Apostila sobre rede industriais, Slides de Matérias técnicas

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AUTOMAÇÃO

REDES INDUSTRIAIS-3ª SÉRIE

Conceitos de redes industriais

Para compreendermos melhor estes conceitos utilizaremos o exemplo de uma padaria. Suponhamos que a padaria tenha três andares. Em cada um desses andares existem dois departamentos: entrada e saída (de qualquer coisa que entre ou saia de cada um desses andares). No primeiro andar funciona a expedição. É lá que são despachados para os devidos lugares tudo que chega, ou seja, os ingredientes para se fazer os pães são encaminhados para as camadas de cima e os pães prontos são encaminhados para os clientes que os compraram. No segundo andar é feito o armazenamento das mercadorias e empacotamento dos pães prontos: os ingredientes, que foram enviados pelo primeiro andar, são armazenados em seus devidos lugares e os pães prontos, que foram enviados pelo terceiro andar, são embalados e enviados para o primeiro andar, para que sejam despachados para os clientes. No terceiro andar são fabricados e assados os pães. Nesse ponto são recebidos os ingredientes necessários para a fabricação dos pães que, após assados, são enviados para o segundo andar e, em seguida, para o primeiro andar.

Detalhes importantes:

 A comunicação entre os andares é feita de forma que, o primeiro andar só consegue se comunicar com o segundo andar. O segundo consegue se comunicar com o primeiro e o terceiro, e o terceiro andar se comunica apenas com o segundo. Essa comunicação é feita através de um walk-talk;  No primeiro andar existem portas de todos os lados, que possibilitam que a entrada e saída de material da padaria, possa ser feita por vários caminhos, já que a padaria tem diversos clientes e cada um mora em um lugar diferente. Esses caminhos são as ruas;  Essas ruas ligam as padarias aos seus clientes. O departamento de expedição da padaria pode se comunicar apenas com o departamento de expedição dos clientes (sim, os clientes também possuem seus departamentos);  A encomenda é transportada da padaria até a casa dos clientes através de bicicletas, motos, carros, vans, caminhões ou qualquer outro meio de transporte. Isto será definido de acordo com a quantidade de pães que sairá da padaria.

Veja a Figura 1:

Figura 1 – Exemplo da rede proposta no texto

Tudo começa com a comunicação de dados e as redes de computadores.

Não há como explicar as redes industriais , sem falar sobre esses dois assuntos antes. A comunicação de dados trata do envio de dados através de um meio físico, que pode ser cabo, fibra-ótica, infravermelho etc. No caso da nossa história, nossos meios físicos são:

1. O ar: Já que a troca de mensagem entre os walk-talks é feita sem fios;
2. A rua: Nesse caso os pães são enviados da padaria para o cliente através de uma rua. Percebam que o meio físico é o “lugar” por onde a informação irá “caminhar” até chegar em seu destino. É através dele que a mensagem sai de um lugar e vai para outro. Já a rede de computadores é a responsável pela ligação entre todos os envolvidos na história, através de um “caminho” (ou uma estrutura de comunicação de dados) de forma que seja possível a troca de informações (nesse caso, pães) entre um lugar e outro. Na vida real, esses “envolvidos na história” são os computadores e a rede que faz essa conexão entre todo mundo é a Internet. Através da Internet nós podemos trocar informações com todas as pessoas que tenham acesso a ela. Seja em forma de e-mails, MSN ou qualquer outro bate-papo, redes sociais…enfim….conseguimos nos comunicar até com quem não conhecemos. Dentro das redes, tanto na rede de computadores quanto nas redes industriais, o “transporte” dos dados é feito através dos protocolos. No nosso exemplo, os protocolos foram chamados de motos, carros etc. No caso da rede de computadores, onde falamos mais sobre Internet, utiliza-se o TCP/IP, que é a combinação entre os protocolos TCP e IP. Nas

estamos solicitando à Camada de Aplicação que a mensagem “OI!!!” seja enviada para algum lugar. Então, esta camada insere um cabeçalho contendo as informações que serão necessárias para a Camada de Aplicação do receptor da mensagem. Cada vez que uma mensagem+cabeçalho chega à camada inferior ela é vista como dado pela camada atual e, esta insere seu cabeçalho e envia esse “conjunto” de cabeçalhos+mensagem para a próxima camada. Esse processo se repete até que a Camada de Enlace seja atingida. Neste ponto, além do cabeçalho referente à Camada de Enlace, também é adicionado um outro cabeçalho, denominado Trailer, que é um conjunto de informações que serão inseridas após os dados. Assim, o frameestá pronto para ser transmitido. Então, na Camada Física são gerados sinais elétricos, por exemplo, que são os responsáveis pela transmissão deste frame até o destino final. Esse frame será “recebido” pela Camada de Enlace do destinatário. Em seguida, o cabeçalho referente à Camada de Enlace será retirado e o que sobrar será enviado para a camada superior. Cada camada retira do frame o cabeçalho referente à mesma camada da origem, e esse processo é realizado até que a mensagem original chegue à Camada de Aplicação e, por fim, “apareça” na tela do computador de destino. Na Figura 2 podemos ver que cada quadro colorido representa o cabeçalho de cada camada. Nesta figura foram implementadas apenas cinco camadas, que são as necessárias quando se fala de Internet:

Figura 2 – Exemplo de encapsulamento dos dados Agora que foi explicado como é realizado o “transporte” de uma mensagem através das camadas, vamos explicar, resumidamente, qual é a função de cada uma delas:

 Camada Física – esta camada descreve a

tecnologia de transmissão dos dados, a

pinagem dos conectores e os parâmetros técnicos e elétricos que devem ser cumpridos [4]. É nesta camada que ocorre o transporte dos dados representados por um conjunto serial de bits entre dois dispositivos [3], via um suporte de transmissão, que são os meios físicos. A camada Física não interpreta os dados; ela somente passa os dados para a Camada de Enlace [2].  Camada de Enlace – aqui é feita a detecção e correção de erros, controle do fluxo de dados e controle de acesso ao meio [1], por exemplo, quando há passagem de token. Isso significa que apenas terá direito de acessar o barramento quem possuir o token….isso garante que não haverá nenhuma colisão entre os pacotes que trafegam pelo barramento.  Camada de Rede – cuida da rota que os dados devem seguir e fazem um controle de congestionamento dos meios de transmissão [1].  Camada de Transporte – sua função é garantir que a transferência dos dados seja feita de forma segura e econômica, entre origem e destino [1].  Camada de Sessão – cuida da sincronização entre máquinas para que se possa fazer longas transferências de dados [1].  Camada de Apresentação – esta camada cuida do conteúdo dos dados, sendo possível alterá-los [1].  Camada de Aplicação – é nesta camada que é feita a interface entre a máquina e o usuário. Falaremos sobre como é feita a transmissão dos dados pelo meio físico. Como foi falado anteriormente que quando uma mensagem é enviada de um dispositivo para outro, ela passa por várias camadas até chegar à Camada Física, onde ela é transformada em algum tipo de sinal para que possa trafegar pelo meio físico utilizado. Este sinal pode ser:  Elétrico: quando se utiliza cabos;  Luz: quando se utiliza fibra ótica;  Rádio, infravermelho, satélite: quando a transmissão é feita sem fios, ou seja, os sinais trafegam pelo ar.

Para que uma mensagem consiga percorrer

o meio físico ela precisa ser codificada, ou seja, ela

precisa ser transformada em alguma coisa que

seja capaz de percorrer o meio físico que está

sendo utilizado.

Vamos a um exemplo. Imagine que existam

duas pessoas e cada uma delas esteja em um

quarto. Esses quartos são vizinhos e existe no

meio da parede um pequeno buraco que os

interliga. As duas pessoas gostariam de se

comunicar entre si, utilizando este buraco na

parede, porém elas são mudas. Então, é claro,

que não dá para a comunicação ser feita através

da fala. Existe em cada um dos quartos várias

pecinhas com letras, números e sinais ortográficos

escritos, onde é possível uni-las e formar palavras.

Assim, cada vez que uma das pessoas

resolve mandar uma mensagem, ela coloca as

pecinhas em ordem, de forma que a palavra que

se quer enviar seja formada, e ela começa a jogar

pelo buraco uma pecinha de cada vez (também em

ordem). A pessoa do outro quarto vai juntando as

pecinhas por ordem de chegada. Quando todas as

peças são enviadas a palavra está completa no

destino e a pessoa conseguirá ler a mensagem.

Ambos os lados agem da mesma forma, formando

palavras e enviando uma peça de cada vez para o

destino.

Esse processo de transformar a palavra em

pedaços para que a informação consiga “passar”

por um meio físico (neste caso o buraco) e chegar

ao destino é chamado de Codificação.

Veja Figura 1:

Figura 1 – Exemplo de codificação de dados

Na vida real, quando a mensagem chega

na Camada Física, ela é vista por esta camada

como uma sequência de bits. Esses bits são

codificados, ou seja, são transformados em sinais

(elétricos, luz etc), são transmitidos por partes e

são unidos novamente no destino final. Uma das

técnicas mais simples de codificação é através de

impulsos, onde um impulso significa bit 1 e a ausência de impulso significa bit 0. Com estes dois dígitos é possível codificar todo tipo de mensagem que esteja representada por uma sequência de bits. Esse processo de enviar a informação por partes, ou seja, bit por bit é chamada de Transmissão Serial. De acordo com [1] esse tipo de transmissão tem as seguintes características:  Os dados são transmitidos de forma menos complexa;  Há necessidade de apenas um canal de comunicação (por exemplo, cabo par trançado);  Menor velocidade na transmissão dos dados;  Menor custo;  E maior imunidade a ruídos.

Existem três formas de transmitir uma mensagem. São elas: Simplex, Half-duplex e Duplex. Veja abaixo a explicação de cada uma delas:

 Simplex: neste tipo de comunicação a transmissão dos dados é feita de forma que não haja interatividade entre as partes que estão enviando a mensagem e as que estão recebendo. Por exemplo: a televisão nos fornece informações de vários tipos e nós não conseguimos interagir com ela. Quando o Willian Bonner nos dá “Boa noite” no final do Jornal Nacional, tem gente que até responde, mas ele não ouve.  Half-duplex: aqui, a comunicação ocorre entre todas as partes, porém, quando uma está enviando uma mensagem, a outra fica quieta e somente quando a primeira termina a transmissão, é que a segunda poderá enviar sua parte. Exemplo: walk-talk.  Duplex: neste modo, a transmissão e recepção dos dados pode ocorrer ao mesmo tempo. Exemplo: telefone. Quando duas pessoas estão conversando, elas podem falar ao mesmo tempo. Não é necessário que uma escute enquanto a outra fala.

Transmissão paralela e transmissão serial

o terra), não teríamos problemas com interferência vindo de fontes próximas - com algumas exceções. Cabos UTP CAT5 não podem estar perto de fontes eletromagnéticas como motores, por exemplo.

Correção de erros nas transmissões

CRC - Controle de erros nas transmissões paralelas

Para que haja uma confiabilidade na entrega dos dados das transmissões, e feito uma verificação na entrega dos dados, certificando se os dados são idênticos entre o receptor e o emissor. Caso contrário, o receptor pedirá um reenvio das informações ao emissor.

Existem vários protocolos de verificação. O mais comum é o CRC (Cyclical Redundancy Check

• Checagem Cíclica de Redundância), por ser uma variação de um famoso modo chamadoChecksum. Seu conceito básico é o seguinte: Quando os dados são enviados, e recebido também pelo receptor, uma soma dos valores dos dados. Se os valores coincidirem, o receptor envia ao emissor uma informação certificando que os dados foram recebidos de maneira correta. A esse dado enviado, damos o nome de ack (Acknowledge - certificado). Caso contrário, o receptor pedirá o reenvio das informações enviando um dado chamado de nack(Not Acknowledge - não certificado). Isso faz com que a transmissão não se complete, havendo um loop infinito de pedidos entre os devices.

Há também, outros modos de detecção de erros por paridade – verificação de erro que leva o mesmo nome. Por exemplo, onde o receptor conta o números de bit's 1 detectando erros caso não sejam pares.

Já nas transmissões seriais, os erros são identificados de outra forma.

Transmissões seriais assíncronas

Caracteriza-se por conter na mesma via, muitos bit's de controle START/STOP a cada caractere transmitido. Se pensarmos bem, cada byte terá 10 bit's, então. A principal vantagem de dispositivos que utilizam esta tecnologia é o preço, por serem bem mais baratos que os transmissores síncronos.

Transmissões seriais síncronas

Como o nome sugere, o conjunto emissor/receptor terá que estar sincronizado. Para tanto, o conjunto terá que estar trabalhando na mesma freqüência. O controle é feito transmitindo- se um bloco de dados que é comparado mantendo sincronizado o conjunto.

Informação analógica X informação digital Informações analógicas

As informações analógicas, isto é, podem assumir qualquer valor ao longo do tempo dentro do intervalo. O som e a luz são bons exemplos de sinais analógicos. A principal vantagem da informação analógica é que a mesma pode representar qualquer valor, e também a sua grande desvantagem. Onde se o sinal analógico pode assumir qualquer valor, o receptor não tem como saber se o dado enviado pelo transmissor foi alterado por uma interferência externa. As transmissões analógicas são chamadas de banda larga ou wideband.

Informações digitais

As informações digitais tem caracteristica de trabalhar com valores em binário (0 ou 1), tornando a transmissão mais rápida porém mais suscetível a ruídos, normalmente aplicadas a curta distãncias. As transmissões digitais são chamadas de banda base ou baseband.

Números binários

Como vimos as informações binárias só podem assumir valores: 0 e 1. Esse tipo de valor é chamado de binário e cada algarismo binário é chamado de bit.

Número de bits Nome

4 Nibble

8 Byte

16 Word

32 Double Word

64 Quad Word

Conceitos sobre redes de computadores

Arquiteturas

Conjunto de elementos em que a rede se sustenta, tanto no hardware quanto no software. OSI (Open System interconection) – Dividida em 7 camadas, onde cada camada é uma subdivisão do problema geral em diversos sub-problemas. SNA (System Network Architecture) – Modelo anterior ao OSI, originário da IBM. Neste caso são 5 camadas ou níveis. TCP/IP – Abreviatura de Transmission Control Protocol/Internet Protocol. Modelo voltado para compatibilizar a conexão de computadores através da rede mundial. Hierarquia de computadores

Arquitetura par a par (peer to peer ou não hierárquica) – Todas as máquinas são contempladas com o mesmo sistema operacional de rede, e todas tem idênticos poderes.

Arquitetura cliente-servidor – Uma máquina ou mais fazem o papel do servidor. Rede hierárquica.

Arquitetura internet – Um servidor central provê páginas de internet com as quais os usuários podem interagir.

Topologias

Quanto ao arranjo com que se estabelecem as redes locais.

Topologia física – Decorre do modo como a rede se apresenta instalada no espaço a ser coberto. “Forma da rede”.

Topologia lógica – Decorre do modo de como as estações vão se comunicar entre si, fazendo o fluxo das mensagens.

Barramento

As estações se ligam através de um cabo único e comum. Quando o sinal atinge uma das

extremidades ele é destruído. Quando uma estação lança um sinal, ele percorre ambas as direções.

Vantagens:

• Usa menor quantidade possível de cabos
• Layout dos cabos extremamente simples
• Fácil instalação e modificação
• Fácil de estender

Desvantagens:

• Identificação e isolamento de falhas difícil
• Baixa segurança

Anel

Os nós vão se ligando uns aos outros, formando um anel. Cada estação funciona como um receptor, reforçando os sinais entre um estação e outra. Os dados percorrem o anel em um sentido único.

Vantagens:  Baixo custo do cabo  A regeneração do sinal permite cobrir maiores distâncias

Desvantagens:  A falha de qualquer nó afeta a rede inteira  Difícil diagnóstico de falhas e erros  A re-configuração da rede para acrescentar/retirar nós é complicada.

aprender como manipular a interface com o sistema computacional / Informacional. Termos:

Sistemas abertos - Sistemas que possuem compatibilidade, portabilidade e interoperabilidade;

Proprietário - Produto cuja arquitetura e funcionalidade não são de domínio público, ou seja não obedecem padrões que estejam de alcance do domínio público ou outras entidades.

 ISO – (International Organization for Standarzation)- Organização Internacional de padronização.  Termos:  I EEE – (Institute of electrical and electronics engineers) - Maior organização do planeta.  EIA/TIA (Electronics Industries association / Telecommunications Industries Association ) – Órgão norte-americano de padrões de sistemas de comunicações.  ITU (International Telecommunication Union) – Organização internacional que define padrões para comunicações analógicas e digitais. Canais de comunicação

Conector bnc:

Cabo coaxial – Cabo formado por um núcleo interno metálico envolto em uma camada isolante, outro condutor externo que envolve a camada isolante e finalmente, um envoltório externo.

Vantagens :

 Imunidade a ruídos;  Suporta banda base e banda larga  Cada segmento alcança maiores distâncias que o par-trançado;  Transmite voz, dados e imagem;  Permite multiderivação;

Desvantagens :

 Mais oneroso que o par-trançado;  Sua instalação é mais difícil e mais cara;  A falha em um único ponto impede a comunicação em todos os nós;  Falta de segurança; Tipos de cabos coaxiais:  10base5 – 0.4”  10base2 – 0.2”

Conector rj45:

Par-trançado - Cabo formado por pares de fios de

metal isolados e trançados um sobre o outro. Tipos :

STP (Shielded twisted pair) – Contém uma blindagem individual para cada par de fios afim de reduzir a diafonia e uma blindagem global para reduzir a influência externa. UTP (Unshielded twisted pair)- Cabo sem blindagem.  Baixo custo;  Facilidade de conectar aos dispositivos;  Facilidade na instalação;  Pode ser blindado afim de reduzir interferências;  A falha de um cabo não afeta os outros nós  Maior segurança que o cabo coaxial.

Desvantagens:

 O cabo não blindado pode sofrer interferências principalmente em altas velocidades;  O cabo blindado é de alto custo;  Banda de passagem limitada com relação à fibra óptica e o cabo coaxial;

Conectores:

 Categoria 3 : Para transmissões até 10Mbps. Certificado até 16MHz  Categoria 4 : Para transmissões até 16Mbps. Certificado até 20Mhz  Categoria 5 : Para transmissões até 100Mbps e acima. Certificado até 100MHz.

Cabeamento estruturado

A configuração básica recomendada para os sistemas modernos de cabeamento de telecomunicações (voz e dados) nas instalações prediais dá-se o nome de cabeamento estruturado.

Cabeamento vertical ou dorsal (backbone) - É composto de cabos de comunicação que interconectam os diversos componentes da infra- estrutura (QP,SE,QI e ST). É exigido que o cabeamento vertical utilize a topologia estrela.

Cabeamento horizontal – É formado pelos cabos situados entre a ST e ATU, painéis de manobra (patch panel) no ST, cabos de manobra (patch cord). Cabeamento que serve a diretamente aos equipamentos de comunicação (computadores pessoais, servidores, telefones, fax e etc.). É exigido que o cabeamento horizontal tenha a topologia estrela.

Para cabeamento vertical, os seguintes cabos podem ser utilizados:  Cabo par-trançado UTP de 100 Ohms  Cabo par-trançado STP de 150 Ohms  Fibra ótica multimodo  Fibra ótica monomodo.

Para Cabeamento horizontal os seguintes cabos podem ser utilizados  Cabo de par-trançado UTP – 100 Ohms  Cabo de par-trançado STP – 150 Ohms  Fibra ótica multimodo  O cabo coaxial não deve ser utilizado nestas instalações. Componentes :

Patch panel – Dispositivo existente na sala de telecomunicações e junto aos distribuidores prediais. Utilizado para facilitar a interconexão dos cabos existentes em cada uma destas áreas.

Patch cord ou cabo de manobra – Cabo que liga do patch panel ao equipamento da rede (HUB ou PABX).

Fatores determinantes para a escolha de cabos para a rede: A topologia física de uma rede é suportada pelo cabeamento.

 Cabeamento vertical(Backbone): Interligando os demais segmentos componentes. Neste caso são utilizados normalmente enlace de fibra ótica.

 Cabeamento horizontal: Onde os cabos são distribuídos por um dos andares de uma edificação. Os cabos mais utilizados para estas estruturas são os cabos UTP categoria 5 nas normas EIA/TIA 568, 5 68 a,569,606.

Com a escolha da F.O. para o cabeamento dorsal convém adotar a tecnologia ATM.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) – Tecnologia que permite a utilização de serviços integrados de dados, voz, texto e imagens. Modo de transmissão assíncrono que suporta velocidades desde 1.544Mbps até 10Gbps. Permite o tratamento igualitário dos pontos sejam espalhados pelo país ou no mesmo edifício. O uso da fibra ótica não se generaliza deve-se a:  Ser significativamente mais cara do que o cabo UTP;  Exigir mão-de-obra especializada para a instalação;  Não se fazer necessária, por não haver qualquer justificativa, já que o UTP satisfaz às exigências do cabeamento generalizado. A escolha do par-trançado UTP se justifica pelos seguintes motivos:  Confiabilidade;  Segurança;  Facilidade na instalação;  Baixo custo;  Altas taxas de transmissão;  Conectividade simples.

Cabeamento horizontal  O cabo mais utilizado é o UTP;  Embora projetado para voz o cabo par- trançado, foi adaptado atualmente para as workstations, suportando até 100Mbps;  O Trançamento do cabo UTP evita o crosstalk;  10baseT – Cabo UTP empregado em ETHERNET  100baseT - Cabo UTP empregado em FAST ETHERNET.  Onde o T – Twist (trançado)  Cabo UTP flexível – Deve ser utilizado nos segmentos curtos das instalações como, entre

placas de redes e tomadas de parede, entre os equipamentos do patch panel.  Cabo UTP rígido – Utilizado nos cabos horizontais. Deve ser utilizado em locais em que ele não vai ser dobrado, torcido ou curvado repetidamente.  Em locais ruidosos como aeroportos, fábricas e etc, devemos utilizar os cabos STP.

Redes Ethernet

Rede física em ambito local (LAN), utilizando CSMA/CD como protocolo de enlace de dados. Pode utilizar cabeamento 10baseT com enlaces 10baseF; Nasceu do projeto da Universidade do Hawai Chamado Aloa Net. Chamado pela IEEE de 802.3 e pela ISO de

Pode trabalhar nas velocidades de 10Mbps, 100Mbps e 1Gbps. Oferece facilidade na ligação com outras redes. A redes Ethernet são chamadas de:  10Mbps – Ethernet IEEE 802.  100Mbps – Fast Ethernet IEEE 802.3u  1Gbps – Gigabit Ethernet IEEE 802.3z

Transição Ethernet – Fast Ethernet

A Fast Ethernet mantém a técnica de acesso ao meio CSM/CD. Não há a necessidade de troca de software de gerenciamento de redes. A Ethernet 100Mbps serve como degrau de transição para tecnologias mais rápidas. A rede Ethernet de 100 Mbps pode ser implementada gradualmente a partir de uma rede 10 Mbps.

Fatores relevantes para a evolução do Ethernet 10 Base T (10Mbps) para Fast Ethernet (100Mbps):

 Familiaridade – Os administradores já sabem como manter uma Lan ETHERNET.  Compatibilidade – A Fast Ethernet mantém os mesmos protocolos da rede ETHERNET.  Flexibilidade do cabeamento – Tal como o 10baseT, a Fast Ethernet pode operar sobre diversos esquemas de cabeamento, como F.O., cabo par-trançado, portanto a transição não implica em grandes despesas de cabeamento.

Redes Ethernet comutadas

Podemos utilizar ao invés da rede Ethernet compartilhada a Ethernet comutada. Para tal transição basta trocarmos os concentradores para comutadores inteligentes, chamados de Switchs. A rede comutada faz aumentar a velocidade agregada e reduzir o congestionamento global. Dentro de cada comutador, circuitos de alta velocidade suportam conexões entre todos os segmentos para a alocação máxima de largura de banda sob demanda.

Rede Token Ring

Consiste em uma topologia lógica anel e uma topologia física em estrela, com método de acesso de passagem de ficha. (Token Passing).  Conhecida como o IEEE 802.5.  Opera a 16Mbps.  Possui a característica de alto custo;  O uso do cabo par-trançado garante que a rede esteja protegida de falhas de cabeamento.

Redes FDDI

 Fiber Distributed Data Interface;  Cabeamento em fibra ótica;  Anel simples (até 200Km) ou anel duplo;  Velocidade de 100Mbps;  Ligação de até 500 estações;  IEEE 802.5;  Método de acesso Token Ring;

Redes ATM

 Asynchronous Transfer mode;  Utiliza transmissões isocrônicas (voz,dados,imagens);

 Pode ser utilzada em redes LAN ou em redes WAN;  Utiliza cabeamento ótico;  Velocidades de 2Mbps até 10Gbps;  Custo alto com relação à modificações;  Muito utilizado em aplicações de vídeo conferência.

Componentes essenciais de uma rede:

Placa de rede

As placas de rede são equipamentos internos instalados nos computadores para tornar possível a comunicação entre as estações de

camadas 1,2 e 3 do modelo TCP/IP. OS roteadores possuem como função a decisão sobre qual caminho o tráfego de informação pode deve seguir. Interpretam os endereços IP contidos nos pacotes de dados e em seguida consultam a tabela de roteamento, se o endereço estiver cadastrado o roteador encaminha para a porta destino. Um roteador pode ser um equipamento específico ou um computador de uso geral com mais de uma placa de rede.

Roteamento – É a orientação dos pacotes de dados, de modo a assegurar que cheguem ao

destino correto através do caminho mais conveniente.

Protocolo de roteamento – Tem a função

de fornecer um serviço que o conjunto de redes interligadas (de tecnologias distintas e abrangendo

várias áreas geográficas), pareça com uma única rede virtual.

Características dos roteadores:

 Recebe mensagens transmitidas e encaminha para os destinatários corretos, selecionando a rota mais eficiente disponível no momento.  Numa série de redes interconectadas, usando o mesmo protocolo de comunicação, serve como ligação entre elas, provendo troca de mensagens de forma eficiente e segura.  Algoritmos de roteamento levam em conta parâmetros como:  Prioridades  Confiabilidade  Tamanho de datagramas  Congestão de redes  Segurança

Os roteadores formam uma estrutura interconectada e cooperativa através do qual os datagramas passam de roteador a roteador até que alcance um roteador que está diretamente ligado à rede do nó de destino.

Protocolos de rede

Um protocolo em comunicação de dados é o conjunto de regras ou normas que estabelece como iniciar, como desenvolver e como encerrar uma conexão entre computadores.

TCP/IP

O TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) tem sido o conjunto de protocolos preferido para redes por ser o que de mais versátil existe quando se trata de comunicação de dados entre si. Entre os principais protocolos destacam-se:  ARP – Address Resolution Protocol  BOOTP – Bootstrap Protocol  DAYTIME – Daytime Protocol  EGP – Exterior Gateway Protocol  FINGER – Finger Protocol  FTP – File Transfer Protocol  HELLO – Hello Routing Protocol  ICMP – Internet Control Message Protocol  IP – Internet Protocol  IP – SLIP – Serial Line IP  IP – CSLIP – Compressed Serial Line IP  IP – X25 – Internet Protocol on X25 Nets  NNTP – Network News Transfer Protocol  NTP – Network Time Protocol  POP2 – Post Office Protocol, version 2  POP3 – Post Office Protocol, version 3  PPP – Point to Point Protocol  RARP – Reverse Address Resolution Protocol  RIP – Routing Information Protocol  SMI – Structure of Management Information  SMTP – Simple Mail Transfer Protocol  SNMP – Simple Network Management Protocol  SUN-RPC – Remote Procedure Protocol  SUPDUP – SUPDUP Protocol  TCP – Transmission Control Protocol  TELNET – Terminal Emulation Protocol  TFTP – Trivial File Transfer Protocol  TIME – Time Server Protocol  UDP – User Datagram Protocol

Características do TCP/IP :

 Aberto  Público  Independente de sistema operacional  Independente de hardware de um fabricante específico  Independente da rede física utilizada.

Relacionamento TCP/IP com o modelo OSI

Modelo OSI Modelo TCP/IP 7 Aplicação 5 6 Apresentação^ Aplicação 5 Sessão 4 Transporte 4 Transporte 3 Rede 3 Internet 2 Enlace 1 Camada Física

1 Fisica

Protocolo IP

Protocolo que determina o endereçamento único de hosts em uma rede TCP/IP. Formado por duas partes, uma que identifica a rede do equipamento e a segunda que identifica o equipamento.

Endereço IPV

Representação do endereço IPV

O endereço IP é representado por um número de 32 bits (4 bytes).

Classes de endereçamento

Class e

Bit fixo para identifica r a classe do endereço

Identificado r da rede

Identificado r do host

A 0 7 bits 24 bits B 10 14 bits 16 bits C 110 21 bits 8 bits D 1110 Endereço de multicast E 11110 Não definido Classe A

Nenhum endereço classe A ou classe B está disponível, todos os endereços destas classes já foram distribuídos para empresas que utilizam

internet. Possuem o primeiro byte (primeiro número do endereço IP) entre 1 e 127, sendo que os outros 3 bytes podem variar entre 0 e 255.

Classe B

Possuem o primeiro byte com valores variando de 128 a 191 e o segundo com valores entre 0 e

Classe C

Redes consideradas pequenas no entendimento da IANA, deixando apenas 8 bits para serem definidos pelos administradores da rede local.

Classe D

Possuem o primeiro byte superior a 224 e variam até 239. Esta classe está reservada para criar agrupamentos de computadores para transmissões multicast.

Classe E

Os endereços classificados como pertencentes a classe E são reservados e foram definidos variando entre 240.0.0.0 até 255.0.0.0. Estes endereços não podem ser utilizados para endereçar computadores de usuários em redes.

Máscaras de rede padrão

Classe A – 255.0.0.0.0 ou / Classe B – 255.255.0.0 ou / Classe C – 255.255.255.0 ou /

Endereços reservados

Endereços que não podem ser utilizados, reduzindo ainda mais os endereços disponíveis para computadores.

Loopback address

Endereços que iniciam o primeiro byte com 127 foram reservados para receber informações de retorno de servidores, ou seja, uma mensagem de dados destinada a um servidor 127.x.x.x deverá retornar ao emitente.

Rota padrão

O endereço 0.0.0.0 é reservado para uso como a rota padrão do computador. Todas as vezes que

responsável pelo transporte, equivalente a camada 4 do modelo OSI.

Protocolo Netbeui

Em 1984 a IBM introduziu uma interface de programação denominada NETBIOS (Netwirk Basic Input/Output System) própria para programação de aplicações distribuídas. Atualmente a Microsoft incluiu esta interface em seu sistema operacional, implementado por um emulador com funções de protocolo de comunicação de dados chamado NETBEUI. (Netbios Extended User Interface). Portanto o protocolo Netbeui é um protocolo para redes homogenias da Microsoft.

Protocolo X. Criado pela CCITT (atual ITU) o X.25 é um grupo de protocolos que determina os procedimentos para comunicação em uma rede de comutação de pacotes. Características:

• O formato dos pacotes, controle de erro e outros recursos são equivalentes a partes do protocolo HDLC;
• O esquema de endereçamento é tratado pela norma X.121, onde cada endereço físico possui 14 dígitos;
• Foi projetado na época em que os canais de comunicação eram de baixa velocidade, por isso é dotado de diversos recursos de detecção e recuperação de erros, que lhe garantem segurança, porém o tornam incompatível com os canais modernos.

Protocolo Frame-relay O protocolo Frame-relay é uma evolução tecnológica do X.25, porém protocolo de enlace de dados é o DL-CORE.

Protocolo PPP Chamado Point to Point Protocol, trata-se de um padrão voltado à conexão direta de computadores à internet, através de linhas discadas. O PPP é mais avançado que o antigo protocolo SLIP(Serial Line Internet Protocol).

Redes com mais de um protocolo Em certos casos existe a hipótese de uma rede ser dotada de mais de um protocolo, como por exemplo: NETBEUI e TCP/IP. Características:

TCP/IP

• Roteável
  • Suporta um grande número de computadores
  • Velocidade razoável nas comunicações intra-rede

NETBEUI

• Não roteável
• Suporta no máximo 200 estações
• Maior velocidade nas comunicações intra- rede

Redes industriais Introdução A necessidade de automação na indústria e nos mais diversos segmentos está associada, entre diversos aspectos, às possibilidades de aumentar a velocidade de processamento das informações, uma vez que as operações estão cada vez mais complexas e variáveis, necessitando de um grande número de controles e mecanismos de regulação para permitir decisões mais ágeis e, portanto, aumentar os níveis de produtividade e eficiência do processo produtivo dentro das premissas da excelência operacional. A automação permite economias de energia, força de trabalho e matérias-primas, um melhor controle de qualidade do produto, maior utilização da planta, aumenta a produtividade e a segurança operacional. Em essência, a automação nas indústrias permite elevar os níveis de continuidade e de controle global do processo com maior eficiência, aproximar ao máximo a produção real à capacidade nominal da planta, ao reduzir ao mínimo possível as horas paradas, de manutenção corretiva e a falta de matéria-prima. Além disso, com o advento dos sistemas de automação baseado em redes de campo e tecnologia digital, pode-se ter vários benefícios em termos de manutenção e aumentar a disponibilidade e segurança operacional. E ainda, a automação extrapola os limites de chão de fábrica, ela continua após o produto acabado, atingindo fronteiras mais abrangentes; a automação do negócio.

Figura 1 - A automação extrapola os limites de chão de fábrica, ela continua após o produto acabado, atingindo fronteiras mais abrangentes; a automação do negócio. A solução completa deve prover uma metodologia de gestão da indústria de forma transparente e garantir que todos os esforços sejam direcionados para se atingir a meta estabelecida, facilitando a tomada de decisão quando há mudanças relevantes ao desempenho dos indicadores ou um desvio em relação ao planejado. Usuários e clientes então devem estar atentos na escolha e definição de um sistema de automação e controle, onde esta definição deve levar em conta vários critérios e que possa estar em sincronismo com o avanço tecnológico. Quanto mais informação, melhor uma planta pode ser operada e sendo assim, mais produtos pode gerar e mais lucrativa pode ser. A informação digital e os sistemas verdadeiramente abertos permitem que se colete informações dos mais diversos tipos e finalidades de uma planta, de uma forma interoperável e como ninguém jamais imaginou e neste sentido, com a tecnologia Fieldbus (Foundation fieldbus, Profibus, HART, DeviceNet, Asi, etc.) pode-se transformar preciosos bits e bytes em um relacionamento lucrativo e obter também um ganho qualitativo do sistema como um todo. Não basta apenas pensar em barramento de campo, deve-se estar atento aos benefícios gerais que um sistema de automação e controle possa proporcionar. A revolução da comunicação industrial na tecnologia da automação está revelando um enorme potencial na otimização de sistemas de processo e tem feito uma importante contribuição na direção da melhoria no uso de recursos. Veremos a seguir alguns detalhes e redes industriais que fornecerão uma explicação

detalhada de como estas redes agem como o elo de ligação central no fluxo de informações na automação. A tecnologia da informação tem sido determinante no desenvolvimento da tecnologia da automação alterando hierarquias e estruturas nos mais diversos ambientes industriais assim como setores, desde as indústrias de processo e manufatura até prédios e sistemas logísticos. A capacidade de comunicação entre dispositivos e o uso de mecanismos padronizados, abertos e transparentes são componentes indispensáveis do conceito de automação de hoje. A comunicação vem se expandindo rapidamente no sentido horizontal nos níveis inferiores (field level), assim como no sentido vertical integrando todos os níveis hierárquicos. De acordo com as características da aplicação e do custo máximo a ser atingido, uma combinação gradual de diferentes sistemas de comunicação oferece as condições ideais de redes abertas em processos industriais.

Figura 2 – Níveis da pirâmide de automação Analisando a figura 2, vemos que no nível de atuadores/sensores existem algumas redes industriais, onde podemos citar a AS-Interface (AS- i) onde os sinais binários de dados são transmitidos via um barramento extremamente simples e de baixo custo, juntamente com a alimentação (24 Vdc) necessária para alimentar estes mesmos sensores e atuadores. Outra característica importante é que os dados são transmitidos ciclicamente, de uma maneira extremamente eficiente e rápida. Veremos mais detalhes posteriormente. No nível de campo, a periferia distribuída, tais como módulos de Entrada/Saída (E/S), transdutores, acionamentos (drives), válvulas e painéis de operação, comunicam-se com sistemas de automação via um eficiente sistema de comunicação em tempo real (PROFIBUS-DP ou PA, Foundation Fieldbus, HART, etc.). A transmissão de dados do processo e diagnósticos é efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, parâmetros e também diagnósticos são transmitidos aciclicamente, somente quando necessário.