А вы помните времена JAVA-игр? Что первое приходит на ум? Уверен, что-нибудь простое, уровня Gravity Defied или классических частей Asphalt.

Однако реальность такова, что на самом деле индустрия JAVA-игр была куда шире и глубже, чем ее запомнило большинство геймеров, и я сейчас даже не говорю об эксклюзивных для японских телефонов проектах. Их нет смысла упоминать, они потеряны, и запустить их, кроме как на каком-нибудь NTT Docomo, невозможно.

Вместо этого предлагаю вспомнить пять игр из эпохи JAVA, в которые можно залипнуть надолго даже сейчас. Они во многом могут спокойно конкурировать с проектами, которые выходили, например, на Game Boy Advance.

❯ 1. Might and Magic II Mobile

В это сложно поверить, но на мобильниках нулевых выходили полноценные Action RPG с сюжетом и даже какой-никакой попыткой в постановку.

Самым лучшим примером можно считать игру Might and Magic II Mobile от Gameloft. Несмотря на цифру 2 в названии, первую часть трогать не обязательно, местная история про обычного деревенского парня Луи вполне самодостаточна. И при этом не лишена эпика, простоватой, но приятной любовной линии и даже драмы.

Might and Magic II Mobile с точки зрения игрового процесса — это довольно линейная Action RPG. Открытого мира здесь нет, но без сайдквестов и относительно глубокой (насколько это возможно в мобильном формате) не обошлось.

Главное — игра прошла проверку временем. Если запустить ее сейчас, то можно вполне спутать сугубо мобильный проект с игрой, которая изначально задумывалась для какой-нибудь Nintendo DS или GBA.

❯ 2. Heroes Lore: Wind of Soltia

«Сказания о героях: Ветер Солтии» — это RPG, которую разработало корейское подразделение компании Hands-On Mobile. Изначально она выпускалась на базе WIPI (Wireless Internet Platform for Interoperability, платформа для разработки и запуска приложений на мобильных устройствах, созданная в Южной Корее), а спустя два года вышла во всем мире на J2ME.

Сюжет здесь гораздо проще, чем у той же Might and Magic II Mobile, однако все нивелируется игровым процессом.

На выбор предоставляется три персонажа со своими уникальными характеристиками, набором приемов и стилем боя.

Структурно Heroes Lore чем-то напоминает Diablo 2. В процессе прохождения игрок посетит три региона, в каждом есть мирная хаб-локация и условный «данж».

Система лутинга тоже чем-то напоминает Diablo, тут также есть оружие со случайными характеристиками и уровнями редкости.

Примечательно, что Wind of Soltia положила начало большому медиафранчайзу, внутри которого помимо игр выходила и печатная продукция, ее лицензировали в том числе и в нашей стране.

❯ 3. Prehistoric Park

Помимо Acton-RPG, есть и другие игры, о которых стоит упомянуть. Например, экономическая стратегия, вдохновлённая Sim Theme Park для PlayStation 1.

Эта игра представляет собой симулятор создания первобытного парка развлечений.

В ней есть небольшой сюжет: вас назначают директором парка «Кутуку», который находится в первобытном мире. Вам дают территорию, немного денег и цель — сделать парк успешным.

Игрок должен проявить фантазию и организовать всё грамотно: расставить скамейки для отдыха, посадить цветы, разместить технические помещения, такие как туалеты и зоны для питья воды, а также позаботиться о разнообразии аттракционов.

А еще Prehistoric Park (как, впрочем, и любая игра из списка) отлично сохранилась визуально и сейчас выглядит как современный инди-проект, сделанный «под ретро».

❯ 4. Doom RPG

Когда речь заходит о культовых играх на Java, невозможно не упомянуть дилогию Doom RPG, созданную Fountainhead Entertainment по заказу id Software.

Руководил процессом сам Джон Кармак, и именно ему принадлежит идея превратить шутер в пошаговую ролевую игру от первого лица.

Нельзя сказать, что он ошибся. Обе части Doom RPG затягивали с головой, а их сюжет частично основывался на событиях Doom 3. Хотя кому нужен сюжет в Doom?

Внешне игра напоминает классический Doom: большая часть графики взята из первых частей серии.

Набор монстров и вооружения также почти полностью сохранились. Если вы пропустили эту классику, самое время наверстать упущенное.

❯ 5. Castlevania: Dawn of Sorrow

Наверняка заядлому геймеру это название покажется знакомым. Ведь изначально Castlevania: Dawn of Sorrow выходила для Nintendo DS и только в прошлом году получила переиздание на современные платформы.

Однако со временем многие забыли, что у культового экшена был еще и порт на Java, который выходил в 2009 году. Причем существенных отличий от «большой» версии было не так уж и много.

Например, сюжет перенесли практически полностью, лишь удалили оттуда пару второстепенных персонажей. Графика практически такая же, как на DS, музыка тоже.

Игровой процесс постарались максимально адаптировать под формат с одним экраном (у DS их было два), при этом полностью сохранив динамику происходящего.

Для своего времени Java-версия Castlevania: Dawn of Sorrow стала настоящим феноменом и примером того, как крупные игры с портативных консолей могут хорошо уживаться в мобильном формате.

Будем рады дискуссии в комментариях — возможно мы что то критически упустили и вам есть чем дополнить список!

Разрабатывайте и развивайте свою игру (и не только) с помощью облачного хостинга для GameDev ↩

Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.

Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов — пиши сюда.

Здравствуйте, дорогие друзья!

Вкратце, введу в курс дела. В сериале «Черное зеркало», есть серия «Захват голубя», иначе «Брандешмыг». Нас, любителей ретрокомпьютерной техники, эта серия может заинтересовать, не только видеорядом, но и присутствием настоящего компьютерного кода, включенного в сюжетную линию. Давайте не просто посмотрим серию, а загрузим фрагмент звуковой дорожки фильма, в ZX-Spectrum, с объемом ОЗУ 48к и посмотрим, что же там закодировано.

Под катом-детали исполнения. Добро пожаловать в «Брандешмыг»!

После финальных титров, следует вот такой видеофрагмент:

Вот над ним мы и поработаем :)

Итак, по порядку, маленькое вступление.

Все началось с серии «Черного зеркала: Захват голубя», в отечественном переводе звучащей как «Брандашмыг», а в оригинале «Bandersnatch».

А теперь к делу — в звуковом редакторе открываем заранее сохраненный кусочек фильма — файл mp4, содержащий нужный нам фрагмент кода.

Звуковое представление записанной программы выделено белым цветом.

Далее вырезаем нужный нам звуковой фрагмент фильма и сохраняем в mp3 формате.

Объем звукового файла 1682 килобайта.

Затем мы достаем наше аппаратное обеспечение, ретро и не очень.

Начнем со старенького ZX Spectrum, выпущенного заводом Ангстрем в 1992 году. Компьютер исправно работает, без глюков и зависаний. Оперативная память в нем всего 48 килобайт, для наших целей и этого в избытке.

Для колорита добавим советский динамик, примерно 60-х годов, спасенный из разбитой радиолы. Он весьма крупный, с большим магнитом, относительный размер увидите на общем фото и в ролике.

Далее следуют современные вещи.

Скалер-конвертер для подключения к современному монитору:

Усилитель, он же и воспроизводящее устройство с SD-карты, куда записан звуковой mp3-файл с программой.

Общая картина выглядит так:

Соединив все это интерфейсными проводами и подключив питание, мы готовы к загрузке закодированной программы.

Вот видео процесса

После чтения заголовка до загрузки qr-кода, мы видим следующее:

Очевидно, что написано название серии «Bandersnatch», но ряд символов пропущен, либо искажен. Но самое главное — на воспроизводимый в результате qr-код это не повлияло. Можно пофантазировать, ведь главный герой Стефан писал свой код методом проб и страшных ошибок, а результирующая программа 5 из 5 баллов была написана чудовищной ценой. Спойлерить не буду, фильм произвел многогранное впечатление, в том числе и гнетущее.

Отходя от лирического отступления, покажу еще раз окончательный результат.

Мы видим ссылку на сайт «tuckersoft.net», которая перекинет нас на сайт Netflix, на страничку сериала :)

В завершение скажу, что по сюжетной линии, молодой программист Стефан, пишет программу, которая «крашится» на операции ветвления. Символ выбора (ветвления мы и видим в центре экрана).

А теперь к выводам.

Данная статья носит развлекательный характер, однако имеет смысл задуматься о том, что очевидные вещи могут находиться (спрятаны) на самом видном месте. Увидеть их могут посвященные, ведь не зная звуков загрузки ZX Spectrum, кто бы догадался о коде?

Если у вас есть подобные изыскания, прошу поделиться в комментариях, на мой взгляд это интересно!

Ну и в завершение кадр из фильма:

Спасибо за уделенное время :)

Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.

Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов — пиши сюда.

Приветствую, коллеги! Меня зовут @ProstoKirReal Мне бы хотелось с вами обсудить как работает интернет от кабелей на витой паре, соединяющие простые локальные сети до подводных коммуникационных кабелей соединяющие между собой континенты и основные операторские сети.

В предыдущей статье я рассказывал о коммутаторах, маршрутизаторах, их основных различиях и назначении, а также разбирал работу простых сетей на примере сетей с сетевым концентратором (хабом) и коммутаторами.

Рекомендую, перед прочтением, ознакомится с предыдущей статьей: Сложно о простом. Как работает интернет. Часть 1. Что такое коммутатор, маршрутизатор и примеры работы простых сетей

В этом цикле статей я не стану учить вас настраивать оборудование и проектировать сети. Я расскажу об основных (и не только) принципах построения сети, а также о функционировании сети и сетевых протоколов в стеке TCP/IP.

Я буду часто ссылаться к предыдущим статьям, где уже описывал сетевые протоколы. Это позволит мне сократить объемный текст.

❯ Зачем нужна эта статья?

Данная статья нужна нам для того, чтобы разобраться в базовых знаниях и разобрать:

• что такое сеть, подсеть, маска подсети;

• что такое сегментация сети с помощью маски, VLAN;

• примеры работы сети с разделением на сегменты.

❯ Что такое сеть, подсеть и маска подсети?

Сеть — это группа устройств, соединенных между собой для обмена данными. Примером может служить домашняя Wi-Fi-сеть, где ваш смартфон, ноутбук и умная колонка подключены к одному маршрутизатору.

Подсеть (subnet) — это часть более крупной сети. Она позволяет логически разделять сеть на меньшие сегменты, чтобы уменьшить трафик и повысить безопасность. Например, в офисе можно создать подсети для отделов: бухгалтерия, ИТ, ИБ, HR.

Маска подсети — это параметр, определяющий, какая часть IP-адреса относится к сети, а какая — к хосту.

Пример:

• IP-адрес: 192.168.1.10;

• маска подсети: 255.255.255.0.

Маска подсети указывает, что первые три октета (192.168.1) — это адрес сети, а последний (10) — идентификатор устройства.

IP-адрес можно представить как почтовый адрес: первая часть (адрес сети) — это как название улицы, общая для всех домов на этой улице, а вторая часть (адрес узла) — как номер дома или квартиры, уникальный для каждого дома на одной улице.

Если смотреть на IP-адрес слева направо, то сначала идет адрес сети до определенного символа, а затем адрес хоста. Граница перехода является плавающей и настраивается с помощью маски.

Одинаковые с виду IP-адреса могут оказаться адресами разных компьютеров в разных сетях.

Для того чтобы не было путаницы, придумали маску подсети. Маска подсети представляет собой набор единиц и нулей, в котором слева направо единицы идут подряд до какого-то символа, а потом до конца идут только нули.

При наложении IP-адреса на маску единицы указывают на то, что в адресе данные биты не будут меняться, а нули показывают, что данные биты будут уникальными и будут изменяться в зависимости от количества хостов.

Если перевести маску 11111111.11111111.11111111.00000000 в десятичную систему, то получится число 255.255.255.0, которое мы указываем в настройках сетевой карточки. Иногда мы говорим, что это 24-я маска, или в некоторых настройках IP-адреса вводим префикс /24. Это, простыми словами, означает количество единиц в маске: сначала идут 24 единицы, а затем 8 нулей.

❯ Почему IP-адреса так выглядят?

IP-адреса, которые мы видим, например, 192.168.1.1, — это их десятичное представление, удобное для человека. Но компьютеры работают с адресами в двоичном формате, где каждое число заменяется последовательностью из нулей и единиц.

Пример перевода в двоичный формат:

• число 0 → 00000000;

• число 1 → 00000001;

• число 2 → 00000010;

• число 3 → 00000011;

  ...

• число 255 → 11111111.

Каждый IP-адрес состоит из четырех частей, называемых октетами. Октет — это 8 бит, или 8 нулей и единиц.

Логика изменения чисел:

• при увеличении значения на 1, изменяется младший бит;

• если младший бит уже равен 1, изменяется следующий более старший бит.

Например:

• число 3: 00000011;

• число 4: 00000100.

Всего в одном октете может быть 256 значений: от 0 до 255.

❯ Как связаны IP-адрес и маска подсети?

Чтобы понять, какая часть IP-адреса относится к сети, а какая — к хосту, IP-адрес и маска подсети переводятся в двоичный вид.

Пример для 192.168.1.0/24:

• IP-адрес: 11000000.10101000.00000001.00000000

• маска:11111111.11111111.11111111.00000000

Первые три октета (24 бита, что соответствует маске /24) обозначают сеть. Последний октет используется для идентификации устройства.

❯ Сегментация сети: зачем она нужна и как работает

Сегментация сети — это процесс разделения сети на логические или физические части. Основные причины сегментации:

1.  Уменьшение трафика. В сегментированной сети пакеты данных отправляются только в нужный сегмент, а не ко всем устройствам;

2.  Сокращение широковещательного трафика. Повышаем производительность всей сети, путем сокращения широковещательных пакетов (ARP, DHCP) в сегментах сети;

3.  Повышение безопасности. Чувствительные данные можно изолировать в отдельном сегменте (Wi-Fiгостевой сети отделить от всей остальной сети);

4.  Упрощение управления. Легче управлять небольшими подсетями, чем одной большой сетью;

5.  Построение независимой логической сети. Логическая структура сети не зависит от физической структуры;

6.  Повышение эффективности общей сети. В совокупности всех факторов, повышается эффективность всей сети.

Пример

В компании используются две подсети:

• 192.168.1.0/24 — для отдела разработки;

• 192.168.2.0/24 — для отдела продаж.

Каждая подсеть изолирована, и данные между ними не пересекаются, если это не настроено вручную через маршрутизатор.

❯ Как разделить сеть на подсети?

Предположим, что нам выделили одну сеть — 192.168.1.0/24, но её необходимо разделить на несколько независимых подсетей.

Для этого нужно изменить префикс маски. Маска подсети определяет, как делится диапазон адресов на части.
Сеть можно представить как круг, который мы делим на части с помощью маски подсети.

Например, в сети 192.168.1.0/24 есть 256 адресов (от 0 до 255).

Если требуется разделить эту сеть на 4 независимые подсети, каждая из которых содержит по 60 адресов, нужно разделить 256 адресов на 4 равные части.

Результат:

• первая подсеть: от 0 до 63;

• вторая подсеть: от 64 до 127;

• третья подсеть: от 128 до 191;

• четвертая подсеть: от 192 до 255.

Каждая подсеть состоит из 64 адресов. Теперь нужно определить префикс маски для этих диапазонов.

❯ Определение маски подсети

Адреса подсетей в двоичном виде:

От 0 до 63 это:

• число 0 →  00|000000;

• число 1 →  00|000001;

  ...

• число 63 → 00|111111.

От 64 до 127 это:

• число 64 →  01|000000;

• число 65 →  01|000001;

  ...

• число 127 → 01|111111.

От 128 до 191 это:

• число 128 → 10|000000;

• число 129 → 10|000001;

  ...

• число 191 → 10|111111.

От 192 до 255 это:

• число 192 → 11|000000;

• число 193 → 11|000001;

  ...

• число 255 → 11|111111.

Из двоичного представления видно, что первые 2 старших бита определяют номер подсети, а оставшиеся 6 бит — уникальные адреса в ней.

Маска подсети:

• два старших бита фиксируются для определения подсети, а 6 младших бит используются для адресов внутри подсети;

• это соответствует маске /26, где 26 бит — часть сети, а оставшиеся 6 бит — для хостов.

Для определения маски лучше воспользоваться таблицей масок подсети, ее легко можно найти в интернете.

Правила деления сети

В сети 192.168.1.0/24 можно разделить адреса следующим образом:

• на 2 части (/25) — по 128 адресов в каждой подсети;

• на 4 части (/26) — по 64 адреса;

• на 8 частей (/27) — по 32 адреса;

• на 16 частей (/28) — по 16 адресов;

• на 32 части (/29) — по 8 адресов;

• на 64 части (/30) — по 4 адреса.

Дальнейшее деление невозможно, так как маска /31 оставляет только 2 адреса: один для сети и один для широковещательной рассылки. Уникальных адресов для устройств не остается.

❯ Формула расчета адресов

Количество доступных адресов в подсети можно рассчитать по формуле:
2^n - 2, где n — количество бит, оставшихся для хостов.

Пример:

• для маски 255.255.255.192 (или /26) остается 6 бит на адреса;

• всего: 26=6426=64 адреса;

• из них:

  • один адрес используется для обозначения подсети (192.168.1.0);

  • один адрес зарезервирован для широковещательной рассылки (192.168.1.63).

Таким образом, доступно 62 адреса для хостов.

❯ Разберем пример работы на коммутаторах

Я уже рассказывал в предыдущей статье, как работает сеть при подключении нескольких устройств к одному или нескольким коммутаторам.

В нашей сети есть несколько компьютеров:

• 192.168.0.1/26 — из сети 192.168.0.0;

• 192.168.0.2/26 — из сети 192.168.0.0;

• 192.168.0.65/26 — из сети 192.168.0.64;

• 192.168.0.66/26 — из сети 192.168.0.64.

Поведение коммутатора:

• коммутатор на уровне 2 (канальный уровень) не анализирует IP-адреса или маски. Он работает с MAC-адресами и будет передавать трафик между портами, основываясь на своей таблице MAC-адресов;

• при широковещательном ARP-запросе, он будет передаваться каждому компьютеру в общей сети.

Если компьютер 192.168.0.1/26 захочет обменяться пакетами с хостом (конечным устройством) 192.168.0.2/26, то между ними произойдет ARP и ICMP обмен без проблем, так как эти устройства находятся в одной подсети.

Но если компьютер 192.168.0.1/26 захочет обменяться пакетами с хостом 192.168.0.66/26, то ARP-запрос поступит на этот узел, но ARP-ответа не будет, так как 192.168.0.66/26 находится в другой подсети.

Для того чтобы устройства из разных подсетей могли обмениваться информацией между собой, необходимо настраивать маршрутизацию пакетов через шлюз. Об маршрутизации расскажу в следующей статье.

❯ А что, если в нашей сети будут IP-адреса из разных подсетей?

В нашей сети есть несколько компьютеров:

• 192.168.0.1/24 — из сети 192.168.0.0;

• 192.168.0.2/24 — из сети 192.168.0.0;

• 192.168.0.65/26 — из сети 192.168.0.64;

• 192.168.0.66/26 — из сети 192.168.0.64.

Обзор ситуации:

• компьютеры с маской /24 (255.255.255.0) считают, что вся сеть 192.168.1.0 - 192.168.1.255 является одной подсетью;

• компьютеры с маской /26 (255.255.255.192) интерпретируют ту же сеть как четыре отдельных подсети:

  • 192.168.1.0 - 192.168.1.63;

  • 192.168.1.64 - 192.168.1.127;

  • 192.168.1.128 - 192.168.1.191;

  • 192.168.1.192 - 192.168.1.255.

Из-за этого компьютеры с разными масками «видят» разные границы сети и могут по-разному интерпретировать, куда направлять трафик.

Поведение сети

Обмен данными между устройствами с одинаковыми масками:

• компьютеры с маской /24 смогут общаться между собой без проблем, так как они считают, что находятся в одной и той же подсети;

• то же самое относится к компьютерам с маской /26, если они находятся в одном и том же диапазоне подсети (например, оба находятся в диапазоне 192.168.1.0 - 192.168.1.63).

Обмен данными между устройствами с разными масками:

• если компьютер 192.168.0.1/24 пытается отправить данные устройству 192.168.0.65/26, он будет считать это устройство частью своей подсети и отправит пакет напрямую (через ARP-запрос);

• однако компьютер с маской 192.168.0.65/26, интерпретируя свою подсеть, может считать, что отправитель находится в другой подсети. В этом случае он будет ожидать маршрут через шлюз. Если шлюз не настроен или отсутствует, связь не состоится.

Поведение коммутатора:

• коммутатор на уровне 2 (канальный уровень) не анализирует IP-адреса или маски. Он работает с MAC-адресами и будет передавать трафик между портами, основываясь на своей таблице MAC-адресов;

• коммутатор не сможет предотвратить конфликтов из-за разной интерпретации подсетей на устройствах.

❯ Возможные проблемы

1. Проблемы с доступностью узлов. Устройства с разными масками могут не видеть друг друга или неправильно направлять пакеты.

2. ARP-конфликты:
   

   • устройства с маской /24 могут отправлять ARP-запросы на весь диапазон адресов 192.168.1.0 - 192.168.1.255, что приведет к ненужному трафику;

   • устройства с маской /26 будут игнорировать запросы, если считают отправителя из другой подсети.

3. Отсутствие маршрутизации. Если не настроен шлюз, устройства с разными масками не смогут обмениваться данными, даже если физически находятся в одной сети.

4. Сложности диагностики. Администратору будет сложно понять, почему некоторые устройства не видят друг друга.

Если не предпринять никаких действий, сеть будет работать нестабильно, и часть устройств не сможет взаимодействовать. Чтобы исправить это, нужно либо унифицировать маски, либо грамотно настроить маршрутизацию и VLAN.

❯ Что такое VLAN

VLAN (Virtual Local Area Network) — это технология, которая позволяет разделять устройства на разные логические сегменты внутри одной физической сети. Основное назначение VLAN — повышение безопасности, улучшение управляемости и оптимизация трафика в локальных сетях.

Пример использования VLAN

На коммутаторе можно создать VLAN для бухгалтерии, присвоив ему ID 10, и VLAN для IT с ID 20. Устройства в разных VLAN не видят друг друга, даже если они физически подключены к одному коммутатору. Это позволяет изолировать данные и уменьшить количество широковещательного трафика.

Основные преимущества VLAN

1.  Изоляция трафика. Устройства в разных VLAN не могут обмениваться данными без маршрутизации через Layer 3 устройства (маршрутизаторы или L3-коммутаторы).

2.  Безопасность. VLAN предотвращают случайный или намеренный доступ устройств из других сегментов сети.

3.  Оптимизация. Разделение на VLAN уменьшает нагрузку на сеть, так как широковещательные запросы остаются внутри VLAN.

4.  Гибкость. Устройства можно объединять в одну VLAN, даже если они подключены к разным физическим коммутаторам (при наличии транковых  соединений).

Технология 802.1Q

IEEE 802.1Q — это стандарт для тегирования кадров Ethernet, используемый для идентификации VLAN. Когда кадр проходит через коммутатор с поддержкой VLAN, в его заголовок добавляется специальный тег 802.1Q. Подробнее о структуре такого пакета я говорил в этой статье.

Взаимодействие VLAN через магистральные (транковые) порты

Для передачи трафика нескольких VLAN между коммутаторами используются магистральные порты. Магистральный порт помечает каждый кадр тегом 802.1Q, чтобы принимающая сторона знала, к какой VLAN он принадлежит. Это позволяет устройствам из одной VLAN, находящимся на разных коммутаторах, общаться друг с другом.

Пример: если два коммутатора соединены магистральным портом, и у обоих настроены VLAN с ID 10 и 20, то устройства VLAN 10 на первом коммутаторе смогут взаимодействовать с устройствами VLAN 10 на втором.

Внедрение и настройка VLAN

Процесс настройки VLAN обычно включает следующие шаги:

• создание VLAN на коммутаторе и присвоение ей уникального идентификатора (ID);

• назначение портов VLAN, в том числе выбор типа порта — access или trunk;

• настройка транковых портов для взаимодействия VLAN между коммутаторами;

• конфигурирование маршрутизации между VLAN (если требуется обмен данными между сегментами).

Примеры использования VLAN

1.  Сегментация сети по отделам. Бухгалтерия, ИТ, HR — каждое подразделение получает свой VLAN.

2.  Гостевой доступ. Создание изолированного VLAN для подключения гостей без доступа к основной корпоративной сети.

3.  Поддержка IP-телефонии. Выделение отдельного VLAN для VoIP-трафика для обеспечения качества связи.

4.  Сетевая безопасность. Разделение трафика для минимизации риска несанкционированного доступа.

❯ Примеры работы VLAN на коммутаторах

Для наглядности разберем работу VLAN в сети с несколькими устройствами и двумя коммутаторами.

Устройства в сети:

• компьютер №1: 192.168.0.1, VLAN ID № 2;

• компьютер №2: 192.168.0.2, VLAN ID № 2;

• компьютер №3: 192.168.1.1, VLAN ID № 3;

• коммутатор №1 и №2: MAC-таблица изначально пуста.

Шаг 1: ARP-запрос

Когда компьютер №1 отправляет «ping» на компьютер №2, он сначала формирует ARP-запрос для определения MAC-адреса получателя.

На стороне компьютера: ARP-запрос изначально не содержит VLAN ID и не имеет тега в заголовке.

На коммутаторе №1: Запрос поступает на access-порт, где ему присваивается VLAN ID 2 (так как этот VLAN настроен на порту).

Действия коммутатора №1:

• в MAC-таблицу добавляется информация о MAC-адресе Компьютера №1;

• поскольку MAC-адрес Компьютера №2 еще неизвестен, запрос отправляется на trunk-порт с добавленным VLAN ID 2.

Действия коммутатора №2:

• после получения пакета на trunk-порту, коммутатор добавляет MAC-адрес Компьютера №1 в свою MAC-таблицу;

• затем VLAN тег снимается, и запрос рассылается во все активные access-порты с VLAN ID 2.

Ответ от Компьютера №2:

• компьютер №2 отвечает на ARP-запрос, формируя ответный пакет. Этот пакет изначально не содержит VLAN тега.

Действия коммутаторов:

• на access-порту коммутатора №2 пакету снова присваивается VLAN ID 2;

• пакет передается через trunk-порт коммутатору №1, который снимает VLAN тег и направляет его на порт, соответствующий MAC-адресу Компьютера №1.

После завершения ARP-обмена начинается ICMP-обмен между Компьютером №1 и Компьютером №2

ICMP-запрос от Компьютера №1:

• формируется без VLAN тега;

• коммутатор №1 присваивает пакету VLAN ID 2 и отправляет его через trunk-порт;

• коммутатор №2 снимает VLAN тег и передает пакет Компьютеру №2.

ICMP-ответ от Компьютера №2:

• проходит тот же путь, но в обратном направлении.

Добавление нового устройства

Теперь добавим в сеть Компьютер №4 с IP-адресом 192.168.1.2 и VLAN ID 3. Он подключен к access-портукоммутатора №2.

Если Компьютер №3 отправляет «ping» на Компьютер №4, происходит следующий процесс:

1. ARP-запрос от Компьютера №3:
   

   • запрос не имеет VLAN тега;

   • коммутатор №1 присваивает пакету VLAN ID 3 и передает его через trunk-порт коммутатору №2;

   • Коммутатор №2 снимает VLAN тег и направляет запрос Компьютеру №4.

2. ARP-ответ от Компьютера №4. Ответ возвращается аналогичным образом, с добавлением и снятием VLAN тега на каждом коммутаторе;

3. ICMP-обмен.После ARP-обмена происходит ICMP-обмен между Компьютером №3 и Компьютером №4, используя тот же путь.

❯ Анализ MAC-таблиц

После завершения обмена ARP и ICMP, в MAC-таблицах коммутаторов можно заметить, что:

• У trunk-порта на каждом коммутаторе будут указаны несколько MAC-адресов, каждый из которых привязан к своему VLAN ID.

Важно: Trunk-порт должен быть правильно настроен для передачи трафика с несколькими VLAN ID. Ошибки в настройке могут привести к потере пакетов и некорректной работе сети.

❯ Заключение

В этой статье мы разобрали ключевые понятия: сеть, подсеть, маска подсети, сегментация сети с помощью маски и VLAN.

В следующей статье разберем как работает маршрутизация в сети.

Эти знания помогут вам лучше понимать, как проектировать и администрировать сети. Если у вас остались вопросы, пишите в комментариях, и я постараюсь на них ответить!

Немного важной информации

Коллеги, добрый день! Я создал Telegram-канал от сетевика для сетевиков.
Если ты сетевой инженер, системный администратор, разработчик, студент или просто увлекаешься сетями — тебе сюда.

Что тебя ждет?

• Разборы глобальных сбоев и неожиданных сетевых проблем.

• Мини-статьи с полезными фишками и объяснением сложных тем простым языком.

• Истории из жизни сетевиков — в том числе от подписчиков.

Ссылка на канал: https://t.me/ProstoKirReal

Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.

Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов — пиши сюда.

Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.

Я думаю, многие в курсе о том, что недавно в Париже торжественно открыли отреставрированный после большого пожара Собор Нотр-Дам-де-Пари. Однако знаете ли вы, что пожар не успели вовремя потушить, так как новый охранник получил от сигнализации код ZDA-110-3-15-1 (привет UX!) вроде как указывающий на точное место возгорания. Но охранник не смог его интерпретировать и 30 минут просто искал, где это место. За это время пожар успел разгореться и потушить его уже не получилось. На реставрацию потратили более 900 миллионов долларов. Хорошая цена за плохой UI/UX, не правда ли?

Я уже много лет пишу о дизайне и его необходимости для избегания ошибок, поэтому этот случай для меня стал хрестоматийным. Давайте чуть подробнее опишем события.

Как французское национальное достояние, Нотр-Дам имел собственную систему пожарной сигнализации. Это была довольно продвинутая система, которая была разработана и спроектирована специально для церкви. Поэтому, когда пожар начал развиваться — предположительно как тлеющий огонь — она подала сигнал тревоги.

Так исторически сложилось, система Собора не была подключена напрямую к службе пожарных, а подавала сигнал на пульт собственной охраны. Выдаваемый на пульте код в цифренно-буквенном формате, в представлении инженеров, проектировавших систему, однозначно определял расположение сработавшего датчика. Но это для обученных сотрудников. Для совсем уж клинических случаев предполагался небольшой талмудик с расшифровкой кодировки, который куда-то положили.

И все вроде бы работало. Но в тот день дежурил новый охранник — это был его 3-й день на посту — обучить которого интерпретации забыли или не успели (тут, кстати, кроется еще больший вопрос — умели ли это делать более опытные охранники или это знание было утеряно).

После срабатывания сигнализации в 18:20 сотрудник получил код «Attic Nave Sacristy ZDA-110-3-15-1 aspirating framework», но не смог его правильно истолковать. Взволнованный, он позвонил своему менеджеру, но тот не взял (!) трубку. Охранник как смог самостоятельно интерпретировал сигнал и послал стражу на чердак небольшой ризницы, которая находится рядом с самой церковью.

А пожар тем временем разгорался под крышей основного здания.

Прошло 25 минут, прежде чем ошибка была обнаружена (видимо перезвонил менеджер и люлями помог интерпретировать код). Все это время охрана склонялась к версии о ложном срабатывании.

После правильной интерпретации охранник немедленно отправился к потолку церкви. Обнаружив огонь, он быстро (ключевое слово во всей этой истории) дал указание собственному подразделению пожарной охраны церкви позвонить в пожарную службу. К этому моменту прошло уже 30 минут с момента срабатывания первой сигнализации, и 25 из них были потрачены впустую на поиски пожара не в том месте.

К чему это привело, мы знаем. Потушить пожар удалось лишь спустя более 12 часов, а от огня обрушился шпиль и провалилась крыша Собора. Также огонь уничтожил деревянный каркас и интерьер Нотр-Дам-де-Пари. Чтобы восстановить всю эту красоту, потребовались почти миллиард долларов (их собирали всем миром) и срок в 5,5 лет на строительные и отделочные работы. А все из-за человеко-не-читаемого кода, придуманного инженерами по пожарной безопасности и черти где лежащей инструкции. Ну и как написали у меня в комментариях в блоге — странно, что код не выводился в виде QR. Ну чтобы было совсем весело.

❯ Что дальше

Как пишут источники, во время восстановления Нотр-Дам оборудовали современной системой пожаротушения стоимостью 2 млн. евро. Она включает в себя резервуар на 625 куб. воды и более 1 километра труб с увеличенным диаметром для подачи почти 600 тыс. литров воды в час. Забавно, что и старая система, как мы видим, работала и даже точно указывала на место возгорания. Однако упоминаний про новую систему уведомлений на пожарном пульте я найти ничего не смог.

❯ К каким еще проблемам приводил плохой дизайн

Описанная выше история — хорошо действующий пример для случаев, когда приходится отстаивать важность UX-решений. Особенно в промышленности или производстве, где цена ошибки очень высока. Но если вам нужно больше аргументов, то вот еще один интересный пример: как плохой дизайн привел к скандалу на конкурсе «Мисс Вселенная 2015».

Дело в том, что во время подведения итогов из-за ошибки ведущего корона сначала была вручена мисс Колумбия, а затем, через две минуты, перешла к Филиппинам.

Казалось бы, все просто: вина полностью лежит на ведущем конкурса Стиве Харви, перепутавшем имена. Однако если посмотреть на размещение информации на карточке, то оказывается, что ведущий не так уж и невнимателен, а вина больше лежит на дизайнере карточки.

Посмотрите на этот снимок. Можете ли вы сразу найти имя победителя? Лично я бы назвал победителем Колумбию (1-е место), тогда как правильный ответ написан мелким шрифтом в правом нижнем углу под огромной надписью Miss Universe. В суматохе конкурса, находясь в немного взволнованном состоянии, Харви быстро выделил первое и второе место и назвал победителя. И только потом обнаружил дополнительную запись.

А какие истории, связанные с плохим UX знаете вы?

Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.

Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов (за вознаграждение) — пиши сюда.

Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.

📚 Читайте также:

• Полезные паровозики часть 1: введение в железнодорожный моделизм

• Как мы задумали небольшую выставку, а в итоге открыли два неизвестных советских компьютера

• Предательские фото: две истории о том, как ЦРУ по шакалистым фотографиям раскрывало ядерные секреты СССР

Кто из вас, дорогие читатели, не испытывал восторга, впервые увидев модельную железную дорогу — миниатюрные поезда, которые выглядят и, главное, ездят как настоящие? Кажется в любую эпоху это была топовая игрушка для тинейджеров и крутое хобби для взрослых. Но первым восторгом зачастую все и заканчивалось — старший брат или дядя говорил, что ни за что не отдаст (мой случай!), ценники в магазинах или на Авито поддерживали (красивый состав с хорошей детализацией даже без цифрового управления может потянуть на стоимость RTX4090!), да и места дома, казалось бы и нет.

И все же, я уверен, многим из вас будет интересен рассказ о столь классном хобби, а кто-то может быть даже захочет в него окунуться, ведь помимо красивых поездов, тут есть много интересного.

Для меня железная дорога началась лет пять назад, когда младший сын попросил в подарок на Новый год стартовый набор, а я решил, что раз у меня не было такого в детстве, то уж у сына точно должно быть. Модельки это для детей, говорили они… Я, конечно, уже догадывался, что нет — к тому моменту я уже собирал модельки машин любимой марки, но вы не понимаете, это другое)))

Начало было плавным — стартовый набор с тепловозом, товарными вагончиками, овалом путей и минимальным пультом управления. Годом позже добавился паровоз и пара пассажирских вагонов. Когда я покупал вагоны сыну, приглядел пару красивых вагонов и для себя, и завертелось… Я узнал про уровни моделей, взаимодействие девайсов различных производителей, эпохи и, наконец, про макеты и системы управления! Теперь терпите, я обо всем этом постараюсь рассказать!

В первой части я расскажу самую базу — окунусь в историю, покажу разные масштабы и кратко пройдусь по системам управления. Во второй начнем более глубокое погружение в теорию — рассмотрим направления в моделизме, интересные фичи моделей и полезные (или просто красивые) аксессуары, разные типы рельсового материала и пройдемся по ключевым производителям. Потом будет самое интересное — я расскажу, как я собирал цифровую систему управления. Какие компоненты выбирал, как настраивал и как из аналоговой модели сделать цифровую.

А теперь поехали!

❯ Немного истории

Уложиться в формат «немного» будет непросто, ведь история этого хобби насчитывает больше ста лет! Первые клубы моделистов появились еще в середине XIX века, но это были очень суровые ребята, которые все делали своими руками и стремились к максимальной реалистичности, а двигатели их моделей были механическими (заводными!) или паровыми, ведь электрическая эпоха только начиналась и не было ни доступных электродвигателей, ни источников питания.

Ближе к началу ХХ века стали появляться технические игрушки, моделями их назвать сложно, но они уже были относительно доступны — дороги и поезда, также с механическими, но иногда и паровыми двигателями. А вскоре добавились и электрические.

Одной из ключевых вех стало появление игрушек и моделей промышленного производства фирмы Märklin в 1891 году. По сей день, это компания остается одним из законодателей мод в мире моделизма, а ее изделия — желанными приобретениями многих коллекционеров.

Начинается бурное развитие этого вида хобби и на долгое время игрушечное и модельное направление практически сливаются — наборы заводского производства обеспечивали более высокий уровень реалистичности, чем большинство изделий энтузиастов. Пик популярности приходится 30-50-е года ХХ века, В это время появляется множество известных сегодня производителей, формируются привычные сегодня масштабы моделей и расширяется ассортимент аксессуаров.

Но вскоре мода меняется — автомобильные, авиационные и космические игрушки выходят на первый план. Но в то же время, стремясь сохранить клиентов и выйти на новые рынки, прежние производители железнодорожных игрушек начинают обращать внимание на коллекционеров и моделистов, усложняя системы управления и повышая уровень детализации и реалистичность моделей.

Интересно, что многие известные фигуры из истории ИТ тоже предавались этому увлечению. Интересные пример влияния хобби на индустрию приводит Кеннет Олсон из DEC в своем интервью от сентября 1988 года: «Мы использовали японские лампы для моделей железных дорог, по одной на каждый триггер. Мы шутили, что, вероятно, сбили с толку и озадачили наблюдателей за этой отраслью этим заказом!».

Также в 70х годах железная дорога на стыке игрушки и моделизма становится популярной и в СССР. Причем помимо наборов локального производства, зачастую довольно неплохих по своему уровню, но доступных в основном продвинутым моделистам, значительную часть рынка занимали восточногерманские PIKO и Berliner TT Bahnen.

К началу 80-х в Европе и Америке начинают появляться первые цифровые системы управления, они позволяли упростить управление большими и сложными макетами со множеством поездов и аксессуаров, а также добавить новые возможности, связанные дополнительными эффектами.

Впрочем, и аналоговые системы были к тому моменту весьма продвинуты — паровозы с парогенераторами, блок-участки, семафоры и светофоры, разнообразная подсветка и даже звуковые эффекты.

Развитие продолжается и сейчас — цифровые системы управления становятся все более доступными и популярными, детализация улучшается, появляются новые функции моделей и систем управления. Вот только в связи с ориентацией на обеспеченных энтузиастов большая часть фич, которые выходят за рамки базовых, популяризируются довольно медленно, а системы управления развиваются намного медленнее, чем идет технический прогресс. Но об этом — в отдельном материале про цифру в моделизме!

❯ Стандарты? Стандарты!

Что было для меня удивительно, в этом хобби имеют место официальные стандарты (и не только набор стандартных масштабов, как в случае автомоделизма). Еще в 1935 году в США, для выработки стандартов, связанных с этим хобби появилась ассоциация моделистов NMRA, к которой в 1954 году присоединилась европейская MOROP (нем. MOdellbahn + EuROPe), создавшая серию стандартов NEM. Благодаря им сейчас мы можем собрать в одном составе модели разных производителей, управлять ими одним пультом и даже совмещать цифровые компоненты разных марок!

Ключевые для нас стандарты:

• Масштабы — H0 (1:87), TT (1:120) и N (1:160) и их производные для узкой колеи, а также садовый масштаб G (1:22.5).

• NEM 362 — стандарт «шахты» (крепления) для сцепок, позволяющий собирать составы из вагонов разных производителей (например, у меня тепловоз М62 от PIKO водит вагоны от Евротрейн).

• DCC — самый популярный стандарт цифрового управления.

• RailCom, RailcomPlus — расширения DCC для возможности двунаправленного обмена данными с подвижным составом.

• NEM 652 и 658 — интерфейсы подключения декодеров 8-pin и PluX (на самом деле их больше, но эти самые популярные).

❯ Масштаб. Больше или меньше?

Масштаб — это то, с чего всегда начинается выбор пути моделиста. Если все остальное, даже систему управления можно сменить относительно разумными ресурсами, то смена масштаба — это замена почти всего модельного хозяйства. Рельсы и подвижной состав — это только начало, как правило приходится менять все «околопутевые» аксессуары и даже строения на макете. И если у вас в макете будут машинки — то и их тоже! Разве что систему управления можно оставить в большинстве случаев.

Поэтому выбор лучше сделать правильный изначально. И на самом деле выбор этот не такой сложный. Если сомневаетесь — выбирайте H0 (1:87) — он самый популярный и к нему всегда можно найти любые модели и аксессуары. С него и начнем.

1:87 (H0 / H0m / H0e)

Самый популярный масштаб для железнодорожного моделизма в мире. Половина (Half 0) от более раннего 1:43.5 (так же известный как просто 0), на основе которого вырос самый популярный масштаб у автомобилистов — 1:43.

При достаточно разумных габаритах моделей и макетов в целом, обеспечивает хорошую детализацию и функциональные возможности. В моделях не так сложно найти место для декодера, динамика и дополнительной подсветки. Также благодаря популярности, модели имеют и достаточно разумные цены.

Для моделей стандартной колеи (1435/1520 мм) ширина модельной колеи принимается равное 16.5 мм, для метровой — 12 мм (совпадает со стандартной для масштаба ТТ), для узкой — 9 мм (совпадает с N). Для остальных масштабов узкоколейные версии куда менее распространены.

Основной недостаток — даже простой макет потребует достаточно места, для чего-то более масштабного — отдельной комнаты. В моих планах — обустроить железнодорожное гнездо на чердаке.

Длина модельных вагонов зачастую достигает 300 мм и более, даже несмотря на уменьшенное в сравнении с реальными поездами количество вагонов в составах, длина поезда будет превышать метр (локомотив и три вагона).

В этом масштабе выпускается множество оживляющих макет вещей — дома, уличные предметы, машинки. Именно в этом масштабе построен самый известный макет России — «Гранд Макет».

1:120 (TT, TableTop)

Занимает второе место по популярности и имеет множество преданных фанатов по всему миру. Некоторые компании работают исключительно с этим масштабом. Ценится за компактность (ориентирован на настольные инсталляции) и сохраняет достойную детализацию, хотя и уступает H0. Использует колею 12 мм.

Был весьма распространен среди коллекционеров СССР. В наше время несколько потерял в популярности. Модели несколько дороже, ввиду меньших масштабов производства и сложности детализации в меньшем масштабе.

В макетах как правило используются строения соответствующего масштаба, но иногда уместно смотрятся и строения в 1:87. Модели машин в масштабе ТТ уже довольно упрощенные, но еще вполне узнаваемые.

1:160 (N)

Самый компактный из популярных масштабов. Использует 9 мм колею и позволяет сделать полноценный макет совсем небольшого размера, меньше чем метр на метр. Модели как правило (но не всегда!) имеют заметно упрощенную детализацию. Из-за маленьких колес — очень требователен к качеству пути, в противном случае возможны сход и плохой электрический контакт.

Модели в этом масштабе как правило дороже, чем в Н0 и ТТ, из-за сложности изготовления и меньших объемов производства.

Из-за компактных размеров весьма популярен в Японии, благодаря японским компаниям в нем доступно множество весьма любопытных моделей.

Для цифрового управления требует специальных миниатюрных декодеров. Требует строений и моделей авто соответствующего масштаба, причем модели машин уже весьма упрощены и узнаваемы в основном наиболее выделяющиеся по дизайну автомобили.

1:22.5 (G, Garden)

Этот масштаб стоит особняком. При достаточно больших размерах имеет несколько упрощенную детализацию (не всегда!), но это не так важно, ведь этот масштаб подразумевает использование на открытом воздухе. Исходя из этого и создаются модели, а несколько меньшая детализация обуславливается большим расстоянием наблюдения и более жесткими условиями эксплуатации.

Модели строений также выпускаются в этом масштабе. Модели автомобилей зачастую берутся масштаба 1:24. Но часто обходятся вовсе без них.

Из-за габаритов моделей увеличен и потребляемый ток, поэтому часто для систем управления используются усиленные компоненты, некоторые производители выпускают отдельные линейки систем для этого масштаба.

Микромасштабы (Z — 1:220, T — 1:450 и 1:480)

Масштабы с шириной колеи 6.5 мм и 3 мм — экзотика не только у нас, но и в всем мире. Вещь в себе, позволяющая носить свое хобби с собой, но не имеющее такой развитой экосистемы, как более крупные масштабы.

Масштаб Z был создан компанией Märklin в 1972 году для демонстрации возможностей. В многом схож с N, но позволяет строить еще более миниатюрные макеты. Как и более крупные масштабы позволяет использовать цифровые системы управления.

Масштаб T — создан в 2006 японскими компаниями и является примером экстремальной миниатюризации. Отлично сочетается при этом с моделями кораблей и самолетов для которых масштаб не является чем-то особенным. Цифровые системы на базе этого масштаба мне найти не удалось.

Мой выбор

Приведённым списком набор масштабов не ограничивается, но рассматривать другие стоит, если вы уже сделали первые шаги в этом хобби и понимаете, что дальше хотите чего-то особенного.

Как я уже говорил — выбор масштаба это личное дело каждого. Но я решил не идти каким-то особым путем, а выбрал популярный и визуально привлекательный масштаб — H0, сначала с простой аналоговой системой управления, но около года назад перешел на цифровую DCC.

Также у меня есть небольшой макет N, который мне достался в обмен на пару ставших неинтересными мне моделей автомобилей. Я взял его из интереса для знакомства с масштабом. В свою очередь моя супруга хоть и не особо приветствует мое хобби (ей больше по душе автомобили), хотела на придомовом участке построить дорогу масштаба G в качестве элемента ландшафтного дизайна. Но это дело не самого ближайшего будущего.

❯ Системы управления

Тут все как будто бы просто. Есть аналоговые системы и цифровые.

В аналоговой системе на рельсы подается напряжение, регулируемой ручкой на пульте управления («трансформаторе», хотя на самом деле он выпрямитель) и в зависимости от поданного напряжения все поезда на макете будут двигаться быстрее или медленнее, а изменением полярности меняется направление движения моделей. Для индивидуального управления потребуется разбить макет на участки, но сделать их достаточно много не удастся — попросту неудобно будет управлять множеством ручек. Другой недостаток —яркость света фар и подсветки салона будет также зависеть от напряжения. А вот зависимость производительности парогенератора от напряжения напротив добавляет реалистичности.

Стрелки и семафоры в аналоговой системе управляются кнопочными пультами. Это более сложно с точки зрения коммутации, но управление получается достаточно удобным. Поэтому часто «цифру» используют только для управления подвижным составом, а аксессуары подключают к аналоговым пультам.

Большинство макетов питаются постоянным током, используя пару рельс для передачи питания. Компоненты от Märklin традиционно использовали трёхрельсовую систему — боковые рельсы подключены к «земле», а вторым контактом является третий рельс, со временем превратившийся в едва заметные «грибочки» в середине шпал. Питание при этом выполняется переменным током.

Такая система позволяет более просто строить путевое развитие — в традиционной системе приходится избегать петель из-за опасности короткого замыкания и применять разбиение путей на отдельные блоки, но при этом требует использования специального (или модифицированного — большинство компаний выпускает модели в нескольких вариантах, а также наборы для переделки) подвижного состава со специальной «лыжей» для взаимодействия с контактным рельсом.

Цифровые системы управления свободны от основных недостатков аналоговых, но сложнее в освоении и дороже. В свою очередь они позволяют получить раздельное управление поездами, что удобно даже на первых шагах моделиста, а также в дальнейшем построить автоматику управления, благодаря которой макет станет более зрелищным, а процесс управления им — даже более увлекательным. Цифровые системы существуют как на базе традиционных двухрельсовых дорог с питанием постоянным током (в случае цифровой системы в него подмешан сигнал управления), так и на базе трёхрельсовых дорог переменного тока — такие решения сейчас набирают популярность.

Отдельной особенностью цифровых локомотивов является возможность озвучки движения и других активностей, связанных с поездом — использования дополнительного оборудования, гудков, объявлений и так далее. При этом большинство цифровых локомотивов могут быть использованы в аналоговом режиме. Будет работать озвучка движения и переключение света в зависимости от направления движения, но остальные функции останутся недоступны.

❯ Не совсем заключение

На этом, стоит сделать перерыв — очень уж много собралось информации. Лонгрид должен быть умеренно длинным. До встречи в продолжении!

❯ Полезные ссылки

Стандарты NEM — https://www.morop.org/index.php/en/nem-the-norms.html

Сайт NMRA — https://www.nmra.org/

Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.

Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов (за вознаграждение) — пиши сюда.

Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.

📚 Читайте также:

• Защита схемы от переполюсовки, что может быть проще?

• Как мы задумали небольшую выставку, а в итоге открыли два неизвестных советских компьютера

• Что показывает ваш мультиметр (напряжение или погоду на Марсе)?

Не могу сказать, что в ВУЗе я был закоренелым троечником, но единственное, что мне запомнилось из курса теории автоматического управления, что операционный усилитель с отрицательной обратной связью сам по себе уже является регулятором. Именно эту гипотезу я решил проверить, разрабатывая схему, которой посвящена статья.

Кроме регулятора на ОУ, схема содержит ШИМ-преобразователь на транзисторном источнике тока и компараторе для управления нагревателем и вентилятором, схему задержки на логических микросхемах, инфракрасный детектор дистанционного включения, схему индикации и, как обычно в моих проектах, ни одного микроконтроллера.

А если вы считаете, что регуляторы на операционных усилителях утратили свою актуальность, посмотрите современные методички некоторых вузов по ТАУ. ))

❯ Конструкция макета

Мое увлечение электроникой началось еще до того, как в широком обиходе появились радиоэлектронные компоненты для поверхностного монтажа (SMD). И их появление для меня стало манной небесной — это же сколько времени можно экономить радиолюбителю на сверлении бесконечного количества отверстий в печатной плате!

Достаточно давно я стараюсь обходиться без осевых компонентов. Но иногда находит тоска по былому и хочется помедитировать с пинцетом над формовкой гибких выводов и проволочных перемычек. Да и односторонние печатные платы не каждый день трассировать приходится. Именно это привело меня к разработке этой схемы.

Устройство представляет собой сушилку для рук, точно такую, как каждый может встретить во многих общественных местах. Общий вид печатной платы показан на фотографиях.

На фотографии можно заметить, что в качестве имитации нагревательного элемента использован мощный резистор, на корпус которого каптоновым скотчем приклеен датчик температуры. Вентилятор использовал обычный компьютерный. Датчик температуры — NTC-резистор на 10 кОм. В общем, механическая часть меня не очень интересовала, как-то обозначил ее наличие, и ладно.

Зато печатная плата получилась отлично. Собирать ее было одно удовольствие. Кстати, изготовлена она на специализированном фрезерном станке. Об этом есть запись в моем блоге, если интересно, можете посмотреть подробнее.

Функциональность устройства ничем не отличается от привычных всем бытовых приборов. Подносишь руки к инфракрасному датчику — включается поток теплого воздуха. Температура нагревателя настраивается «на глазок», но держится достаточно стабильно. Время включения можно выбирать положением перемычки, доступно три интервала. С помощью DIP-переключателя можно настраивать момент отключения нагревателя. Это сделано для исключения перегрева внутри прибора — нагреватель можно отключить заранее, а вентилятор его остудит и выгонит горячий воздух.

❯ Описание структурной схемы

Мы уже рассмотрели, как это должно функционировать. Теперь самое время погрузиться в схемы. Начнем со структурной схемы, которая показана на рисунке ниже.

Начало подачи теплого воздуха запускается ИК-сенсором B1. При его срабатывании схема включает нагревательный элемент F2 и вентилятор F1. Время включения вентилятора определяется положением перемычки в блоке делителя частоты А2. Время включения нагревательного элемента зависит от состояния DIP-переключателя E3. При каждом повторном срабатывании ИК-сенсора B1 схема управления E начинает отсчет времени включения вентилятора и нагревательного элемента с начала.

ИК-сенсор B1 управляется короткими импульсами с частотой 2 Гц от генератора A1. ФВЧ B2 необходим для того, чтобы отфильтровывать постоянную составляющую на выходе ИК-сенсора, вызванную фоновой засветкой датчика. Аналоговый компаратор B3 имеет регулировку для настройки дистанции срабатывания ИК-сенсора B1.

Схема управления E формирует сигналы включения нагревательного элемента и вентилятора. Импульс «START» сбрасывает счетчик E1, после чего он начинает счет 15 импульсов от опорного генератора A. После 15 импульсов счетчик игнорирует все последующие поступающие тактовые импульсы до поступления следующего импульса «START». Пока счетчик E1 ведет счет импульсов, сигнал «ENABLE_CULLER» принимает активное состояние. Сигнал «ENABLE_HEATER» принимает активное состояние, пока выход счетчика E1 имеет двоичное значение на выходе меньше, чем установлено на DIP-переключателе E3.

Схема измерения C предназначена для измерения температуры нагревательного элемента с помощью температурного сенсора C1, который установлен непосредственно на нагревательном элементе. На основе выходного сигнала «TEMPERATURE» схема регулирования D формирует сигнал ШИМ «PWM_HEATER» для схемы управления нагревателем.

Мощность, подаваемая на вентилятор схемой управления F1, определяется потенциометром D3. Уровень напряжения на нем определяет коэффициент заполнения ШИМ-сигнала «PWM_CULLER».
Формирование ШИМ-сигналов производится на основе пилообразных импульсов с частотой 160 Гц, формируемых генератором D1 и ГЛИН D2.

❯ Описание электрической схемы

В духе лучших традиций проектирования синхронных последовательностных схем, тактирование всей логики управления будет осуществляться от общего генератора на основе таймера NE555. Эта старая добрая микросхема всем хорошо известна и отлично подходит в моем случае из-за достаточно низкой требуемой частоты и отсутствия каких-либо особых требований к стабильности.

Тактовый сигнал CLK_2HZ через транзистор Т3 включает инфракрасный светодиод оптического датчика U1. Когда мы достаточно близко подносим руки, ИК-лучи переотражаются от них и засвечивают фототранзистор. Импульсы переменного тока проходят через фильтр верхних частот С20, С22, R25, а постоянная составляющая от фоновой засветки датчика отсекается. Из-за низкой частоты переключения светодиода фильтр должен иметь как можно более низкую частоту среза. Но в данной схеме этим вполне можно пожертвовать, зато практически не понадобилось подбирать его номиналы.

Далее тактовый сигнал продолжает гулять по схеме и попадает на вход делителя тактовой частоты IC13B. Счетчик двоичный и мог бы делить тактовые импульсы до 16 раз. Но я решил ограничиться всего тремя джамперами, импульсы при этом могут замедляться примерно до половины герца.

Следующая схема представляет собой счетчик интервала включения вентилятора и нагревательного элемента. Применение двоичного счетчика IC13A здесь позволяет получить отложенное время выключения до 8-ми секунд.

Досрочное отключение нагревательного элемента производится цифровым компаратором IC12. Микросхема 74НС85 по нынешним временам достаточно экзотическая, но их запасы еще имеются на радиорынках.

Для регулирования мощности нагревательного элемента и скорости вращения вентилятора используется отдельный генератор импульсов IC11A. Триггер я использовал исключительно для разнообразия в схемотехнике, тем более что для последующей генерации пилы необходимо подавать периодический сигнал с очень короткими импульсами в сравнении с его периодом. Частота импульсов составляет 160 Гц — это минимальная частота, на которой кулер начинает вращаться без рывков, и можно сильно не заморачиваться по поводу драйверов для силовых ключей. А с учетом характера нагрузки нет особой разницы, на какой частоте будет ШИМ.

Формирование линейного нарастания пилообразных импульсов осуществляется за счет заряда конденсатора С5 постоянным током через стабилизатор на транзисторе Т5. На самом деле форма пилы для данной схемы вообще не имеет значения, и заряжать конденсатор можно было бы через обычный резистор, но мне захотелось реализовать источник тока.

Для обеспечения максимально крутого обратного фронта пилы конденсатор С5 должен быстро разряжаться через транзистор Т1 в конце каждого периода импульсов с частотой 160 Гц. Это достигается за счет очень большой скважности тактирующего сигнала.

Формирование ШИМ-сигнала для регулирования скорости вращения вентилятора осуществляется операционным усилителем IC15B, выполняющим роль компаратора. Почему я не использовал компаратор? Потому что у меня скопилось очень много LM358, надо их куда-то использовать.

Компаратору на ОУ было бы неплохо иметь хотя бы положительную обратную связь. Но мощности в схеме небольшие, частоты низкие, да и сам LM358 очень медлительный. Так что о шумах при переключении можно особо не переживать, на практике фронт ШИМ-импульсов получается достаточно чистым.

Мощность, а следовательно, и скорость вращения вентилятора определяется положением переменного резистора R22. Резистор R24 нужен для более эффективного использования угла поворота резистора R22. А резистор R23 ограничивает минимальный коэффициент заполнения ШИМ и не позволяет полностью остановить вентилятор, что исключает перегрев нагревательного элемента.

Управление вентилятором выполняется с помощью транзистора Т2, который осуществляет коммутацию питания под воздействием ШИМ-сигнала, выработанного предыдущей схемой. Логический вентиль «И» IC2A в зависимости от состояния сигнала схемы счетчика интервала разрешает или запрещает работу вентилятора.

Светодиод D4 служит индикатором включения сушилки.

Для контроля температуры нагревательного элемента применяется NTC-резистор с сопротивлением 10 кОм. Он подключается к соответствующему разъёму в верхней части резистивного делителя напряжения.

Необходимая температура нагревательного элемента задаётся с помощью переменного резистора R17. Усилитель IC3A сравнивает напряжение, установленное R17, с напряжением, поступающим от датчика температуры, и формирует сигнал ошибки.

Второй усилительный каскад на IC3B регулирует усиление сигнала ошибки. Это позволяет достичь баланса между скоростью разогрева нагревательного элемента и точностью поддержания заданной температуры.

Формирование ШИМ-сигнала для нагревательного элемента происходит по аналогии со схемой управления вентилятором. Отличие заключается в том, что заполнение ШИМ-сигнала определяется сигналом усилителя датчика температуры.

Поскольку ток, потребляемый нагревательным элементом, является значительным, для его коммутации был использован полевой транзистор Q1. Драйвер затвора Q1 выполнен по полумостовой схеме на биполярных транзисторах Т4, Т6. Разрешение работы нагревателя осуществляет вентиль «И» IC2B.

Светодиод D3 служит индикатором состояния нагревательного элемента. При нормальной температуре он должен мигать. Напряжение на делителе R40, R41 приблизительно соответствует напряжению, которое установилось бы на выходе датчика температуры при перегреве нагревательного элемента. Следовательно, если температура воздуха станет слишком высокой, светодиод мигать перестанет.

Питание схемы осуществляется от блока питания на 12 В. Для формирования напряжения 5 В, необходимого для питания схемы управления, используется стабилизатор напряжения IC14.

На рисунке ниже я разместил общую электрическую схему. На мой взгляд, она получилась не такой сложной и вполне логичной, ну или как минимум понятной и предсказуемой в работе.

❯ Заключение

Конечно, если вы разрабатываете регулятор для узлов атомной электростанции или системы питания газовой турбины, стоит подойти к проектированию регуляторов более ответственно и, возможно, отказаться от использования операционных усилителей. Современный микроконтроллер подойдет для решения этой задачи значительно лучше. Но для понимания базовых принципов работы регуляторов эта схема вполне пригодна. А если учитывать, что проектировалась она больше с целью радиолюбительского хобби и организации досуга, она справилась с поставленной задачей на все сто. Надеюсь, что вам было так же интересно читать эту статью, как и мне над ней работать.

Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.

Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов (за вознаграждение) — пиши сюда.

Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.

📚 Читайте также:

• Сложно о простом. Как работает интернет. Часть 1. Что такое коммутатор, маршрутизатор и примеры работы простых сетей

• Вернер Бухгольц. Байт на Stretсh

• Комменты — наше все! История онлайн-комментариев.