Коммутатор: что это такое? схема коммутатора, управление и неисправности

Содержание:

Ключевая разница:

Маршрутизаторы и коммутаторы часто используются взаимозаменяемо для обозначения способа отправки и получения пакетов данных между двумя соединениями. Однако маршрутизаторы и коммутаторы имеют четкие различия и их не следует путать с другими. Маршрутизаторы предлагают дополнительную возможность подключения к Интернету.

Наиболее распространенный тип маршрутизаторов — это небольшие офисные или домашние маршрутизаторы, которые отвечают за передачу данных с компьютера на кабельный или DSL-модем владельца, который подключен к Интернету. Другие маршрутизаторы — это крупные типы предприятий, которые соединяют крупные предприятия с мощными базовыми маршрутизаторами, которые направляют данные в Интернет. При подключении во взаимосвязанных сетях маршрутизаторы обмениваются данными, такими как адреса назначения, с использованием протокола динамической маршрутизации. Каждый маршрутизатор отвечает за создание таблицы, в которой перечислены предпочтительные маршруты между любыми двумя системами во взаимосвязанных сетях. Маршрутизаторы также можно использовать для подключения двух или более логических групп компьютерных устройств, известных как подсети. Маршрутизаторы могут предлагать несколько функций, таких как DHCP-сервер, NAT, статическая маршрутизация и беспроводные сети.

Коммутаторы считаются более интеллектуальным концентратором, поскольку он собирает информацию о пакетах данных, которые он получает, и направляет их только в ту сеть, для которой он предназначен. Когда коммутатор принимает пакет данных, он проверяет адрес данных, отправителя и получателя и сохраняет память, после чего он затем отправляет данные на устройство, для которого предназначены данные. Большинство современных локальных сетей Ethernet (LAN) работают на коммутаторах. Небольшие офисы и бытовые устройства обычно используют однослойный коммутатор, в то время как для больших приложений требуются многослойные коммутаторы. Коммутаторы используют мост или маршрутизатор, чтобы разделить больший домен коллизий на меньшие домены коллизий, что приводит к меньшим коллизиям. Каждый порт имеет отдельный домен коллизий, что позволяет компьютерам поддерживать выделенную полосу пропускания.

Маршрутизатор обычно требует коммутатора, и многие маршрутизаторы входят со встроенным 4-портовым коммутатором; однако для коммутатора не требуется наличие маршрутизатора. По мере того, как к маршрутизатору добавляется больше соединений, для размещения соединений также потребуется больше коммутаторов. Это также ухудшит пропускную способность и замедлит соединение. Таким образом, расширение количества подключений также должно включать обновление пропускной способности, которую человек получает от своего провайдера.

Маршрутизатор

Чаще всего маршрутизатор называют роутером (хотя более правильная транслитерация — «раутер»). Это устройство предназначено для соединения нескольких сетей различных архитектур. Это значит, что маршрутизатор способен подключить вашу персональную домашнюю сеть к глобальной сети (интернету). Такое взаимодействие — это третий (сетевой) уровень модели OSI.

Особенность маршрутизатора — это возможность настройки правил передачи данных. Чаще всего это делается при помощи специального веб-интерфейса, доступ к которому осуществляется через браузер.

Практически все бытовые интернет-провайдеры используют подобный веб-интерфейс, чтобы позволить пользователю или администратору настраивать правила работы роутера

Безопасность этого устройства обеспечивается наличием встроенного брандмауэра, а также фильтрацией пакетов данных. Ещё одна распространённая дополнительная функция — беспроводная точка доступа Wi-Fi.

Бытовой маршрутизатор часто оснащён беспроводной точкой доступа

Принцип работы

Если коммутатор использует таблицу коммутации для определения узлов сети, то маршрутизатор применяет таблицу маршрутизации. Она более сложна, чем коммутаторный аналог, и содержит такие данные, как адрес, маску сети назначения, шлюз, интерфейс и метрику всех устройств сети, включая другие маршрутизаторы. При помощи этой таблицы роутер способен определить самый короткий путь передачи данных от одного устройства сети (например, сервера какого-либо сайта) до другого (к примеру, вашего персонального компьютера).

Бытовой маршрутизатор оснащён несколькими портами LAN и одним WAN (Wide Area Network). В WAN-порт подключается сетевой кабель от провайдера, обеспечивающий доступ в интернет. В LAN-порты подключают компьютеры пользователей.

Бытовой роутер, как правило, оснащён только одним WAN-портом, через который роутер связывается с глобальной сетью

ЧТО ТАКОЕ КОММУТАТОР ЗАЖИГАНИЯ

Это умное слово, на самом деле, обозначает до примитивности простое устройство. Оно отвечает за искрообразование в системе зажигания. Момент искрообразования осуществляется в блоке зажигания. А коммутатор – то небольшое электронное устройство, управляющее блоком.

Для большего понимания, любая система зажигания делится на две основные части – это система управления и система исполнения искрового разряда. Система управления формирует момент появления искры, а система исполнения – непосредственно формирует эту искру. В данной статье речь пойдет именно об управлении искрой в системе зажигания. Но чтоб немного разобраться в его функциях, следует вспомнить некоторые моменты из автомобильной истории.

Видео что такое коммутатор:

Существующие разновидности коммутаторов

Различают два основных типа устройств: AC CDI и DC CDI. Первые коммутаторы небольшие и простые, в их схеме используется высоковольтный генератор. Вторые более распространены, снабжены четырьмя контактными группами с минусом и плюсом, а также отдельными выходами на катушку и датчик Холла. Но последние функционируют только при наличии высокого напряжения, подведённого с внешнего источника.

Коммутаторы также принято классифицировать, согласно функциональным особенностям:

• традиционные или стоковые устройства, строго соответствующие параметрам автомобиля — как правило, ставятся ещё с завода;
• спортивные — имеют возможность увеличения верхнего предела количества оборотов ДВС, однако такая разновидность является уделом опытных специалистов и имеет риски аварий;
• с возможностью регулировки фаз УОЗ — отличный вариант, когда требуется выровнять крутящий момент силовой установки, улучшить разгонные характеристики и стабилизировать работу мотора на разных оборотах.

Безусловно, коммутаторы принято делить и по основным разновидностям.

Электронные

Данный тип коммутатора ещё называют микропроцессорным с транзитными ключами. Он используется для управления напряжением преобразователя и снижает нагрузки на соединения, тем самым повышая мощность тока.

• возможность лучшего наполнения цилиндров ДВС;
• эффективная отдача мотора на всех оборотах.

Гибридные

В этих системах дополнительно используется механическая часть — кулачковый трамблёр. Электронику представляет сам коммутатор и катушка. Узел очень надёжен, экономичен и удобен. К примеру тем, что при выходе из строя свитча, можно переключаться на старый преобразователь с бегунком.

Бесконтактные

Группа с транзисторами, широко применяемая с начала восьмидесятых годов. Она вытеснила допотопные классические контактные системы. Считалась в своё время наиболее эффективной, так как показатели её работы были намного выше, чем у остальных коммутаторов.

Двухканальные

Та же бесконтактная система, но значительно модернизированная. К примеру, обычная БСЗ имеет те же недостатки КСЗ — потерю энергии искры, нестабильность холостых оборотов, ограничение на регулировку УОЗ, высокую чувствительность к загрязнениям и влажности. Двухканальная система или ДБСЗ избавляет систему зажигания от этих минусов, обеспечивая ещё более высокую энергию искры за счёт использования дополнительных катушек. Также здесь не применяются проблемные подвижные элементы — бегунок и уголёк, а крышка выполняет лишь функции защитного элемента. Поэтому она и не подвержена выгоранию.

Интересно, что двухканальное зажигание применялось и раньше. Это было реализовано на экспортных Ваз-21083. Однако коммутаторы данного типа, называемые еще двухконтурными, не получили широкого распространения из-за низкого качества тогдашней электроники.

Ещё один нюанс, касающийся коммутаторов. У них могут быть разные выходы. Те, у которых стоит по умолчанию цифра «1», крайне опасны для катушек зажигания в тот момент, когда испытывают неисправности. Но плюс таких устройств в том, что с ними можно интегрировать стандартные преобразователи для контактного зажигания.

Типы коммутаторов

Из всего разнообразия данного вида приборов для авто и мототехники предназначены следующие:

• устройство, которое имеет высоковольтный встроенный генератор – DC CDI;
• коммутатор, что работает только в присутствии дополнительного источника высокого напряжения – AC CDI;
• катушка-коммутатор.

Смотреть галерею

Коммутаторы DC-типа являются самыми применяемыми из-за легкого подключения, они имеют на корпусе лишь четыре контакта: датчик Холла, минус, плюс, катушка зажигания.

Данные приборы имеют широкий модельный ряд:

• без ограничителя максимального числа оборотов или с ним;
• с возможностью изменять фазы опережения зажигания;
• для различных нужд — наличие дополнительных контактных групп.

Коммутаторы АС-типа отличаются от первых тем, что им не нужно постоянное наличие напряжения, и подключаются они несколько сложнее. Также они имеют очень маленькие размеры и, следовательно, более простую конструкцию. В силу этого они не обладают ограничителем максимального числа оборотов, что снижает безопасность использования техники.

Коммутаторы-катушки представляют собой самый интересный, слабоизученный и малораспространенный вид. Они соединяют в себе катушку зажигания и коммутирующий элемент, а также не оснащены датчиком Холла.

Принцип их действия заключается в прерывании тока, который протекает через высоковольтный трансформатор с низковольтной намоткой-катушкой. Само прерывание осуществляется контактным выключателем, что приводится в действие с помощью вала распределителя зажигания.

Система с механическим прерывателем имеет следующие недостатки:

1. Из-за слишком высокого тока, протекающего в первичной обмотке катушки, в прерывателе часто вырабатывается искра, которая приводит к порче контактов: они оплавляются и обгорают.
2. В холодное и сырое время года контакты подвергаются электрохимической эрозии.
3. Высокий ток в контактах прерывателя приводит к тому, что продолжительность разряда искры зажигания является кратковременной, это приводит к некачественному поджиганию топлива и нестабильной работе двигателя на низких оборотах. Следовательно, требуются затраты на обогащенную смесь.

Устранение этих недостатков стало возможным с появлением высоковольтных транзисторов высокой мощности и созданием бесконтактных систем электронного зажигания.

Некоторые водители пытаются улучшить технические характеристики транспортного средства путем замены контактной системы зажигания бесконтактной от новой модели. Это затратно и трудоемко, ведь требуется поменять систему зажигания полностью и приобрести электронный коммутатор. Кроме того, не всегда удается найти подходящий к старому новый вариант коммутации зажигания.

Несмотря на это, даже если между катушкой зажигания и контактным прерывателем подключить простой коммутатор на мощном транзисторе, можно заметно повысить качество системы контактного зажигания автомобиля:

• перестанут оплавляться контакты прерывателя из-за уменьшения тока;
• продолжительность заряда искры увеличится примерно вдвое, что вызовет лучшее поджигание горючего;
• систему всегда можно вернуть к первоначальному варианту простой перекоммутацией провода в случае поломки коммутатора на транзисторе.

Отличие от маршрутизатора

Мы разобрались с тем, что нет существенных между коммутатором и свитчем, разница с концентратором тоже понятна, остался только один вопрос — чем же от них отличается маршрутизатор.

Роутер (маршрутизатор) — это устройство, которое может не только распределять трафик по адресатам, но и работать в соответствии с правилами и таблицами маршрутизации. Это мини-компьютер с широким спектром настраиваемых функций. Роутер может быть и проводным и использовать технологию WiFi, принцип работы остаётся тем же.

Разобравшись с тем, что такое коммутатор (свитч), для чего нужен и что он делает, можно подвести итоги. Это устройство используется для создания сегментов сети, оно лучше концентратора, но менее функционально, чем роутер.

А коммутаторы используются в сетях с простой системой распределения трафика, это позволяет сохранить безопасность и избежать настройки и администрирования роутера.

Сравнение

Разница между сетевым концетратором-хабом и сетевым коммутатором заключается в способе передачи данных. Хаб бездумно расшвыривает пакеты всем участникам сети, которые самостоятельно разбираются, кто адресат. Те, кому полученный пакет не предназначен, от него отказываются. Коммутатор — устройство избирательное. Пакеты он распределяет в соответствии с указанными в заголовках пакетов MAC-адресами, избавляя участников сети от необходимости определять, им ли предназначены запросы. По сути, хаб работает аналогично электрическому тройнику, к которому подключены несколько устройств, а коммутатор — распределительному щитку.

Из-за особенности распределения трафика хабы имеют пропускную способность гораздо ниже, чем коммутаторы. Скорость передачи данных будет зависеть и от самих участников сети, причем одного медленного узла будет достаточно, чтобы вся сеть сравнялась с ним по показателям скорости. Естественно, уровень безопасности в сети, организованной посредством сетевого хаба, будет снижен: как минимум, такие сети становятся желанной средой для перехватчиков данных.

Сегодня хабы практически не используются, их функции выполняют коммутаторы. В первое время появления сетей Ethernet в преимущества концентраторов была записана низкая стоимость, но с течением времени коммутаторы эту разницу сгладили. В настоящий момент стоят они очень мало, а более высокая скорость обмена данными ставит их впереди концентраторов на целый корпус.

Коллизии[править]

Необходимо обеспечить использование канала только одним отправителем

Классический Ethernet использует для этого метод CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, Множественный доступ с прослушиванием несущей частоты и распознаванием коллизий). Компьютеры прослушивают несущую частоту и передают данные только если среда свободна. Классический Ethernet использует манчестерское кодирование. Несущаяя частота 10-20MHz
Обнаружение коллизий
Компьютер передает и принимает сигналы одновременно и если принятый сигнал отличается от переданного – значит, возникла коллизия. В таком случае компьютеры останавливают передачу данных и передают в среду так называемую Jam-последовательность – специальный сигнал, который очень сильно искажает данные в сети и гарантирует, что все остальные компьютеры распознают коллизию и прекратят передачу данных.
Если в среде нет несущей частоты, то компьютер может начинать передачу данных. При передаче перед данными следует преамбула. Она состоит из 8 байт и служит для синхронизации источника и передатчика. Первые 7 байт – 10101010, последний, 8ой байт – 10101011(последние 2 единицы – ограничитель между преамбулой и данными). После самого кадра следет межкадровый интервал (9.6мкс). Он нужен для предотвращения монопольного захвата канала и приведения сетевых адаптеров в исходное состояние.
Передача кадра

Компьютер передает кадр в общую среду и каждый компьютер, к ней подключенный начинает принимать его и записывать в буффер.

Первые 6 байт – это адрес получателя. Если очередной компьютер узнает в нем свой, то продолжает записывать кадр, остальные – удаляют его из буффера. Но есть специальный режим сетевого адаптера – promiscuous mode (неразборчиый режим), в котором адаптер принимает все кадры в сети, независимо от MAC-адреса назначения. Он используется для мониторинга или диагностики сети.

Период конкуренции

Если компьютер начал передавать данные и обнаружил коллизию, то он делает паузу длительностью L * 512 битовых интервалов (время, необходимое для передачи одного бита, которое при скорости передачи 10 Мбит/с составляет 0,1 мкс). L случайно выбирается из диапазона , где N – номер попытки. После 10 попыток интервал не увеличивается, а после 16 передача прекращается.

Такой алгоритм хорошо работает при низкой загрузке:

• В сети мало компьютеров
• Компьютеры редко передают данные

Если же нагрузка высокая, то очевидные проблемы:

• Растет число попыток передачи
• Растет интервал, сз которого выбирается L, и следовательно длительность пауз
• Экспоненциально увеличивается задержка

Существует классическое ограничение – время оборота должно быть меньше времени передачи самого короткого кадра. Иначе произойдет коллизия, которую не заметит отправитель. (Сигнал о коллизии может прийти уже после того, как компьютер завершил передачу кадра и он будет считать, что кадр передан, а на самом деле произошла коллизия).

Параметры Ethernet подобраны таким образом, чтобы коллизии гарантированно распозновались:

• Минимальная длина – 46 байт (иначе – выравнивание)
• Максимлаьная длина сети 2500м

Недостатки классического Ethernet:

• Плохая масштабируемость:
  • Сеть становится неработоспособной при загрузке разделяемой среды больше, чем на 30%
  • Работоспособное количество компьютеров – 30
• При увеличении скорости передачи уменьшается длина сети (для снижения RTT)
• Разное время передачи кадра (из-за коллизий, для real-time трафика – это плохо)
• Низкая безопасность – данные в разделяемой среде доступны всем.

Предыстория систем зажигания

Как известно, в каждом цикле работы бензинового двигателя внутреннего сгорания существует этап приготовления топливно-воздушной горючей смеси и этап ее сгорания. Но чтобы смесь сгорела, ее нужно чем-то поджечь.

Первым решением, применявшимся в самых ранних автомобильных ДВС, было зажигание смеси от калильной трубки, вставленной в цилиндр и разогреваемой предварительно перед запуском двигателя. При его работе температура этой трубки постоянно поддерживалась за счет сгорающей в каждом цикле работы смеси.

Интересно, что система искрового зажигания от магнето применялась параллельно с калильным зажиганием автодвигателей, но поначалу только для промышленных газовых ДВС. Этот принцип был быстро перенят и автопроизводителями, а после изобретения Р. Бошем в 1902 году привычной свечи зажигания искровая система стала общепринятой.

Устройство и принцип работы

Первые коммутаторы были крайне примитивны. Простая схема из транзисторов регулировалась при помощи электрического импульса. В таком виде устройство просуществовало недолго. Наступила эра высоких технологий, благодаря которой стали применяться более эффективные инновационные решения.

На машинах, собираемых в РФ, стимулятор искры был впервые использован на автомобиле Ваз-2108. Устройство относилось к серии 36.3734 тоже родного производства. В дальнейшем стали применяться более модернизированные коммутаторы с различным исполнением конструктивно-технической схемы. Однако комбинированная или составная сборочная технология всегда оставалась для российских микросхем неизменной. И плюс её в том, что она ремонтопригодна, в отличие от тех же зарубежных аналогов.

Сегодня коммутатор — это совокупность нескольких элементов: свечи, транзисторы, датчики. Он может использоваться в гибридном или тиристорном зажигании. Электрические импульсы управляются автоматически, что даёт целый ряд практических преимуществ:

• отсутствие перебоев на максимальных скоростях;
• повышение надёжности работы блока;
• возможность увеличения объёма цилиндров мотора.

А когда внедрили элемент Холла, и коммутатор начал управлять сразу несколькими преобразователями, преимущества только увеличились. Настолько, что на каждой отдельной свече стали использовать тандем «катушка+коммутатор». Вот чего конкретно удалось достичь:

• более сильной и надёжной стала искра в системе зажигания;
• исчезли потери мощности в трамблёре;
• улучшился холостой ход;
• снизился расход горючего;
• стабилизировался пуск на холодный двигатель.

Принцип работы коммутатора можно представить себе так. Сначала система контролирует положение коленвала двигателя. Затем индуктивным датчиком Холла, входящим в конструкцию распределителя, снимаются показания с положения поршней в цилиндрах. Он же и подаёт на коммутатор импульс. Сигнал усиливается до 12 вольт и поступает на катушку. За счёт этого уменьшается сила тока, и повышается напряжение.

БЕСКОНТАКТНЫЕ КОММУТАТОРЫ

С введением в систему зажигания электронных приборов, производители авто со временем начали отказываться от контактных коммутаторов. Прерыватели напряжения стали заменяться бесконтактными датчиками. Как работает такой коммутатор? Все довольно просто: устройство теперь получает сигналы от узла под названием датчик Холла. Кстати, на отечественных автомобилях бесконтактные коммутаторы впервые начали применяться для ВАЗ 2108.

При использовании датчиков пропали перебои в искрообразовании, уменьшилась погрешность между моментом поджига горючей смеси в правом и левом цилиндре. Но никуда не делась проблема поиска оптимальной зависимости угла опережения зажигания от оборотов агрегата. Эту проблему помог устранить коммутатор с опережением угла зажигания с микроконтроллерной системой.

В них сигнал с электронного датчика подается на вход Х1. В этом устройстве обработка сигнала выполняется микроконтроллером, который определяет момент включения-выключения катушки. Ее коммутацию определяют транзисторные ключи, которые управляют сигналом контроллера. В результате график угла опережения выглядит таким образом:

Заключение

Одним словом, оба коммутатор в локальных сетях и коммутатор SAN могут обеспечить коммуникационный путь для перемещения данных и хранения. Но коммутатор в локальных сетях основан на IP, в то время как коммутатор SAN основан на оптоволоконном канале. При оценке коммутатора локальных сетей или SAN необходимо учитывать требования к производительности, поддерживаемым протоколам и скорости интерфейса. Если вы все еще озадачены выбором подходящего коммутатора локальной сети или коммутатора SAN, обратитесь к FS. Мы предлагаем различные решения для вашего коммутатора с различными тарифами в любое удобное для вас время.

Связанные статьи:

FS.COM LAN vs MAN vs WAN: в чем разница?Что такое private VLAN и как она работает?