрической цепи важную роль играет изучение и учет ее геометрической структуры, геометрического образа цепи. Они основаны на топологии.

Топология – раздел математики, в котором исследуются геометрические свойства фигур, не зависящие от их размеров и прямолинейности. К числу основных геометрических, топологических понятий, используемых в теории цепей, относятся ветвь, узел, контур, граф.

Ветвь – участок электрической цепи, состоящий из одного или нескольких последовательно соединенных элементов, через которые в любой момент времени проходит один и тот же ток (рис. 2.1, а)

Рис. 2.1

Узел электрической цепи –место соединения ее ветвей. На схемах узлы изображаются точкой (рис. 2.1, б)

Контуром электрической цепи называется любой замкнутый путь в цепи.

Пример топологических элементов схемы приведен на рис. 2.2.

Рис. 2.2

где имеется семь ветвей (1-2, 1-3, 2-3, 1-4, 2-4, 3-4 через L₂ и 3-4 через R₂), четыре узла (1, 2, 3, 4) и 11 контуров.

Узел цепи является независимым, если к нему присоединена хотя бы одна новая ветвь, не подходящая к ранее рассматриваемым узлам. Для цепи с q узлами число независимых узлов будет равно m=q-1.

Контур цепи является независимым, если он содержит хотя бы одну новую ветвь, не входящую в ранее рассматриваемые контуры. Из теории графов известно, что число независимых контуров в графе, состоящем из p ветвей и m независимых узлов равно разности n=p-m=p-(q-1).

Для схемы (рис. 2.2), где р=7 и q=4: m=4-1=3 и п=7-3=4.

При необходимости на схеме указывают положительные направления токов и напряжений.

В зависимости от характера соединения идеализированных элементов различают разветвленные и неразветвленные цепи. В неразветвленной цепи через все элементы протекает один и тот же ток (рис. 2.1, а).

В разветвленной цепи токи через различные элементы могут быть неодинаковыми (рис. 2.2).

Соединение группы элементов, при котором через них протекает один и тот же ток, называется последовательным.

Соединение группы элементов, при котором все элементы находятся под одним и тем же напряжением, называется параллельным.

2 ПОНЯТИЕ О КОМПОНЕНТНЫХ И ТОПОЛОГИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЯХ. ЗАКОНЫ КИРХГОФА

2.1 ПОНЯТИЕ О КОМПОНЕНТНЫХ И ТОПОЛОГИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЯХ

Математические описания процессов в электрических цепях базируются на уравнениях двух типов: компонентных и топологических.

Компонентные уравнения (уравнения ветвей) – это математические модели соответствующих ветвей и выражают ток или напряжение каждой ветви через параметры элементов этой ветви.

Число компонентных уравнений равно числу ветвей, а вид каждого из них зависит только от состава ветви, т.е. входящих в нее идеализированных двухполюсных элементов.

При записи компонентных уравнений используются следующие уравнения, связывающие между собой ток и напряжение на зажимах идеализированных активных и пассивных элементов:

а) уравнения, составленные на основании закона Ома и представляющие собой математическую модель идеализированного резистивного элемента:

u_R = Ri_R,

i_R = Gu_R, ; (2.1)

б) уравнения, составленные на основании закона электромагнитной индукции и представляющие собой математическую модель идеализированного элемента:

, ; (2.2)

в) уравнения, представляющие собой математическую модель идеализированного элемента:

, ; (2.3)

г) уравнения. описывающие математическую модель идеального источника напряжения (ЭДС) и идеального источника тока соответственно:

u = e(t), (2.4)

i = j(t); (2.5)

д) уравнения линеаризованных источника напряжения (ЭДС) и источника тока соответственно:

u = E - R_i i, (2.6)

i = J – G_i u, (2.7)

где R_i – внутреннее сопротивление источника напряжения;

G_i – внутренняя проводимость источника тока.

Пример. Запишем компонентное уравнение цепи, схема замещения которой изображена на рис. 2.3.

Рис. 2.3

При составлении компонентных уравнений учитывается следующее:

1) число компонентных уравнений равно числу ветвей, т.е. 4;

2) считаем, что направления напряжения и тока всех ветвей совпадают;

3) ветви, состоящие из последовательно соединенных идеализированных двухполюсных элементов описываются суммой соответствующих математических моделей этих элементов.

Следовательно, на основании уравнений (2.1) - (2.5) получим следующие компонентные уравнения цепи:

Топологические уравнения – это уравнения, которые устанавливают связь между токами или напряжениями различных ветвей.

Топологические уравнения составляются на основании первого и второго законов Кирхгофа.

2.2 ЗАКОНЫ КИРХГОФА

Первый закон Кирхгофа – это закон баланса токов в разветвленной цепи, формулируется для узлов электрической цепи.

Он гласит: алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи в любой момент времени равна нулю, т.е.

, (2.8)

где т – число ветвей, сходящихся в узле.

Знаки токов берутся с учетом заранее выбранных условных положительных направлений токов: все токи, направленные к узлу, берутся с одним знаком, а направленные от узла, - с противоположным знаком.

Так для узла 1 схемы, изображенной на рис. 2.4, имеем:

I₁ – I₂ – I₃ +J = 0.

Рис. 2.4

Первый закон Кирхгофа отражает фундаментальный принцип электротехники – принцип непрерывности полного тока, учитывающий тот факт, что в узле не может быть накопления электрического заряда и не может быть его расхода; сумма зарядов, приходящих к узлу, равна сумме зарядов, уходящих от узла в один и тот же промежуток времени.

Число независимых уравнений, записанных по первому закону Кирхгофа равно числу независимых узлов и на одно уравнение меньше числа всех узлов, т.e.

N₁ = q-1, (2.9)

где q – число всех узлов.

Второй закон Кирхгофа – это закон баланса напряжений на замкнутых участках цепи, формулируется для контуров электрической цепи.

Он гласит: алгебраическая сумма напряжений в любом замкнутом контуре в любой момент времени равна нулю:

, (2.10)

где п – число элементов, входящих в контур.

Вторая формулировка второго закона Кирхгофа: алгебраическая сумма ЭДС в любом замкнутом контуре цепи в любой момент времени равна алгебраической сумме падений напряжений на элементах этого контура:

, (2.11)

где т – число источников ЭДС, а п – число пассивных элементов, включенных в контур.

В уравнениях (2.10) и (2.11) напряжения на элементах контура и ЭДС записывают со знаком плюс, если выбранное направление обхода контура (например, по ходу часовой стрелки, рис. 1.25) совпадает с направлением напряжений (токов) на этих элементах. При этом направление обхода и направления токов в ветвях могут быть выбраны произвольно.

Пример1. Составим уравнение по второму закону Кирхгофа для цепи, изображенной на рис. 2.5.

Рис. 2.5

или

.

Число независимых уравнений, записанных по второму закону Кирхгофа, равно числу независимых контуров:

N₂ = p – (q - 1), (2.12)

где р – число ветвей с независимыми токами (без ветвей с источниками тока);

q – число всех узлов.

Пример 2. Рассмотрим цепь, состоящую из последовательного соединенных резистора, конденсатора и катушки (рис. 2.6). На этот двухполюсник воздействует ЭДС e(t).

Рис. 2.6

.

Поскольку через все элементы протекает один и тот же ток, то можно записать:

Zi = e,

где оператор имеет смысл сопротивления и характеризует цепь, где действует возмущение e(t), т.е. оператор Z отражает собственные свойства цепи.

Совокупность топологических и компонентных уравнений, решение которых позволяет определить неизвестные токи и напряжения ветвей электрической цепи, называется уравнениями электрического равновесия.

Как было показано ранее, уравнения (2.10) и (2.11) являются алгебраическими, а компонентные уравнения идеализированных элементов могут быть как алгебраическими (2.1), так и дифференциальными (2.2), (2.3).

Следовательно, уравнения электрического равновесия цепи, составленные любым методом, представляют собой в общем случае систему интегро-дифференциальных уравнений.

3. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Любую электрическую цепь можно рассматривать как систему с одним или несколькими входами и одним или несколькими выходами (рис. 1.7)

Рис. 2.7

Если к входам цепи приложить внешнее воздействие

,

то на выходах цепи можно получить реакцию или отклик:

,

где п, т – число входов и выходов.

В зависимости от исходных данных и конечной цели исследования в теории цепей различают две группы задач: задачи анализа и задачи синтеза.

Задачи анализа цепи – это задачи, в которых по известным внешнему воздействию x(t), конфигурации и параметрам цепи определяют реакцию цепи S(t).

Задачи синтеза – это задачи, в которых требуется определить структуру и параметры цепи по заданной реакции цепи S(t) на некоторое внешнее воздействие x(t).

Исходными данными в задаче анализа является схема замещения цепи с параметрами всех входящих в нее элементов и описание внешнего воздействия x(t), задаваемого в виде совокупности токов и напряжений идеальных неуправляемых источников тока и напряжения, соответственно. В результате анализа определяется отклик S(t) в виде совокупности токов и напряжений всех или некоторых ветвей цепи. В частном случае задача анализа может сводиться к нахождению соотношений между реакциями цепи на отдельных выходах S_J(t) и воздействиями x_i(t), приложенными к определенным входам. Такие соотношения называются характеристиками (системными функциями) цепи. В зависимости от того, какая величина – частота или время – являются аргументом в выражениях, описывающих соотношение между откликом и внешним воздействием, различают частотные и временные характеристики цепи.

Определение и исследование частотных характеристик представляет собой задачу анализа цепи, в частной области; нахождение временных характеристик – задачу анализа цепи во временной области.

Синтез является обратной задачей по отношению к анализу. Исходными данными в задаче синтеза являются описания внешнего воздействия на цепь x(t) и ее отклика S(t). В результате синтеза необходимо определить схему замещения цепи и параметры всех входящих в нее элементов. В частном случае задача синтеза может сводиться к нахождению цепи, обеспечивающей заданные соотношения между внешним воздействием на цепь x_i(t) и ее реакций S_J(t), т.е. к расчету цепи по ее характеристикам.

Анализ и синтез электрических цепей взаимосвязаны, в частности методы синтеза базируется на использовании общих свойств характеристик различных классов цепей, которые изучаются в процессе анализа.

Лекция составлена доцентом кафедры «Радиоэлектроника»

Руденко Н.В.

Кодируемый сигнал преобразуется в двоичный формат (система счисления с основанием 2), имеющий определенное значение для компьютера или устройства. Существуют два основных метода кодирования цифровых сигналов: с использованием текущих состояний (current-state encoding) и с использованием переходов из одного состояния в другое (state transition). В первом случае двоичное значение кодируется с помощью некоторого состояния сигнала: например, двоичная единица обозначается напряжением +5 вольт, а двоичный ноль — нулевым напряжением. Во втором случае просто проверяется изменение состояния сигнала — переход от низкого уровня к высокому и наоборот. В сетях чаще всего используется метод, называемый манчестерским кодированием (Manchester encoding), при котором двоичная единица представлена переходом от низкого уровня сигнала к высокому, а двоичный ноль соответствует переходу сигнала от высокого к низкому.

Физический уровень управляет скоростью передачи данных, анализом потока ошибок и уровнями напряжения, используемыми для передачи сигнала. На его работу влияют физические проблемы в сети, например, разрывы передающего кабеля или электромагнитные наводки. Наводки могут создаваться близко расположенными электромоторами, линиями высокого напряжения, осветительными и другими электрическими приборами.

Электромагнитное излучение и радиопомехи — вот два источника ошибок физического уровня. Электромагнитное излучение вызывают силовые магнитные поля, генерируемые электрическими устройствами, такими как вентиляторы, двигатели лифтов, переносные обогреватели и кондиционеры. Радиопомехи создаются электрическими приборами, генерирующими радиоволны той же частоты, что используются для передачи сетевого сигнала. Такими приборами могут быть компоненты кабельного телевидения, радио- и телевизионные станции, расположенные близко передатчики, балластные устройства ламп дневного света, недорогое компьютерное или телевизионное оборудование и устройства для радиосвязи.

Совет

Понимание концепций Физического уровня особенно важно при работе с сетя­ми, поскольку ошибки именно на этом уровне зачастую мешают правильной работе сети. Например, сеть может быть подключена к двум различным источникам напряжения, находящимся даже в одной комнате, но имеющим разные шины заземления. Поскольку у обоих источников отсутствует истинная "земля", нулевые напряжения у обоих источников отличаются как от истинного нуля, так и между собой. Если случайно одновременно схватиться за кабели, связанные с оборудованием, подключенным к данным источникам питания, можно получить электрический удар, т. к. через тело пойдет ток, вызванный разностью потенциалов между этими кабелями.

Канальный уровень (2)

Задача Канального уровня (data link layer) в локальной сети — компоновать передаваемые биты данных в виде фреймов, или кадры (frame). Каждый фрейм определенным образом форматирован — так, чтобы для надежной передачи данных от узла к узлу информационные пакеты были упорядочены. Этот уровень кодирует данные в виде фреймов, после чего отформатированные фреймы поступают на Физический уровень, где передающий узел может отправить их в коммуникационную среду (например, в кабель). Принимающий узел получает фрейм от Физического уровня, декодирует электрический сигнал, представляющий разряды данных, преобразует отдельные разряды во фрейм и проверяет наличие ошибок во фрейме.

Канальный уровень представляет информационные разряды в виде "фрейма, канального уровня", который содержит поля с адресной и управляющей информацией. Таким образом, фрейм содержит:

· признак начала фрейма (start of frame, SOF);

· адрес устройства или передающего узла, отправляющего фрейм (адрес источника);

· адрес устройства или принимающего узла, получающего переданный фрейм (адрес назначения);

· административную или управляющую информацию (для контроля коммуникационного процесса);

· данные;

· информацию для обнаружения ошибок (контрольные данные);

· трейлер (концевик) или признак конца фрейма (end of frame, EOF).

Для установления связи между двумя узлами сначала передается небольшой набор сигналов, используемых для синхронизации потока данных. После того, как соединение установлено, Физические уровни обоих узлов оказываются связанными через среду передачи данных (например, через кабель), а их Канальные уровни связаны логически благодаря используемым протоколам. Как только логический канал установлен, принимающий Канальный уровень может декодировать сигнал и преобразовывать его в отдельные фреймы.

На Канальном уровне выполняется проверка входящих сигналов, а также обнаруживаются повторно, неправильно или частично переданные данные во входящем потоке. При обнаружении ошибок уровень запрашивает у передающего узла повторную передачу данных — фрейм за фреймом. Для обнаружения ошибок на Канальном уровне используется контроль циклическим избыточным кодом (cyclic redundancy check, CRC). Этот метод распознавания ошибок позволяет вычислить некоторое контрольное значение для содержимого всех информационных полей, имеющихся во фрейме (SOF, адреса, управляющие разряды, данные, контрольную сумму и EOF). На Канальном уровне передающего узла полученное значение вставляется в конец фрейма и затем проверяется на этом же уровне принимающего узла. По мере того, как фреймы поступают на следующий уровень, Канальный уровень обеспечивает очередность фреймов — т.е. они должны передаваться в том же порядке, в котором и принимаются.

Канальный уровень содержит два важных подуровня: более высокий — управление логическим соединением (logical link control, LLC) и более низкий — протокол управления доступом к передающей среде (media access control, MAC). Подуровень LLC обеспечивает надежность коммуникаций путем установки канала передачи данных между двумя узлами и поддержки устойчивости этого канала. Подуровень MAC распознает физический адрес (или адрес устройства) иногда называемый МАС-адресом, содержащийся в каждом фрейме. Например, на некоторой рабочей станции подуровень MAC проверяет каждый фрейм, получаемый этой станцией, и передает фрейм более высокому уровню лишь в том случае, если адрес совпадает. В противном случае фрейм отбрасывается. Кроме того, подуровень MAC управляет совместной работой множест­ва устройств внутри одной сети.

Большинство сетевых устройств имеют уникальный адрес, "зашитый" в микросхему сетевого интерфейса. Этот адрес представлен некоторым шестнадцатеричным числом (например, 0004AC8428DE). Первая половина адреса предна­значена для обозначения конкретного производителя оборудования, а вторая, обычно формируемая самим производителем, является уникальной для интерфейса или устройства. Некоторые производители во второй половине адреса используют также код, идентифицирующий тип устройства — компьютер, мост, маршрутизатор или шлюз. Некоторые сетевые устройства (например, серверы с двумя сетевыми адаптерами) имеют несколько интерфейсов и, следовательно, несколько физических подключений к сети. Каждый сетевой интерфейс такого устройства имеет уникальный адрес, и это устройство иденти­фицируется в сети с помощью нескольких уникальных адресов, принадлежащим конкретным сетевым интерфейсам.

Совет

Важно, чтобы в сети не было устройств или интерфейсов с дублирующимися физическими адресами. Производители сетевого оборудования гарантируют уникальность физических адресов, отслеживая все использованные адреса, в результате чего повторное появление адреса исключено. Если бы два или несколько устройств или интерфейсов имели один и тот же адрес, в сети возникли бы коллизии, связанные с определением получателя фреймов.

Физический адрес является полезной информацией при обнаружении и устранении сетевых проблем. Например, по адресу можно найти создающий избыточный трафик неисправный сетевой интерфейс в компьютере или устройстве, после чего этот интерфейс можно заменить и обеспечить нормальное функционирование сети. Анализ адресов позволяет обнаружить в сети деятельность злоумышленников и найти их местоположение раньше, чем они нарушат безопасность сети.

Два типа сервисов используются для взаимодействия подуровня LLC и следующего, более высокого уровня стека — Сетевого уровня. Первый тип операций (Туре 1) представлен службой без установки соединения (connectionless service), которая не требует наличия логического соединения между передающим и принимающим узлами. В этом случае не выполняется проверка очередности фреймов (чтобы они принимались в том же порядке, в котором передаются), отсутствует подтверждение приема фрейма и исправление ошибок.

Операции второго типа (Туре 2) представлены службой с установлением соединения (connection-oriented service), для которой перед началом фактической передачи данных устанавливается логическая связь между передающим и принимающим узлами. Каждый фрейм содержит порядковый номер, который проверяется принимающим узлом, и это гарантирует то, что фреймы обрабатываются в том же порядке, в котором они были посланы. Установленный канал связи обеспечивает скорость передачи информации (чтобы передающий узел не посылал данные чаще, чем их мог обработать принимающий узел). Принимающий узел дает подтверждение передающему узлу в получении посланной информации. При возникновении ошибок данные передаются повторно.

Сетевой уровень (3)

Третьим уровнем стека является Сетевой уровень (network layer). Этот уровень управляет прохождением пакетов по сети. Все сети содержат физические маршруты передачи информации (кабельные тракты) и логические маршруты (программные тракты). Сетевой уровень анализирует адресную информацию протокола передачи пакетов и посылает их по наиболее подходящему маршруту — физическому или логическому, обеспечивая максимальную эффективность сети. Также этот уровень обеспечивает пересылку пакетов между сетями через маршрутизаторы.

Контролируя прохождение пакетов, Сетевой уровень выступает в роли «управляющего трафиком»: он маршрутизирует (направляет) пакеты по наиболее эффективному из нескольких возможных трактов передачи данных. Для определения наилучшего маршрута Сетевой уровень постоянно собирает информацию (метрики) о расположении различных сетей и узлов, этот процесс называется обнаружением маршрута (discovery).

Не все протоколы содержат информацию, которая может использоваться сетевым уровнем, и это означает, что такие протоколы нельзя маршрутизировать. Примерами немаршрутизируемых протоколов являются протокол LAT фирмы Digital Equipment Corporation и протокол NetBIOS фирмы Microsoft. Чаще всего оба этих протокола не используются в средних и крупных сетях, требующих маршрутизации.

Пр имечание

Некоторые целевые адреса назначаются группам устройств. Пакет с групповым адресом маршрутизируется и передается нескольким компьютерам или сетевым устройствам.

Сетевой уровень может направлять данные по разным маршрутам, создавая виртуальные каналы (circuit). Виртуальные каналы (virtual circuit) представляют собой логические коммуникационные линии для передачи и приема данных. Виртуальные каналы, представленные только на сетевом уровне, образуются между сетевыми узлами, обменивающимися информацией. Поскольку Сетевой уровень управляет данными, поступающими по нескольким виртуальным каналам, то эти данные могут поступать в неправильной очередности. Для устранения этих издержек сетевой уровень проверяет и при необходимости корректирует порядок передачи пакетов перед отправкой их следующему уровню стека. Также на Сетевом уровне фреймы получают адреса, и выполняется форматирование фреймов в соответствии с сетевым протоколом принимающей стороны. Кроме того, обеспечивается передача фреймов с такой скоростью, чтобы принимающий уровень успевал обрабатывать их.

Совет

Знание принципов работы Сетевого уровня помогает обеспечить максимальную эффективность сети при ее разработке или эксплуатации. Например, в организации могут использоваться серверы, работающие с немаршрутизируемым протоколом, в результате чего из-за избыточного трафика в большой сети будут создаваться "заторы". Когда, в конце концов, серверы будут настроены на работу с маршрутизируемым протоколом, заторы исчезнут. Такое решение будет эффективным и недорогим.

Транспортный уровень (4)

Транспортный уровень (transport layer) — подобно Канальному и Сетевому Уровням — выполняет функции, обеспечивающие надежную пересылку данных от передающего узла к принимающему. Например, Транспортный Уровень гарантирует, что данные передаются и принимаются в одном и том же порядке. Кроме этого, по завершении пересылки принимающий узел может послать подтверждение (иногда называемое квитанцией).

Когда в сети используются виртуальные каналы, Транспортный уровень отслеживает уникальные идентификаторы, назначенные каждому каналу. Эти значения называются портами, идентификаторами соединения или сокетами; они назначаются Сеансовым уровнем. Также Транспортный уровень обеспечивает проверку пакетов. При этом на самом верхнем уровне контроля гарантируется безошибочная передача пакетов от узла к узлу в заданный промежуток времени.

Протоколы, используемые для взаимодействия на Транспортном уровне, реализуют несколько механизмов обеспечения надежности. Простейшим является протокол Класса 0. Он не выполняет никаких проверок на наличие ошибок и не управляет потоком данных, передавая эти функции Сетевому уровню. Протокол Класса 1 отслеживает ошибки передачи пакетов и при наличии ошибки запрашивает у Транспортного уровня передающего узла повторную передачу пакета. Протокол Класса 2 проверяет наличие ошибок передачи и обеспечивает управление потоком данных между Транспортным и Сеансовым уровнями. Функция управления потоком (flow control) гаранти­рует скорость передачи данных, чтобы одно устройство не посылало информацию быстрее, чем ее сможет принять сеть или обработать принимающее устройство. Протокол Класса 3 обеспечивает функции Классов 1 и 2, а также возможность восстановления потерянных в некоторых случаях паке­тов. И, наконец, протокол Класса 4 выполняет те же функции, которые обеспечивает Класс 3, осуществляя кроме этого более сложные операции по исправлению ошибок и восстановлению пакетов.

Еще одной функцией Транспортного уровня является деление посылаемых сообщений на более мелкие фрагменты в тех случаях, когда в сетях используются разные протоколы с отличающимися размерами пакетов. Данные, разбитые на мелкие блоки Транспортным уровнем передающей сети, собираются в правильном порядке Транспортным уровнем принимающей стороны и интерпретируются Сетевым уровнем.

Именно Транспортный уровень обеспечивает получение каждого пакета или фрейма без потерь. Пользователи сотовых телефонов знают, что из-за наводок или помех могут пропадать куски фраз. Аналогичным образом в сети могли бы пропадать элементы данных при их слишком быстрой или слишком медленной передаче. Задача Транспортного уровня — обеспечить такую скорость передачи информации, чтобы не было ее потерь. Транспортный уровень также может регулировать размер "окон" данных, передаваемых между сигналами подтверждения приема, в результате чего объем переданных данных за единицу времени может увеличиться. Например, если компьютер посылает один пакет, а затем ждет в течение некоторого времени подтверждения от принимающей стороны, Транспортный уровень может увеличить "окно" так, чтобы между подтверждениями посылались четыре пакета, а не один, что в четыре раза ускорит передачу информации.

Сеансовый уровень (5)

Сеансовый уровень (session layer) отвечает за установление и поддержку коммуникационного канала между двумя узлами, он обеспечивает очередность работы узлов: например, определяет, какой из узлов первым начинает передачу данных. Помимо этого, Сеансовый уровень определяет продолжительность работы узла на передачу, а также способ восстановления информации после ошибок передачи. Если сеанс связи был ошибочно прерван на более низком уровне, Сеансовый уровень пытается восстановить передачу данных.

Совет

Работая в некоторых операционных системах, можно отключить рабочую станцию от сети, подключить ее заново и продолжить работу без повторной регистрации в сети. Это возможно благодаря тому, что Сеансовый уровень выполняет повторное подключение рабочей станции даже после временной приостановки работы Физического уровня.

Подобно тому, как почтовый индекс связан с некоторым географическим районом, Сеансовый уровень ассоциирует с каждым узлом уникальный адрес. По окончании сеанса связи этот уровень отключает узлы. Примером связи на Сеансовом уровне может быть подключение рабочей станции к некоторому серверу Интернета. Станция и сервер имеют уникальные адреса протокола Интернета (IP) (например, 122.72.15.122 и 145.19.20.22). Сеансовый уровень использует эти адреса для установки со­единения между узлами. После того как подключение осуществлено, и рабочая станция зарегистрировалась на сервере, на данном уровне устанавливается сеанс передачи данных.

Сеансовый уровень позволяет так выполнять передачу данных по сети, что ее производительность можно увеличить в два раза. Например, устройства, работающие на Сеансовом уровне, могут передавать и принимать данные, однако не одновременно. Для Сеансового уровня этот способ передачи называется двусторонним альтернативным (two-way alternative, TWA) режимом для управления диалогом. Но кроме этого, Сеансовый уровень позволяет соединить эти устройства для одновременного приема-передачи, что вдвое увеличивает скорость передачи данных при сеансовом диалоге между двумя узлами. Этот режим называется двусторонним одновременным (two-way simultaneous, TWS).

Совет

При развертывании сети приобретайте сетевые интерфейсы и устройства, обеспечивающие полнодуплексный (двунаправленный) режим работы, поскольку в этом случае можно значительно повысить эффективность сети.

Представительский уровень (6)

Представительский уровень (presentation layer) управляет форматированием данных, поскольку прикладные программы нередко используют различные способы представления информации. В некотором смысле Представитель­ский уровень выполняет функции программы проверки синтаксиса. Он гарантирует, что числа и символьные строки передаются именно в том фор­мате, который понятен Представительскому уровню принимающего узла. Например, данные, посылаемые от мэйнфрейма компании IBM, могут кодироваться в символьном формате EBCDIC, который необходимо преобразовать в символы ASCII, если данные должны читаться рабочими станциями под управлением систем Windows XP или Red Hat Linux.

Также Представительский уровень отвечает за шифрование данных. Шифрование (encryption) — это такой процесс засекречивания информации, который не позволяет неавторизованным пользователям прочесть данные в случае их перехвата. Например, в локальной сети может шифроваться пароль учетной записи компьютера, или же номер кредитной карточки может шифроваться с помощью технологии Secure Sockets Layer (SSL) (Протокол защищенных сокетов) при передаче по глобальной сети.

Технологии шифрования являются гарантией успешной торговли через Интернет. При их отсутствии мало бы кто решился делать покупки через Интернет, используя кредитные карточки.

Еще одной функцией Представительского уровня является сжатие данных. После их форматирования между символьными строками и числами может оставаться свободное место. При сжатии информации эти промежутки удаляются, в результате чего требуется значительно меньше времени на передачу более компактных данных. После пересылки Представительский уровень принимающего узла выполняет декомпрессию данных.

Прикладной уровень (7)

Самымвысоким в модели OSI является Прикладной уровень (application layer). Этот уровень непосредственно управляет доступом к приложениям и сетевым службам. Примером таких служб являются передача файлов, управление файлами, удаленный доступ к файлам и принтерам, управление сообщениями электронной почты и эмуляция терминалов. Именно этот уровень программисты используют для связи рабочих станций с сетевыми службами (например, для предоставления некоторой программе услуг электронной почты или доступа к базе данных через сеть).

На Прикладном уровне работает редиректор (redirector) систем Microsoft Windows. Редиректор — это служба, позволяющая видеть компьютер в сети и обращаться к нему. Если в сети Microsoft разрешается общий доступ к некоторой папке, то при помощи редиректора другие компьютеры могут видеть эту папку и использовать ее.

Многие широко используемые компьютерные программы реализованы благодаря наличию Прикладного уровня. Всякий раз, когда вы запускаете веб-браузер (например, Microsoft Internet Explorer или Netscape Communicator) или же посылаете сообщение по электронной почте, вы работаете с Прикладным уровнем.

Таблица 3.1. Функции уровней эталонной модели OSI

Уровень	Функции
Физический (Уровень 1)	Реализует физическую среду передачи сигнала (например, кабельную систему) Преобразует данные в передаваемый сигнал, соответствующий физической среде Посылает сигнал по физической среде Распознает физическую структуру сети Обнаруживает ошибки передачи Определяет уровни напряжения, используемые для передачи цифровых сигналов и синхронизации передаваемых пакетов Определяет тип сигнала — цифровой или аналоговый
Канальный (Уровень 2)	Образует фреймы данных соответствующего формата с учетом типа сети Генерирует контрольные суммы Обнаруживает ошибки, проверяя контрольные суммы Повторно посылает данные при наличии ошибок Инициализирует канал связи и обеспечивает его бесперебойную работу, что гарантирует физическую надежность коммуникаций между узлами Анализирует адреса устройств Подтверждает прием фреймов
Сетевой (Уровень 3)	Определяет сетевой маршрут для передачи пакетов Позволяет уменьшить вероятность перегруженности сети Реализует виртуальные каналы (маршруты) Маршрутизирует пакеты в другие сети, при необходимости переупорядочивая передаваемые пакеты Выполняет преобразования между протоколами
Транспортный (Уровень 4)	Обеспечивает надежность передачи пакетов между узлами Обеспечивает правильный порядок передачи и приема пакетов данных Подтверждает прием пакета Отслеживает ошибки передачи пакетов и повторно посылает плохие пакеты Разбивает большие фрагменты данных и собирает их на приемном узле в сетях, использующих разные протоколы
Сеансовый (Уровень 5)	Инициирует канал связи Проверяет состояние установленного канала связи В каждый момент времени определяет очередность работы узлов (например, какой узел первым начинает передачу данных) Разрывает канал по окончании сеанса связи Преобразует адреса узлов
Представи­тельский (Уровень 6)	Преобразует данные в формат, понятный для принимающего узла (например, перекодирует символы EBCDIC в ASCII) Выполняет шифрование данных Выполняет сжатие данных
Прикладной (Уровень 7)	Обеспечивает совместный доступ к удаленным дискам Обеспечивает совместный доступ к удаленным принтерам Обрабатывает сообщения электронной почты Обеспечивает работу служб передачи файлов Обеспечивает работу служб управления файлами Обеспечивает работу служб эмуляции терминалов

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Кафедра «Радиоэлектроника»

Руденко Н.В.

ЛЕКЦИЯ № 3

Тема лекции: «МЕТОД КОМПЛЕКСНЫХ АМПЛИТУД»

по дисциплине ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Ростов-на-Дону

Лекция № 3

Тема лекции: «Метод комплексных амплитуд»

Учебные вопросы

1. Основные характеристики гармонических токов и напряжений.

2. Основы метода комплексных амплитуд.

3. Комплексное сопротивление пассивного двухполюсника. Закон Ома в комплексной форме.

4. Комплексная схема замещения цепи. Закон Кирхгофа в комплексной форме.

5. Идеализированные пассивные элементы при гармоническом воздействии.

Дата добавления: 2013-12-14