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FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
O Modelo OSI – Open Systems InterconectionRedes Industriais Semestre 02/2015
Engenharia de Controle e Automação
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.
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Introdução
O modelo de Referência do OSI é formado por sete camadas:
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
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.
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
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.
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
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
camadas do Modelo OSI.
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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.
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
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.
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
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
Common Industrial Protocol (Source: ODVA)
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Exemplo de compatibilidade entre Protocolos com padrão OSI
EtherNet/IP
ControlNet
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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;
Conjunto de facilidades requeridas.
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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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PDUs–Protocol Data Unit
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Camadas do Modelo OSI
Conhecendo as camadas do modelo OSI
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
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;
1 sem transição no início do intervalo.
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Camada Física
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
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
switches industriais no caso da Ethernet.
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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
entre transmissões ponto-a-ponto.
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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
localizações específicas.
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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
os métodos de detecção de erros e recuperação.
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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
e se conectar aos serviços disponíveis na rede.
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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
Operacional; Operação remota e Computação colaborativa.
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Objetivo do Modelo de Referência OSI
Fieldbus
Internet
Automation
Network
Enterprise
Network
Device
Network
Discrete Safety PowerMotion Process
Ethernet
Programmable
Controllers
Programmable
Automation
Controllers
Robots
Motion
Controllers
Servo
Drives
Encoders
I/O
Drives
Cameras Voice
Asset
Management
HMI
Operator
Consoles
HistorianEnergy
Management
Instruments
Valves
Safety
Controllers
Safety
I/O
Drives
w/ Safety
Light
Curtains
Drives
Starters
Overloads
Smart
Motor
Controllers
Process
Controllers
Barcode
Scanners
EmailSecure
Remote
Access
EtherNet/IP
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Objetivo do Modelo de Referência OSI
IoE
IoT
IIoT
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Perguntas?