Ethernet sem modificações para automação industrial? · Gerencia a sintaxe e a semântica da...

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Ethernet sem modificações para automação industrial?

• Benefícios da Ethernet para Automação

• Características da Ethernet – uma visão geral

• Fatores Limitantes da Ethernet para substituição

Fieldbus FoundationHigh Speed Ethernet (HSE):

What are the benefits of HSE?

….Use of unmodified Ethernet and standard IP makes HSE systems more

cost-effective than other Ethernet solutions and proprietary networks….

SUE: Standard Unmodified Ethernet


Benefícios da Ethernet para Automação

• A rede Ethernet está em uso em controladores de comunicação há muitos anos, visto que é uma alternativa econômica para uso de acordo com as características do mercado. Exemplos:

• CAN (originalmente desenvolvida para aplicações automotivas)

• Controle baseado em PC

• Windows + Linux

• Muitos benefícios para automação vindos da TI.

• Baixo custo de hardware e software

• No nível de rede (I/O, Sensor e Drives): somente uma tecnologia de comunicação

• Melhoria financiada (e orientada!) por outros.


Visão Geral da Rede Ethernet: CSMA/CD, TCP/IP & outros

• Arquitetura• Camada física: Sinais, Cabos + Fios• Media Access Control• Resolução de nome• Roteamento• IP, TCP + UDP

O diagrama foi desenhado à mão por Robert M. Metcalfe e fotografado por

Dave R. Boggs em 1976 para produzir um slide de 35mm usado para

apresentar a rede Ethernet na Conferência Nacional de Computação em

Junho do mesmo ano.


Definição de Ethernet (Wikipedia)

Ethernet é uma rede de computadores para áreas locais (LAN) baseada em frames.

Define cabeamento e sinalização para a camada física, e formatos de frames e protocolos para o controle de acesso ao meio (MAC)/camada de link de dados e um formato de endereçamento comum.

A Ethernet é padronizada pela IEEE 802.3.

A rede tornou-se a tecnologia LAN mais difundida em uso durante os anos 90 até agora, e tem subsituído todas as outras LAN como token ring, FDDI, e ARCNET.


7 AplicaçãoContém a variedade de protocolos comumente usados, como transferência de arquivos, terminais virtuais e email.

5 Aplicação:

HTTP, FTP, rlogin, Telnet, DHCP,...

6 ApresentaçãoGerencia a sintaxe e a semântica da informação transmistida entre dois computadores.

5 SessãoEstabeleze e gerencia sessões, convesões ou diálogos entre dois computadores.

4 TransporteDivide os dados da camada de sessão em pequenos pacotes para entrega à camada de rede e assegura que os pacotes chegarão corretamente ao destino.

4 Transporte: TCP + UDPManipula a comunicação entre programas em uma rede.

3 Camada de RedeControla a operação de um pacote transmitido de uma rede à outra, e faz o roteamento do pacote.

3 Camada de Rede: IP (Internet Protocol), Esta camada é usada para comunicação básica, endereçando e roteando.

2 Link de dadosTransforma uma corernte de bits brutos (0s e 1s) de uma camada física em um frame de dados livre de erros (pacotes) para a camada de rede.

1/2 Medium Access Control (MAC)IEEE 802.3: CSMA/CD (Ethernet), 802.4 Token Bus (ARCnet), 802.5 Token Ring, 802.11 Wireless,

1 Camada físicaTransmite sinais através de um meio de comunicação.

Cabos, cartões e aspectos físicos: ISO/IEC 11801, que está na IEEE 802.3

ISO/OSI - Modelo TCP/IP - Modelo

ISO/OSI, IEEE 802 e TCP/IP


Modelo de camada Ethernet

6

Camada física UTP Cat. 5, POF, GOF

Link de dados

Camada de Rede

CSMA/CDMedia Access Control (MAC)

CSMA/CD

IP

UDP TCP

HTTP, FTP, ...DHCP, TFTP, ...

Camada de transporte

Aplicação

Hardware

Software

Especificação Ethernet IEEE 802.3

IT-Suite


10GBASE-W W PCS/PMA over undefined PMD 10GBASE-EW W fibre over 1550nm optics 10GBASE-LW W fibre over 1310nm optics 10GBASE-SW W fibre over 850nm optics10GBASE-KR Backplane Ethernet (802.3ap, 2007)10GBASE-KX4 Backplane Ethernet (802.3ap, 2007)10GBASE-LRM multimode Fibre (802.3aq, 2006)10GBASE-T UTP (802.3an, 2006)40GBASE-SR4 Multimode Fibre, 100m (802.3ba,2010)40GBASE-LR4 Singlemode Fibre, 10km (802.3ba,2010)40GBASE-CR4 Copper Cable Assembly, 10m (802.3ba,2010)40GBASE-KR4 Backplane Ethernet (802.3ba,2010)100GBASE-SR10 Multimode Fibre, 100m (802.3ba,2010)100GBASE-LR4 Singlemode Fibre, 10km (802.3ba,2010)100GBASE-ER4 Singlemode Fibre, 40km (802.3ba,2010)100GBASE-CR10 Copper Cable Assembly, 10m (802.3ba,2010)

Meio de transmissão Ethernet (IEEE802)

1BASE5 UTP10BASE2 Coax 10BASE5 Coax10BROAD36 Coax10BASE-T UTP, duplex mode unknown 10BASE-THD UTP, half duplex mode 10BASE-TFD UTP, full duplex mode 10BASE-FP Passive fiber 10BASE-FB Synchronous fiber 10BASE-FL Asynchronous fiber100BASE-T2 Two-pair Category 3 UTP100BASE-T4 Four-pair Category 3 UTP 100BASE-TX Two-pair Category 5 UTP100BASE-FX Two-strand Multimode Fibre100BASE-VG Four-Pair Category 3 UTP1000BASE-T Four-pair Category 5 UTP PHY1000BASE-T X Four-pair Category 6 UTP PHY1000BASE-LX Multimode Fibre1000BASE-SX Multimode Fibre or Singlemode Fibre1000BASE-CX X copper over 150-Ohm balanced cable PMD 1000BASE-BX10 Bidirectional single strand Singlemode Fibre1000BASE-LX10 Two-strand Singlemode Fibre1000BASE-PX10 -D Singlemode Fibre, Downstream, 10km1000BASE-PX10 -U Singlemode Fibre, Upstream, 10km1000BASE-PX20 -D Singlemode Fibre, Downstream, 20km1000BASE-PX20 -U Singlemode Fibre, Upstream, 20km1000BASE-KX 1m over Backplane10GBASE-X X PCS/PMA over undefined PMD 10GBASE-LX4 X fibre over 4 lane 1310nm optics 10GBASE-CX4 X copper over 8 pair 100-Ohm balanced cable, 15m 10GBASE-R R PCS/PMA over undefined PMD 10GBASE-ER R fibre over 1550nm optics 10GBASE-LR R fibre over 1310nm optics 10GBASE-SR R fibre over 850nm optics

Grande variedade de cabeamento


Padrão de cabeamento (Cobre)

100 MHz 250 MHz 500 MHz 600 MHz 1000 MHz

TIA/EIA568 B.1/2Cat. 5e

ISO/IEC11801:

Class D

CENELECEN50173-1

Class D

TIA/EIA568 B.2-1

Cat. 6

TIA/EIA568 B.2-10

Cat. 6a

ISO/IEC11801:Class E

ISO/IEC11801:

Class EA

CENELECEN50173-1

Class E

CENELECEN50173-1

Class F

ISO/IEC11801:Class F

ISO/IEC11801:

Class FA

TIA/EIA568 B.2Cat. 7

1200 MHz

ISO/IEC11801:

Class G

CENELECEN50173-1

Class G

TIA/EIA568 B.2Cat. 8

IEEE 802.3100BASE-TX1000BASE-T

IEEE 802.310GBASE-T

(100m)

TIA/EIA568 B.2Cat. 7a

IEEE 802.310GBASE-T

(55m)


Tx

Rx

Tx

Rx

Rx

Tx

Rx

Tx

Rx/

Tx

Rx/

Tx

Rx/

Tx

Rx/

Tx

Rx/

Tx

Rx/

Tx

Rx/

Tx

Rx/

Tx

100BASE-TX

Dois pares:

• Um par envia

• Um par recebe

• Codificação: 4B5B – MLT-3Codificação de transmissão multicamadas

1000BASE-T

Quatro pares:

• Os quatro pares enviam e recebem simultaneamente

• Codificação: PAM-5 –TCM5 níveis de amplitude de pulso (PAM-5) comTrellis Coded Modulation (TCM)

Dois ou quatro pares?


Começo da transmissão

Janela de colisão

Transmissão sem distúbios

Carrier Sense

IEEE 802.3: Media Access Control CSMA/CD

“Carrier-Sense Multiple-Access with Collision-Detection”

– O nó quer checar se o meio está disponível. “Carrier-Sense”

– Todos os nós são iguais e devem enviar dados com autonomia. “Multiple-Access”

– O emissor checa se houve colisão depois do envio. “Collision-Detection”

– Máximo delay propagado na Ethernet: 25,6µs (@10MBit/s)(determinado pelo tamanho do cabo e delays de repetidores)


Carrier

Sense

Multiple

Access /

Collision

Detection

Delay de propagação de sinal

Nó A Nó B

A começa o envio

Nó A Nó B

B começa o envio

Nó A Nó B

ColisãoNó A Nó B

Media Access Control CSMA/CD


Hub

Hub

A

B

• Hubs

• half duplex

• Hub em cascata e limitação de comprimento

Domínio de colisão Ethernet


Switch

Switch

A

B• Switches

• full duplex full duplex communication

Switch envia um único cast de comunicação

somente para a porta de destino.

Queues permitem colisões

Topologia Ethernet com Switch


Muitos switches usam o princípio “Store and Forward”:•Recebe frames inteiros primeiro, checa FCS, e depois envia para a porta de destino. •Vantagem: somente frames “saudáveis” são enviados.•Desvantagem: delay de envio alto e variável(ca. 10…125 µs, dependendo do tamanho do frame – o delay do buffer aumenta)

Somente poucos Switches fazem uso do princípio “Cut-Through”:•Frames são enviados rapidamente após receber o endereço de destino.•Vantagem: delay reduzido (ca. 5…7 µs) •Desvantagem: frames corrompidos são enviados normalmente.

FCSPadDATALENSADASFDPreamble

“Store and Forward” vs. “Cut-Through”

FCSPadDATALENSADASFDPreamble


• O comprimento do byte tem dois significados: se é >0x5DC descreve um tipo de “payload” (Ethertype, e.g. IP 0x0800 ou ARP 0x0806 ou EtherCAT 0x88A4)

• Se o tamanho do dado é <46 Byte, Padding Bytes são introduzidos para atingirem tamanho mínimo de 46 Bytes (para detecções de colisão)

Frame Check Sequence (CRC)

FCSPadDATALENSADASFDIntrodução

Padding Field

7 1 6 6 2 46-1500 0-46 4 Byte

Data „Payload“Length

Sender Address

Destination Address

Start Frame Delimiter „10101011“

Introdução “1010101010.....” usada para sincronização de Bit

Pacote Ethernet


“Medium Access Control Address” (MAC-ID) deve ser único• Dois campos de 3 Bytes:

– 1. OUI (Organizationally Unique Identifier)

– 2. Número de série

• O OUI é atribuído pelo departamento de normas da IEEE(USA)• Exemplo: Beckhoff OUI :

0x00 01 05http://standards.ieee.org/develop/regauth/oui/public.html

Ethernet MAC-ID

http://standards.ieee.org/cgi-bin/ouisearch


• A estrutura permite a troca entre camadas de protocolo

UDP-Hdr.(IP-Port)

UDP-Data

8 Bytes

Ethernet-Header(MAC-ID)

46...1500 Bytes Ethernet-Data CRC

IP-Header(IP-Address)

IP-Data

TCP-Header(IP-Port)

TCP-Data

22 Bytes

08-0

0

PR

OT

20 Bytes

20 Bytes

Pilha Ethernet -TCP/IP


Ethernet-Header(MAC-ID)

Ethernet

IP-Header(IP-Address)

Internet Protocol (IP)

TCP-Header(IP-Port) TCP

08-0

0

PO

RT

(DNS/DHCP/HTTP/FTP)

HostName

Resolução de endereço

Resolução de Host Name

„CX_001387“

00 01 05 00 13 87

169.254.254.88

21 (FTP), 80 (HTTP)

Endereçamento: MAC-ID, IP Address, Host Name

• A estrutura permite a troca entre camadas de protocolo


Serviços para resolução de nomes (Exemplos):

• Arquivos locais com entradas estáticas (hosts, lmhosts) %systemroot%\system32\drivers\etc

• DNS: Domain Name Service

• Sistema distribuído de base de dados <-> Atribuição de endereço IP

?

Resolução de nomes: que endereço IP tem www.ethercat.org?


?Servidor

DNS

1. Entrada no Cache do servidor DNS?

2. Senão: pergunte ao próximo servidor DNS “superior”

3. “Servidor oficial” Distribui dados para todos os outros.

Servidor DNS oficial

• As mudanças podem levar tempo para se propagar no sistema (todos os caches devem ser atualizados)

Host Name Resolution: Domain Name Service - Princípio de trabalho


EndereçoTCP: Número da porta

Endereço IP

Endereço Ethernet: MAC-ID

MAC-ID ?

Sem entrada no Cache ARP

Enviar requisições ARP (Broadcast)com endereço IP e MAC ID

FF FF FF FF FF FF

A comunicação começa

Nós respondem com o MAC-IDe com endereço IP

Eles entram no Cache ARP

ARP: Address Resolution Protocol


version Hdr Len Service Type Total Length

16bit Identification Flags 13bit Fragment Offset

8bit Time to Live 8bit Protocol 16bit Header Checksum

32bit Source IP address

32bit Destination IP address

Options (if any), padding

IP Datagram Data (up to 65535 Bytes)

IP Header and Data CRC0800DASA

20 B

ytes

Ethernet

• Datagramas com cabeçalho de 20 Bytes• Transporte de dados sem garantia de um endereço de origem para um

endereço de destino• Cabeçalho: Endereço, Header-Checksum, Informação do protocolo, Time

Live, Fragmentação de informação etc.• Suporta Roteamento entre redes• Endereço IP: Redes - e Host Address• Resolução de endereço IP via ARP 0x0806

Internet Protocol (IP)


• IPv4: 4 Bytes, consiste em Net-ID e Host-ID

0 Net-ID 24 bits Host-ID

Classe A: 0.0.0.0 to 127.255.255.255Número de redes

Máximo n. de hosts/ rede

127 ~ 16 Millions (224)

1 16 bit Net-ID 16 bits Host-ID

Classe B: 128.0.0.0 to 191.255.255.255

~16.000 (214) ~ 65.000 (216)0

1 21 bit Net-ID Host-ID

Classe C: 192.0.0.0 to 223.255.255.255

~2 Million (221) ~ 254 (28)1 0

Endereços > 239: Classe E (reservada)

Desde 1993: Classes inflexíveis substituídas por Classificadores inter-domínio mais flexíveis.

Classe de endereço IP – a arquitetura Internet original

1

Classe D: 224.0.0.0 to 239.255.255.255

1 1 0 Multicast


Problema: Escassez de endereços IP

IPv4: 32bits = 232= 4,294,967,296 nós no máximo, dos quais somente 3.706.650.624 podem ser usados (Resto: Classe D+E + Uso

especial)

Source: Internet World Stats – www.internetworldstats.com/stats.htm

Número estimado de usuários da internet

no mundo: 2,267,233,742(Dez 31, 2011)


Blocos de IP da Classe A atribuídos

Cada Bloco da Classe A (/8 Block) composto de 16,777,216 nós

Extraídos da lista de blocos da classe A atribuídos:

Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_assigned_/8_IPv4_address_blocks

Bloco Organização

3 General Electric

6,11,21,22,26,28,29,30,33,55,214,215 US Department of Defense

9 IBM

12, 32* AT&T

13 Xerox

15, 16* Hewlett-Packard

17 Apple

18 MIT

19 FordStanford University retornou o Bloco 36 em 2000. AT&T e HP obtiveram o bloco 2 (Norsk Informasjonsteknology, DEC)


Endereços IP por país

Quelle: http://www.bgpexpert.com/addressespercountry.php

até: 12/31/2003

até: 9/11/2011


• Em 3 de fevereiro de 2011, a Internet Assigned Numbers Authority (IANA) alocou os últimos 5 blocos de endereços IPv4 para os 5 registros regionais de Internet (RIR)

• Em 19 de abril de 2011, APNIC (Asia Pacific), saiu dos endereços.

• Raúl Echeberría, Presidente da Number Resource Organization (NRO),o representante oficial das 5 RIRs: “Este é um dia histórico na história da Internet, e aquele que estamos antecipando há um tempo. O futuro da internet está no IPv6. Todos os interessados em Internet agora tomam ações definitivas para a implantação do IPv6.”

Exaustão de endereço IPv4 agora no estágio final

Fev 3, 2011


Problema: Escassez de endereços IP

A abordagem radical ;-)NÓS

DESCOBRIMOS QUE BITS SÃO SUFICIENTES

PARA ENDEREÇOS IP0 = RESERVED

1 = GOOGLE

2 = FACEBOOK

3 = ETHERCAT.ORG


A solução: IPv6 com 3.4 x 1038 endereços!

IPv6: 128bits = 2128=

340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 nodes maximum

– ou aproximadamente 4.8 x 1028 para cada pessoa

– ou aproximadamente 4.5 x 1015 para cada estrela observável no universo

Next Header16bit Payload Length

Source IP address, Bits 96..127




Destination IP address, Bits 96..127




Hop Limit

Version Traffic Class Flow Label

Cabeçalho IPv6

40 B

ytes

Contudo: taxa lenta de adoção dessa nova geração de protocolos (Março 28, 2012: somente 0,48%* dos usuários do Google têm IPv6)

* Source: www.google.com/intl/en/ipv6/statistics/


Espaços de endereços crescem com as gerações de protocolos

Source: wikipedia commons, Smurrayinchester

Uma diagrama demonstra o crescimento massivo de espaço de endereço em cada protocolo.

Cada bloco da cascata é uma ampliação de cada pequena área no bloco que o precede, representado por um quadrado preto.

A imagem é para dimensionar, exceto a área preta que serve para facilitar a visualização


• Endereços privados, não roteáveis: 10.0.0.0 a 10.255.255.255172.16.0.0 a 172.31.255.255192.168.0.0 a 192.186.255.255

IP-Device172.16.20.3 172.16.17.103

172.16.20.2

172.16.20.1

172.16.17.102

172.16.17.101

Router

172.16.1.1 180.1.1.1

Exemplo: Rede local Classe B

IP-Device

IP-Device

IP-Device

IP-Device

IP-Device

A solução intermediária: Endereço privado

• mas: IP Masquerading (NAT), Proxy,… (Comunicação da rede local para a internet)


Roteamento inter-domínio

1. Dentro da Sub-rede: resolução de endereço com ARP

2. Se o endereço IP está fora da Sub-rede: envio de arqivos com IP do destinatário e Gateway-MAC-ID

3. Rede privada (com endereço IP não roteável) não podem ser acessados de fora (IP mascarado)

168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

10.13.2.2 194.175.173.88

Roteamento IP: funcionalidade


168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

10.13.2.2 194.175.173.88

A

- Quer o FTP com 194.175.173.88

- Controle FTP: conhecido como porta 21 (TCP)

FTP

from port 21

toport 21

TCP

IP Address: 10.13.2.2

Subnet Mask: 255.255.0.0

Gateway 10.13.102.1

Ethernet MAC ID 00-01-01-02-03-04

A

Roteamento de IP: Exemplo


168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

10.13.2.2 194.175.173.88

A



Gateway 10.13.102.1

Ethernet MAC ID 00-01-01-02-03-04

-TCP passa um datagrama TCP para IP

de10.13.2.2

Para 194.175.173.88

IP

A



168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

10.13.2.2 194.175.173.88

A



Gateway 10.13.102.1

Ethernet MAC ID 00-01-01-02-03-04

-TCP/IP compara endereços IP de acordo com a máscara de sub-rede

A

Subnet mask 255.255.0.0 11111111 11111111 00000000 00000000

IP próprio 10.13.2.2 00001010 00001101 00000010 00000010

Destino 194.175.173.88 11000010 10101111 10101101 01011000

-resultado: Net ID diferente,rede diferente, arquivo é enviado para o gateway



168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

10.13.2.2 194.175.173.88

A



Gateway 10.13.102.1

Ethernet MAC ID 00-01-01-02-03-04

-Qual é o MAC ID do Gateway?

-Nó A envia requisição ARP

-broadcast com “qual é o MAC ID do IP 10.13.102.1?

-Gateway responde com a resposta ARP:

-Eu sou 10.13.102.1 e meu MAC ID é ….

-Nó A insere este MAC ID no cache ARP

A



168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

10.13.2.2 194.175.173.88

A



Gateway 10.13.102.1

Ethernet MAC ID 00-01-01-02-03-04

-Cache ARP do nó A (cmd: arp –a)

A

Endereço Internet End. Físico Tipo

10.13.102.1 00-a0-f9-02-d0-70 dinâmico

10.13.2.3 00-05-01-0a-03-02 dinâmico



168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

10.13.2.2 194.175.173.88

A



Gateway 10.13.102.1

Ethernet MAC ID 00-01-01-02-03-04

-O driver ethernet empacota o datagrama IP em um pacote Ethernet e envia para o gateway

A

de01-01-01-02-03-04

para00-a0-f9-02-d0-70

Ethernet



168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

194.175.173.88

A

B

10.13.2.2

InternoIP Address: 10.13.102.1Subnet Mask: 255.255.0.0Ethernet MAC ID 00-a0-f9-02-d0-70ExternoIP Address 168.12.41.52Subnet Mask: 255.255.0.0Gateway 168.12.78.234Ethernet MAC ID 00-03-47-4A-1A-FF

-Gateway desempacota o datagrama IP do frame Ethernet

B

de10.13.2.1

to194.175.173.88

IP



168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

194.175.173.88

A

B

internoIP Address: 10.13.102.1Subnet Mask: 255.255.0.0Ethernet MAC ID 00-a0-f9-02-d0-70externoIP Address 168.12.41.52Subnet Mask: 255.255.0.0Gateway 168.12.78.234Ethernet MAC ID 00-03-47-4A-1A-FF

- Substitui o IP interno pelo externo (NAT, IP Masquerading)

B

from 10.13.2.1 168.12.41.52

to194.175.173.88

IP

10.13.2.2



168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

194.175.173.88

A

B

internal IP Address: 10.13.102.1Subnet Mask: 255.255.0.0Ethernet MAC ID 00-a0-f9-02-d0-70externalIP Address 168.12.41.52Subnet Mask: 255.255.0.0Gateway 168.12.78.234Ethernet MAC ID 00-03-47-4A-1A-FF

- compara o IP de acordo com a submáscara

- decide enviar o datagrama para o próximo gateway

- encontra o MAC-ID do próximo gateway (ARP)

- empacota datagramas em frames Ethernet com o MAC-ID do próximo gateway

-Manda para o gateway…

B

10.13.2.2



168.12.41.52

Gateway

10.13.102.1

10.13.2.2 194.175.173.88



16bit source port number

TCP data (theoretically up to 65495 Bytes,

typically restricted by the implementation)

TCP Header and DataIP-HDR (Protokoll=06)

20 B

ytes

16bit destination port number

16bit TCP checksum 16bit urgent pointer


IP

32bit sequence number

32bit acknowledgement number

16bit window sizeHDR LEN flags(reserved)

• Conexão orientada de transporte de dados, carregadas no IP • Ponto a ponto entre exatamente duas portas host

• Confiável: Transferências são desconhecidas, ordem de pacotes sequenciais é mantida

• Dados transferidos como stream de dados• Bom para protocolos que precisam mover streams de dados

• - HTTP, FTP, SMTP

• Trabalha com IP unicast• Sem broadcast

ou multicast

Ethernet – Transmission Control Protocol (TCP)


• Estabelecido: Três formas de handshake entre dois hosts

Host 1 envia SYN (synchronize) para host 2Host 2 envia ACK para host 1 para frente com um único SYN Host 1 envia ACK para host 2

• Terminação: Quatro formas de handshake

Host 1 envia FIN (final) para host 2Host 2 envia ACK para host 1Host 2 (em uma mensagem separada) envia FIN para host 1Host 1 envia ACK para host 2

demora um tempo para estabilizar/terminar a conexão!

Ethernet: TCP Handshaking

Host 1 Host 2

Host 1 Host 2

SYN

ACK, SYN

ACK

FIN

FIN

ACK

ACK


16bit source port number

UDP data (theoretically up to 65507 Bytes,

typically restricted by the implementation)

UDP Header and DataIP-HDR (Protokoll=17)

8 B

ytes 16bit destination port number

16bit UDP length 16bit UDP checksum


IP

• Datagrama simples orientado a transporte de dados, carregado nos dados IP• Entrega de dados não garantida

Pacotes devem ser entregues fora de ordem ou não são entregues!

• Menos gasto que TCP• Necessário para aplicações broadcast ou multicast • Adequado à tipos de protocolo de requisição / resposta (polling)

SNMP

TFTP

DHCP / BOOTP

Ethernet User Datagram Protocol (UDP)


Característica TCP UDP

Controle de finalidade SIM NÃO

Monitoramento de tempo de conexão SIM NÃO

Controle de fluxo (via rede) SIM NÃO

Controle sequencial SIM NÃO

Detecção de erros SIM OPCIONAL

Fixação de erros SIM NÃO

Endereçamento de camadas altas SIM SIM

Tamanho do Cabeçalho 20-60 Bytes 8 Byte

Performance LENTA RÁPIDA

Carga de recursos do sistema ALTA BAIXA

Comparação TCP - UDP


Protocolos de camada de rede

• ARP, Address Resolution Protocol.

• DRARP, Dynamic RARP. • InARP, Inverse Address Resolution Protocol. • IP, Internet Protocol.

• IPv6, Internet Protocol version 6. • MPLS, Multi-Protocol Label Switching. • RARP, Reverse Address Resolution Protocol.

Encontrado em RFC 826 (ARP):

„O mundo é uma floresta em geral, e o jogo de rede contribui com muitos animais.

Perto de qualquer camada de uma arquitetura de rede há muitos protocolos com potencial para serem usados.“


Protocolos de Transporte

• AH, IP Authentication Header. • AX.25. • CBT, Core Based Trees. • DVMRP, Distance Vector Multicast Routing Protocol. • EGP, Exterior Gateway Protocol. • ESP, Encapsulating Security Payload. • GGP, Gateway to Gateway Protocol. • GRE, Generic Routing Encapsulation. • HMP, Host Monitoring Protocol. • ICMP, Internet Control Message Protocol. • ICMPv6, Internet Control Message Protocol for IPv6. • IDPR, Inter-Domain Policy Routing Protocol. • IFMP, Ipsilon Flow Management Protocol. • IGAP, IGMP for user Authentication Protocol. • IGMP, Internet Group Management Protocol. • IGRP, Interior Gateway Routing Protocol. • IP in IP Encapsulation. • IPPCP, IP Payload Compression Protocol. • IRTP, Internet Reliable Transaction Protocol. • ISO-IP. • L2TP, Level 2 Tunneling Protocol. • Minimal Encapsulation Protocol. • MLD, Multicast Listener Discovery. • Mobility Header

• MOSPF, Multicast Open Shortest Path First.• MTP, Multicast Transport Protocol. • NARP, NBMA Address Resolution Protocol. • NETBLT, Network Block Transfer. • NVP, Network Voice Protocol. • OSPF, Open Shortest Path First Routing Protocol. • PGM, Pragmatic General Multicast. • PIM, Protocol Independent Multicast. • PTP, Performance Transparency Protocol. • RDP, Reliable Data Protocol. • RSVP, Resource ReSerVation Protocol. • SCTP, Stream Control Transmission Protocol. • SEND, SEcure Neighbor Discovery. • SDRP, Source Demand Routing Protocol. • SKIP, Simple Key management for Internet Protocol. • ST, Internet Stream Protocol. • TCP, Transmission Control Protocol.• TMux, Transport Multiplexing Protocol. • TP/IX. • UDP, User Datagram Protocol.• UDP-Lite, Lightweight User Datagram Protocol. • VMTP, Versatile Message Transaction Protocol. • VRRP, Virtual Router Redundancy Protocol.


Protocolos de aplicação (I)

• ACAP, Application Configuration Access Protocol. • AgentX. • AODV, Ad hoc On-Demand Distance Vector. • APEX, Application Exchange Core. • ATMP, Ascend Tunnel Management Protocol. • AURP, AppleTalk Update-based Routing Protocol. • Authentication Server Protocol. • BFTP, Background File Transfer Program. • BGP, Border Gateway Protocol. • BOOTP, Bootstrap Protocol. • CFDP, Coherent File Distribution Protocol. • Chargen, Character Generator Protocol. • CLDAP, Connection-less Lightweight X.500 Directory

Access Protocol. • COPS, Common Open Policy Service. • CRANE, Common Reliable Accounting for Network

Element. • Daytime, Daytime Protocol. • DCAP, Data Link Switching Client Access Protocol. • DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol.• DHCPv6, Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6. • DIAMETER. • DICT, Dictionary Server Protocol.

• Discard, Discard Protocol. • DIXIE. • DMSP, Distributed Mail Service Protocol. • DNS, Domain Name System.• DRAP, Data Link Switching Remote Access Protocol. • DTCP, Dynamic Tunnel Configuration Protocol. • Echo. • EMSD, Efficient Mail Submission and Delivery. • EPP, Extensible Provisioning Protocol. • ESRO, Efficient Short Remote Operations. • ETFTP, Enhanced Trivial File Transfer Protocol. • Finger. • FTP, File Transfer Protocol.• GDOI, Group Domain of Interpretation. • Gopher. • HOSTNAME. • HSRP, Hot Standby Router Protocol. • HTTP, HyperText Transfer Protocol.• ICAP, Internet Content Adaptation Protocol. • ICP, Internet Cache Protocol. • iFCP, Internet Fibre Channel Protocol. • IKE, Internet Key Exchange. • IMAP, Interactive Mail Access Protocol.


Protocolos de aplicação (II)

• IPFIX, IP Flow Information Export. • IPP, Internet Printing Protocol. • IRC, Internet Relay Chat. • ISAKMP, Internet Security Association and Key

Management Protocol. • iSCSI. • IUA, ISDN Q.921-User Adaptation. • Kerberos. • Kermit. • L2F, Layer 2 Forwarding. • L2TP, Level 2 Tunneling Protocol. • LDAP, Lightweight Directory Access Protocol. • LDP, Label Distribution Protocol. • LDP, Loader Debugger Protocol. • LFAP, Light-weight Flow Admission Protocol. • LMTP, Local Mail Transfer Protocol. • LPR. • MADCAP, Multicast Address Dynamic Client

Allocation Protocol. • MASC, Multicast Address-Set Claim. • MATIP, Mapping of Airline Traffic over Internet

Protocol. • Mbus, Message Bus. • MGCP, Multimedia Gateway Control Protocol.

• Mobile IP. • MPP, Message Posting Protocol. • MSDP, Multicast Source Discovery Protocol. • MTP, Mail Transfer Protocol. • MTQP, Message Tracking Query Protocol. • MUPDATE, Malbox Update. • NAS, Netnews Administration System. • NFILE. • NFS, Network File System. • NNTP, Network News Transfer Protocol. • NTP, Network Time Protocol. • ODETTE-FTP, ODETTE File Transfer Protocol. • OLSR, Optimized Link State Routing. • Ph. • Photuris. • POP, Post Office Protocol. • Portmapper. • PPTP, Point to Point Tunneling Protocol. • PWDGEN, Password Generator Protocol. • Quote, Quote of the Day Protocol. • RADIUS, Remote Authentication Dial-In User

Service. • RAP, Internet Route Access Protocol. • RIP, Routing Information Protocol.


Protocolos de aplicação (III)

• RIPng. • Rlogin. • RLP, Resource Location Protocol. • RMCP, Remote Mail Checking Protocol. • RSIP, Realm Specific IP. • RTCP, RTP Control Protocol. • RTP, Real-Time Transport Protocol. • RTSP, Real Time Streaming Protocol. • RWhois, Referral Whois Protocol. • SACRED, Securely Available Credentials. • Send, Message Send Protocol. • SFTP, Simple File Transfer Protocol. • SGMP, Simple Gateway Monitoring Protocol. • SIFT/UFT, Sender-Initiated/Unsolicited File Transfer. • SIP, Session Initiation Protocol. • SLP, Service Location Protocol. • SMTP, Simple Mail Transfer Protocol. • SMUX.• SNMP, Simple Network Management Protocol.• SNPP, Simple Network Paging Protocol. • SNTP, Simple Network Time Protocol. • SOCKS. • SRTCP, Secure RTCP. • SRTP, Secure Real-time Transport Protocol.

• SSP, Switch-to-Switch Protocol. • STATSRV, Statistics Server. • STUN, Simple Traversal of UDP Through NAT. • SUA, Signalling Connection Control Part User

Adaptation Layer. • Syslog. • SYSTAT. • TACACS. • TBRPF, Topology Broadcast based on Reverse-Path

Forwarding. • Telnet. • TFTP, Trivial File Transfer Protocol. • Time, Time Protocol. • TRIP, Telephone Routing over IP. • TSP, Time Stamp Protocol. • TUNNEL. • UMSP, Unified Memory Space Protocol. • UUCP. • VEMMI, VErsatile MultiMedia Interface. • WebDAV, Web Distributed Authoring and Versioning. • Whois. • Whois++. • Z39.50.


Introdução ao Ethernet: Resumo

• Ethernet é a tecnologia descrita na norma IEEE 802.3

• O termo „Ethernet“ é erroneamente usado para várias tecnologias de rede: Ethernet, IP, TCP, UDP, FTP, HTTP e outras, as quais são também usadas se referindo como „Tecnologias Internet“

• Empilhamento de camadas de protocolo – e assim o tunelamento dos protocolos – é a característica chave das Tecnologias Internet.

• Ethernet é usado com uma grande variedade de camadas físicas.

• Topologia com switch subsitui domínios de colisão – CSMA/CD é a tecnlogia atual, hubs estão desatualizados.

• TCP/IP é um poderoso protocolo implementado em complexas transmissões.


Ethernet sem modificações para automação industrial?

• O que parece uma boa ideia pode ser uma atividade complexa

• Atingir a performance de tempo real com a Ethernet sem modificações requer grande know how em TI e parece desafiador.

• Mesmo aqueles que afirmam usar inteiramente a Ethernet sem modificações agora usam FPGAs ao invés de MACs comuns

• Mais detalhes podem ser encontrados na comparação da Ethernet Industrial disponível para download aqui:www.ethercat.org/pdf/english/Industrial_Ethernet_Technologies.pdf

Ethernet sem modificações para automação industrial? · Gerencia a sintaxe e a semântica da...

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