Proiect Managementul riscurilor pentru infrastructuri de mari dimensiuni

Proiect: Managementul riscurilor pentru infrastructuri de mari dimensiuni în zona transfrontalieră România Bulgaria cod proiect 15. 3. 1. 017, cod ROBG-23 REȚELE INDUSTRIALE ȘI REȚELE INFORMATICE Formator: Cătălina Mancaș catalina. mancas@incesa. ro www. interregrobg. eu 1

Proiect: Managementul riscurilor pentru infrastructuri de mari dimensiuni în zona transfrontalieră România Bulgaria cod proiect 15. 3. 1. 017, cod ROBG-23 Partea I REȚELE INFORMATICE 2 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE Cea mai simplă formă de rețea 3 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE TOPOLOGIE 4 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE CLASIFICARE (DUPĂ DISTANȚĂ) 1. Reţele miniaturale (< 5 cm) § elemente de calcul implementate pe acelaşi circuit integrat 2. Reţele mici (< 50 cm) § unităţi de calcul localizate în aceeaşi cutie 3. Reţele medii (< 10 km) § echipamente de calcul (staţii de lucru, aparate de măsură inteligente) distribuite pe o arie limitată § reţele locale (LAN – Local Area Networks) 4. Reţele mari (>10 km) § diferite module ale unui sistem de calcul distribuite pe o suprafaţă mai întinsă (suprafaţa unei ţări sau arii geografice mai întinse) § reţele globale (WAN – Wide Area Networks) www. interregrobg. eu 5

REȚELE INFORMATICE LAN 6 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE LAN 7 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE ORGANIZAȚII STANDARDE § International Organization for Standardization (ISO) § Consultative Committee of the International Telegraph and Telephone (CCITT) § American National Standards Institute (ANSI) § Electronics Industries Association (EIA) § Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) www. interregrobg. eu 8

REȚELE INFORMATICE STANDARDUL IEEE 802. 3 - ETHERNET § Obiectiv: standardizarea tehnologiilor de rețea § 1985 § Protocolul MAC (Media Access Control – controlul accesului la mediul de comunicație) specificat în standardul IEEE 802. 3 este ”Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection” CSMA/CD. 9 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE CSMA/CD Componente q Carrier Sense (CS): § este abilitatea calculatoarelor de a asculta rețeaua și de a stabili dacă este sau nu activitate în rețea. q Multiple Access (MA): § se referă la faptul că toate nodurile din rețea sunt conectate permanent la mediul de comunicație q Collision Detection (CD): § procesul de detectare a coliziunilor § explicat, după cum urmează. . . 10 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection domeniu de coliziune nod de coliziune Adresa MAC = Adresa fizică segment de coliziune NIC (Network Interface Card) 00 -0 A-E 4 -A 6 -78 -FB 11 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE CSMA/CD Algoritmul de transmisie 1. Nodul ascultă rețeaua cu scopul de a afla dacă vreun alt nod sau mașină transmite date prin rețea în acel moment. Dacă există activitate, nodul continuă să aștepte și să asculte rețeaua. 2. Dacă nu este detectat niciun semnal, nodul își începe transmisia cadrului. 3. Cât timp nodul transmite, el ascultă rețeaua. El compară biții citiți din rețea cu biții ce au fost emiși. Dacă ei coincid, nodul continuă să transfere, cu o pauză de 9. 6 μs între cadre. 4. Dacă ceea ce a fost citit din rețea nu coincide cu ceea ce a fost emis, nodul presupune că a avut loc o coliziune și transferul se oprește. 5. Nodul transmite o alertă (cadru numit ”jam”) care informează celelalte noduri că a avut loc o coliziune și trebuie să ignore ultimul fragment de cadru recepționat. 6. Nodul așteaptă o perioadă aleatorie de timp și își reia emisia. 12 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE CSMA/CD Algoritmul de transmisie 13 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE MODELUL ISO/OSI 14 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE MODELUL ISO/OSI 7 NIVELE 1. Nivelul fizic (physical layer) § acoperă interfaţa fizică între echipamente şi regulile prin care biţii sunt transferaţi de la unu dispozitiv la altul § patru caracteristici impor tante: mecanic, electrice, funcţionale, procedural § Exemple: RS‑ 232 C, RS‑ 449/422/423 şi parţial X. 21. 2. Nivelul legăturii de date (data link layer) § are rolul de a face sigură legătura fizică precum şi de a activa, întreţine şi dezac tiva legătura § principalul serviciu pe care acest nivel îl oferă nivelului superior este controlul erorilor. 15 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE MODELUL ISO/OSI 7 NIVELE 3. Nivelul reţea (network layer) § are rolul de a realiza transferul transparent al datelor între entitaţile de transport § permite nivelului superior (transport) să ştie totul despre transmisia de date din nivelele inferioare şi să aleagă tehnologia folosită pentru conectarea sistemelor. 4. Nivelul transport (transport layer) § realizează un mecanism sigur de schimb de date între procese din sisteme diferite § asigură transmiterea fără erori şi în secvenţă corectă a unităţilor de date. 16 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE MODELUL ISO/OSI 7 NIVELE 5. Nivelul sesiune (session layer) § propune un mecanism pentru controlarea dialogului între aplicaţii 6. Nivelul prezentare (presentation layer) § se ocupă cu sintaxa schimbului de date între aplicaţii § rezolvă diferenţele dintre formatele de reprezentare a datelor 7. Nivelul aplicaţie (application layer) § creează un mijloc prin care aplicaţiile să acceseze mediul OSI § conţine funcţii de gestionare şi mecanisme general valabile pentru apli caţii distribuite. 17 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE TCP/IP q IP (Internet Protocol) § nivelul de retea (nivelul trei) al modelului ISO/OSI § prevede adresarea datagramelor de rutare si alte functii intr o retea q TCP (Protocolul de control al transmisiei) § nivelul de transport (nivelul patru) al modelului ISO/OSI § responsabil pentru stabilirea conexiunii, gestionarea si transportul de date fiabile intre procesele de software de pe dispozitive Obiectiv: interconectarea retelelor Internetwork sau Internet Beneficiu: oferirea de posibilitati de comunicare intre gazde pe diferite retele, probabil separate printr o zona geografica mare. 18 www. interregrobg. eu

REȚELE INFORMATICE IP - INTERNET PROTOCOL ADRESA IP q dispozitivele utilizate în rețele bazate pe protocoalele TCP / IP necesită adrese IP q routerele folosesc adrese IP pentru a identifica unde merge traficul q atunci când dispozitivele sunt atașate la Internet la nivel mondial, acestora le sunt atribuite adrese care trebuie să fie coordonate astfel încât să nu se suprapună cu alte adrese utilizate în rețea ADRESA IP: identificatorul unic în rețea al unui dispozitiv IPv 4 IPv 6 www. interregrobg. eu 19

REȚELE INFORMATICE ADRESA IP IP versiunea 4 (IPv 4) Binar: 1, 0 Zecimal: 0 -255 www. interregrobg. eu 20

REȚELE INFORMATICE ADRESA IP IP versiunea 6 (IPv 6) 2001: 0718: 1 c 01: 0016: 020 d: 56 ff: fe 77: 52 a 3 32 cifre hexazecimale www. interregrobg. eu Zecimal Hexazecimal 0 -9 10 A 11 B 12 C 13 D 14 E 15 F 21

REȚELE INFORMATICE IPv 4 vs IPv 6 Dispozitive în Internet 22 www. interregrobg. eu

Proiect: Managementul riscurilor pentru infrastructuri de mari dimensiuni în zona transfrontalieră România Bulgaria cod proiect 15. 3. 1. 017, cod ROBG-23 Partea a II-a REȚELE INDUSTRIALE 23 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE INTRODUCERE q Majoritatea rețelelor industriale transferă datele serial q Rețelele au nevoie de un set de reguli – un protocol de comunicație – pentru a determina modul în care informația este transmisă între dispozitivele, conectate la rețea. 24 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE INTRODUCERE q Cu ajutorul protocoalelor de comunicație îmbunătățite sunt posibile: o reducerea timpului de transfer o asigurarea unei protecții mai bune a datelor o garantarea sincronizării o garantarea unui răspuns determinist în unele aplicații o asigurarea unui transfer fără erori și securizat de date între nodurile rețelei. 25 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE CLASIFICARE 1. CAN (Controller Area Network) 2. LIN (Local Interconnect Network) 26 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE CAN –CONTROLLER AREA NETWORK Arhitectura q Nivelul fizic q Nivelul de legătură de date § Nivelul de control al accesului la mediu (MAC) § Nivelul de control logic al legăturii (LLC) cf. ISO 11898 1 și ISO 11898 2 27 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE CAN –CONTROLLER AREA NETWORK q Magistrală partajată q Medii de transmisie: § Magistrală bifilară § Magistrală monofilară § Mediu de transmisie optic q Rata de transmisie: 50 Kbiți/s – 1 Mbit/s § Extinderea maximă CAN depinde direct de rata de transmisie. 28 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE CAN –CONTROLLER AREA NETWORK Formatul de cadru Specificația CAN ISO 11898 1 definește două formate pentru cadru: 1. Standard 2. Extins § § Cadre de date Cadre de distanță Cadre de eroare Cadre de supraîncărcare 29 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE CAN –CONTROLLER AREA NETWORK Cadre de date A. Standard www. interregrobg. eu B. Extins 30

REȚELE INDUSTRIALE CAN –CONTROLLER AREA NETWORK Tehnica de acces q Mecanismul de control al accesului la mediu: CSMA. q Atunci când niciun cadru nu este interschimbat, rețeaua este nefolosită și nivelul semnalului de pe magistrală este recesiv. q q Înainte de a transmite un cadru, nodurile trebuie să citească starea magistralei. În cazul în care rețeaua este nefolosită, transmisia începe imediat; altfel, nodul trebuie să aștepte până ce transmisia curentă ia sfârșit. 31 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE CAN –CONTROLLER AREA NETWORK Tehnica de acces q Fiecare cadru are la început bitul SOF setat la valoarea dominantă, ceea ce informează celelalte noduri că rețeaua a trecut în starea ocupată. q Spre deosebire de Ethernet, CAN poate rezolva disputele într un mod determinist, în așa fel încât nici timpul și nici lărgimea de bandă nu sunt irosite. q Această tehnică se numește: arbitrajul magistralei. 32 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE CAN –CONTROLLER AREA NETWORK Mecanismul de arbitraj CAN q Exemplu: 3 noduri trimit în același timp 33 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE LIN – LOCAL INTERCONNECT NETWORK Introducere q arhitectură de rețea monofilară bazată pe UART q dezvoltată inițial pentru senzori din industria automobilistică și pentru aplicații de rețelistică q nodul principal (master) LIN conectează rețeaua la rețele de nivel superior cum ar fi CAN. 34 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE LIN – LOCAL INTERCONNECT NETWORK Introducere q consorțiul LIN este compus din producătorii de mașini Audi, BMW, Daimler. Chrysler, Volvo și Volkswagen q LIN este o magistrală serială folosită pentru sisteme electronice de control distribuit pentru autovehicule q permite o comunicație eficientă între senzori inteligenți și actuatori acolo unde lărgimea de bandă și versatilitatea rețelei CAN nu sunt necesare. 35 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE LIN – LOCAL INTERCONNECT NETWORK Aplicabilitate q aplicații tipice sunt: controlul ușilor (ridicarea geamurilor, blocarea lor și controlul oglinzilor), scaune, reglarea climatică, iluminare și senzorii de ploaie q in afara sectorului auto, LIN este folosită pentru controlul mașinilor ca o sub magistrală pentru CAN. 36 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE LIN – LOCAL INTERCONNECT NETWORK Structura q o rețea LIN este alcătuită dintr un nod master și unul sau mai multe noduri sclave q toate nodurile au inclusă o sarcină de comunicare cu nodurile sclave care este împărțită la rândul ei în două subsarcini, una de transmisie și alta de recepție q nodul master are o a treia sarcină de transmitere master 37 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE LIN – LOCAL INTERCONNECT NETWORK Structura q comunicația într o rețea LIN este întotdeauna începută de nodul master: acesta transmite pe magistrală un mesaj compus din informațiile de sincronizare și identificatorul de mesaj q un singur nod sclav este activat ca urmare a recepției și filtrării identificatorului; acesta începe imediat transmisia răspunsului q secvența cadrelor de mesaje este controlată de master și poate forma cicluri. 38 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE LIN – LOCAL INTERCONNECT NETWORK Caracteristici 1. Un singur master, până la 16 sclavi (fără arbitraj al magistralei). 2. Comunicație monofilară cu viteze de până la 19, 2 Kbiți/s, cu o lungime de 40 m a magistralei. 3. Timpi de latență garantați. 4. Cadru de date variabil ca mărime(2, 4 sau 8 octeți). 5. Flexibilitate mare la configurare. 39 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE LIN – LOCAL INTERCONNECT NETWORK Caracteristici 6. Recepție multi cast cu sincronizarea timpului. 7. Sume de control ciclic redundant și detecția erorilor. 8. Detecția nodurilor defecte. 9. Implementare necostisitoare cu silicon bazată pe hardware standard UART/SCI. 10. Tensiune operațională de 12 V. 40 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE LIN – LOCAL INTERCONNECT NETWORK Cadrul de date 41 www. interregrobg. eu

REȚELE INDUSTRIALE CONCLUZII CAN LIN ü avantaj: limitarea defectelor ü alternativă cu costuri reduse la CAN în rețele auto ü ideal pentru aplicații care necesită un număr sau industriale de viteză redusă sau în situații în mare de mesaje scurte si siguranță mare în care se cere număr mare de mesaje scurte si medii de operare dificile siguranță mare în medii de operare dificile ü timp de raspuns foarte bun datorita mecanismului de arbitraj poate fi implementată cu logică reconfigurabilă, (reduce consumul de energie) si ü folosită în aplicații de control în timp real în ciuda lărgimii de bandă relativ mici. ü LIN permite reconfigurarea interfeței de la distanță pentru a fi fie master, fie sclav. ü. 42 www. interregrobg. eu

Proiect: Managementul riscurilor pentru infrastructuri de mari dimensiuni în zona transfrontalieră România Bulgaria cod proiect 15. 3. 1. 017, cod ROBG-23 REȚELE INDUSTRIALE ȘI REȚELE INFORMATICE VĂ MULȚUMIM! Formator: Cătălina Mancaș catalina. mancas@incesa. ro 43 www. interregrobg. eu