O Modelo OSI Open Systems Interconection Redes Industriais Semestre 02/2015

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O Modelo OSI – Open Systems Interconection

Redes Industriais Semestre 02/2015 Engenharia de Controle e Automação

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FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

Introdução

 Dentro de uma rede, a comunicação entre controladores e estações é possível pela utilização de um protocolo, que são regras de comunicação.

 No intuito de uniformizar os padrões e modelos adotados pelos protocolos de rede, foi desenvolvido o Moledo OSI. Um modelo é um padrão que organiza conceitos gerais e fornece diretrizes como uma descrição facilmente compreendida. No caso de redes, o modelo descreve os serviços necessários para mover os dados de um lugar para outro.

 O OSI, criado pela Intenational Organization for Standardization(ISO) em 1977, é o modelo de referência para desenvolver padrões de comunicação de dados.

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Introdução

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Introdução



As camadas se comunicam enviando parâmetros chamados service

primitives de uma para as outras através de endereços predefinidos

chamados pontos de acesso aos serviços.



Embora dois protocolos possam endereçar as mesmas camadas do Modelo

de Referência do OSI, eles não podem trabalhar juntos. A melhor utilização

do modelo é categorizar tecnologias de rede e suas implementações de

protocolos.

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Regras das Camadas do Modelo OSI

 O caminho de comunicação entre o usuário e o canal de transmissão passa através das sete camadas.

 Cada camada realiza uma função limitada de comunicação.

 As interfaces entre camadas são específicas. A interface define quais operações e serviços existem.

 Cada camada oferece serviços específicos para a próxima camada. As camadas mais altas enviam um pacote contendo dados e demandas para serviços.

 Um serviço representa a operação que uma camada pode realizar para a camada superior. Os serviços são realizados de acordo com um protocolo. Para o usuário de um serviço o protocolo executado não é importante.

 Um sistema de comunicação não é obrigado a implementar as sete camadas do Modelo.

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Forma de Transmissão

 Primeiramente as camadas implementam as funções que são importantes para assegurar a transmissão da informação, distribuição para os endereços, controle da comunicação e serviços gerenciados para o usuário.

 O processo de comunicação entre camadas iguais é realizado com um protocolo próprio. O protocolo especifica o formato e o significado dos dados e informação de controle, e os algoritmos de acordo com os serviços executados. Assim, há sete protocolos distintos para as sete

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Forma de Transmissão



Se o transmissor e o receptor

estão localizados em sistemas

de comunicação diferentes

(Ethernet/IP vs. Modbus

TCP/IP), então um bridge deve

ser inserido. O bridge adapta

protocolos diferentes,

permitindo a interação e

atuando sobre as camadas do

Modelo OSI.

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Forma de Transmissão



Quando há diferenças entre os

protocolos na camada de Rede

(Ex. Profibus DP vs.

DeviceNet), uma transformação

deve ser realizada nesta

camada através de um roteador

ou gateway.

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Forma de Transmissão



Modelo OSI

entre dois

sistemas

abertos

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Exemplo de compatibilidade entre

Protocolos com padrão OSI

Compatibilidade entre Ethernet TCP/IP (Ethernet Comercial) e a

Ethernet/IP (Ethernet Industrial não modificada).

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Exemplo de compatibilidade entre

Protocolos com padrão OSI

 CIP is the common application layer and Device Profiles for

EtherNet/IP, ControlNet, and DeviceNet

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Exemplo de compatibilidade entre

Protocolos com padrão OSI



EtherNet/IP

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Arquitetura das Camadas

 Cada camada de operação introduz um cabeçalho

e, eventualmente, um trailer, com informações de controle, além dos próprios dados para operação.

 Este conjunto de dados de controle mais dados do usuário é conhecido como PDU –Protocol Data Unit.

 Dados no nível transporte:

 SAP (Services Acess Point) destino;  Número da seqüência

 Código de detecção de erros.

 Dados no nível de acesso:

 Endereço destino;

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PDUs–Protocol Data Unit

 Cada nível de atuação (camada) usualmente trata os dados de forma particular.

 Cada camada forma uma PDU.

 Uma PDU é constituída usualmente por um segmento de cabeçalho mais um segmento de dados.

 É possível ainda que a PDU possua um segmento conhecido como trailer ou rabeira.

 Cada PDU é vista pela camada inferior como um segmento simples de dados.

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Camadas do Modelo OSI

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Camada Física

 Tópicos específicos da camada física: Tipos de Conexão; Topologia Física; Sinalização Digital; Sinalização analógica; Sincronização de bits; Uso da banda passante; Multiplexação.

 Coordenam as regras para a transmissão de bits:

 Non return to Zero –Level(NRZ-L)  0  nível alto; 1  nível baixo;  Non return to Zero Inverted(NRZ-I)

 0  nenhuma transição no início do intervalo; 1  transição no início do intervalo;  Bipolar –AMI (Alternate Mark Inversion)

 0  sem sinal na linha; 1  nível positivo ou negativo, alternados um a um;  Pseudoternário

 0  nível negativo ou positivo, alternando para zeros sucessivos; 1  sem sinal na linha;  Manchester

 0  transição de nível alto para baixo no meio do intervalo;  1  transição de nível baixo para alto no meio do intervalo;  Manchester diferencial

 Sempre com transição no meio do intervalo;  0  transição no início do intervalo;

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Camada Física



Definições básicas sobre as questões mecânicas

e elétricas e qual será a interface entre o

terminal e o dispositivo da rede.



Os hardwares de conectividade de rede a seguir

são normalmente associados à camada Física

do OSI: concentradores, hubs, switches,

repetidores, conectores do meio de transmissão

e modems.



Em ambientes industriais orienta-se o uso de

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Camada de Link de Dados ou Enlace

 Tópicos específicos da camada de Link de Dados:

 Topologia lógica: descrevem a maneira como a rede transmite informações de um

nó para outro nó seguinte.

 Acesso ao meio de transmissão: utilizam regras específicas que controlam o

momento em que os dispositivos da rede podem transmitir os sinais de dados.

 Endereçamento: define a diferenciação entre os vários dispositivos da rede. Se

refere a endereços de dispositivos físicos (endereços MAC), que são endereços de hardware exclusivos, normalmente atribuídos pelo fabricante.

 Sincronização de transmissões de Serviços: a sincronização de bits comunica

somente intervalos de tempo no nível do bit enquanto a estruturação e a

organização dos bits em grupos denominados frames, caracteres, octetos e bytes, é realizada pelo controlador da rede.

 Conexão:

 Serviços sem conexão não confirmados –enviam e recebem frames com controle de fluxo, erros

ou seqüência de pacotes.

 Serviços orientados por conexões –oferecem controle de fluxo, erros e seqüência de pacotes

através de confirmações.

 Serviços sem conexões confirmados -usam confirmações para fornecer controle de fluxo e erros

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Camada de Rede



A Camada de Rede define a rota e o processo pelo qual os

dados se movem pela rede



É a camada em que a rede decide como realizará certas funções

de gerenciamento, tais como enviar mensagens de status para

os nós e regular o fluxo de pacotes.



A função principal da camada é mover os dados para

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Camada de Rede

 Tópicos específicos da camada de Rede:

 Endereçamento: existem dois métodos de endereçamento:

 Endereço de rede lógico–usado para enviar dados em rede.

 Endereço de serviço –determina o endereço do sistema (hardware e software), de modo que ele possa enviar e

receber dados.

 Comutação: As redes interligadas extensas podem ter diversos caminhos ligando os dispositivos

emissor e receptor. As informações podem ser enviadas através de diversos canais de comunicação.

 Descoberta de Rota: é o serviço de determinar e usar o caminho correto para o grupo de dados,

esta tarefa é chamada de roteamento.

 Serviços de Conexão: utilizam as mesmas confirmações fornecidas na subcamada de Link de

Dados. As confirmações fornecem os serviços de Controle de fluxo da camada de Rede, Controle de erro e Controle de seqüência do pacote.

 Serviços de Gateway: freqüentemente as redes independentes utilizam endereço, descoberta

de rota, seleção de rota e regra de serviços de conexão diferentes. Para que essas redes sejam combinadas em uma rede interligada, as diferenças devem ser eliminadas. Essa função é

implementada em um gateway, que interpreta e converte as regras em duas redes separadas. Os gateways podem ser implementados em qualquer camada do Modelo OSI.

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Camada de Transporte



A camada de Transporte oculta a complexidade da estrutura da rede para o

processo da camada superior. Ela organiza mensagens de nível mais alto em

segmentos e entrega-os à camada de Sessão ou aos processos superiores

da própria camada.



Nesse nível, é configurado a distribuição dos endereços dos nós, bem como

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Camada de Transporte

 Tópicos específicos da camada de transporte:

 Endereçamento: Identificam os processos de software específicos executados

nos dispositivos conectados à rede. Além desses endereços os fornecedores de serviços acompanham as diferentes conversações que fazem com os

solicitantes de serviços.

 Desenvolvimento de segmentos: realiza a divisão de mensagens grandes ou

a combinação de mensagens pequenas.

 Serviços de Conexão: usa a sincronização para reordenar os segmentos, o

que envolve a anexação de um número a cada segmento antes de passá-lo às camadas inferiores. Quando todos os segmentos de uma determinada

mensagem chegam ao destino, a mensagem é reestruturada colocando os segmentos na ordem correta.

 Resolução de Endereço/nome: muitos protocolos de rede de computadores

fornecem aos usuários nomes de linguagens humanas simples para endereços alfanuméricos complexos ou difíceis de serem lembrados. A resolução de

endereço/nome é a função de identificar ou mapear a relação entre endereços de nome e alfanuméricos.

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Camada de Sessão



A camada de sessão define como as conexões são estabelecidas

e desfeitas e como os dados são trocados na rede, facilitando a

comunicação entre fornecedores e solicitantes de serviços. As

sessões de comunicação são controladas através de

mecanismos de estabelecem, mantêm, sincronizam e gerenciam

o diálogo entre dispositivos de comunicação.



Esta camada também ajuda as camadas superiores a identificar

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Camada de Sessão



Tópicos específicos da camada de Sessão:



Controle de Diálogo: possui três modos que definem a direção

dos dados :

 Simplex: transmissão ocorre em apenas uma direção. Enquanto um

dispositivo transmite, outros recebem os dados.

 Half-duplex: cada dispositivo pode receber e transmitir, mas apenas

um de cada vez pode transmitir.

 Full-duplex: permite que todos os dispositivos transmitam e recebam

simultaneamente.



Administração da sessão: aqui estão as tarefas de

Estabelecimento da conexão, Transferência de dados e

Liberação da conexão, estas, estabelecem e mantêm a

comunicação.

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Camada de Apresentação

 Define a sintaxe, transformações e formatação de dados.

 Quando a sintaxe e o formato de uma aplicação diferem da sintaxe e

formatação do pacote conforme ele trafega através da rede, esta camada define como as diferenças são traduzidas.

 Tópicos específicos da camada de Apresentação:

 Conversão: Os processadores usam várias regras para fazer com que

0 e 1 binários representem dados. Quando dois processadores que usam diferentes regras tentam se comunicar, eles devem realizar algum tipo de conversão. Tipos de conversão: Ordem de bits, Ordem de Bytes, Código de caracteres e Sintaxe de arquivos.

 Criptografia: é um termo geral que descreve os métodos de misturar

dados de modo a protegê-los contra o uso indevido. Pode ser realizada por hardware ou software. A mistura dos dados é realizada usando os métodos de Transposição, Substituição e Algébrico.

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Camada de Aplicação

 A camada de Aplicação inclui todos os tópicos e funções específicas para cada serviço de rede. Logo, as seis camadas inferiores incluem tarefas e tecnologias de suportam os serviços de rede, enquanto a camada de Aplicação fornece os protocolos necessários para realizar as funções específicas dos serviços de rede.

 Este é o nível final que define como os aplicativos entram no Modelo OSI para a transmissão.

 Tópicos relacionados com a camada de Aplicação:

 Divulgação de Serviços: Dois tipos: Ativo (anuncia a sua disponibilidade)

e Passivo (registram o serviço e o endereço em um local).

 Uso do serviço: Executa a interpretação de chamada do Sistema

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Objetivo do Modelo de Referência OSI

Fieldbus Internet Automation Network Enterprise Network Device Network

Discrete Motion Safety Process Power

Ethernet Programmable Controllers Programmable Automation Controllers Robots Motion Controllers Servo Drives Encoders I/O Drives Cameras Voice Asset Management HMI Operator Consoles Historian Energy Management Instruments Valves Safety Controllers Safety I/O Drives w/ Safety Light Curtains Drives Starters Overloads Smart Motor Controllers Process Controllers Barcode Scanners Email Secure Remote Access EtherNet/IP