ETHERNET INDUSTRIAL. Javier Sánchez Lobón HIRSCHMANN AUTOMATION AND CONTROL ÍNDICE:

Transcripción

1 ETHERNET INDUSTRIAL Estándares Certificaciones Javier Sánchez Lobón HIRSCHMANN AUTOMATION AND CONTROL Formación Publicaciones Conferencias ÍNDICE: Qué es Ethernet? Modelo Osi Hardware Topologías: arquitecturas tolerantes a fallos Redes Virtuales: VLANs Multicast Gestión de red: SNMP y OPC Protocolos industriales: Profinet, Ethernet -IP, Modbus-TCP 2

2 Qué es Ethernet? Estándares Certificaciones Formación Publicaciones Conferencias Qué es Ethernet? Ethernet es un sistema para transmitir información entre dos o más dispositivos empleando un medio compartido. Especifica el medio utilizado, la señal que se utiliza y la forma que la información debe tener. Desarrollada por Digital, Intel y Xerox en los 70 s. Ethernet se convirtió en estándar del IEEE en La inmensa mayoría de las LAN se basan en Ethernet. 4

3 Evolución Ethernet Ancho de banda 1000 Mbps IEEE 802.3c 1BASE5 StarLAN standard 100 Mbps 10 Mbps ALOHA network runs in Hawaii Bob Metcalf invents Ethernet at PARC DIX Ethernet v2.0 specification IEEE BASE2 standard IEEE 802.3i 10BASE-T standard 1 Mbps IEEE 802.3z 1000BASE-T standard 0.1 Mbps 0.01 Mbps IEEE BASE5 standard IEEE BASE-T standard 10-gigabit Ethernet (XGbEo 10GbE) es el más reciente (año 2006) y más rápido de los estándares Ethernet 5 Modelo OSI Estándares Certificaciones Formación Publicaciones Conferencias

4 Qué es Ethernet?. Modelo OSI. 7 Application 7 Application 6 Presentation 6 Presentation Agrupadas en una en el Modelo TCP/IP 5 Session 5 Session 4 Transport Comunicación Virtual 4 Transport Comunicación Virtual 3 Network 3 Network 2 Data Link 2 Data Link 1 Physical 1 Physical 7 Qué es Ethernet?.Modelo OSI. Físico Resposable de las señales, la información de más bajo nivel. Convierte los bits en señales Ópticas/Eléctricas Es la parte que más problemas causa en la operación de red Conversor de Medio Transceiver Hub Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link 8

5 Qué es Ethernet?.Modelo OSI. Enlace Se encarga de el validar los trenes de pulsos recibidos (Tramas), de identificar y filtrarlos por destino, CRC y control de acceso al medio. Maneja Tramas, las unidades mínimas de información en Ethernet. Switches 7 6 Application Presentation Session Transport Network Data Link 2 1 Physical 9 Qué es Ethernet?.Modelo OSI. Red Maneja conjuntos de tramas (paquetes) y se encarga de que siganel camino adecuado al atravesar redes. Búsqueda de la mejor ruta y conversión de direcciones. Routers Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical 10

6 Qué es Ethernet?. Capas 1 y 2 La capa 2 (Enlace) esta dividida en dos subcapas 11 Qué es Ethernet?. Ejemplo OSI. Uni-Telway FipIO/FipWay EthWay ModBus/TCP 7 Uni-Te Uni-Te Uni-Te ModBus TCP 3 X-Way X-Way X-Way IP 2 Uni-Telway WorldFip RS ,2Kbps WorldFip 1Mbps Mbps

7 Hardware Estándares Certificaciones Formación Publicaciones Conferencias Hardware Industrial Entorno Industrial Automatización en Fábrica Oficina Automatización en Oficina Voltaje 24V DC 115V AC / 230V AC Instalación Temperatura Carri DIN 19" Montaje en pared 0 C - 60 C -20 C - 75 C Módulo de sobremesa Montaje en Pared, Rack 19" 5 C - 40 C Vibración/Impacto durante Funcionamiento 2 g / 15 g - Sistema de Refrigeración Conveccion natural Ventilador Tipo de Protección IP20 / IP30 / IP67 IP20 / IP30 Resistencia Polvo, Aceite, Disolventes, etc. Polvo Approvaciones EN60950 (Seguridad) EN (EMC, Industria) EN (EMC, Industria) EN60950 (Seguridad) EN (EMC, Oficina) EN (EMC, Oficina) Tiempo de reconfiguración < 0.5 seg > 30 seg aceptable Operatividad > 7 Años > 3 Años Disponibilidad 15 Años (Repuestos) 4 Años (Repuestos) 14

8 Hardware Ethernet. Conversores de medio Conversión del nivel físico. Transparentes Half / Full Duplex Se utilizanpara aumentar distancias de alcance Capa 1 15 Hardware Ethernet. Hubs o repetidores Conecta varios equipos a un punto común. Entorno de colisión Half Duplex only Repite eléctrica u ópticamente todo lo que recibe Capa 1 B C A D 16

9 Hardware Ethernet. Switches Cada enlace es un entorno de colisión. Definen dominios de difusión Half / Full Duplex Capa 2 B C A D 17 Hardware Ethernet. Routers o encaminadores Cada puerto puede ser una red diferente Enlazandominios de difusión Capa 3 18

10 TOPOLOGÍAS Estándares Certificaciones Formación Publicaciones Conferencias ARQUITECTURA EN BUS ER-14 ER-18 ER-15 ER-16 ER-13 ER-17 cc ER-04 ER-07 ER-09 ER-11 ER-03 ER-05 ER-06 ER-08 ER-10 ER-12 2 unid. RS2 4TX/FX 15 unid. RS2 3TX/2FX 100 BASE FX. Fibra Multimodo 20

11 ARQUITECTURA EN ESTRELLA/ÁRBOL ER-14 ER-18 ER-15 ER-16 ER-13 ER-17 cc ER-03 ER-04 ER-07 ER-09 ER-11 ER-05 ER-06 ER-08 ER-10 ER-12 4unid. RS2 4TX/FX (ER14,15,16,18) 12 unid. RS2 3TX/2FX 100 BASE FX. Fibra Multimodo 21 ARQUITECTURA EN ANILLO HIPER-RING ó MRP ER-14 ER-13 ER-15 ER-16 ER-18 cc ER-03 ER-05 ER-07 ER-08 ER-09 ER-11 ER-17 ER-04 ER-06 ER-10 ER BASE LH+. Fibra Monomodo 22

12 SOLUCIÓN OFIMÁTICA ESTÁNDAR SPANNING TREE Se eliminan los Bucles de forma automática Los enlaces redundantes se quedan dormidos a la espera de rotura de otros Mensajería de control de redundancia Lento, apropiado para redes ofimáticas Tamaño de red pequeño 23 DOBLE ACOPLAMIENTO ER-18 ER-17 ER-09 ER-10 ER-11 ER-12 C.C. 24

13 ACOPLAMIENTO ENTRE ANILLOS ER-13 ER-12 ER-14 ER-09 ER ENLACE AÑADIDO Dos modos de funcionamiento: Estático: Manualmente se definen los puertos que pertenecen al enlace. Dinámico: Mediante LACP (link Aggregation Control Protocol) se configuran automáticamente los puertos asociados al enlace dinámico. 26

14 VRRP. ENRUTAMIENTO REDUNDANTE 27 Redes Virtuales: VLAN Estándares Certificaciones Formación Publicaciones Conferencias

15 Redes Compartidas. Dominios de Colisión Tan solo un equipo final puede transmitir a la vez - Mal rendimiento - Pérdida de ancho de banda Las tramas defectuosas son retransmitidas Shared Media LAN Dimensiones limitadas 29 Solución: Redes Conmutadas Todos hablan a la vez Mejor rendimiento Menor tiempo de respuesta Los errores no son difundidos Enlaces redundantes Switched LAN Puede crecer con facilidad 30

16 Redes Conmutadas. Problema Broadcast Switch Ethernet D: Datos_D=25% Broadcast _D=3% Ethernet B: Datos_B=35% Broadcast_B=4% Ethernet A: Datos_A=15% Broadcast _A=2% B A D C Ethernet C: Datos_C=45% Broadcast _C=5% Ancho de banda de la red: 4 x 10 Mbit/s = 40 Mbit/s Carga media por enlace: 120 / 4= 30% Ancho de banda ocupado por broadcast: 14 % 31 Redes Conmutadas. Broadcast. Efecto en CPU CPU % SPARC 2 SPARC 5 Pentium 120MHz 0 Broadcast/sec

17 Redes Conmutadas. VLANs Definido en estándar: 802.1Q. Compatibilidad Aislamiento del tráfico entre redes virtuales Manejado por switches, no por routers Aislamiento de problemas en VLANs Fácil de configurar Menores costes que los routers 33 Redes Conmutadas. VLANs (Basadas en Puerto) VLAN 2 VLAN 1 Port3 Port2 Port4 VLAN 3 VLAN 1 Port1 Switch Port5 VLAN 3 Port8 Port6 VLAN 3 Port7 VLAN 2 VLAN 3 34

18 Multicast Estándares Certificaciones Formación Publicaciones Conferencias Multicast. Comunicaciones 1 a varios Sistemas de control: Arquitecturas productor-consumidor, marter-slave Módulos I/O Video sobre IP Automatización de Procesos y Fábricas: Videovigilancia de fábricas, centrales eléctricas, centrales nucleares, plantas solares, parques eólicos Automatización del transporte: Autopistas, túneles, peajes, puntos de acceso 36

19 Multicast. Tipos de direcciones IP Unicast Destinatario único Broadcast Destinado a todos Multicast Destinado a unos pocos 37 Multicast. Por qué preocuparse por el Multicast? Las direcciones Multicast son siempre de destino, nunca de origen Los switches/routers jamás aprenderán dichas direcciones Dentro de cada VLAN llegarán a todos los equipos finales T R R VLAN 1 VLAN 2 T 38

20 Multicast. IGMP Snooping Permite a un switch (capa 2) cotillear un protocolo de capa 3 Cotillea todos los paquetes IGMP Report/Query/Leave que pasan por él Así aprende (L2) qué dispositivo se apunta a qué grupo REQUIERE DE UN EQUIPO QUE ACTÚE COMO QUERIER! Snooping ON Querier Query Query Port Snooping ON Query Port Snooping ON X Grupo 1 Repuesta Query 39 Gestión de redes: SNMP y OPC Estándares Certificaciones Formación Publicaciones Conferencias

21 Funcionalidades de la Gestión de Redes Gestión de la Seguridad Gestión de Prestaciones Gestión de Fallos Gestión de la Configuración 41 Se puede medir el rendimiento de mi red? SI, si la red incorpora switches gestionables que soporten Monitorización Remota (RMON) 42

22 Herramientas de Gestión. Software de Gestión de Redes - SNMP NMS Gestor SNMP MIB AGENTE MIB AGENTE Equipo Terminal MIB AGENTE Router SAI MIB AGENTE Switch NMS Estación de Gestión de Red, MIB Base de Información de Gestión, SNMP Protocolo Simple de Gestión de Redes, SAI Sistema de Alimentación Interrumpida Qué es un software de Gestión de Redes? El sofware de Gestión puede: Reclamar a los Agentes de Red información en tiempo-real del estado de la red. Ajustar valores en los Agentes de Red. Proporcionar un interface gráfico al usuario de la red, mostrando alarmas de red, arquitectura de la red, etc. 44

23 Tecnología actual Distintos Cuadros de Instrumentos Gestión de Red Supervisión de Planta Historian GUI Alarm Log Historian GUI Alarmas Base de datos de Gestión SNMP / RMON Communications Drivers Base de datos HMI PLC Communication Driver NIC NIC Componentes Ethernet Componentes de Control de Planta 45 OPC. Solución para Redes Ethernet industrial Supervisión de Planta OPC incorpora indicadores del estado de la red Ethernet en tiempo real y de administración en el entorno de un HMI Histórico GUI ALarmas HMI Base de datos Esto permite el control de los datos del sistema desde un único tablero de instrumentos. OPC NIC PLC Driver Ethernet Components Plant Control Components 46

24 Protocolos Industriales Estándares Certificaciones Formación Publicaciones Conferencias Perfiles Industriales Perfiles Industriales = Protocolos Industriales PROFINET, EtherNet/IP, Modbus/TCP Propósito: - Herramienta de SW familiar para los dispositivos de automatización (RSLOGIX, STEP 7..) - Mismo metodo para asignar direcciones IP - Recoger datos directamente desde el switch - Reducir esfuerzos para formación - El switch pasa a formar parte de la aplicación como un PLC o un sensor 48

25 Protocolos Industriales Status de dispositivo Status de enlace por puertos Accesos no autorizados por puerto.. Startup configuración. 49 En resumen Declaración de independencia Hirschmann PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP, mismos switches, solo diferente software Otros Perfiles Industriales Sin coste adicional Posibilidad de carga a posteriori Posibilidad de cambio Posible con equipos OpenRail Standard profiles PROFINET EtherNet/IP Compactos y modulares 50