Corso: Sistemi di comunicazione ind. RETI DI COMUNICAZIONI INDUSTRIALI Ing. Stefano Maggi Politecnico di Milano www.etec.polimi.it e www.zigbee.it [email protected] … cos’è una rete di comunicazione? • Una rete di comunicazione è un sistema hardware/software che consente a più dispositivi di comunicare fra di loro, condividendo risorse comuni, entro un tempo accettabile • I dispositivi sulla rete sono denominati host o nodi • I nodi possono essere dislocati anche in aree geografiche distanti fra di loro • WAN - Wide Area Network – p.e. World Wide Web • Alcune caratteristiche differenziano una rete dalle altre – Lunghezza massima – Numero massimo di nodi ammessi – Tempi di risposta garantiti – Dimensione dei pacchetti (Frame) In una rete di comunicazione … • I nodi sono connessi ad un solo MEZZO FISICO di trasmissione • I dati vengono inviati con modalità SERIALE • Tutti i nodi devono utilizzare lo stesso PROTOCOLLO – Un protocollo è un insieme di regole definito che specifica disposizione e significato dei Byte nei Frame trasmessi – Un Frame comprende differenti campi • Un preambolo • Un indirizzo di destinazione o un identificatore • Un campo dati utili (Data Frame) • Un campo di controllo – Spesso inviato con un Frame a parte • Un campo di End of Frame – Ogni campo è costituito da un numero variabile di Byte Il modello ISO/OSI • Lo scambio delle informazioni fra due o più nodi coinvolge più fasi intermedie (Livelli) • Il modello OSI - Open System Interconnection definito da ISO - International Organization for Standardization descrive un’architettura a 7 Livelli • I Livelli dal 2 al 7 sono regolati da un proprio protocollo • Ciascun Livello definisce la metodologia di ripartizione delle singole funzioni di comunicazione – Accesso al mezzo fisico ed avvio di una trasmissione – Indirizzamento ed instradamento delle informazioni – Formato dei dati – Servizi e comandi • Ogni Livello interagisce solo con quelli adiacenti – Utilizza i servizi del Livello inferiore – Fornisce i servizi al Livello superiore Il modello ISO/OSI Application (7) Servizi di Rete Presentation (6) Session (5) Transport (4) Traspsorto delle Informazioni Network (3) Data Link (2) Physical (1) MODELLO ISO/OSI Il modello ISO/OSI - Livelli 1-4 • I Livelli 1-4 sono orientati al trasporto delle informazioni – Livello 1 – Physical Layer • Contiene le specifiche dei mezzi fisici utilizzati per la trasmissione (cavi, connettori, ecc …) – Livelli di tensione/corrente ammessi – Tipologia dei cavi e delle connessioni – Protocolli di Livello 2 - Data Link Layer • Definiscono il metodo di accesso alla rete – Centralizzato Master/Salve o Bus Arbitrer – Distribuito Token Passing – Multiplo CSMA • Specificano il formato dei Frame • Rilevano gli errori sui Frame ricevuti dal Livello 1 Il modello ISO/OSI - Livelli 1-4 • I Livelli 3-4 sono implementati SOLO sulle reti più complesse – Protocolli di Livello 3 - Network Layer • Presiedono all’indirizzamento (routing) delle informazioni • NON garantiscono l’integrità del Frame trasmesso, vale a dire che il Frame non vada perso o non arrivi corrotto • Esempio – IP - Internet Protocol – Protocolli di Livello 4 - Transport Layer • Gestiscono l’instradamento del flusso delle informazioni – Verifica/conferma del risultato della trasmissione – Frammentazione/Riassemblaggio dei Frame • Esempi – TCP - Transmission Control Protocol – UDP - User Datagram Protocol Il modello ISO/OSI - Livelli 5-7 • I Livelli 5-7 sono orientati all’applicazione – Protocolli di Livello 5 - Session Layer • Gestiscono la condivisione delle risorse di rete fra differenti applicazioni – Funzioni spesso integrate nei Livelli 4 o 7 – Protocolli di Livello 6 - Presentation Layer • Gestiscono la codifica dei dati in un formato che ne consenta la corretta interpretazione da parte del Livello 7 – I vari dispositivi hanno codici differenti per la rappresentare di caratteri, di numeri interi, ecc … • Funzioni spesso integrate nel Livello 7 – Protocolli di Livello 7 - Application Layer • Definiscono i servizi di rete disponibili all’utente (User) • Esempi – Applicazioni TCP/IP quali: FTP, SMTP, HTTP, ecc … Tecniche di comunicazione • L’indipendenza di ciascun Livello ha consentito una grande flessibilità nello sviluppo dei singoli protocolli – Protocolli Applicativi differenti possono essere supportati sulla stessa rete • Esempio – Applicativi Ethernet TCP/IP • HTTP - Hyper Text Transfer Protocol • SMTP - Simple Mail Transfer Protocol • FTP - File Transfer Protocol – Un Protocollo Applicativo può essere implementato su più reti • Esempio – Il protocollo CIP è usato da tre reti differenti • DeviceNet • ControlNet • EtherNet/IP Tecniche di comunicazione • Reti di campo orientate ad elevate prestazioni (bassi tempi di latenza) mantengono solo 3 dei 7 Livelli del modello ISO/OSI – Physical Layer – Data Link Layer – Application Layer • Esempi – CANOpen – DeviceNet – Interbus S Dimensioni dei Frame • REGOLA generale – Quanto più è piccola la dimensione del Data Frame tanto più deve essere ridotta la dimensione complessiva del Frame • La dimensione del Data Frame è legata al tipo di applicazione – Automazione a bordo macchina • Sensor Bus - pochi Bit (tip. 8 Bit) – ASi, Seriplex • Device Bus – qualche Byte (tip. 8 Byte) – CANOpen, DeviceNet, Interbus S, ecc … – Automazione di impianto • Control Bus - centinaia di Byte (tip. < 500 Byte) – Profibus DP, ControlNet, ecc … – Information Level - più di 500 Byte • EtherNet/IP, Industrial Ethernet, ecc … Metodi di accesso • L’efficienza di una comunicazione è legata oltre alla dimensione dei Frame anche al metodo di accesso alla rete – Centralizzato • Master/Slave (estremamente deterministico) • Bus Arbitrer – Distribuito • Token Passing anche nella variante – TDMA - Time Domain Multiplexed Access • ControlNet – Multiplo • CSMA - Carrier Sense Multiple Access – CD - Collision Detection (IEEE 802.3 Ethernet) • EtherNet/IP – BA - Bit Arbitration (ISO 11898 CAN) • DeviceNet