Protocolos LAN. Prof. Wílmer Pereira. Universidad Católica Andrés Bello

Transcripción

1 Protocolos LAN Prof. Wílmer Pereira Universidad Católica Andrés Bello

2 Capa de acceso al medio Regula el flujo para emisores rápidos que no saturen receptores lentos Detecta y/o corrige los errores de transmisión, Propociona una interfaz a la capa de red. ALOHA: Permitir que el usuario transmita cuando tenga datos. Si hay colisiones espera un tiempo aleatorio para retransmitir (inalámbrico). CSMA: Cuando tiene datos detecta la portadora, si el canal está inactivo envía datos pero si hay colisión espera un tiempo aleatorio (cableado).

3 Ethernet Protocolo desarrollado por Xerox Palo Alto y Estandarizado por IEEE802.3 inicialmente para cable coaxial pero ahora para par trenzado y fibra óptica En un primer momento utilizaba CSMA/CD p-persistente (espera un tiempo aleatorio con probabilidad p) con retroceso exponencial binario (espera más tiempo cada vez en potencias de dos) sin acuse de recepción. Las primeras versiones estaban definidas para trabajar con concentradores (Hubs) pero se substituyen por switches por su mejor desempeño ya que evitan colisiones dentro del propio switch y permiten paralelismo

4 Propuestas Ethernet Fast Ethernet GigaEthernet 10 GigaEthernet 100 Mbps 1 Gbps 10Gbps Todas las propuestas respetan compatibilidad hacia atras con tamaño de trama, por defecto, de 1500 Bytes Lo ideal es no disminuir la distancia máxima de cableado para aprovechar la infraestructura instalada ni cambiar el encabezado

5 Nombre FastEthernet 802.3u Cable Segmento Máximo Ventajas 100Base-T4 Par trenzado 100 mts UTP Cat Base-TX Par trenzado 100 mts Full duplex Cat Base-FX Fibra óptica 2000 mt Full-duplex En 100Base-T4 cada par de cables va en una dirección (Half Duplex) y un par se conmuta en la dirección actual En cambio con 100Base-TX se usa un par en cada dirección a 100 Mbps. Para 100Base-FX se utilizan dos filamentos multimodo, full duplex a 100 Mbps en cada dirección Finalmente para funcionar a 10/100 el switch autonegocia

6 GigaEthernet 802.3ab Nombre Cable Segmento Máximo Ventajas 1000Base-SX Fibra óptica 550 mts Fibra multimodo 1000Base-LX Fibra óptica 5000 mts Monomodo, multimodo 1000Base-CX 2 pares STP 25 mts Par trenzado blindado 1000Base-T 2 pares UTP 100 mts UTP Cat. 5 Al igual que FastEthernet soporta full duplex pero sin usar CSMA/CD (sólo si hay hubs) Los switches también ofrecen autonegociación para 10/100/1000. Hay tarjetas de red PCI en sólo 8$ Para mantener la distancia se aumenta el tamaño del relleno que coloca el switch emisor y retira el switch receptor Finalmente permite control de flujo y tramas jumbo (9KB)

7 10GigaEthernet 802.3ae Nombre Cable Segmento Máximo Ventajas 10GBase-SR Fibra óptica 300 mts Fibra multimodo 10GBase-LR Fibra óptica 10 Km Fibra monomodo 10GBase-ER Fibra óptica 40 Km Fibra monomodo 10GBase-CX4 4 pares twinnax 15 mts Cable twinaxial 10GBase-T 4 pares UTP 100 mts UTP Cat. 6a Todas las propuestas son full duplex y excluyen CDMA/CD También ofrece autonegociación 10/100/1000/ Tarjetas de red 10GBBase-T sobre cat. 6a a 315$ Ya IEEE está trabajando en los nuevos estándares para 40 Gbps y 100 Gbps y hasta hay productos propietarios

8 Ventajas de Ethernet Sencillo, simple y económico. Sólo las tarjetas y switches del último estandar son las más costosas Facil instalación y mantenimiento. No hay software que instalar ni tablas de configuración a definir Se acopla perfectamente a la pila de protocolos de TCP/IP pues el principio de ser no orientado a conexión cuadra con el protocolo IP Ethernet se ha impuesto ante tecnologías que sólo utilizan fibra óptica, como FDDI, ya que su desempeño es equivalente. Las versiones de Ethernet más recientes ofrecen PoE (Power Over Ethernet) usando el enlace de datos para la alimentación eléctrica. Sirve para access point, cámara de video IP, telefono IP,

9 Redes de datos industriales En espacios industriales con mucho ruido mecánico y electromagnético, no necesariamente con altas velocidades de transferencia Tipos de redes industriales Factoría: Planta: Célula: Campo: Muchos datos como contabilidad, estadísticas de producción los tiempos de respuesta no son críticos Conexión de módulos o celulas de fabricación para planificación y control. Buena velocidad de transferencia y cubrir áreas extensas Controlar componentes lógicos que controlan la producción: máquinas de control numérico, PLC, AGV. Detección y correción de errores y confiable Cableado de sensores y efectores con procesamiento en tiempo real. Transferencia de pocos datos que deben ser muy confiables

10 Características de las redes industriales Utilización de buses porque ahorran cableado Arquitectura maestro/esclavo basada en técnica de sondeo La alimentación se suministra por los mismos cables de los datos u otro cableado a condición de que la conexión física de los datos esté blindada. Generalmente las redes de factoría y planta funcionan sobre Ethernet mientras que las redes de célula y campo funcionan sobre redes Fieldbus (ProfiBus), DEVICENet, CANBus, LONWorks, aunque empieza a aparecer Ethernet tiempo real

11 ASI Protocolos de redes industriales CANBus Red de sensor/efector sobre un bus Datos y alimentación en el mismo cable Maestro/Esclavo (máximo 62 esclavos por maestro) Sondeo de los esclavos cada 50 ms Cada esclavo dispone de 4 entradas y salidas digitales Longitud máxima de 100 mts sin repetidores Consumo por esclavo de 200 ma Bus orientado a dispositivos Especializada en redes de vehículos pero es económica Protocolo basado en arquitectura productor/consumidor Acceso al bus por prioridades con CSMA/CR Sin direccionamiento porque todos escucha cada dato Encima de este protocolo corren DEVICENet o CANOpen La gestión del bus es multiplexado por división de tiempo

12 Protocolos de redes industriales LONWork Red de control: pocos datos, segura y a tiempo restringido Control peer to peer o maestro/esclavo Por nodo 2 CPU de comunicación y 1 CPU de aplicación Puede utilizar dos hilos o la línea eléctrica para transmitir Usa CSMA/CD p-persistente Permite varios tipos de mensajes Con ack dos vías: reintento y tiempo límite Repetidos sin ack: 1 vía para difusión Sin ack 1 vía: para redes confiables Nombre Transceiver Medio físico Velocidad Máximo dispositivos Distancia máxima TP/FT-10 Par trenzado, topología libre 78 Kbps m (libre) 2000 m (bus) TP/XF-1250 Par trenzado, topología bus 1,25 Mbps mts PL-20 línea eléctrica 5,4 Kbps Depende del emplazamiento Depende del emplazamiento IP-10 LONWorks sobre IP Fijado por la red IP Fijado por la red IP Fijado por la red IP

13 Buses de campo: ProfiBus, DEVICENet La fundación FieldBus es un conjunto de estándares asociado con otros organismos internacionales Características generales: Par trenzado con alimentación en el cable Cubre las capas 1,2 y aplicación Velocidad de transferencia máxima de 12 Mbps Bus con paso de testigo Maneja prioridades Contiene a lo sumo 127 nodos Distancia máxima de 2 Km sin repetidores

14 ProfiBus Estandar aleman auspiciado por 250 fabricantes y patrocinado por ProfiBus International ProfiBus-DP (Periféricos distribuidos) Alta velocidad y bajo costo Especial para comunicación de control y E/S distribuidos ProfiBus-PA (Automatización de Procesos) Para redes de sensores y efectores Transporte de datos y energía en el bus a dos cables Para ambientes peligrosos ProfiBus-FMS (Especificaciones de mensajes FieldBus) Específico para comunicación a nivel de control Gran cantidad de aplicaciones posibles ProfiBus-TCP/IP Para interconectar distintas redes profibus

15 Pirámide de automatización ProfiBus

16 Medios físicos de ProfiBus RS485: Cable apantallado 12 Mbps mts 1,5 Mbps mts 187 Mbps Km Máximo 127 esclavos IEC1158-2: Par trenzado apantallado a máximo 31 Kbps Se usa en la industria química y petroquímica Máximo 1900 mts y hasta 10 Km con repetidoras Soporta a lo sumo 127 estaciones Fibra óptica Estructura de anillo Máxima velocidad de transferencia de 1,5 Mbps Distancia máxima 1,5 Km Inmune a interferencia electromagnéticas

17 Servicios de comunicación de ProfiBus Envío sin ack: Para difusión, en una sola vía Envío y respuesta de datos: Full duplex Envío con ack: Protocolo de dos vías Envío cíclico con respuesta: Sondeo mientras posee el testigo cíclicamente Son servicios de comunicación de la capa 2 cuyo protocolo se llama FDL (Fieldbus Data Link)

18 Protocolo FDL Permite mensajes de broadcast y multicast sin ack Las estaciones arman un anillo donde la dirección del nodo permite saber quien lo antecede y quien lo precede El que tiene el testigo puede hacer envíos Los nodos que no tienen el testigo sólo escuchan y envían ack

19 ProfiBus-FMS Permite conectar dispositivos como PLC Comunicaciones punto a punto, broadcast y multicast. Enlaces multi-maestro y maestro-esclavo Transferencia de datos cíclica y acíclica

20 DEVICENet Red de automatización industrial a nivel de planta y celula auspiciada por la Asociación de Fabricantes de DEVICENet (ODVA) Número máximo de nodos 64 Distancia máxima entre 100 y 500 mts Velocidad de transferencia máxima de 500 Kbps Dos pares de par trenzado (datos y alimentación) Tamaño máximo de mensajes de 8 Bytes El modelo de transmisión está basado en la arquitectura maestro/esclavo usando diferentes métodos: sondeo, envío cíclico,

21 Usos de DEVICENet Son de bajo costo y fiables pero El ancho de banda es limitado y el tamaño de mensajes pequeño USOS: Ensamblado de piezas Máquinas de soldadura Captación de sensores distribuidos Válvulas neumáticas Lectores de códigos de barras MENSAJES: Sondeo Difusión Traps Comunicación sin maestro

22 VLAN Estructurar lógicamente la jerarquía organizacional más allá del orden y disposición física de los switches, atado al diseño de los edificios Evitar los cambios de conectores físicos aunque los empleados se muevan físicamente dentro de la organización Ocupar puertos de switches subutilizados independientemente del departamentos, división o lugar físico donde se encuentren Cableado por software

23 Además con VLAN Se separan las cargas evitando que segmentos de la red más activos pertuben a segmentos de red con menor actividad la solución Controlar la difusión circunscribiendola a los entornos donde es relevante y evitando que sature redes y máquinas a las que no les compete ese tráfico. Esto se ve favorecido por la estructura arborescente de los switches construida por STP (Spanning Tree Protocol)

24 VLAN IEEE802.1Q En un primer momento el administrador debe definir de las VLANS 1. Cuantas habrá 2. Que computadores la conformarán 3. Como serán denominadas Los switches deben manejar tablas que indiquen que puertos pertenecerán a cuales VLANS (Un puerto puede estar asociado a varias VLAN) Cambió el encabezado IEEE de la manera menos traumática

25 IEEE802.1Q Identificador de IEEE802.1.Q: como el número es mayor que 1500 el switch claramente sabe que se trata de una trama VLAN Prioridad: no tiene nada que ver con las VLAN pero se aprovechó de colocarlo para manejar tráfico en tiempo real aunque este campo en IP nunca se usa CFI: indicar si la trama estaba en big endian o little endian dejó de ser útil y se le dió otra función ID de VLAN: usualmente se le asocia un color

26 Características de las VLANs Las tablas puerto/vlan se construyen dinámicamente observando las etiquetas de VLAN entrantes. Los computadores pueden no manejar las VLANs. En ese caso son los switches los que agregan y eliminan los campos. La pertenencia a una VLAN es por puerto o MacAddress del computador (útil para computadores inalámbricos que se desplazan). La VLANs en cierta medida definen una conexión lo cual parece contrario al mecanismo no orientado conexión de Ethernet aunque hay cierta oposición a este enfoque está afianzandose un conexionismo gradual