Redes Industriais. Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica

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1 Redes Industriais Walter Fetter Lages Carlos Eduardo Pereira Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.1

2 Programa 1. Introdução 2. Conceitos básicos de redes de computadores 3. Definição de sistemas abertos (modelo ISO/OSI) 4. Barramentos industriais para automação (a) RS-232, RS-422, RS-485 (b) CAN-BUS (c) Profibus (d) Fieldbus 5. Redes de adaptadas para automação 6. Ethernet 7. TCP/IP Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.2

3 Introdução Automação Industrial Sistemas de Automação Industrial Descentralização Distribuição da Inteligência Evolução das Arquiteturas Barramentos Industriais Sistemas Integrados de Automação Retrofitting de Dispositivos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.3

4 Sistema de Automação Industrial Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.4

5 Controle Analógico Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.5

6 Controle Digital Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.6

7 Arquitetura Centralizada Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.7

8 Controle Centralizado Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.8

9 Controle Centralizado Consistência dos dados Altos custos cabeamento Disponibilidade do sistema = disponibilidade do computador central Dificulta ampliações do sistema -> complexidade Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.9

10 Controle Central com Back-up Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.10

11 SDCD Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.11

12 SDCD Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.12

13 SDCD Redução dos custos com fiação, instalação e manutenção Distribuição do controle Comunicação entre unidade de controle via protocolos proprietários Comunicação sensores/atuadores e unidades de controle via protocolo analógico (4 a 20 ma), transmissão apenas de 1 variável medida Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.13

14 Barramentos Industriais Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.14

15 Barramentos Industriais Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.15

16 Barramentos Industriais Barramento Digital Serial Multidrop Bi-direcional Para a comunicação com o nível mais baixo de controle e dispositivos de instrumentação. Barramento para chão-de-fábrica Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.16

17 Tipos de Dispositivos Sensores/Atuadores com capacidade de comunicação via barramento digital (execução de protocolo) E/S distribuída Sensores/Atuadores com capacidade de processamento local Dispositivos inteligentes Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.17

18 Instrumento Inteligente Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.18

19 Protocolos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.19

20 Protocolos Grande número de protocolos disponíveis comercialmente Protocolos proprietários vs. Abertos Normas regionais, nacionais, continentais, internacionais Associações para divulgação dos protocolos PNO Foundation Fieldbus CiA Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.20

21 Sistemas Integrados de Automação Possibilidade de utilização do computador em todos o setores de uma indústria, desde o nível do processo até o nível de gestão e administração de uma empresa Integração entre planejamento da produção (CAP) Projeto de produtos (CAD) Fabricação assistida (CAM) Controle direto Orçamentos Marketing Contabilidade Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.21

22 Pirâmide de Automação Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.22

23 Conexões Lógicas Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.23

24 Vantagens Sistemas abertos Padronização leva a um aumento no número de fornecedores e tende a aumentar a Śvida útilš do protocolo Capacidade de Expansão e Reconfiguração Facilitam o atendimento de novas condições de processo e/ou produção Manutenção Proativa Minimizar tempos de parada -> redução dos prazos de entrega e preços Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.24

25 Vantagens Conectividade Facilidade de acesso às informações Flexibilidade Rápida resposta à novas demandas do mercado Confiabilidade Auto-diagnose, detecção e identificação imediata de defeitos, fácil implementação de redundância Simplifica implementação de sistemas redundantes Interoperabilidade Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.25

26 Topologias de Rede Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.26

27 Rede em Estrela Nó central: comutador ou switch Não necessitam roteamento Desempenho depende da velocidade do nó central Problemas: confiabilidade, modularidade Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.27

28 Rede em Anel Uso de repetidores ligados ao meio físico Usualmente transmissão unidirecional para simplificar o projeto dos repetidores quando uma mensagem é enviada por um nó, ela entra no anel e circula até ser retirada pelo nó de destino (ou pelo nó que enviou, dependendo do protocolo) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.28

29 Anel com Repetidor Interno Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.29

30 Anel com Repetidor Externo Aumento da confiabilidade Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.30

31 Rede em Anel Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.31

32 Anel Secundário Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.32

33 Redes usando difusão Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.33

34 Barramentos Ligação das estações ao meio devem alterar o mínimo possível as características elétricas Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.34

35 Protocolos de Comunicação Conjunto de regras a serem seguidas por todos os participantes, a fim de permitir a comunicação Hierarquia de Protocolos Para reduzir a complexidade de projeto Organização em camadas ou níveis Propósito da camada é oferecer servicos às camadas superiores, omitindo detalhes sobre a implementação dos serviços Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.35

36 Modelo de Referência OSI Camada 1: Física Camada 2: Enlace Camada 3: Rede Camada 4: Transporte Camada 5: Sessão Camada 6: Apresentação Camada 7: Aplicação Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.36

37 Modelo OSI Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.37

38 Camada Física Lida com a transmissão pura de bits Níveis de tensão, duração de um bit, taxa de transmissão, transmissão mono ou bi-direcional, número de pinos e construção dos conectores Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.38

39 Camada de Enlace de Dados Tornar o meio físico livre de erros Detecção e correção de erros Quadros com informação + bits de verificação Criar e reconhecer limites dos quadros Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.39

40 Camada de Rede Roteamento da informação da origem ao destino Controle de congestionamentos Permitir conexão de redes heterogêneas: traducao de protocolo, endereçamento, conformação tamanho pacotes Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.40

41 Camada de Transporte Divide mensagem em pedacos menores, envia à camada de rede e remonta no destino Uma conexão de transporte pode gerar várias sessões de rede (para aumentar throughput) Define tipos de conexão: ponto-a-ponto com garantia de entrega, sem garantias e mensagens para destinações múltiplas Camada fim a fim : programa na máquina de origem conversa com outro na de destino Fluxo de mensagens Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.41

42 Camada de Sessão Oferece mecanismos que permitem estruturar os circuitos oferecidos pelo nível de transporte Gerenciamento de token: com o intuito de fornecer um serviço de intercâmbio de informações half-duplex em um circuito full-duplex Ponto de sincronização: permite a retomada da transmissão de dados muito extensos (volta a transmitir do último ponto de sincronização confirmado) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.42

43 Camada de Apresentação Realizar transformação adequada nos dados antes de entregar ao nível de sessão Transformações típicas: compressão de dados, criptografia. Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.43

44 Camada de Aplicação Oferece aos processos de aplicação os meios para que estes utilizem os recursos OSI Define funções de gerência e mecanismos de suporte à construção de aplicações distribuídas Ex: terminal virtual, transferência de arquivos, correio eletrônico, etc. Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.44

45 Resumo das Camadas Física: Comunicação ponto-a-ponto Enlace: Verificação de erros ponto-a-ponto Rede: Comunicação fim-a-fim Transporte: Verificação de erros fim-a-fim Sessão: Controle da comunicação Apresentação: Conversão de dados Aplicação: Interface com o programa usuário Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.45

46 Transmissão de Dados Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.46

47 RS-232 Sinal bipolar -3V a -15V marca +3V a +15V espaço Comunicação DTE-DCE serial até 20m Taxas de até 19200bps Extensões para até 1.6Mbps Chips comuns 8250 até 38400bps até bps 16550A até bps com FIFO Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.47

48 Conectores e Sinais Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.48

49 Handshaking Por software X-ON=ˆS=11h X-OFF=ˆQ=13h Por hardware RTS/CTS DSR/DTR Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.49

50 Cabeamento DTE-DCE Handshaking completo Sem handshaking RTS/CTS e DSR/DTR local Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.50

51 Cabeamento DTE-DTE Null-modem a três fios Sem handshaking RTS/CTS e DSR/DTR conectados localmente Null-modem a cinco fios Null-modem a sete fios Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.51

52 RS-422, RS-423, RS-485 Sinal bipolar -3V a -5V marca +3V a +5V espaço Comunicação serial até 1200m Taxas de até 10Mbps (300kbps, RS-423) 2 condutores por sinal Conexão multiponto Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.52

53 Características RS-422 Sinalização diferencial Até 10 receptores RS-423 Sinalização single-end Até 10 receptores RS-485 Sinalização diferencial balanceada Até 32 receptores Drivers com menor impedância Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.53

54 Sinalização Single-end Diferencial Balanceada Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.54

55 RS-485 A 2 fios Todos dispositivos na mesma linha A 4 fios Operação mestre/escravo Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.55

56 Modbus Utilizado para comunicação com e entre CLPs Define a estrutura dos quadros, não o meio físico Usualmente utilizado sobre RS-232, RS-485 ou, ultimamente, Ethernet Arquitetura mestre/escravo Permite broadcast Apenas 2 tipos de quadros Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.56

57 Quadros Quadro de consulta Endereço Código de função Dados Verificação de erro Quadro de resposta Endereço Confirmação (echo do código de função) Dados Verificação de erro Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.57

58 Modos de Transmissão ASCII Trasmite cada byte como um número hexadecimal em ASCII "6" "F" "1" "3" Desperdício do canal Utiliza LRC para verificação de erro RTU (Remote Terminal Unit) Transmite os dados em binário puro Utiliza CRC para verificação de erro Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.58

59 Enquadramento Endereçamento 0 = broadcast = escravos Escravo envia o seu endereço para identificar-se Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.59

60 Funções Típicas 01 - Leitura de estado de bobina Parâmetros: Consulta: número inicial e quantidade de bobinas Resposta: número de bytes e estado das bobinas Ex.: Leitura de 12 bobinas do dispositivo 18 a partir do endereço 02 Quadro de consulta : DE 00 0C 01 Quadro de resposta : BA 10 F2 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.60

61 Funções Típicas 02 - Leitura de estado de entrada Parâmetros: Consulta: número inicial e quantidade de entradas Resposta: número de bytes e estado das entradas Ex.: Leitura de 4 entradas do dispositivo 18 a partir do endereço 11FF Quadro de consulta : FF D8 Quadro de resposta : F2 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.61

62 Funções Típicas 03 - Leitura de registradores de memória Parâmetros: Consulta: número inicial e quantidade de registradores Resposta: número de bytes e valor de 16 bits de cada registrador Ex.: Leitura de 2 registradores do dispositivo 18 a partir do endereço 00E1 Quadro de consulta : E Quadro de resposta : BA A2 FF 10 7C Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.62

63 Funções Típicas 04 - Leitura de registrador de entrada Parâmetros: Consulta: número inicial e quantidade de registradores Resposta: número de bytes e valor de 16 bits de cada registrador Ex.: Leitura de 2 registradores do dispositivo 18 a partir do endereço 11FF Quadro de consulta : FF D8 Quadro de resposta : AA AA F2 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.63

64 Funções Típicas 05 - Forçar bobina Parâmetros: Consulta: número da bobina e estado On=FF00 Off=0000 Resposta: echo da consulta Ex.: Ligar bobina 101 (65h) do dispositivo 18 Quadro de consulta : FF Quadro de resposta : FF Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.64

65 Funções Típicas 06 - Escreve registrador de memória Parâmetros: Consulta: número do registrador e valor de 16 bits Resposta: echo da consulta Ex.: Escrever 021F no registrador 00E1 do dispositivo 18 Quadro de consulta : E1 02 1F 05 Quadro de resposta : E1 02 1F 05 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.65

66 Cálculo do LRC LRC=complemento 2 do checksum calculado com os dados binários e convertido para ASCII. Endereço (12) Função (01) End. Inic. Hi (02) End. Inic. Lo (10) Quantidade Hi (00) Qantidade Lo (01) Checksum Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.66

67 Cálculo do LRC Checksum Complemento Complemento LRC "D" "A" LRC em binário Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.67

68 Controller Area Network Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.68

69 Controller Area Network Desenvolvido pela Bosch para automóveis Padronizado pela ISO Camada física Camada de enlace Comunicação serial até 1Mbps e até 1km. Sinalização diferencial em par trançado Mensagens pequenas (até 8 bytes) com CRC Sem endereçamento -> broadcast apenas Mensagens priorizadas Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.69

70 Características Recepção multicast com sincronização Detecção e sinalização de erro Recuperação em até 29 bit times Multimaster Tempos de Latência garantidos Sleep mode/wake-up Reconhecimento Controle totalmente distribuído Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.70

71 Camadas Camada física Camada de transferência Enquadramento Arbitragem Detecção e sinalização de erro Camada de objeto Prioriza mensagens a serem transmitidas Seleciona mensagens recebidas Interface para a aplicação Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.71

72 Camada Física Codificação NRZ Bits dominantes (0) ou recessivos (1) -> C. A. Bit-stuffing Bit complementar inserido após a transmissão de cinco bits identicos consecutivos Diversas implementações de camada física podem ser utilizadas, inclusive proprietárias Não existe um conector padrão. DB9 e mini-din são usuais. Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.72

73 Sinais CAN Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.73

74 Camada de Transferência Quatro tipos de quadros Dados Remoto Erro Overload Mensagem de Wake-up rrr rrrd rrrr Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.74

75 Quadro de Dados Início de quadro Um único bit dominante Campo de arbitragem Identificador - 11 bits (29 bits, CAN2.0B) RTR bit (remote transmision request bit) Campo de controle 4-bit DLC (data length code) 2 bits reservados Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.75

76 Quadro de Dados Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.76

77 Quadro de Dados Campo de dados Até 8 bytes, MSB primeiro Campo de CRC x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x Delimitador de CRC = bit recessivo Slot de ACK Bit dominante para indicar reconhecimento Delimitador de ACK = bit recessivo Fim de quadro 7 bits recessivos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.77

78 Quadro Remoto Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.78

79 Quadro Remoto Usado para solicitar dados Possui os mesmo campos do quadro de dados, exceto o campo de dados Identificado por um bit RTR recessivo Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.79

80 Quadro de Erro Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.80

81 Quadro de Erro Flag de erro Flag de erro ativo Seis bits dominantes Flag de erro passivo Seis bits recessivos Delimitador de erro 8 bits recessivos Não é utilizado bit-stuffing Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.81

82 Detecção de Erros Detecção de erro Monitoramento dos níveis de bits CRC Bit-stuffing Formato do quadro de mensagem Erros detectados Erros globais e erros locais no transmissor Até 5 erros aleatórios na mensagem Erros de burst de comprimento até 15 Probabilidade de erro não detectado = Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.82

83 Quadro de Overload Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.83

84 Quadro de Overload Flag de overload 6 bits dominantes Delimitador de overload 8 bits recessivos Não é utilizado bit-stuffing Quadro idêntico ao quadro de erro ativo Gerado por condições internas ou ao detectar um bit dominante durante um intermission Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.84

85 Espaçamento Interframe Espaçamento entre quadros de dados e/ou quadros remotos Intermission bits (3 bits recessivos) Nenhuma estação pode transmitir Bus idle bits Detecção de um bit dominante é interpretado como um início de quadro Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.85

86 Espaçamento Interframe Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.86

87 Confinamento de Faltas Estado do dispositivo Ativo em erro - estado inicial Passivo em erro Bus off Dois contadores de erro (Tx e Rx) Um dos contadores 128 Dispositivo passa para Passivo em erro. Contador de erro de TX 256 Dispositivo passa para bus off Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.87

88 Contador de Erros de Tx Incrementado em 8 ao enviar um flag de erro Incrementado em 8 ao detectar um erro de bit ao transmitir um flag de erro ativo ou um flag de overload Decrementado em 1 (a não ser que já seja 0) ao transmitir uma mensagem com sucesso Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.88

89 Contador de Erros de Rx Incrementado em 1 ao detectar um erro de recepção Incrementado em 8 ao detectar um bit dominante imediatamente após enviar um flag de erro. Incrementado em 8 ao detectar um erro de bit ao enviar um flag de erro ativo ou um flag de overload Decrementado em 1 ao receber uma mensagem com sucesso Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.89

90 Bit Timing Bit time dividido em quatro segmentos Sincronização (1 quantum) Propagação (1 a 8 quanta) Fase 1 (1 a 8 quanta) Fase 2 (máx Fase 1, tempo de processamento) Tempo de processamento 2 quanta Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.90

91 Sincronização de Clock Hard synchronization Ocorre na borda de recessivo para dominante do start bit. O bit-time é reinicializado Resynchronization Ocorre quando a borda de 1 bit não ocorre dentro do segmento de sincronização. aumentada ou a fase 2 é encurtada Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.91

92 Fieldbus Foundation Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.92

93 Fieldbus Foundation Barramento serial a 31.25kbps, com um único par de fios Alimentação e dados no mesmo par Opções de segurança intrínseca Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.93

94 Fieldbus x OSI Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.94

95 PDUs Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.95

96 Sinalização +10mA ou -10mA sobre uma carga de 50W, para criar uma modulação de 1Vpp Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.96

97 Codificação Codificação Manchester bifásica Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.97

98 Preâmbulo e Delimitadores Códigos Manchester inválidos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.98

99 Terminadores Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.99

100 Camadas Camada Física Camada de Enlace (DLL) Link Active Scheduler (LAS) Camada de Aplicação Fieldbus Access Sublayer (FAS) Fieldbus Message Specification (FMS) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.100

101 Tipos de Dispositivos Básico Link Master Pode atuar com LAS Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.101

102 Comunicação Escalonada O LAS possui uma lista dos instantes de transmissão de todos os buffers em todos os dispositivos que precisam ser transmitidos ciclicamente No instante apropriado o LAS transmite uma mensagem CD (Compel Data) ao dispositivo que deve transmitir O dispositivo publica os dados que são recebidos pelos assinantes Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.102

103 Publisher/subscriber Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.103

104 Comunicação não Escalonada Os dispositivos tem a chance de transmitir mensagens não escalonadas entre as transmissões escalonadas O LAS utiliza a mensagem PT (Pass Token) para dar a permissao para transmissões não escalonadas Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.104

105 Comunicação não Escalonada Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.105

106 Manutenção da Live-list Os dispositivos que estão respondendo ao PT são mantidos em uma lista Periodiamente o LAS envia um PN (Probe Node) para os endereços não pertencestes a live-list Os dipositivos que desejam entar na live-list respondem com PR (Probe Response) PR é confirmado pelo LAS com um NA (Node Activation) Quando um dispositivo deixa de responder ao PT ele é removido da live-list Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.106

107 Algoritmo do LAS Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.107

108 Outras Funções do LAS Sincronização Periodicamente é enviado um TD (Time Distribution) Redundância de LAS Se o LAS falhar, outro link master assume o papel de LAS Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.108

109 Fieldbus Access Sublayer Utiliza os serviços da DLL para fornecer serviços ao FMS Os serviços da FAS são descritos por VCRs (Virtual Communication Relationships) Tipos de VCR Cliente/servidor Distribuição de relatório Publisher/subscriber Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.109

110 Serviços da FAS Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.110

111 Descrições de Objetos Dados transferidos pelo fieldbus são descritos por Descrições de Objetos As descrições de objeto são organizadas por índice em um Dicionário de Objetos (OD) O índice 0 é denominado de header e descreve o dicionário de objetos Os índices acima de 255 são utilizados pela aplicação Os índices de 1 a 255 definem tipos de dados comuns Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.111

112 Dicionário de Objetos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.112

113 Virtual Field Device (VFD) Um VFD é utilizado para visualizar remotamente os dados de um dispositivo local descritos no dicionário de objeto Um dispositivo tem pelo menos dois VFDs Gerenciamento de rede e sistema Aplicação do usuário Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.113

114 VFD Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.114

115 Formato das Mensagens As mensagens FMS são definidas utilizando a linguagem ASN.1 (Abstract Syntax Notation version 1) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.115

116 Aplicação do Usuário A aplicação do usuário é construida utilizando-se blocos Bloco de recurso Descreve o dispositivo Apenas um por dispositivo Bloco de função Bloco de transdutor Objeto de conexão Objeto de alerta Objeto de visualização Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.116

117 Blocos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.117

118 Blocos de Função Function Block Name Analog Input Analog Output Bias Control Selector Discrete Input Discrete Output Manual Loader Proportional/Derivative Proportional/Integral/Derivative Ratio Symbol AI AO B CS DI DO ML PD PID RA Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.118

119 Exemplo de Loop de Controle Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.119

120 Objeto de Visualização Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.120

121 Definição de Dispositivos A função de um dispositivo Fieldbus é definida pela conexão de seus blocos funcionais Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.121

122 Diretório de Blocos O header do dicionário aponta para um diretório O diretório fornece os índices para os demais blocos de função Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.122

123 Acesso à FVDs através de VCRs Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.123

124 Escalonamento Uma ferramenta de escalonamento é utilizada para gerar o escalonamento para os blocos funcionais e para o LAS Um macrociclo é uma única interação de escalonamento dentro de um dispositivo Offset from Absolute Link Schedule Start Time Scheduled AI Fuction Block Extension 0 Scheduled Communications of AI 20 Scheduled PID Function Block Execution 30 Scheduled AO Function Block Execution 50 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.124

125 Macrociclo Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.125

126 Descrição de Dispositivos A DD fornece uma descrição extendida de cada objeto presente no VFD Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.126

127 Tokenizer As DDs são escritas em uma linguagem denominada DDL O Tokenizer "compila"ddl, convertendo palavras reservadas em tokens Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.127

128 Serviço de Descrição de Dispositivos Biblioteca que permite ler DDs São lidas as descrições, e não os valores Os valores são lidos dos dispositivos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.128

129 Projeto do Sistema Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.129

130 Configuração dos Dispositivos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.130

131 Exemplo Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.131

132 Exemplo Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.132

133 IEEE-802 Barramentos são compartilhados por todas as estações. Como definir o acesso ao meio? Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.133

134 Padrão IEEE 802 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.134

135 Estratégias de Acesso Com colisões Sem colisões Prioridade Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.135

136 Acesso Baseado em Contenção Não existe uma ordem de acesso Dois ou mais nós podem transmitir simultaneamente ocasionando colisão (perda das mensagens) Técnicas de detecção de colisão e retransmissão são necessárias Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.136

137 Protocolo Aloha Universidade do Hawai 1970 Rede via satélite Interligação do centro de computação com terminais espalhados na ilha Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.137

138 Protocolo Aloha Dois canais de freqüência Um para a difusão de mensagens do computador central para os terminais Outro dos terminais para o computador central Possibilidade de colisão no segundo canal Estratégia de acesso: Cada terminal somente pode ŚouvirŠ canal de transmissão do computador central Quando um terminal tem algo para transmitir ele transmite sem poder verificar se o meio está livre Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.138

139 Protocolo Aloha Técnica de detecção de colisão Nos terminais Relógio temporizador (time-out) para aguardar chegada do quadro de reconhecimento da recepção Caso reconhecimento da recepção não seja recebido: retransmissão No computador central Análise do CRC Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.139

140 Protocolo Aloha Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.140

141 Slotted Aloha Maximização dos períodos de colisão Reduz tempo morto de canal Tempo é dividido pelo sistema central em intervalos (slots): terminais somente podem iniciar transmissão no começo de cada intervalo Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.141

142 Slotted Aloha Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.142

143 Aloha puro Slotted Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.143

144 Protocolo CSMA Também adota a sincronização dos quadros em colisão, fazendo com que se superponham desde o início Estações escutam o meio para verificar se há alguma estação transmitindo Carrier Sense Multiple Access Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.144

145 np-csma e p-csma Estações, após transmitirem, esperam o reconhecimento da mensagem por um tempo determinado Não chegada de recebimento implica em retransmissão Diferença está no algoritmo que especifica o que faz uma estação quando deseja transmitir e o meio está ocupado Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.145

146 CSMA Não Persistente Caso o canal esteja ocupado, estação não fica constantemente esperando, mas espera um tempo aleatório e, em seguida, repete o algoritmo Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.146

147 np-csma p-csma Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.147

148 CSMA p-persistente Aplicável a canais segmentados (slotted) Se o canal está ocupado, estação continua a escutar o meio até que este fique livre Então transmite com uma probabilidade p. Com uma probabilidade q=1-p há um adiamento até o próximo slot. Processo se repete até que a estação transmita ou que o canal esteja ocupado (neste último caso, estação aguarda um tempo aleatório) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.148

149 CSMA 1-persistente Quando estação tem dados a transmitir ela primeiro escuta o canal. Se o canal estiver livre ela transmite (probabilidade = 1). Caso detecte canal ocupado, a estação espera até que o canal fique ativo. Problema: tempo de retardo vs. tamanho do quadro Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.149

150 Comparação Não persistente: bom para evitar colisões em tráfego alto 1-persistente: minimiza o tempo perdido (em caso de poucas estações querendo transmitir), porém gera número elevado de colisões p-persistente: busca um compromisso entre ambos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.150

151 CSMA-CD Collision Detection Estações continuam escutando o canal durante o envio, cancelando por um período de tempo aleatório caso detectem colisão Redução do período de colisão = aumento do uso efetivo do canal Tempo mínimo de detecção de uma colisão = tempo de propagação Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.151

152 CSMA-CD Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.152

153 CSMA-CD Tamanho de quadro t p : tempo de propagação M: tamanho do quadro C: taxa de transmissão M 2Ct p (para rendes banda básica) M 4Ct p (redes banda larga) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.153

154 CSMA-CD Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.154

155 CSMA-CD Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.155

156 CSMA-CD Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.156

157 Comparação Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.157

158 Protocolos Livres de colisão Protocolo de Mapa de Bits Contagem Regressiva Binária Reconhecimento de Difusão com Prioridades Alternantes Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.158

159 Protocolo de Mapa de Bits Numa fase inicial cada estação tem sua oportunidade de informar se quer ou não transmitir N slots de contenção (1 bit para cada estação) No final desta fase, todas já sabem quantas estações transmitirão e inicia-se a transmissão dos quadros (em ordem numérica) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.159

160 Protocolo de Mapa de Bits Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.160

161 Contagem Regressiva Binária similar ao anterior, usa porém código binário para as estações (1 predomina sobre 0 = OR ) eficiência = d d + lnn Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.161

162 Contagem Regressiva Binária Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.162

163 BRAP Reconhecimento de Difusão com Prioridades Alternantes Assim que estação insere seu bit 1 em sua abertura, ela pode iniciar a transmissão Varredura de permissão inicia sempre da estação seguinte à última que transmitiu Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.163

164 Protocolos de Contenção Limitada Procuram combinar as vantagens das outras abordagens (com contenção tem bom desempenho em carga baixa e livres de colisão tem bom desempenho em carga alta) Idéia: divide-se as estações em N grupos e os grupos dividem os N slots Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.164

165 CSMA-CA CA: collision avoidance Depois de cada transmissão (com ou sem colisão), estações somente podem começar a transmitir em intervalos a elas pré-alocados (ordenação do acesso e maior prioridade à primeira estação) Se todos os intervalos não são utilizados, método CSMA comum é utilizado Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.165

166 Refinamentos CSMA-CA 1. Se nenhuma estação transmitir, primeira estação transmite quadro sem conteúdo para reinicializar processo 2. Busca tornar mais justo o esquema de acesso: depois de transmitir, estação somente pode tentar nova transmissão depois que todas as outras tiverem oportunidade 3. Permite diálogo: estação que recebe tem direito de transmitir Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.166

167 Acesso Ordenado sem Contenção Polling Controlador (árbitro) determina quem transmite Diferentes estratégias Fisicamente mais distante primeiro Numeração Estações solicitam transmissão (em canal independente) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.167

168 Slots Topologia em anel Divide o espaço de comunicação em número inteiro de pequenos segmentos Cabeçalho da mensagem circulando no segmento contém informação se está vazio ou cheio Estação que quer transmitir aguarda slot vazio Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.168

169 Analogia Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.169

170 Acesso ao Anel Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.170

171 Passagem de Permissão (token) Permissão de transmissão é passada de uma estação para outra Ordem lógica de transmissão pode ser distinta da ordem física Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.171

172 Passagem de Token em Barramento Permissão identifica quem recebe Anel virtual Requer funções de gerenciamento Adição e retirada de estações no anel virtual Gerenciamento de falhas Inicialização do anel Desvantagem: overhead quando tráfego é baixo Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.172

173 Passagem de Token em Anel Permissão para transmissão é enviada para anel (sem identificação de quem recebe) Possibilidade de múltiplos tokens Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.173

174 Múltiplos Tokens Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.174

175 Acesso Baseado em Reservas Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.175

176 Padrão e Ethernet LAN CSMA-CD 1-persistente Ethernet: referência ao éter luminífero através do qual se acreditava ocorria a propagação das ondas eletromagnéticas Ethernet foi um padrão criado pela Xerox em 1976 (usava CSMA-CD a 2,94 Mbps e permitia a conexão de 100 estações em um cabo de até 1km) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.176

177 Padrão Descreve uma família inteira de sistemas CSMA-CD 1-persistente com velocidades entre 1 e 100 Mbps em diversos meios Maior distância entre dois transceptores = 2.5Km e 4 repetidores Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.177

178 Padrão Cabeamento Cinco tipo de cabos 10Base5 (10Mbps, sinalização de banda básica e slots de 500 m), coaxial grosso (geralmente amarelo), 100 nós por slot, conectores tipo vampiro 10Base2, coaxial fino, conectores BNC formando junções T 10Base-T, 100Base-T, par trançado (em geral conectados a um hub) 100Base-F, 1000Base-F, 10000Base-F, fibra ótica Codificação Manchester Diferencial (nível alto = 0.85V, nível baixo = -0.85V) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.178

179 Camada Física Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.179

180 Algoritmo de Recuo Binário Exponencial Havendo colisão, estação espera por 0 ou 1 tempo de abertura (51.2 µs = 512 tempos de 1 bit) Se colidir novamente, espera 0 ou 1ou 2 ou 3 tempos de abertura i-ésima colisão 2 i-1 Após 10 colisões: 0 a 1023 (0 ou 1 ou... ou 1023) Após 16 colisões erro Busca obter compromisso entre 1-persistente (baixo tráfego) e p-persistente (alto tráfego) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.180

181 Quadro do Protocolo MAC Preâmbulo de 7 bytes, cada um contendo o padrão (uma onda quadrada, Manchester, para sincronização de relógio entre transmissor e receptor) Início de quadro: Endereço de destino: 2 ou 6 bytes (banda básica 6). MSB em 1 sinaliza endereco de grupo. FF significa broadcast. Bit 46 (2 o mais significativo) distingue entre endereços locais e globais = endereços Endereço de origem (2 ou 6 bytes): 10Mbps usa 6 bytes Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.181

182 Quadro do Protocolo MAC Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.182

183 Protocolo MAC Dois modos de endereçamento definidos Endereços locais: organização que instala a rede atribui endereços Endereços globais: endereços distintos distribuidos aos fabricantes. Garante que não haverá colisão mesmo quando duas redes distintas forem conectadas CRC: x 32 + x 26 + x 22 + x 16 + x 12 + x 11 + x 10 + x 8 + x 7 + x 5 + x 4 + x 2 + x + 1 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.183

184 Protocolo MAC Tamanho do campo de dados (2 bytes): mínimo 0 e máximo de 1500 (existe um tamanho de quadro mínimo para garantir colisão). Todos os quadros devem levar mais de 2T para que sejam enviados (em LAN de 10Mbps, com comprimento máximo de 2500 m, temos quadro mínimo levando 51.2 microseg, o que leva a um comprimento mínimo = 64 bytes). À medida que velocidade da rede cresce, ou quadro mínimo aumenta ou comprimento máximo deve diminuir (1 Gbps, 2500 m, teria quadro de 6400 bytes) Checksum Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.184

185 Eficiência Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.185

186 IEEE 802.4: Token Bus Surgiu como resposta ao sistema probabilístico da (não próprio para aplicações industriais tempo-real): General Motors Fisicamente é um cabo em forma de árvore ou linear. Logicamente as estações são organizadas em anel (cada estação conhece suas duas vizinhas) Passagem de token Cada estação deve manter em torno de 10 temporizadores diferentes e mais de duas dúzias de variáveis internas Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.186

187 Anel Lógico Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.187

188 IEEE 802.4: Token Bus Usa o cabo coaxial de banda larga de 75 Ω (usado em TV a cabo) Permite diversos esquemas analógicos de modulação (FSK-fase contínua, FSK fase coerente),... Permite velocidades de 1.5 e 10 Mbps Esquema de modulação permite não apenas representar 0, 1 e desocupado, mas também outros 3 símbolos Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.188

189 IEEE 802.4: Token Bus Inicialização do anel: estacoes inseridas do endereco mais alto para mais baixo Passagem do token tambem é feita do endereco mais alto para mais baixo Cada vez que estacao recebe token, pode transmitir por um determinado intervalo e depois deve passar o token adiante (pode transmitir vários quadros curtos). Caso não tenha quadros, passa logo adiante Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.189

190 IEEE 802.4: Token Bus 4 classes de prioridades sao definidas (0,2,4 e 6). 6 é a de mais alta prioridade. 4 subestações dentro de 1 estação Prioridades garantem tempo mínimo de retenção de um dado na prioridade 6 (primeira fila de transmissão a ser esvaziada) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.190

191 IEEE 802.4: Formato do quadro Preâmbulo (1 byte): para sincronismo de relógio Delimitador de início (1 byte): símbolos não binários (dispensam campo com tamanho quadro) Controle do quadro (1 byte): usado para distinção entre quadros de dados e quadros de controle (gerenciamento de token e supervisão) Endereço de origem e de destino (2 a 6 bytes). Endereçamento local e global, bem como individual ou de grupo é idêntico ao usado na Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.191

192 IEEE 802.4: Formato do quadro Campo de dados pode ter até 8182 bytes (5 vezes maior que o maior quadro 802.3) Checksum: usa mesmo polinômio e algoritmo da Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.192

193 IEEE 802.4: Formato do quadro Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.193

194 IEEE 802.4: Quadros de controle Campo de Controle Nome Significado Claim_token Solicita o token durante inicialização do anel Solicit_sucessor_1 Permite estações entrarem no anel Solicit_sucessor_2 Permite estações entrarem no anel Who_follows Recupera toke perdido Resolve_contention Utilizado quando diversas estações querem entrar no anel Pass_token Passa o token Set_sucessor Permite estações deixarem o anel Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.194

195 Manutenção do anel lógico Estações conhecem predecessora e sucessora Entrada de novas estações: Periodicamente a estação com token inicia pesquisa se nova estação deseja entrar (entre seu número e o número da sucessora) Solicit_sucessor_1 (quadro inclui endereço da transmissora e sua sucessora) 1 estação por vez Caso haja colisão na entrada: Resolve_contention (contagem regressiva binária) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.195

196 Manutenção do anel lógico Estação deseja sair do anel: envio do quadro Set_sucessor a sua antecessora Início do anel: primeira estação envia Claim_token e passa a permitir entrada das outras Após passar token, estação monitora barramento para garantir que sucessora está OK. Caso falha, retransmite uma vez. Nova falha, controle Who_follows é gerado Caso estação com token falhe, temporizador da sucessora acusará erro (token rotation time) e quadro Claim_token será enviado Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.196

197 IEEE Token Ring IBM Tecnologia de anéis é toda digital (somente bits e retardo de bits) Cada bit que chega é copiado para um buffer e analisado Questão importante no projeto é o tempo físico de 1 bit. Ex: anel 1Mbps com circunferência de 1000 metros, conterá apenas 5 bits Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.197

198 IEEE Token Ring Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.198

199 Quadro Token Ring Delimitadores: Manchester inválidos HH e LL Byte de Controle de acesso: bit de token, bits de prioridade,... Endereços de origem e destino: similar ao e Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.199

200 Quadro Token Ring Verificação: idêntico ao 802.3/802.4 Status do Quadro: bits A e C, modificados pela estação destino e lidos pela transmissora para checar se quadro foi aceito e se estação de destino está presente Bits A e C são transmitidos duas vezes para aumento de confiabilidade, uma vez que estão fora da checagem de CRC Delimitador de fim contém bit que indica erro Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.200

201 IEEE 802.5: Quadros de controle Campo de Controle Nome Significado Duplicate address test Testa se duas estações tem o mesmo endereço Beacon Usado para localizar quebras no anel Claim token Tenta tornar-se monitor Purge Reinicializa o anel Active monitor present Enviado periodicamente pelo monitor Standby monitor present Anuncia a presença de potenciais monitores Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.201

202 Resumo Vantagens Algoritmo simples Fácil adição de novas estações Retardo sob baixa carga tende a zero Desvantagens Detecção de colisão requer circuito analógico Menor quadro válido tem 64 bytes (para permitir detecção de colisão): overhead Não determinístico Não possui prioridades Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.202

203 Resumo Vantagens Meio físico confiável e de fácil aquisição Determinismo Suporta prioridades Desvantagens Protocolo complexo e com retardo em baixa carga Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.203

204 Resumo Vantagens Conexão ponto a ponto e digital Diversos meios de transmissão possíveis Fácil detecção e localização de falhas no cabo Desvantagens Função monitora centralizada Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.204

205 Quadros do Padrão 802 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.205

206 Protocolo IP Serviço de datagrama não confiável Endereçamento Hierárquico Facilidade de Fragmentação e Remontagem de pacotes Identificação da importância do datagrama e do nível de confiabilidade exigido Identificação da urgência do datagrama Roteamento adaptativo Descarte e controle do tempo de vida dos pacotes Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.206

207 Endereços IP Números com 32 bits (IPv6 tem 128 bits) Normalmente escritos como 4 octetos (em decimal) Podem identificar uma rede ou um host Endereços de rede tem o campo de identificação do host = 0 Difusão para todos os hosts de uma sub-rede: todos os bits do campo de host = 1 Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.207

208 Endereços IP Endereço com todos os bits = 1 corresponde a um endereço por difusão para a rede do host origem Endereço é reservado para teste (loopback) e comunicação entre processos na mesma máquina Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.208

209 Classes de Endereços Classe A 0 rede (7 bits) host (24 bits) Bit mais significativo é 0 e os outros 7 bits identificam a rede (primeiro campo varia de 0 a 127) 24 bits restantes identificam o endereço local 126 redes, 16 M hosts Classe B 10 rede (14 bits) host (16 bits) Dois octetos para o número da rede e dois para endereços de host Endereços de rede de a (16 K redes e 65 K hosts) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.209

210 Classes de Endereços Classe C 110 rede (21 bits) host (8 bits) Três octetos para identificação da rede e um para host Redes de a (endereços acima de 223 foram reservados para uso futuro), ou seja, 2M redes e até 254 hosts Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.210

211 Endereços IP Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.211

212 Endereços IP especiais Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.212

213 Exemplo Computador A terá endereço IP e também endereço Ethernet (6 bytes, ex: 02-FE-87-4A-8C-A9) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.213

214 Endereços IP: sub-redes Uso de máscaras (ex: ) Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.214

215 Problemas Número de endereços de estações é muito diferente entre endereços classe C e B: 254 estações na classe C e estações na classe C Como fazer com redes médias? Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.215

216 Mapeamento de Endereços Resolução através de vinculação dinâmica usando protocolo ARP (Address Resolution Protocol) Permite obter o endereço de sub-rede de outro host na mesma sub-rede Ex: obtenção de endereço Ethernet a partir do endereço IP Protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol): permite a descoberta de endereços IP Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.216

217 Formato do Datagrama IP Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.217

218 Formato do Datagrama IP vers: Versão do protocolo IP hlen: Tamanho do cabeçalho IP service type: Qualidade do serviço total length: Tamanho do datagrama time to live: Limita o tempo de transmissão protocol: Protocolo de transporte header checksum: CRC do cabeçalho source: IP de origem destination: IP de destino IP options: Informações de segurança, roteamento na origem, relatórios de erro, depuração, etc. Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.218

219 Fragmentação e Remontagem Tamanho máximo permitido para pacotes pode variar de uma tecnologia de rede para outra ex: Ethernet 1500 bytes, Arpanet 1000 bytes Campo flags Bits DF (don t fragment) e MF (more fragments) Quando DF=1 roteadores não podem fragmentar Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.219

220 Roteamento Roteamento inter-redes é a principal função do protocolo IP Roteamento é usualmente feito por gateways (roteadores) Cada computador possui tabela com entradas do tipo endereço de rede/endereço de roteador Roteador default: recebe as mensagens quando rota específica não é encontrada Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.220

221 Roteamento Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.221

222 Aplicações Retrofitting Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.222

223 Retrofitting de Manipulador Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.223

224 Retrofitting de Manipulador Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.224

225 Processamento Distribuído Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.225

226 Supervisão pela Internet Copyright (c) Walter Fetter Lages & Carlos Eduardo Pereira p.226