SIECI KOPMPUTEROWE
I TECHNOLOGIE INTERNETOWE
(SKiTI)
Wykład 5
Wykład 5
Model TCP/IP  protokoły warstw transportowej
Przykłady przemysłowych sieci informatycznych
Politechnika Gdańska
Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Kierunek: Automatyka i Robotyka
Studia stacjonarne I stopnia: rok I, semestr II
Opracowanie: dr inż. Jarosław Tarnawski
dr inż. Tomasz Rutkowski
Katedra Inżynierii Systemów Sterowania
1
Plan wykładu
" Krótkie przypomnienie treści z poprzednich wykładów
" Adresy IP specjalnego przeznaczenia
" NAT
" NAT
" Protokół TCP
" Protokół UDP
" Przykłady przemysłowych sieci informatycznych:
profibus, can, ethernet, modbus
" Warstwa Internetu
" Warstwa Internetu
3
Model ISO/OSI a model TCP/IP
Przykładowe protokoły
Model ISO/OSI Model TCP/IP
Warstwa aplikacji
Warstwa aplikacji
Telnet, SHH,
Telnet, SHH,
DNS
DNS
FTP, SFTP,
FTP, SFTP,
Warstwa prezentacji Warstwa aplikacji SNMP SMTP, POP,
Warstwa prezentacji Warstwa aplikacji SNMP SMTP, POP,
IMAP, HTTP,
IMAP, HTTP,
SHTTP
SHTTP
SHTTP
SHTTP
Warstwa sesji
Warstwa sesji
Warstwa Warstwa
Warstwa Warstwa
UDP TCP
UDP TCP
transportowa transportowa
transportowa transportowa
Warstwa sieciowa Warstwa Internetu IP ICMP
Warstwa sieciowa Warstwa Internetu IP ICMP
Warstwa Å‚Ä…cza
Warstwa Å‚Ä…cza
ARP, RARP
ARP, RARP
danych
danych
PPP
PPP
Warstwa dostępu
Warstwa dostępu
...
...
np.: IEEE 802.3,
np.: IEEE 802.3,
do sieci
do sieci
SLIP
SLIP
802.5, 802.11,
802.5, 802.11,
Warstwa fizyczna
Warstwa fizyczna
802.14
802.14
4
IP
" Operuje w warstwie sieciowej
" Protokół bezpołączeniowy
" Protokół zawodny
" Przesyłanie datagramów
" Przesyłanie datagramów
" IP realizujÄ… urzÄ…dzenia sieciowe: rutery
" 5 grup adresów IP
" IPv4
" IPv6
Adresy IP specjalnego przeznaczenia
SÄ… to adresy zarezerwowane, komputerom w sieci nie
nadaje się tych adresów.
" Adresy sieciowe 153.192.0.0
" Adresy rozgłaszania kierunkowego 153.192.255.255
" Adresy rozgłaszania kierunkowego 153.192.255.255
" Adres  całej sieci 0.0.0.0
" Adres rozgłoszeniowy do  całego internetu
255.255.255.255
" Adres pętli zwrotnej 127.0.0.1 (lokalny komputer -
localhost)
IPv4 umożliwia zaadresowanie
w klasie A
max liczba sieci 128; komputerów 16777216
w klasie B
max liczba sieci 16384; komputerów 65536
w klasie C
w klasie C
max liczba sieci 209752; komputerów 256
Daje to obecnie niewystarczającą liczbę adresów!
Wdrożenie IPv6 będzie wymagało czasu  potrzebne
było rozwiązanie bieżące (uwzględniające IPv4)
NAT (ang. Network Address Translation)
Koncepcja polega na przydzieleniu firmie/instytucji
jednego lub kilku adresów IP do komunikacji z
Internetem.
Internetem.
Wewnątrz firmy/instytucji każdy adres jest unikalny.
Na potrzeby komunikacji zewnętrznej adres jest
tłumaczony. Wszystkie komputery z zewnątrz
funkcjonujÄ… pod jednym adresem.
NAT cd.
Adresy nierutowalne  do wykorzystania w sieciach
lokalnych.
Adres początku Adres końca Liczba hostów
Adres początku Adres końca Liczba hostów
zakresu zakresu
10.0.0.0 10.255.255.255 16777216
172.16.0.0 172.31.255.255 1048576
192.168.0.0 192.168.255.255 65536
NAT idea działania
Pakiety Pakiety
192.168.1.1
153.19.44.53
192.168.1.1
K
o
192.168.1.2
153.19.44.53
153.19.44.53
n
n
c
192.168.1.2
e
Internet
n
Konwerter
t
NAT
192.168.1.3
r
a
Ruter
t
o
192.168.1.4
r 153.19.44.53
192.168.1.4
192.168.1.5
NAT identyfikacja komputera z zewnÄ…trz
Jak dostarczyć pakiet, który trafia z Internetu do
sieci wewnętrznej (np. w wyniku żądania
przeglÄ…darki WWW)?
Posiada on tylko adres całej sieci.
Posiada on tylko adres całej sieci.
192.168.1.1
???.???.?.?
153.19.44.53
Ko
192.168.1.2 nc
en Internet
t
Konwerter NAT
ra
192.168.1.3
to
Ruter
r
192.168.1.4
" W nagłówku IP nie ma miejsca na dodatkowe
informacje
" Wprowadzenie takiej  poprawki wymagałoby
wprowadzenia modyfikacji we wszystkich
ruterach pracujÄ…cych w sieci.
ruterach pracujÄ…cych w sieci.
" W NAT korzysta siÄ™ z informacji zawartych w
protokołach TCP i UPD warstwy wyższej
(transportowej)
Protokoły TCP i UDP posiadają w nagłówkach tzw. nr
portów z
ródłowego i docelowego. Te informacje
sÄ… wykorzystywane przez NAT.
Gdy pakiet trafia z komputera w sieci wewnętrznej
Gdy pakiet trafia z komputera w sieci wewnętrznej
do konwertera NAT, pole ramki adres IP
zastąpione jest adresem zewnętrznym, natomiast
pole port z
ródłowy indeksem do tablicy translacji
w konwerterze NAT. Przeliczane i uaktualniane w
pakietach sÄ… sumy kontrolne CRC.
Gdy pakiet z Internetu trafia do konwertera NAT
pole port z
ródłowy stanowi indeks w tablicy
odwzorowań do adresu IP w sieci wewnętrznej
oraz oryginalny numer portu z
ródłowego.
Dwa komputery w sieci mogą korzystać z tej samej
usługi (ten sam nr portu) ale posiadają różne IP,
stąd tablica odwzorowań musi zawierać nr portu i
adres IP.
Krytyka NAT
" IP z NAT nie jest jednoznaczny w sieci światowej
" Sieć bezpołączeniowa zmienia się w sieć
połączeniową
" NAT zmienia podstawową zasadę warstowości
protokołów
protokołów
" NAT obsługuje wyłącznie TCP i UDP
" Uniemożliwienie działania niektórych protokołów
(np. FTP), które adres IP wpisują w treść danych
pakietu
" Ograniczenie pola  port z
ródłowy do 16bitów
" Spowolnienie wdrażania IPv6
" Warstwa transportowa
" Warstwa transportowa
16
Model ISO/OSI a model TCP/IP
Przykładowe protokoły
Model ISO/OSI Model TCP/IP
Warstwa aplikacji
Warstwa aplikacji
Telnet, SHH,
Telnet, SHH,
DNS
DNS
FTP, SFTP,
FTP, SFTP,
Warstwa prezentacji Warstwa aplikacji SNMP SMTP, POP,
Warstwa prezentacji Warstwa aplikacji SNMP SMTP, POP,
IMAP, HTTP,
IMAP, HTTP,
SHTTP
SHTTP
SHTTP
SHTTP
Warstwa sesji
Warstwa sesji
Warstwa Warstwa
Warstwa Warstwa
UDP TCP
UDP TCP
transportowa transportowa
transportowa transportowa
Warstwa sieciowa Warstwa Internetu IP ICMP
Warstwa sieciowa Warstwa Internetu IP ICMP
Warstwa Å‚Ä…cza
Warstwa Å‚Ä…cza
ARP, RARP
ARP, RARP
danych
danych
PPP
PPP
Warstwa dostępu
Warstwa dostępu
...
...
np.: IEEE 802.3,
np.: IEEE 802.3,
do sieci
do sieci
SLIP
SLIP
802.5, 802.11,
802.5, 802.11,
Warstwa fizyczna
Warstwa fizyczna
802.14
802.14
17
Zadaniem warstwy transportowej jest zapewnienie usług
przesyłania danych pomiędzy węzłami w sieci dla warstwy
aplikacji niezależnie od specyfiki i fizycznej struktury sieci.
" Usługa połączeniowa i bezpołączeniowa
" Odróżnienie od warstwy sieciowej  realizacja w
" Odróżnienie od warstwy sieciowej  realizacja w
urządzeniach wymieniające dane (przeważnie komputery),
a nie rutery jak warstwa sieciowa
" Poprawa jakości w sensie  nadzorowania poprawności
pracy ruterów. Korekcja zgubionych, niepoprawnych
danych
" Niezawodne przesyłanie danych przez zawodną sieć
Podstawowe protokoły warstwy transportowej
 UDP (ang. User Datagram Protocol)
Bezpołaczeniowy, zawodny, bez kontroli przepływu,
zorientowany na datagram, nie wykorzystuje kontroli
zorientowany na datagram, nie wykorzystuje kontroli
przeciążenia
 TCP (ang. Transmission Control Protocol)
Połaczeniowy, niezawodny, zorientowany na strumień,
kontrola przepływu, kontrola przeciążenia
Enkapsulacja
Warstwa
Nagłówek Dane
UDP lub TCP
transportowa
Warstwa
Nagłówek Dane
IP
sieciowa
Nagłówek
Warstwa Å‚Ä…cza
ramki
danych
Protokół UDP
Bardzo prostu protokół zapewniający minimalne usługi.
Umożliwia wymianę danych pomiędzy komputerami
nie nawiązując połączenia pomiędzy nimi. Nie
zapewnia niezawodności!
zapewnia niezawodności!
Jednostka danych przesyłanych przez protokół UDP jest
pakiet.
Segment  jednostka protokołu UDP
Składa się z nagłówka i danych (max. 64kB).
Nagłówek protokołu UDP  długość 4 bajty
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Port z
ródłowy Port docelowy
Długość Suma kontrolna
Port z
ródłowy konieczny jest do wysyłania
potwierdzeń otrzymywania pakietów. Port
docelowy to jedyna informacja o adresacie.
Zastosowania UDP
" Rozsyłanie grupowe (do wielu komputerów
jednocześnie) możliwe w wyniku
bezpołączeniowości
" Proste usługi sieciowe w modelu klient-serwer
" Proste usługi sieciowe w modelu klient-serwer
(np. usługa DNS). Prosty model komunikacji
pytanie-odpowiedz

" Multimedia w czasie rzeczywistym (transmisja
dz
więku  w tym mowy, obrazu) utrata pakietu
nie jest krytyczna (można ją ekstrapolować)
Protokół TCP
Jest protokołem wyższej warstwy (transportowej)
zapewniającym niezawodność transmisji (z
wykorzystaniem zawodnych protokołów np. IP.)
wykorzystaniem zawodnych protokołów np. IP.)
Jednostka danych przesyłanych przez protokół TCP
jest segment.
Cechy protokołu TCP
" Zorientowanie na połączenie
" Komunikacja punkt do punktu
" Pełna niezawodność
" Komunikacja dwukierunkowa
" Interfejs strumieniowy
" Niezawodne tworzenie połączenia
" A
agodne kończenie połączenia
" Protokół TCP nazywany jest protokołem obsługi końców
połączenia ponieważ zapewnia połączenie bezpośrednio
pomiędzy programami (w ogólności) na różnych komputerach.
Są to połączenia programowe. TCP wykorzystuje IP do
przenoszenia komunikatów w pakietach. IP nie interpretuje
komunikatów TCP tylko traktuje je jak dane do przesłania.
Węzeł 1
Węzeł 1
Węzeł 2
Węzeł 2
Komunikacja z punktu
Komunikacja z punktu
Program
widzenia TCP
Program
TCP
TCP
Ruter
IP
IP
IP
Interfejs sieciowy
Interfejs sieciowy
Interfejs
sieciowy
Sieć 1
Sieć 2
Gniazda to tzw. punkty dostępowe dla protokołu
TCP. Tworzone są po obu stronach połaczenia.
Gniazdo to połączenie IP komputera oraz numeru
portu.
Porty to  adresy aplikacji, z które wymieniają
dane. Przykładowe porty
Numer portu Protokół Zastosowania
21 FTP Transfer plików
23 telnet Zdalna praca
25 SMTP Poczta elektroniczna
80 HTTP Strony WWW
" Nagłówek segmentu TCP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Port z
ródłowy Port docelowy
Numer sekwencyjny
Numer potwierdzenia
Długość U A P R S F Okno
nagłówka
R C S S Y I
G K H T N N
Suma kontrolna Wskaz
nik pilności
Opcje
Dane
URG  pilność, ACK  potwierdzenie, PSH - natychmiast dostarczyć
RST- zresetowanie połaczenia, SYN-nawiązanie połączenia, FIN-zakończenie połączenia
" Trójfazowe nawiązywanie i kończenie połączenia
w TCP (ang. three-way handshaking)
SYN (SEQ=n)
SYN (SEQ=m, ACK=n+1)
SYN (SEQ=m, ACK=n+1)
(SEQ=n+1, ACK=m+1)
Węzeł 1
Węzeł 2
czas
" Uzyskiwanie niezawodności transmisji
pakiet1
ACK1 Retransmisja z adaptacjÄ…
umożliwia dostosowanie się
TCP do warunków w sieci.
pakiet2
Inny powinien być czas
Inny powinien być czas
ACK2
retransmisji dla sieci LAN
inny dla WAN
pakiet3
Zgubienie
pakietu
Retransmisja
pakiet3
ACK3
Węzeł 1 Węzeł 2
Czas retransmisji
czas
Bufory, kontrola przepływu, okna
Bufor to określony rozmiar pamięci przeznaczony na
cele komunikacyjne
Okno to aktualny rozmiar wolnej pamięci w
buforze. Propozycja okna to przysłane przez
buforze. Propozycja okna to przysłane przez
odbiorcę rozmiar okna gotowego do przyjęcia
danych. Przy zapełnieniu bufora odbiorcy może
dojść do sytuacji oferty zerowego okna. Wtedy
nadawca musi wstrzymać nadawanie
Mechanizm okien wykorzystywany jest do kontroli
przepływu
Mechanizm kontroli przeciążeń
Jako miara przeciążenia używana jest liczba utraconych
pakietów. Zamiast natychmiastowego wysłania
zagubionych pakietów (i ewentualnego pogorszenia
sytuacji) wysyłany jest pojedynczy komunikat, jeśli
sytuacji) wysyłany jest pojedynczy komunikat, jeśli
przyjdzie potwierdzenie wysyłane są dwa komunikaty
itd. aż do osiągnięcia połowy okna odbiorcy.
W przypadku przeciążenia zmniejszana drastycznie jest
prędkość nadawania  umożliwia to rozładowanie
przeciążenia.
" Przemysłowe Sieci Informatyczne
" Przemysłowe Sieci Informatyczne
33
Przemysłowe Sieci Informatyczne sieci
dedykowane do komunikacji w ściśle określonych
warunkach (np. przemysłowych) i spełniające
określone wymagania (np. postulat pracy w czasie
rzeczywistym).
Nie są to sieci ogólnego przeznaczenia. Nie
Nie są to sieci ogólnego przeznaczenia. Nie
posiadają cech uniwersalności, a raczej ściśle
dostosowane są do warunków, w których mają
umożliwiać przesyłanie danych.
Współczesna automatyka (systemy rozproszone)
szeroko wykorzystuje sieci przemysłowe.
Szeregowa asynchroniczna transmisja danych
RS232 (rok 1962) organizacja EIA (Electronic Industries
Association) ustanawia standard wymiany danych
pomiędzy urządzeniem końcowym dla danych
pomiędzy urządzeniem końcowym dla danych
DTE (Data Terminal Equipment), a urzÄ…dzeniem
komunikacyjnym dla danych DCE (Data
Communication Equipment).
RS232C (sierpień 1969) ostateczny standard
DTE
Modem
RS232C
DCE
Sieć
telefoniczna
DTE
RS232C
Modem
DCE
Odległość 15metrów
Prędkość 115kbitów/s
" Zestawienie standardów EIA komunikacji
szeregowej
RS232C RS423A RS422A RS485
RS232C RS423A RS422A RS485
niesymetryczna niesymetryczna różnicowa różnicowa
Rodzaj transmisji
1 odbiornik 10 odbiorników 10 odbiorników 32 odbiorniki
Liczba nadajników i
1 nadajnik 1 nadajnik 1 nadajnik 32 nadajniki
odbiorników
15 1200 1200 1200
Max. długość kabla [m]
20k 100k 10M 10M
Prędkość transmisji
[bity/s]
Modbus
Interfejs, protokół, sieć Modbus opracowana przez
firmę Modicon stała się standardem przemysłowym.
Cechy:
" Asynchroniczna transmisja znakowa zgodna z RS232C
" Asynchroniczna transmisja znakowa zgodna z RS232C
" Dostęp do łącza na zasadzie master-slave
" Zabezpieczenie danych (CRC)
" Potwierdzenia wykonania rozkazów i sygnalizacja
błędów
" Transakcja w Modbus
Rozkaz
Funkcje w MODBUS
MASTER SLAVE
Odczyt stanu wejścia dwustanowego
ADRES ADRES
Odczyt stanu wyjścia dwustanowego
KOD FUNKCJI KOD FUNKCJI
Odczyt grupy rejestrów
Ustawienie on/off wybranego wyjścia
Ustawienie on/off wybranego wyjścia
Ustawienie on/off grupy wyjść
dwustanowych
Dane Dane
Zapis wartości początkowych do
rejestrów
Odczyt statusu urzÄ…dzenia slave
Odczyt licznika komunikatów
CRC CRC
Odpowiedz

Profibus  sieć przemysłowa czasu rzeczywistego opracowana przez
konsorcjum firm koordynowane przez firmÄ™ Siemens. Przeznaczona do
rozproszonego sterowania i nadzoru.
W warstwie fizycznej możliwe jest zastosowanie dwóch przewodów
miedzianych, skrętki lub światłowodu.
Odmiany Profibus:
DP (ang. Decentralized Perhipals) sieć czasu rzeczywistego zorientowana na
DP (ang. Decentralized Perhipals) sieć czasu rzeczywistego zorientowana na
przesyłanie krótkich komunikatów
FMS (ang. Fieldbus Message Specification)  zastosowanie do sieci
wymagających przesyłania większych porcji danych (np. SCADA<>PC)
PA (ang. Process Automation)  możliwość stosowania w środowiskach
zagrożonych wybuchem, te same linie służą do zasilania i do transmisji
danych
" Profibus DP sieć typu multimaster
Warstwa fizyczna Profibus DP to sieć RS485
CAN (ang. Controller Area Network)
Standard asynchronicznej komunikacji szeregowej, stworzony
przez firmę Robert Bosch GmbH z branży elektroniki
motoryzacyjnej w 1983r. PoczÄ…tkowo stworzony jedynie dla
branży motoryzacyjnej, do komunikacji między czujnikami i
elementami wykonawczymi elektronicznych stacji sterujÄ…cych w
samochodach.
Określa warstwę łącza danych ("data link layer") i niektóre
Określa warstwę łącza danych ("data link layer") i niektóre
aspekty warstwy fizycznej modelu odniesienia ISO/OSI.
Pozostałe warstwy pozostawia do dyspozycji projektanta sieci.
Dzięki temu powstały nowe standardy tej sieci, DeviceNet i
CANopen, opisujące pozostałe warstwy modelu ISA/OSI i
otwierające drogę protokołu CAN do innych branż
przemysłowych, jak automatyzacja zakładów przemysłowych,
komunikacja, automatyka budynkowa, urzÄ…dzenia i systemy
medyczne.
" CAN cd.
Mimo 20 różnych rynków zastosowań sieci CAN,
wciąż branża motoryzacyjno-transportowa jest
odbiorcą 80% urządzeń działających w protokole
CAN. W modelu CAN wszystkie urzÄ…dzenia sÄ…
podłączone do wspólnej magistrali. O rozpoczęciu
podłączone do wspólnej magistrali. O rozpoczęciu
transmisji decyduje zaimplementowany algorytm
CSMA/CA CAN jest protokołem wyposażonym w
wykrywanie i sygnalizację błędów, autotest i
ograniczenie błędów. Prędkość przesyłu do
1Mbit/sek.
" CAN
przykładem stosowania CAN jest sysem EHB (Electro-hydraulic
Braking), montowany Mercedesie SL. Działanie systemu EHB
polega na tym, że ciśnienie płynu hamulcowego uzyskuje się
poprzez specjalną elektryczną pompę wysokiego ciśnienia.
System rozdziela również siłę hamowania na poszczególne koła.
Komunikację między kontrolerem a elementami EHB zapewnia
sieć CAN, która może łączyć również ten system z innymi
sieć CAN, która może łączyć również ten system z innymi
systemami np. ESP (Electronic Stability Program), ACC (Adaptive
Cruise Control), ABS.
W najnowszym produkcie Mercedesa zastosowano podobnie jak w
Oplu Vectra 3 sieci CAN ,które połączone są ze sobą za pomocą
2 bram. Redukują one długość okablowania oraz liczbę łączy
elektrycznych o 20%. Mimo to długość przewodów nadal jest
duża i wynosi 2110 m!
Sieci dla inteligentnych budynków (EiB, LonWorks)
EIB (ang. European Installation Bus) jest systemem
automatyki domów i budynków, o wolnej
topologii, z rozproszonÄ… inteligencjÄ…, opartym na
zdecentralizowanym, zgodnym z OSI, sieciowym
systemie operacyjnym typu peer-to-peer.
systemie operacyjnym typu peer-to-peer.
EIB to standard elektrycznych instalacji sterujÄ…cych
w biurach i budynkach mieszkalnych,
stanowiÄ…cych element dyrektywy Unii
Europejskiej w sprawie norm konstruowania
instalacji dla inteligentnych budynków
LonWorks
" LonWorks to technologia inteligentnego sterowania
opracowana przez firmÄ™ Echelon z USA. LonWorks jest jednym z
najbardziej otwartych międzynarodowych standardów
komunikacji w automatyce budynków. Dominuje zwłaszcza na
rynku USA.
" Każde urządzenie komunikacyjne w sieci nazywa się węzłem
" Protokół komunikacyjny dla węzła przechowywany jest w
" Protokół komunikacyjny dla węzła przechowywany jest w
tzw. neuronie
" Węzeł podłączony jest do fizycznego nośnika za pośrednictwem
transceivera
" Każdy kanał może mieć inny nośnik
" Kanały dzielą się na segmenty
" Rutery łączą kanały, wzmacniacze segmenty
Zagadnienia do rozważenia
Ethernet przemysłowy  dlaczego klasyczny
ethernet nie jest sieciÄ… czasu rzeczywistego?
Metody  uprzemysławiania Ethernetu.
Czy spełnienie postulatu czasu rzeczywistego jest
konieczne we wszelkich aspektach sieci
przemysłowych?
Ethernet przemysłowy
Od kilku lat, ethernet zaczyna zdobywać coraz
liczniejszą rzeszę zwolenników jego stosowania w
automatyce jako sposób na ujednolicenie
platformy sterowania i wymiany danych w
platformy sterowania i wymiany danych w
przedsiębiorstwie. Pomimo swoich wad, jak
chociażby brak determinizmu, posiada wiele zalet
Zalety Ethernetu jako sieci przemysłowej
" duża prędkość w porównaniu z protokołami firmowymi (do 1 GB/s i
więcej w przyszłości)
" możliwość wykorzystania popularnego okablowania miedzianego
(skrętka kat. 5/6) lub światłowodów
" duże odległości między węzłami i punktami sieci dzięki światłowodowym
(sieć lokalna może być zarazem siecią rozległą geograficznie)
" możliwość wykorzystania dużej różnorodności już istniejącego sprzętu
" możliwość wykorzystania dużej różnorodności już istniejącego sprzętu
sieciowego, tańszego od odpowiedników dedykowanych sieciom
fieldbus,
" możliwość budowy sieci składających się ze znacznie większej ilości
punktów, urządzenia mogą komunikować się w trybie każdy-z-każdym
(ver. tryb master-slave)
" duża skalowalność sieci, łatwość udostępniania danych w informatycznej
sieci ogólnozakładowej i internecie,
" technologia ethernet jest ogólnie znana i nie wymaga specjalistycznej
wiedzy.
Wady Ethernetu jako sieci przemysłowej:
" brak determinizmu: protokół TCP nie jest przystosowany do pracy w czasie
rzeczywistym,
" brak stałych opóz
nień,
" występujące kolizje pakietów.
Eliminacja wad Ethernetu:
" Kolizje wyeliminowano poprzez zastosowanie przełączników, w których każdy
Kolizje wyeliminowano poprzez zastosowanie przełączników, w których każdy
port posiada swoje pasmo, nie kolidujÄ…ce z innymi portami.
port posiada swoje pasmo, nie kolidujÄ…ce z innymi portami.
" Zastosowano czasowe znaczniki pakietów i synchronizację transmisji w wielu
urządzeniach równocześnie, poprzez wbudowanie w przełączniki zegarów.
Protokoły synchronizujące zegary to NTP (Network Time Protocol) i SNTP
(Simple Network Time Protocol), oraz najbardziej dokładny - IEEE 1588. Pozwala
on na synchronizację z dokładnością poniżej 1 ms.
" Wprowadzono protokoły oparte na fizycznej warstwie ethernetu, znacznie
skracając czas odpowiedzi i jitter (zmienność opóz
nienia), zbliżając ethernet do
sieci czasu rzeczywistego. Wymaga to jednak zastosowania dedykowanych
urządzeń i konwerterów do ethernetu TCP/IP.
Wsród 22 dziś istniejących protokołów opartych na fizycznej warstwie ethernetu,
najpopularniejszymi sÄ…:
" Modbus/TCP - wspierany przez Modbus-IDA. Jest to dobrze znany
Modbus w sieci TCP/IP, oparty na architekturze master/slave lub
client/server.
" EtherNet/IP - wspierany przez ODVA i ControlNet. Używa Common
Interface Protocol (CIP), który jest wspólny dla sieci Ethernet/IP,
ControlNet i DeviceNet. W sieci Ethernet/IP, wymiana danych
krytycznych czasowo oparta jest na modelu producer/consumer.
krytycznych czasowo oparta jest na modelu producer/consumer.
Największą zaletą tego modelu jest większa efektywność wykorzystania
pasma. Dane konfiguracyjne, diagnostyczne i I/O przesyłane są przez
standardowy ethernet.
" Ethernet Powerlink - wspierany przez EPSG. Ethernet Powerlink składa
się z podsieci (domen) czasu rzeczywistego. Aby uniknąć kolizji,
mechanizm CSMA/CD jest wyłączony. Dostęp do sieci jest podzielony na
cykliczne szczeliny czasowe, przydzielane każdemu punktowi sieci przez
stacjÄ™ zarzÄ…dzajÄ…cÄ….
" Profinet - wspierany przez PRPFIBUS International. Profinet pozwala na
integrację w jednej sieci prostych urządzeń polowych oraz aplikacji
krytycznych czasowo. Komunikacja ma trzy poziomy wydajności: TCP,
UDP i IP dla danych niekrytycznych czasowo, Soft Real Time (SRT) dla
danych krytycznych czasowo, izochroniczny tryb Real Time (IRT) do
wyjątkowo wymagających zastosowań. Jako elementy aktywne
wykorzystywane sÄ… switche.
" EtherCAT - wspierany przez EtherCAT Technology Group. Protokół
" EtherCAT - wspierany przez EtherCAT Technology Group. Protokół
wykorzystuje ramki ethernet. Interpretacja danych odbywa siÄ™ "w locie",
w peÅ‚ni sprzÄ™towo. EtherCAT osiÄ…ga 1000 I/O binarnych w 30µs.
" Sercos III - wspierany przez SERCOS International e. V. Protokół
wykorzystywany do wymiany informacji między sterownikami i
napędami. Podobny do EtherCAT ale poddany większym restrykcjom.
Bibliografia
[1] Sieci komputerowe i intersieci, Douglas E. Comer, WNT,
2000
[2] Sieci komputerowe, Andrew S. Tanenbaum, Helion, 2004
[3] Okablowanie strukturalne sieci, Rafał Pawlak, Helion, 2006
[4] Wydanie specjalne miesięcznika NetWorld Vademecum
[4] Wydanie specjalne miesięcznika NetWorld Vademecum
Teleinformatyka - Sieci komputerowe, Indeks 328820; ISSN
1232-8732, Czerwiec 1998
[5] Ethernet  sieci, mechanizmy, Krzysztof Nowicki, Infotech,
2006
[6] Wojciech Mielczarek, Szeregowe interfejsy cyfrowe, Helion
1993