Коммутатор (switch) — что это такое, принцип работы и как выглядит?

Привет, дорогой товарищ! Сетевой путь привел тебя к магистру знаний, который без зазрения совести поделится тайнами сетевой магии. Ни слова более, ибо сегодня я поведаю тебе – что такое свитч или коммутатор. Это нехитрое устройство может называться по-разному: network switch, switching hub, bridging hub или самое распространенное название коммутатор. Начнем с определения.

Коммутатор – это устройство, предназначенное подключать несколько сетевых машин: компьютеров, ноутбуков, серверов, сетевых принтеров или даже самих коммутаторов. Имеет вид коробки с большим количеством сетевых LAN портов. Подобные порты ты уже видел на компьютере или ноутбуке. Для подключения чаще всего используют витую пару, но бывают случаи с коаксиальным кабелем или оптоволокном.

В чем отличие коммутатора и свича? Никакой разницы и определенных различий нет. Слово «Switch» — это просто англоязычное название.

Вот так примерно выглядит Коммутатор

Принцип работы коммутатора на примере

Вот у нас есть коммутатор или свитч с большим количеством портов – например, их 5. Ко всем 5 портам подключены компьютеры. Отлично, у нас образовалась локальная сеть. Принцип работы свитча в том, что он грамотно распределяет пакеты информации по таблице коммутации, где хранятся MAC адреса всех подключенных устройств. Пока не понятно? – дальше разберем поподробнее.

Правда изначально эта таблица полностью пустая. Давайте рассмотрим, как работает коммутатор на примере:

1. 1-ый компьютер отправляет пакет информации 5-му компу.
2. Пакет доходит до коммутатора;
3. Коммутатор смотрит в свою таблицу и видит, что она полностью пустая. Оно и понятно, его только включили;
4. Тогда коммутатор решает вопрос гениально – он отправляет данный пакет всем компьютерам, подключенным к портам. Но отправляет не просто так, а с запросом, чтобы ему пришел ответ от нужного устройства.
5. Все компьютеры принимают пакет и смотрят на адрес получателя. В итоге ответ приходит только от 5 компьютера, которому и отправлялся пакет.
6. Коммутатор смотрит, с какого порта пришел ответ. И записывает в таблицу коммутации к какому порту подключен 5 компьютер. В запись входит – номер порта и MAC-адрес устройства.

А теперь давайте подумаем – а для чего нужна эта таблица коммутации. Она как раз нужна для того, чтобы коммутатор при работе сети отправлял пакет только нужному адресату, а не всем сегментам сети. Как в прошлом примере, после того как коммутатор записал адрес 5-ой машины, в следующий раз он будет отправлять пакет не всем устройствам, а только на определенный порт, к которому подключен нужный комп.

Ну и главный вопрос: а для чего он нужен? Да в принципе только для соединения большого количества устройства в одну локальную сеть. Часто применяют на предприятиях. Например, у нас есть огромное количество отделов: бухгалтерия, отдел кадров, отдел безопасности, юристы. У каждого сотрудника есть свой компьютер. Чтобы соединить все эти устройства в одну сеть и используют свитч. Для коннекта могут использовать разные кабели и порты:

Отличие от концентратора

Теперь вы знаете – что такое свитч, но его очень часто путают с маршрутизатором и концентратором. Поэтому нужно разобрать и эти понятия.

Концентратор (или ХАБ по-другому) – это чем-то похожее устройство на коммутатор, но есть небольшое отличие. А отличие как раз в принципе работы. Hub при получении пакета информации отправляет этот же пакет всем сегментам сети и делает это постоянно. То есть, например, в сети идет связь 2 компьютеров и они активно отправляют друг-другу пакеты.

Но также одновременно концентратор отправляет или дублирует пакеты данных всем остальным подключенным устройствам. Проблема такого подключения в том, что в сети создается мусорный и ненужный трафик, что может привести к перегрузке сети и потери пакетов, если устройств будет слишком много. Тогда пакеты начнут теряться из-за недостаточной ширины канала.

Вот представьте, если бы вам постоянно приходили письма всех соседей вашего дома. У вас бы не хватило времени читать все письма. А работники почтовой службы сбились бы с ног.

В данный момент Хабы уже почти не используются. Хотя возможно их можно встретить в древних локальных сетях. Также минусом данного подключения является маломерность – то есть большое количество устройств вы просто не подключите.

Разновидности

Коммутаторы бывают нескольких видов:

• Управляемые или программируемые – у таких устройств внутри также заложена система настроек портов. В такой системе системный администратор или инженер может назначить гибкую работу сети. Например, с помощью коммутатора можно разделить все подключённые устройства на разные подсети, чтобы пакеты информации были только в одной подсети и не выходили за её пределы. Например, в организации есть обычные менеджеры и бухгалтерия – и с помощью коммутатора их можно разделить. Чтобы доступ к документам имел только свой отдел.
• Неуправляемые – это обычные аппараты, работающие по простому принципу, который я описал выше. Проблема таких устройств в том, что они не имеют четкого ограничения и при желании все устройства имеют доступ к друг-другу. Подобные свичи можно использовать внутри определенной подсети или в маленьких офисах. Часто используют дома, так как сегментов не так много.

Ещё коммутаторы могут различаться по уровню, на котором они работают по модели OSI. Данную модель должен знать каждый уважающий себя IT инженер или системный администратор. Но на всякий случай приведу удобную табличку.

2 уровня – работает с получением кадров и MAC-адресами. Не работают с IP адресами и понимают информацию вида: MAC-адрес и приоритетный тег (IEEE 802.1p).

3 уровня – работает со всеми видами IP (IPv4, IPv6, IPX, IPSec), также может работать с защитой трафика на подобном уровне. Можно также называть и маршрутизатором, так как данный аппарат может работать с протоколами: PPPTP, PPPoE, VPN и т.д.

4 уровень – более высокий уровень адресации, который можно настроить не только между устройствами, но и при использовании определенных приложений. Работает также со всеми другими уровнями: 2 и 3.

Отличие от маршрутизатора

Маршрутизатор или роутер – работает примерно так же как и коммутатор, но при этом в своем арсенале имеет полноценную операционную систему. За счет этого маршрутизатор имеет более гибкую систему настройки сети, также у маршрутизатора есть возможность раздавать сетевые настройки подключенным сегментам (по-другому функция DHCP).

Роутер имеет возможность фильтровать трафик, настраивать пропускную способность, а также работать с внешней глобальной сетью – интернет. В таком случае маршрутизатор выступает как управляемый шлюз между двумя сетями. При этом аппарат будет иметь два IP адреса:

• Внешний – обычно выдается провайдером;
• Внутренний – чаще задается заводскими настройками, но его также можно переписать. Самые популярные адреса: 192.168.1.1 и 192.168.0.1.

Советую прочитать полный разбор роутера – по этой ссылке.

Параметры

Итак, у нас есть вот такие нехитрые коробочки с сетевыми портами. Как я уже и говорил, порты могут быть разного вида. То есть работать как с витой парой, так и с коаксиальным и оптоволоконным кабелем. Есть совмещенные коммутаторы.

Например, есть два офиса: центральный (где находится сервер) и второстепенный. Второстепенный можно подключить с помощью оптоволокна. То есть связующий порт будет оптический. Но вот далее все остальные локальные порты будут типа Ethernet. Как видите коммутаторы могут иметь разное количество портов – всё зависит от потребности пользователя. Мелкие обычно используют в домашних условиях или небольших офисах. Большие же часто применяют в крупных организациях.

Также порты могут иметь разную скорость. Чаще используют входные порты по 1000 Мбит/с в секунду, а локальные по 100 Мбит/с. Если в организации используется более оживленный трафик, то локальные порты могут быть 1-2 Гбит/с или вообще использовать оптоволокно с более высокой скоростью.

PoE

Помимо всего у некоторых моделей есть поддержка PoE портов. PoE порт – это специальный вход, который позволяет питать устройство по сетевому кабелю. Например, у вас есть камера, которую нужно установить в труднодоступном месте, где нет отдельных розеток. Тогда питание можно подать по PoE выходу. То есть устройство одновременно будет подключено к сети и к питанию.

SFP

SFP-порты позволяют использовать «оптику» для подключения отдаленных устройств. Обычно витая пара имеет небольшую дистанцию действия – 50-100 метров. Оптоволокно может бить куда дальше. Также оптический кабель надежнее защищен от электромагнитного воздействия и имеет меньший диаметр.

Mpps

Ещё одна очень важная характеристика, а именно скорость обслуживания пакетов. Из названия понятно, что данный параметр должен быть достаточно высокий в больших локальных сетях. Измеряется в Mpps (million packet per second – миллион пакетов в секунду). В малых сетях используют слабые аппараты от 2,0 до 10,0 Mpps. В крупных компаниях, работающих с трафиком, до 71,4 Mpps. Понятно дело, что чем больше этот показатель – тем дороже switch.

Размер таблицы

У нас используется таблица именно-MAC адресов. Если локальная сеть будет слишком сложной и таблицы не будет хватать, то сеть может подтормаживать, так как коммутатору нужно будет перезаписывать новый адреса, на старые. Один адрес занимаем 48 бит. В некоторых случаях инженеру нужно изначально подсчитать – какого размера будет таблица.

Способ крепления

Можно разделить на два вида: настольный и настенный. Первый вариант обычно устанавливают в серверные шкафы. Второй вариант можно крепить в любой место и прикручивать хоть на потолок, хоть на стену. Подобные виды используют именно вдали от сервера при подключении большого количества машин.

Возможности и функции

Если вам нужен сетевой коммутатор, то я вам советую посмотреть важные функции, которые должен поддерживать тот или иной аппарат. В зависимости от поддержки будет расти или падать цена. В некоторых случаях определенные возможности не нужны, и поэтому не стоит за них переплачивать. Все зависит от загруженности сети.

• Flow Control или управление потоком – есть во всех свитчах. Грамотное управление потоком позволяет снизить риск зависание сети;
• Storm Control – или защита от широковещательного шторма. Шторм – это возникновение ситуации, когда в сети у коммутатора возникает слишком много пакетов, в результате они начинают теряться, какая-то информация не доходит или вовсе перестает передаваться. Очень часто возникает в результате петель. Важная функция для больших сетей.
• Jumbo Frame или увеличенные пакеты – используются только в больших сетях. Тогда есть реальная возможность увеличить размер пакета, чтобы ускорить передачу данных. Для этого нужно, чтобы принимающее устройство также поддерживало эту функцию, а канал имел определенный размер.
• IGMP Snooping – часто применяют в IP телевидении. Когда трафик распределяется точечно на определенного пользователя. С одной стороны, сеть разгружается. С другой стороны, коммутатор должен обладать не малой мощью, чтобы постоянно просчитывать пути и откликаться на запросы новых пользователей.
• Поддержка режимов:
  • Полудуплекс – поддержка отправки пакетов в обе стороны, но одновременная передача запрещена. То есть передается по очереди
  • Дуплекс – одновременная передача.

• Стекирование или расширение – используется, если на стандартном коммутаторе не хватает количества портов. Тогда подключают ещё один или несколько свичей. Технологии у каждой фирмы разные, и нужно учитывать скорость шины стекирования у определенной модели.
• Поддержка QoS – приоритезация трафика по стандарту стандарт IEEE 802.1p. Когда более приоритетный трафик пропускают, а остальной сидит в очереди. Также за счет этой технологии выравнивается скорость передачи данных в сети. В результате уменьшается шанс заторов на линии.
• Агрегирование каналов по стандарту IEEE3ad. Поддерживаются только дорогие аппараты. Возможность отправлять пакеты данных по нескольким кабелям и портам, чтобы увеличить скорость;
• VLAN– разделение сеть на подсети. Например, бухгалтерия не видит отдел кадров и не имеет доступ к их сети, и наоборот.
• Loopback Detection – помогает защитить сеть от петель – когда пакеты начинают бесконечно гулять в сети. Проблема в том, что отправитель может также бесконечно отсылать пакеты в сеть и забить её;
• Сегментация трафика – разделение портов на отдельные сегменты. Разделение идет на физическом уровне для большей надежности;
• Зеркалирование трафика – простая проверка всего трафика для обеспечения безопасности в сети.
• Поддержка интернет протоколов – тут все понятно, аппарат должен помимо обычных функций уметь распределять трафик из глобальной сети.
• Поддержка Wi-Fi – для подключения к локальной сети с помощью радиоволн по стандарту IEEE 802.11.

Более подробно про Wi-Fi можно прочитать тут.

Назначение

• Дома – во многих статьях почему-то пишут первым именно домашнее использование. Да, ранее их действительно часто использовали дома и подключали соседей, а также друзей, чтобы порубиться в Counter Strike. Но сейчас в век интернета их уже редко увидишь, и на их смену пришли Wi-Fi роутеры.

• Небольшие предприятия – сеть ограничивается только количеством компьютеров. Обычно их до 48 + сервер.

• Умный дом – данная система достаточно популярна в частных домах. Также её могут использовать на небольших предприятиях.

• Видеонаблюдение – если система становится слишком большой, то начинают использовать коммутаторы;

• Промышленные сети – для правильного распределения трафика между сложными аппаратами.

ПОМОЩЬ СПЕЦИАЛИСТА! Если у вас ещё остались вопросы или вас нужно проконсультировать по данной теме – пишем в комментарии.

Видео

wifigid.ru

Коммутатор Зажигания — Предназначение, Разновидности, Устройство и Схема Подключения, Принцип Действия, Признаки Неисправности, Замена и Ремонт, Стоимость

Блок питания и пара проводов — вот и всё, что представляет собой автомобильный коммутатор зажигания. Но с другой стороны, это довольно сложный и ответственный узел. Сегодня он продолжает эволюционировать, показывая всё лучший и лучший коэффициент выжигания горючей смеси. При этом передовые устройства способны эффективно работать и на АИ-93, повышая отдачу движка на низких оборотах.

Что такое коммутатор зажигания в автомобиле

В автомобилях данные устройства применяются давно. Только раньше это были довольно примитивные устройства. Сегодня, пережив конструктивную модернизацию, приборы стали высокотехнологичны и представляют одну из главных артерий системы зажигания.

Для чего нужен, где находится и как выглядит

Как и было сказано, коммутатор нужен для езды на бензине низко октановых марок. Стоит такое горючее значительно дешевле премиум-сортов. При этом отдача мотора по-прежнему остаётся на высоком уровне за счёт лучшего воспламенения смеси воздуха и топлива. Таким образом, коммутатор — это устройство, содействующее появлению в блоке зажигания продуктивной искры. Его можно считать микрокомпьютером, стимулирующим преобразователь. Естественно, коммутатор должен опираться на какие-то данные. В нашем случае, это сигналы датчика синхронизации.

На машинах с ГБО коммутатор выполняет ещё одну задачу: он тестирует компоненты зажигания, регулируя УОЗ автопилотом в ходе переключения на метан.

Конструктивно элемент может совмещаться с ЭБУ. В этом случае он располагается на трамблёре (Ваз 2106, 2107) или рядом с преобразователем — на ЗИЛ ТК102У. Не исключение — вариант нахождения на отдельной металлической площадке. Как правило, это или крыло автомобиля, или перегородка под капотом (Ford). А на немецких Audi коммутатор установлен в моторном отсеке под лобовым стеклом. Для него предусмотрен защитный кожух из влагонепроницаемого материала.

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.

Нынче для эффективного воспламенения горючего в автомобилях ВАЗ 2109, 2110, 2114 «Самара», а также ЗАЗ-1102 применяются электронные коммутаторы. Серия этих устройств 3734 выпускается под артикулами 3620-, 36- и 78. Задачи ключа здесь выполняет производительный мосфит, а величиной тока управляет совокупная электросхема.

Схема подключения

Получается, что роль коммутации — просто усиливать импульс до требуемого значения. Так и есть, ведь недаром конструкторы сравнивают описываемый элемент с полевыми транзисторами Дарлингтона. Только в коммутаторе главную функцию выполняет индуктивный датчик с тремя выводами. Когда в зону датчика входит металлическая пластина, начинается генерация тока. Далее напряжение подаётся на вход коммутатора. Здесь импульс только увеличивается и идёт дальше на преобразователь.

Коммутаторная схема зажигания достаточно проста. Сложность вызывает её установка. Она должна быть проведена максимально грамотно, иначе никакого толка не будет. Важный нюанс касается также подбора транзисторов. Они должны проверяться через специальную измерительную аппаратуру, так как даже у одинаковых на первый взгляд полупроводников характеристики сильно отличаются.

Ниже, в качестве примера, приведена схема 4-портового коммутатора 76.3734 типа КЭТ, используемого на автомобилях Ваз:

• предназначен для БСЗ;
• состоит из контроллёра L497 или его аналога КР1055ХП2;
• возможно подключение к тахометру, расположенному на торпеде;
• классическое подключение — через двухкаскадный усилительный блок.

Теперь по его выводам:

• 1 (выход), с него снимается усиленный импульс — соединяется с главным выводом катушки;
• 2 (контакт) — соединяется с отрицательной клеммой АКБ;
• 3 (масса) — интегрируется внутри блоком с контактом 2;
• 4 — принимает питание от аккумулятора;
• 5 — выводит постоянное питание, всегда под напряжением 12 В.

Примечательно, что между 4 и 5 используется стабилизатор напряжения, так как здесь всегда имеется сопротивление.

Подробнее схема подключения коммутатора на Ваз 2108 приведена на фото.

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.

Преимущества электронной системы:

• 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.

Для вторых типов коммутаторов, в которых по умолчанию используется выход «0», обычные катушки совершенно не подходят. Они сильно нагреются, либо искра не будет нормально подаваться. К такому коммутатору относится, например, модель для БЦЗ 131.3734.

Признаки неисправности коммутатора

Потеря системой зажигания искры — один из главных симптомов отсутствия исправности коммутатора. Естественно, это сопровождается трудным запуском двигателя, перебоями в его работе. Однако специалисты предупреждают — торопиться с заменой элемента не стоит, ведь подобные признаки присущи также и при других неполадках. К примеру, это же происходит при обрыве ремня ГРМ, повреждении трамблёра или катушки зажигания, слабых контактах соединений проводки и т. д.

Одним словом, проверять коммутатор нужно грамотно. Но как это сделать без квалификации, ведь устройство имеет сложную конструкцию. Есть несколько практичных способов. Первый, это не заморачиваться и установить новый коммутатор. Если проблема исчезнет, значит, всё отлично. Второй способ подразумевает использование контрольной лампы на 12 вольт и стандартного набора ключей.

Далее по инструкции:

• обесточить аккумулятор;
• снять управляющий провод «К» с катушки зажигания — он часто бывает выкрашен в коричневый или красный цвет и проложен к главному зажиму коммутатора;
• на его место установить один конец контрольной лампы, второй — соединить с проводом «К»;
• подсоединить внешнее питание 12 вольт — аккумулятор;
• запустить двигатель.

Если лампа начнёт мигать — коммутатор исправен. Обратная ситуация, когда индикатор не подаёт никаких рабочих признаков, укажет на проблемы с устройством. Вряд ли оно полностью испортилось, тогда двигатель не завёлся бы с первого раза.

Признаки неисправности коммутатора точнее можно увидеть на профессиональном оборудовании — специальном стенде. Это даёт возможность не только определить факт работоспособности устройства, но и рассчитать длительность импульсов. Кроме того, специалисты отдельно измеряют напряжение на выходе датчика Холла — норма не более 0,4 В. Также замыкается первый и второй выводы коммутатора при включённом зажигании, чтобы протестировать наличие искры.

Инструкция по ремонту и замене

Стоит отметить, что на современные российские коммутаторы подходят выходные ключевые транзисторы не только штатного производства, а в частности КТ890А, КТ898А1, но и зарубежный аналог BU931. Реализован он может быть, как без корпуса, так и в конструктивном исполнении ТО-220 или ТО-3.

Что касается управляющей схемы, то в коммутаторы серии 78.3734 подходят:

• 4-канальный усилитель типа К1401УД2Б;
• отечественная микросхема Р1055ХП1;
• зарубежная L497B SGS-TOMSON.

Перед тем, как приступать к замене коммутатора или его составляющих, рекомендуется протестировать целостность проводки и соединений системы зажигания. Особое внимание уделить генератору. Также не лишним будет проверка напряжения от бортовой сети на датчик Холла.

Подробнее по неисправностям и способам их ремонта ниже в таблице.

Стоимость

Подробнее в таблице.

И напоследок помните, что при замене мощного ключевого транзистора важно обращать внимание на качество фиксации детали к корпусу коммутатора. Многие новички допускают здесь ошибки или наносят недостаточно теплопроводящей пасты. В результате устройство не удаётся отремонтировать.

Таблица: структурная схема подключения управляющей микросхема L497B фирмы SGS-TOMSON (отечественный аналог Р1055ХП1) для коммутаторов серии 78.3734

№ вывода	Назначение	№ вывода	Назначение
1	Общий	9	Вывод для подключения конденсатора к узлу защиты
2	Общий (сигнальный)	10	Вывод для подключения запоминающего конденсатора к схеме управления задержкой
3	Питание 1	11	Вывод для подключения конденсатора коррекции к схеме управления задержкой
4	Не используется	12	Вывод для подключения внешнего резистора опорного напряжения
5	Вход сигнала с датчика Холла	13	Вход ограничителя тока
6	Выходной сигнал широтно-импульсного модулятора	14	Выходной сигнал для управления внешним транзистором
7	Вывод для подключения дополнительного стабилитрона	15	Вход ограничителя амплитуды выходных импульсов
8	Вывод для подключения конденсатора коррекции постоянной времени формирователя	16	Питание 2 (выходной каскад)

Таблица: неисправности коммутатора и способы устранения

Неисправности	Причина	Способ устранения неисправности
Двигатель заводится, но через 3-5 мин останавливается. Через 20-30 мин двигатель вновь возможно запустить, но через короткое время он опять останавливается. Корпус коммутатора нагревается до температуры выше 50 градусов по Цельсию.	Неисправны элементы коммутатора.	Проверяют исправность транзистора. Если он нормально функционирует, но сильно нагревается в рабочем состоянии, увеличивают номинал резистора. В случае, если после этого транзистор продолжает сильно нагреваться, последовательно заменяют микросхему и транзистор. При монтаже транзистора обращают особое внимание на качество его крепления к корпусу коммутатора с использованием теплопроводящей пасты.
Мотор запускается только через определённые промежутки времени. Коммутатор сильно нагревается.	Неисправна схема защиты коммутатора.	Проверяют исправность элементов схемы защиты.
Двигатель автомобиля не заводится.	Неисправны элементы коммутатора, формирующие напряжение питания датчика Холла.	Проверяют исправность транзистора и остальных элементов устройства.
Искры на свечах нет.	Неисправны элементы электронного коммутатора.	Проверяют исправность элементов устройства. Если указанные элементы работают, а неисправность осталась, следует заменить микросхему.
Искра нестабильная.	Нарушены контакты в разъемных соединениях коммутатора и датчика Холла.	Проверяют качество разъемных соединений коммутатора и датчика.
Двигатель работает неустойчиво.	Неисправен датчик Холла.	Заменяют датчик Холла.
Нестабильная работа силовой установки.	Неисправны элементы электронного коммутатора.	Проверяют последовательно элементы коммутатора. Если указанные детали исправны, а неисправность не устранилась, следует заменить микросхему.

Таблица: стоимость коммутаторов

Модели коммутаторов	Цена в рублях
Коммутатор ГАЗ 131.3734 Ромб	400
Транзисторный 1302.3734	450
133.3774 (аналог 3620.37740) ВАЗ 2108-099,Таврия (Энергомаш) (20)	450
Коммутатор а/м ВАЗ 2108-2110, ВАЗ 2121 «СОАТЭ»	500
0529.3734 Винница ВАЗ 2121 — 21214 НИВА	500
12.3774-01 (ан.76.3774-02) ` Коммутатор ЗИЛ-130, -43410, АЗ-53, ПАЗ, ЛИАЗ, КАВЗ (Энергомаш)	600
Энергомаш Коммутатор ВАЗ-2108-10, 2121,1111 (96.3734,3620.3734,76.3734) (Энергомаш) с авар.режимом и диагностикой	700
Коммутатор ГАЗ 131.3734 СОАТЭ	700
131.3734 Коммутатор Волга, ГАЗ, УАЗ, ИЖ, ЗИЛ-130, Москвич, ПАЗ, КАВЗ (СОАТЭ)	800
Коммутатор с современной электронной базой а/м ГАЗ, УАЗ «СОАТЭ»	850
Коммутатор системы зажигания ТК-200-0 / ТК-200-01-0 (аналог BU931)	1000

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

swapmotor.ru

Коммутатор (свитч) — что это такое и для чего нужен

Коммутатор, сетевые устройства, узлы — понятия, знакомые большинству пользователей, но что именно они означают, знают немногие. В этой статье мы поможем вам разобраться с понятием и принципом работы этого устройства, а также расскажем, чем коммутатор отличается от свитча, маршрутизатора и концентратора.

Как он работает?

Коммутатор — это один из видов сетевых устройств, с его помощью можно соединить несколько сетевых узлов (ПК, телефоны или другие сетевые устройства). При этом соединение не будет выходить за рамки одного или нескольких сегментов сети.

Сегментом называют небольшой и изолированный участок. Например, домашняя сеть с компьютером, ноутбуком и смартфоном, которая получают общий трафик от провайдера, будет считаться сегментом.

Другое название этого устройства — свитч, оно используется в молодёжных и узкопрофессиональных кругах.

Принцип работы коммутатора (или свитча) прост — устройство получает трафик, а затем, определив получателя по MAC-адресу, пересылает данные на нужный узел (компьютер, телефон). Свитч первое время в новом сегменте может отправлять пакеты данных нескольким адресатам внутренней сети, однако процесс обучения проходит быстро, а после этого информация поступает только к адресатам.

Режимы коммутации

Устройство может передавать трафик на узлы в нескольких режимах, они отличаются соотношением времени ожидания и надежности.

Режимы коммутации:

1. Сквозной. Используется, когда скорость важнее надежности. Пакет данных отправляется сразу, как получен MAC-адрес узла-получателя. При таком режиме невозможно вычислять контрольные суммы, а именно они показывают наличие/отсутствие ошибок, поэтому надёжность не контролируется.
2. С промежуточным хранением. В этом случае надёжность важнее, и свитч сначала полностью получает пакет данных (кадр), потом проверяет контрольную сумму, чтобы убедиться, что ошибок нет. Только после этого пакет отправляется к получателю, а кадры с ошибками отбрасываются.
3. Бесфрагментный. Это компромисс между скоростью и надёжностью: считываются и проверяются лишь первые 64 байта, после чего кадр начинает передаваться на узел.

Так, в зависимости от режима, работает коммутатор для интернета, что это такое и как он работает станет понятно после сравнения его с концентраторами и маршрутизаторами.

Отличие от концентратора

Отличие коммутатора (свича) от концентратора заключается в способе распределения трафика внутри сегмента (домашней сети). Свитч передает пакет данных только адресату, а концентратор — всем узлам сети. Поэтому конденсатор больше нагружен (передавать трафика приходится больше), а безопасность сети больше подвержена угрозам.

Раньше концентратор стоил дешевле, чем свитч, поэтому активно использовался в небольших сетях, сейчас разница в цене незначительна и концентраторы почти не пользуются спросом.

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.

Если попробовать сравнить показатели, то свитч сильно уступает роутеру по функциональности.

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.

besprovodnik.ru

Как сделать коммутатор? / Habr

14-й и 15-й выпуски СДСМ, а параллельно с этим работа в мегаскейле стимулировала мой интерес к аппаратной начинке сетевых устройств.

Теперь стало любопытно, как выглядит процесс производства оборудования, и насколько российское импортозамещение соответствует представлениям СДСМ14.

По счастливой неслучайности мы всё ещё поддерживаем тесную связь с Артёмом Спицыным — ныне руководителем Московского офиса Элтекс Коммуникации. И он мне предложил новые вопросы привезти на Окружную 29В в Новосибирске.

Данная статья — продукт поездки на фабрику Элтекс и дальнейших размышлений.

И мы снова собрали доблестную четвёрку в поход на Элтекс: сетевой инженер Яндекса (Я), тестировщица из Plesk (наша Наташа), безработный, вернувшийся из кругосветки (Сергей, помогавший нам с CCIE за год), и студент СибГУТИ ИВТ (Миша).

Одна из вещей, которые изменились за 2,5 года — разрешили фотографировать. Поэтому часть фотографий в этой публикации предоставлена Элтекс — хорошего качества, а часть — в общем, извините.

Итак в декабре 2018-го Элтекс наконец-то запустил новый корпус. Буквально за неделю до нашего туда пришествия. Шума было много, запускали с апломбом. Пресса, министры, экскурсии.
На мой избалованный вкус дизайн исключительно утилитарный: стерильные лабиринты коридоров, однообразные кабинеты, рыжие столы-клоны, про которые уже и в прошлый раз было замечено. Однако на этом фоне особенно живо смотрятся логова конструкторов и железячников, усыпанные платами, сопротивлениями, чипами, осциллографами и прочей возбуждающей техникой.

---

Производственная линия

На втором этаже построили первую из трёх линий длиной метров в 200.
Это примерно десяток станков, выстроенных в ряд, между которыми по конвейеру путешествует плата, обрастая всё новыми и новыми деталями. Станки перемежаются участками с установленными вокруг конвейера столами, где трудятся обычные люди, выполняя работу, для которой мозг и противопоставленный палец обходится дешевле, чем бездушное азиатское железо.
Таким образом линия обеспечивает полный цикл производства продукта: в её начале въезжают голые печатные платы, а в конце выходит коробка с устройством, готовая к продаже или установке.

Давайте сначала взглянем на этапы производства, а потом разберёмся, какая исследовательская и разработческая работа этому предшествует.

Поверхностный монтаж

Первая стадия — это поверхностный монтаж SMD-компонентов (Surface Mounted Device) — чипы, резисторы, конденсаторы и прочие компоненты устанавливаются на свои места и припаиваются.

В первый станок с торца въезжает печатная плата с уже вытравленными дорожками и подготовленными посадочными площадками.

Станок наносит на плату смесь припоя с флюсом в соотношении 9:1. Чтобы смесь ложилась только на нужные точки, используется заранее подготовленный трафарет.

Далее плата с припоем передвигается в другой станок, где на неё в соответствии со схемой помещаются компоненты.

Резисторы, транзисторы, конденсаторы, чипы памяти, пакетные процессоры, CPU находятся на бобинах с лентами, закреплёнными на лицевой стороне станка.

Таких станка три, и установлены они один за другим — все физически идентичны, но имеют разную программу и оперируют разными компонентами. Если грубо, то хват настроен на разные размеры элементов.

Следующим станком является печь для запекания плат. Сначала они плавно прогреваются до 100 градусов, это выравнивает температуру компонентов и защищает их от термального шока на следующем шаге производства, когда температура резкого повышается до примерно 330°C на 5 минут. Допустимые температурные режимы указываются в спецификациях компонентов.

В завершение первой стадии происходит оптический анализ пайки. В автоматическом режиме каждая плата проверяется на предмет холодной пайки, повреждений и дефектов.

Штыревой монтаж

Дальше заканчивается изящество автоматизации. Платы попадают на растерзание в нежные женские (впрочем, не только) руки. В прошлый наш визит цех штыревого монтажа произвёл неизгладимое впечатление. К счастью этот благоухающий оазис с амазонками никуда не делся, просто в новом корпусе добавился конвейер.

На этой стадии на платы устанавливают в уже готовые отверстия элементы, имеющие штыри. К ним относятся, например, разъёмы питания, сетевые, кнопки, светодиоды.

Автоматизация такой работы всё ещё крайне невыгодна сравнительно мелкому производителю, поэтому как и прежде в Элтекс выполняют её люди. А поскольку мужчины (крайне слабо приспособленные к такой монотонной работе создания) совершают много ошибок, её поручают преимущественно женщинам (и не заводите разговор о сексизме — между полами исторически сложилась разница).

Дальше плата ещё раз попадает в печь, где волновым методом запаиваются установленные элементы.

Сначала здесь происходит нанесение флюса, далее как и при поверхностном монтаже в три этапа плата прогревается. А в самом конце станка — большой чан с жидким припоем и в чане ламинарная ходит волна. Волна слегка касается одной из сторон платы, и припой смачивает контактные площадки, а под действием капиллярного эффекта поднимается вверх по сквозным отверстиям, запаивая штыри.

Излишки припоя стекают обратно в чан. Температура — около 260°C.

На фото платы как раз устремлены в печь.

Линию выключили незадолго до нашего визита — станок ещё сохранил волнующее тепло, однако припой уже застыл.

Иллюстрация из статьи о волновой пайке

---

Прошивка

Все устройства далее проходят прошивку.

На фото её проходят ТВ-приставки.

---

Установка в корпус

Следующая стадия — это монтаж оставшихся элементов и корпуса.

Делается это вручную: человек в заранее изготовленный в Азии (или России) корпус монтирует едущую по линии плату.

---

Тестирование

На фотографии тестируют ТВ-приставки.

Довольно интересно выглядит тестирование оборудования Wi-Fi — на специальных столах установлены металлические ящики, изолирующие излучение, а соответственно и влияние соседних испытуемых, напичканные измерительной аппаратурой.

---

Упаковка

Последним шагом является упаковка готового устройства в защитные мешки, коробки и добавление аксессуаров: антенн, монтажных ушек, блоков питания, пультов итд. Занимается этим, конечно же человек. По линии к нему приезжает собранное устройство, а рядом в ящиках подвозят упаковочный материал.

Готовую продукцию увозят заказчику.

---

В конкретный момент времени линия настроена на определённое устройство: начиная с программ и трафаретов и заканчивая набором лент с компонентами.

Если нужно поменять конфигурацию, производство останавливается и полностью перенастраивается.

В новом корпусе предполагается крупносерийное производство — ТВ-приставки, коммутаторы, маршрутизаторы, VoIP-шлюзы и VoIP-телефоны — то, что сразу разъезжается сотням заказчиков разного калибра (Вопреки бытующим стереотипам — у Элтекса не один заказчик).
Старую же линию, на который мы были в прошлый раз, не демонтируют, разумеется — на ней будет мелкосерийное и экспериментальное производства — устройства, которые пока требуются штучно.

---

Но самый интересный вопрос не в том, как в азиатских станках платы обрастают азиатскими компонентами, а в том, откуда берутся программы для них, сами платы, трафареты.

До того, как запустить устройство в производство — его нужно разработать, начиная с бизнес-задачи и заканчивая 3D-симуляцией потоков воздуха внутри устройства и температурной картой.

Разработка печатной платы

В этот наш визит инженеры и архитекторы Элтекс оказались гораздо более общительны, чем два года назад. Я связываю это с тем, что за это время linkmeup вырос из никому неизвестного подкаста в проект, у которого есть даже свои личные ненавистники. Хотя вполне вероятно, потому что в прошлый раз это было четыре человека из Huawei, который как известно, везде своих казачков засылает, а теперь это Я — янедксоид, Наташа из Плеска, безработный Серёга, и студент Миша).

Поэтому инженеры Элтекс были открыты и с видимым удовольствием рассказывали о своей работе. А мы в свою очередь не упускали возможности задать вопрос.

Структурная схема

Всё начинается со структурной схемы. Это наиболее поверхностный взгляд на устройство/плату.

На такой схеме изображаются все элементы платы и логические связи между ними. Её задача дать представление о структуре устройства, роли отдельных частей и интерфейсах взаимодействия между ними без лишней детализации.

Так на иллюстрации ниже изображена структурная схема материнской платы обычного компьютера

Структурная схема материнской платы ASUS P5BW-MB.

Мы видим все её базовые элементы и связи между ними в самом общем виде.

В случае сетевого оборудования это будет CPU, память, чип коммутации (он же пакетный процессор, он же Forwarding Engine), PHY (до сих пор не определено, как произносить — «фи» или фаи» в Элтексе все склоняются ко второму варианту) итд.

Элтекс имеет несколько линеек оборудования от STB до модульных маршрутизаторов. В больших железках уровня оператора или ДЦ верны заветам Juniper и Forwarding Plane полностью отделён от Control, поэтому CPU не принимает участия в передаче данных, а берёт на себя интеллектуальные функции. Для коммутации же есть отдельный чип FE.

Об этом подробнее в 14-м выпуске СДСМ.
С другой стороны в SOHO-рутерах и ТВ-приставках используется SoC, которого вполне достаточно для функций, которые ожидают от устройства.

Каждый тип устройства имеет свою структурную схему.

Можно понизить уровень абстракции и вспомнить, что каждый микрочип сам имеет сложную структуру и соответствующие структурную и принципиальную схемы. В общем-то и разница между печатной платой и чипом в том, что в качестве подложки в одном случае используется текстолит с медными дорожками, а в другом — оксид кремния.

Принципиальная схема

После того, как определена структурная схема, пора приступать к выбору каждого конкретного компонента и разработке принципиальной схемы.

Это уже детализированная схема устройства с абсолютно всеми элементами, актуальным количеством контактов и их соединениями. Обычно это многостраничный документ, на котором схема разбита на множество частей.

Но это всё ещё логика работы — не разводка токопроводящих соединений на плате.

Вот пример небольшого кусочка принципиальной схемы материнской платы:

Часть принципиальной схемы той же материнской платы ASUS P5BW-MB.

А вот отрывок из приницпиальной схемы коммутатора MES1124M:

С какими-то из компонентов всё сравнительно просто. Грубо говоря, резисторы да конденсаторы подбираются по номиналу. Простые ASIC’и по своим функциям.

Однако, чем сложнее чип, тем больше возникает вопросов и компромиссов.

С одной стороны каждый поставщик реализует одни и те же механизмы по-своему. С другой набор поддерживаемых функций тоже у всех разный.

Наиболее сложным является, очевидно выбор процессоров — центрального и пакетного (FE). Причём последнего сложнее, потому что для CPU достаточно определить архитектуру, а дальше все производители делают ± одно и то же, а для FE вариации по поддерживаемой функциональности и языку общения с чипом не ограничены.

К тому же и производителей сейчас на рынке хватает:

• Серия Broadcom
• Marvell XPliant
• Barefoot Tofino
• Mellanox Spectrum
• Innovium Teralynx
• Даже Realtek

Для коммутаторов Элтекс не остановился на одном в роли FE, а использует Broadcom, Marvell и Realtek.

Как чип коммутации для свитча, так и SoC для какой-нибудь Wi-Fi-точки или STB является его сердцем, вокруг которого строится вся прочая обвязка.

Когда счёт идёт на сотни и тысячи ножек, разобраться в том, как чип работает, уже достойно научной работы. Поэтому производитель обычно поставляет какое-то экспериментальное устройство с этим чипом. Оно не должно быть гибким, компактным, энергосберегающим — его единственная роль — показать, как взаимодействовать с чипом (помимо тысяч страниц документации SDK).

А вендор сетевого оборудования после этого уже думает, как эти ноги пристроить на свои устройства.

Кстати, в качестве софта для домовых и Fixed-size железок используют этот самый SDK, предоставляемый производителем чипов. В некоторых случаях его допиливают, а порой отдают пользователю — как есть.

---

Таким образом на стадии завершения принципиальной схемы становится уже окончательно понятно, как устройство будет работать и какие компоненты использованы.

Разводка печатной платы

Следующая задача — расположить это всё на текстолитовой плате.

Современные платы многослойные — вплоть до 40 слоёв (что, скорее редкость, чем общая практика). Наращиваются на производстве они постепенно — сначала схема вытравливается на самом глубоком внутреннем слое, далее один за другим вытравливаются следующие и прессуются с имеющимися. Чем больше слоёв, тем меньше толщина каждой пластинки. Соответственно зависимость между числом слоёв и толщиной платы — нелинейная.

В простейшем случае — слой один. В простом случае — их четыре, и они разделены функционально: сигнальные, электропитание, заземление. В сложных платах, как например, для коммутаторов — это ещё и возможность многократно увеличить доступную для проводников площадь без фактического увеличения размеров, а также избежать индукции между соседними дорожками на одном слое, проходящими рядом друг с другом.

Пример четырёхслойной платы: заметно на просвет, как на разных слоях отличаются токопроводящие дорожки и заливка заземления.

Естественно, разные слои должны взаимодействовать друг с другом, то есть иметь металлический контакт, поэтому в нужных местах слои высверливаются на необходимую глубину (до какого слоя нужно добуриться). Если диаметр больше 0,2 мм, используется обычное сверло, при меньших значениях — уже лазер.

Далее это отверстие металлизируется.

На фото я выделил то, как такие переходные отверстия выглядят на плате.

Переходные отверстия.

3D-модель многослойной платы и реализации переходных отверстий.

Срез всамделишной платы в месте переходного отверстия.

Любопытный момент (который, кстати, возникает тут на каждом шагу) — если через переходное отверстие проходит высокоскоростной сигнал (10GE), допустим с верхнего слоя и «ныряет» на внутренний, то остается неиспользуемая часть отверстия между этим внутренним и нижним слоями. Так скажем паразитная (stub) часть переходного отверстия. Чтобы от нее избавиться с обратной стороны платы такие переходные отверстия высверливаются большим сверлом на определенную глубину до необходимого внутреннего слоя.

Любопытный момент (которые, кстати, возникают тут на каждом шагу) — если оставить такое переходное отверстие, как есть, то высокоскоростной сигнал (10GE), ныряя с верхнего слоя на внутренний, будет отражаться от паразитной части (stub), и могут возникать помехи передаваться помехи, ухудшающие работу платы вплоть до полной неисправности.

Одно из возможных решений этой проблемы, которое использует Элтекс, — технология backdrilling. С противоположной стороны сверлится встречное отверстие большего диаметра. В этом случае сигнал не отражается, а проходит насквозь.

Естественным образом, получается, что в месте такого переходного отверстия ни на одном из слоёв не может пролегать дорожка.

Однако общая рекомендация — избегать переходных отверстий, насколько это возможно, тем более для высокочастотных сигналов.

До недавних пор у меня были иллюзии, что трассировки дорожек на печатных платах уже давно делаются автоматическим методом. Сложно было представить, что километры тончайших дорожек рисуются руками.

Но сначала в подкасте про виртуализацию Господин Инженер, далеко углубившись в железо, тоном не терпящим возражений сообщил что сейчас ни один продукт не умеет в адекватную автотрассировку, а теперь и Элтекс стал примером, подтверждающим это утверждение.

Хуже того изначально нет даже библиотеки чипов, которые можно было бы накидать на рабочее пространство и соединять их дорожками. В спецификации чипов указывается схема расположения контактных площадок, которая вручную воссоздаётся в проекте.

И если, к примеру, чип имеет 1200 контактов, то и сами контакты и дорожки от каждого рисуются вручную.

В целом современные платформы для разработки платы функциональность автотрассировок имеют, только для их адекватной работы, необходимо задавать сотни правил в случае более или менее сложной схемы.

Часть из них достаточно простые:

• Ширина токопроводящих дорожек. Тут море нюансов. Но универсальные правила следуют из закона Ома: чем ниже сечение, тем выше сопротивление и больше падение напряжение, а соответственно и нагрев.
• Ширина зазора. При наличии разных потенциалов в двух проводниках даже диэлектрик может стать проводником. И тем вероятнее, чем проводники ближе.
  Таким образом ширина дорожек и зазоров — это компромисс между рисками и эффективностью.
  Кстати, здесь есть тонкий момент: в то время как вся (нет) Россия использует миллиметры для расчётов размеров, Китай (и не он один) считает в милах.
  Mille — тысячная доля дюйма или, соответственно, 0.0254 мм.
  Вот где нас подстерегла имперская система мер, словно 8 измерений, затаившихся внутри элементарных частиц (интересно, успею ли я при жизни пожалеть об этой вере).
  Поэтому совершенно типичны ситуации, когда при работе с китайскими производителями приходится пересчитывать из одной системы в другую. Удобно. Так в своё время греки переводили числа в вавилонскую систему, потому что в ней удобно было считать, а потом обратно в греческую — потому что так принято.
  

А другая часть менее очевидна.

• Не рекомендуется делать повороты дорожек под углом 90 градусов — правильнее под 45 или закруглять по радиусу.

  В противном случае ток распространяется неравномерно. При больших токах это может вызывать локальные перегревы и выгорания дорожки.

  В случае когда имеем дело с высокоскоростным сигналом необходимо максимально плавно прокинуть сигнал на плате для уменьшения его затухания и здесь не допускается поворот даже под 45 градусов — только скругления.

  Элтекс использует радиус загиба на глаз, чего более чем достаточно.

• На некоторых участках требуется, чтобы длина проводников была одинаковой.
  Одним из примеров будет подключение оперативной памяти.

  Другим — дифференциальные пары, соединяющие высокоскоростной порт (10GE) с чипом PHY. В этом методе сигнал передаётся по двум проводникам, но по одному из них в инвертированном виде (с другим знаком). Приёмник сравнивает два сигнала, полученных разным путём, а не сигнал одного провода с землёй. В этом случае электромагнитные помехи влияют одновременно на два провода, что повышает устойчивость, которая очень важна на таких скоростях.

  Очевидно, для того чтобы на приёмнике был один и тот же сигнал, сигнал этот должен прийти одновременно, соответственно и длина проводников должна быть одинаковой.

  
  CPU+DDR платы MES1124M.

  
  Плата, ты просто космос!

  Этим объясняются подчас странные формы дорожек на платах. Это не что иное, как выравнивание длин проводников между собой.

  
  Дорожки, связывающие процессор и оперативную память

  Необходимость в этом имелась всегда.

  
  Векторный суперкомпьютер CRAY-1.
  

Не только траектории каждой из тысяч дорожек определяются вручную, но и все переходные отверстия, скругления, контроль одинаковости длины проводников там где это требуется (Читай ниже про дифференциальные пары).

Павел Бомбизов, инженер-конструктор Элтекс, показал, как выделить дорожки, посмотреть их длину и сравнить с длиной её пары, как выбрать стык и сгладить его по радиусу, как создать контактные площадки чипов в виде равномерного массива точек.

Новые корпуса компонентов действительно необходимо рисовать вручную. В документации на чип производителем указывается схема расположения контактных площадок, их размеры и прочая информация, которую нужно перерисовать в библиотечный компонент. Порой это сделать не так-то просто поскольку количество контактов микросхемы может достигать нескольких тысяч, и здесь главное — не ошибиться с их расположением и обозначением.

Однако далее однажды нарисованный компонент вносится в библиотеку, и в будущем его можно будет просто переносить на рабочее пространство.

То есть рисуются только новые компоненты, не использовавшиеся в проектах ранее. Основная часть компонентов либо уже нарисована ранее, либо имеется в стандартной библиотеке компонентов, встроенной в САПР.

Марвеловский чип PHY с обратной стороны — для оценки числа контактов, которые нужно правильно нарисовать.

Во время экскурсии было не очень понятно, почему Элтекс делает вручную выравнивания и загибы. Софт для разводки плат уже очень давно умеет как минимум в сравнение длины проводников, выравнивание, задание параметров кривизны. Но позднее Элтекс дал комментарии.
Выравнивание сигналов делается автоматом, но бывает проще и быстрее сделать это вручную. Всё зависит от конкретного случая.

Например, память, которая на фото Дорожки, связывающие процессор и оперативную память» разведена автоматом, вручную так нарисовать проблематично.
А вот диффпары на картинке Плата, ты просто космос!» выровнены вручную, причем здесь необходимо выровнять лишь одну и скопировать выравнивание на все остальные.

То есть проектирование плат — всё ещё колоссальный труд, который требует от конструктора предельной аккуратности и сосредоточенности внимания.

По словам Павла на разводку одной платы уходит от месяца. Если это коммутатор с четырёхслойной платой — около одного месяца. А например, MES9032, имеющий 20 слоев, множество нюансов и требующий решения многих конструктивных задач, может потребовать более полугода).

Последним шагом при проектировании платы является шелкография — расстановка позиционных обозначений компонентов, подписей разъемов, интерфейсов ввода-вывода итд.

Это не только обязательное требование при промышленной разработке плат, но и своего рода «комментарии к коду»:
Как использовать плату, как установить компонент, где плюс/минус питания, что показывает индикатор, даже как расположить плату в устройстве (например, гиродатчик, для которого важно расположение осей).

На этом этапе уже есть полное понимание того, как плата будет выглядеть и какие компоненты где на ней будут стоять.

Однако разработка устройства на этом ещё не закончена. Даже печатную плату ещё нельзя отправлять в производство, потому что по результатам следующего шага могут потребоваться ещё изменения.

---

Расчёт корпуса и системы вентиляции

Далее (на самом деле параллельно) проект передаётся конструкторам корпуса и системы вентиляции. Очевидно, это связанные вещи, поэтому и занимается ими один человек (или отдел).
На этом этапе в SolidWorks импортируются результаты предыдущего этапа.

С точки зрения формы корпуса важно знать размеры платы, расположение портов, индикаторов, кнопок, выводы антенн И так далее.

С точки зрения системы вентиляции — количество тепла, выделяемого компонентами, их размер и местоположение.

Теперь строится трёхмерная модель устройства вместе с корпусом и внутренней набивкой.
Исходя из тепловыделения, предполагаемых потоков воздуха и опыта, конструктор располагает отверстия вентиляции, радиаторы и перегородки и запускает расчёт.

Но прежде всего модель в значительной степени упрощается. Убираются:

• Многослойность платы
• Дорожки
• Переходные отверстия
• Монтажные отверстия
• Компоненты, выделяющие пренебрежимо мало тепла и не влияющие на потоки воздуха
• Сами компоненты тоже упрощаются вплоть до параллелепипедов.

Упрощенная модель MES1124M.

Температурная карта, направления потоков воздуха, их скорость и всё это для разных временных интервалов вычисляются достаточно продолжительное время. Для простого коммутатора или STB на околотоповой видеокарте это занимает несколько часов. А для модульного маршрутизатора ME5000 — 2 недели.

К сожалению, изумительной красоты результаты расчётов с траекториями потоков воздуха и температурными картами, возбуждающие живой интерес любого инженера, опубликовать не разрешили.

Увы, у Элтекса пока нет достаточной потребности в вычислительном кластере, поэтому трудится на благо заказчика десктоп конструктора. Забыл спросить, а не было бы удобнее здесь обратиться к публичным облакам — каждый уважающий себя провайдер уже имеет ферму с GPU (или планирует).

На основе первых результатов конструктор пробует различные конфигурации радиаторов, перегородок, вентиляторов и отверстий в рамках имеющихся ограничений.

Не всегда это удаётся, поэтому в некоторых случаях приходится возвращать проект на шаг назад и пересматривать расположение элементов и даже их модели.

Этот итеративный процесс продолжается до тех пор, пока расчёты не будут показывать стабильный температурный режим.

Разумеется, система охлаждения — это одно из компромиссных решений между энергоэффективностью и номинальным температурным режимом работы.

Например, в ТВ-приставках кулер будет смотреться неуместно. В то же время никто не ожидает от пятнадцатиюнитового шасси пассивного охлаждения. Кстати в нём стоят 6 вот таких вентиляторов, каждый из которых при максимальной скорости отрывается от поверхности стола:

Хочется тут вспомнить Яндекс, который благодаря грамотному планированию потоков воздуха в серверах (не только этому, конечно) добился в своих ДЦ фрикулинга и PUE близкого к единице.

Ну а потом наступает этап проверки теории практикой. До серийного производства корпуса в самом Элтексе печатается на 3д-принтере пробный вариант, в него помещается опытный образец платы. И далее устройство подвергается многочисленным тестам.

Здесь можно обнаружить нестыковки корпуса с платой, ошибки в расположении элементов, удобство использования, а самое главное измерить реальную температуру чипов и на разных участках платы, выяснив насколько модель соответствует реальности.

По словам сотрудников Элтекс в большинстве случаев никаких отклонений не обнаруживается. Однако если тесты не прошли, модель приходится корректировать — либо чего-то не учли, либо во входные данные вкралась ошибка, например, неправильно ввели тепловыделение чипа.

Что же до модели, то как всегда — она компромисс между близостью её к реальности и эффективностью расчётов. Моделируемый объект нужно упростить настолько, насколько это возможно, но не больше.

---

Когда испытания пройдены, корпус утверждён, устройство работает исправно, оно пускается в серию.

3д-модель MES1124M в корпусе.

Пластиковые корпуса изготовляются преимущественно в Китае. Металл гнуть и у нас, кажется, умеют, хотя и не всегда, как рассказывает Элтекс.

Многослойные платы производят так же в Азии, хотя есть и у нас в России заводы. Такой выбор обусловлен рядом причин. Например, возможности техпроцесса: переходные отверстия 0,1 мм наши пока делать не умеют. Стабильность продукта и предсказуемое время поставки — другие причины. Ну и никуда не деть того факта, что производство в Азии всё ещё дешевле, чем в России.

Вся рассыпуха и микрочипы — тоже оттуда.

Ну а компонуется это всё уже на сборочной линии в Новосибирске.

Для этого создаются:

• сборочный чертеж на плату,
• трафареты для нанесения паяльной пасты на станке,
• программа для установщика компонентов: что, как и куда устанавливать

Это всё ожидаемо делают те же ребята, что и занимаются разработкой.

---

Так выглядит печатная плата, изготовленная в Китае.

Плата коммутатора MES1124M. На ней я отметил ключевые компоненты: CPU и память, чипы FE и PHY, Downlink и Uplink порты, и что интересно — трансформаторы. Их роль здесь — изолировать цепи контактов разъёма от остальных цепей коммутатора и корпуса и, как следствие защитить дорогостоящие чипы PHY и чипы пакетной коммутации.

Изоляция в 1500 VAC — это минимальное требование стандарта IEEE802.3, поэтому при попадании 220 VAC на порт (например, через витую пару при повреждении изоляции кабеля), ничего не сгорит — 220 VAC не сможет пробить.

Однако трансформатор не может защитить от электростатического разряда, так как разряд с первичной стороны трансформатора наводится на цепи на вторичной стороне. Защита от электростатики выполняется другими средствами.

---

Что же до импортозамещения, увы, приходится признать, что дальше разводки печатных плат и сборки/пайки готового устройства, мы так и не зашли. Все микрочипы всё ещё закупаются в Азии.
У Элтекса был (да и есть) опыт с Байкалами в качестве центральных процессоров. Взаимодействие с экспертами Baikal Electronics ведётся при создании оборудования для госорганов.

Однако с пакетными процессорами (FE) ситуация не изменилась — всё ещё не умеем. И, насколько мне известно, не пробуем. Элтекс говорит, что я ошибаюсь, но без деталей, увы. Если, конечно, речь не о чипах Миландра, которые безусловно любопытны, но всё-таки далеки от bleeding edge.

Кроме того в этот раз нам представилась возможность второй раз поговорить с Александром Евгеньевичем Моховым — начальником лаборатории Ethernet Technology. Из-под его рук в некотором смысле выходят коммутаторы серии MES и маршрутизаторов ME5000.

В прошлый раз мы были лазутчиками из Huawei, о которых не предупредили заранее. А теперь и визит заранее согласовали, и гости из понятных мест. Поэтому вместо недоверчивых аккуратных фраз получился приватный разговор, из которого стало ясно, что в целом Элтекс следует лучшим практикам при строительстве модульных устройств.

Пожалуй, по существу здесь добавить нечего.

---

Полезные ссылки

---

Заключение

С точки зрения техники экскурсия вышла превосходной. Лично мне было интересно окунуться в процессы, к тому же это заставило меня и самого немного почитать на эту тему. Несколько вещей стали настоящими открытиями, другие просто расставили всё по местам.

Несмотря на неоднозначное отношение как инженеров операторов, так и обычных пользователей к Элтексу, я рад, что у нас есть люди, которые способны создавать такие вещи, создают их, и не боятся о них рассказывать.

За это время модульный маршрутизатор вышел из стадии разработки и трудится на сети неназванного заказчика. Если есть счастливые инженеры, эксплуатирующие их, пишите комментарии.

По словам отдела маркетинга Элтекс на сегодняшний день поставки их оборудования, помимо России, осуществляются в страны СНГ, Европы, Ближнего Востока, Северной и Южной Америки, Юго-Восточной Азии. Наибольшим спросом на зарубежном рынке пользуется оборудование широкополосного доступа для операторов связи.

Что ж, желаем нашему производителю активной и результативной экспансии на международный рынок — только там здоровая конкуренция бросает настоящие вызовы.

Если вы приносите в сетевой мир что-то новое и вам есть, что показать и рассказать, то мы с удовольствием наведаемся и к вам в гости.

---

Спасибы

• Мария Мищенко — маркетолог Элтекс и наш гид.
• Артём Спицын — руководитель московского офиса Элтекс Коммуникации и инициатор экскурсии.
• Павел Бомбизов — инженер-конструктор Элтекс (проектирование плат)
• Алексей Филон — инженер-конструктор Элтекс (проектирование корпусов и системы вентиляции)
• Сергей Игонин — начальник участка SMD Элтекс (производственная линия)
• Вячеслав Горбач — инженер-программист Элтекс (лаборатория Hardware, рассказ про использование SDK для SoC)
• Александр Мохов — начальник лаборатории Ethernet Technоlogy Элтекс (разработка сетевого оборудования и взаимодействие с производителями чипов)
• Роман Гурьев — инженер-электронщик (за исправление неточностей)
• Дмитрий Булыгин — инженер связи (за знакомство с Артёмом и замечания по читаемости текста)
• Сергей Луньков — сетевой инженер (за компанию)
• Наталья Асташенко — тестировщик (за компанию и поправки к статье)
• Михаил Пуртов — студент (за компанию)
• Павел Остапенко — инженер связи (за несделанные фото и поправки к статье)

habr.com

Для чего нужен сетевой коммутатор и какой лучше выбрать

Наверх

• Рейтинги
• Обзоры
  • Смартфоны и планшеты
  • Компьютеры и ноутбуки
  • Комплектующие
  • Периферия
  • Фото и видео
  • Аксессуары
  • ТВ и аудио
  • Техника для дома
  • Программы и приложения
• Новости
• Советы
  • Покупка
  • Эксплуатация
  • Ремонт
• Подборки
  • Смартфоны и планшеты
  • Компьютеры
  • Аксессуары
  • ТВ и аудио
  • Фото и видео
  • Программы и приложения
  • Техника для дома
• Гейминг

ichip.ru