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Das 5331- sistemas distribuídos e REDES de computadores para

1. Central Analog Decentral Digital Decentral Multipoint RS232C ia RS 422 RS 485 D A Fieldbus JI ii aii MUX A Proc Proc Proc Sample Po pag Proc Proc Proc Hold x a N p E Cont A D AN 0 10 V 4 20 m A Cont D 4 20 mA 0 10 V A POER epe mplilicador de Amplificador de V pot bcii IAN Pa Peq V pot ncia i ot npia Adaptador Y Y Amplificador 1h Y Y Y 02h x x X X Sensor inteligente Atuador Inteligente Sensor inteligente o H Atuador Inteligent Sensor Sensor Atuador Figura 4 1 Tend ncias na interliga o de sensores atuadores As principais vantagens e benef cios da utiliza o do Fieldbus em rela o s conex es convencionais podem ser resumidas como segue a vantagens econ micas e dr stica redu o da cablagem pela utiliza o de um meio f sico compartilhado e redu o do n mero de canais de comunica o com o processo
2. Varia es espaciais e temporais do meio temperatura densidade gua obst culos m veis etc problema pior se esta es m veis Considera es de projeto de sistemas UWA Importante eliminar reverbera o muito pior que r dio Uso de dispositivos direcionados problem tico se esta es m veis T cnicas FSK com tempo de espera entre pulsos de mesma freqii ncia espera ecos desaparecerem T cnicas Spread Spectrum Uso de equalizadores Tipos de sistemas UWA em uso 203 Longo alcance 20Km at 2 000Km modula o FSK de 200Hz at 10KHz taxas de transmiss o baixas t pico 1 bps M dio alcance 1Km at 20Km uso em guas rasas modula o FSK de 10KHz at 100KHz 5Kbps Curto alcance at cerca de 60m uso para rob s de manuten o e mergulhadores em guas rasas modula o FSK de 1MHz taxa de 500Kbps Pesquisas atuais Uso de PSK e QAM Quadrature Amplitude Modulation em lugar de FSK Testes com sinais capazes de se propagar por todo o planeta testado sinal gerado Austr lia e lido na Calif rnia USA Desenvolvimento de ALAN Acoustic LAN tend ncia de usar protocolos MACA e MACAW IEEE 802 11 multiplexa o de canais por TDM ou CDMA Spread Spectrum 3 2 3 3 PROJETO MAP O projeto MAP Manufacturing Automation Protocol foi uma iniciativa da General Motors iniciada em 1980 com a finalidade de definir dentro do modelo OSI um ambiente de comunica
3. 266 e RF 300 usa sinais de r dio frequ ncia de 300MHz taxa de transmiss o de 1 200 bps rede sem fio e RF 450 idem com 450 MHz e taxa de 4800 bps e RF 900 idem com 900 MHz e taxa de 39 Kbps e IR usa sinais em infravermelho com taxa de transmiss o de 78 Kbps e Fibra tica taxa de transmiss o de 1 25 Mbps e Cabo coaxial taxa de transmiss o de 1 25 Mbps Para que a rede el trica de um pr dio f brica ou resid ncia possa ser configurada como um barramento de rede LON s o usados capacitores para interligar segmentos diferentes de fio resultando em curto circuitos somente para sinais de alta frequ ncia como os usados para transmitir dados via rede mas representando linha aberta para o sinal de 60 Hz da rede de energia A n vel da camada de enlace subcamada MAC utilizado um protocolo de acesso ao meio CSMA preditivo p persistente com detec o de colis o e atribui o de prioridades s mensagens Este protocolo preditivo ou seja prev o tr fego na rede somente quando usado servi o com reconhecimento A subcamada LLC suporta somente servi os sem conex o com ou sem reconhecimento e oferece fun es de montagem de quadros e checagem de erros com CRC LonWorks oferece ainda uma s rie de elementos para interconex o de subredes LON incluindo roteadores por exemplo RTR 10 e pontes Uma rede LON pode assim ser composta de v rias subredes com meios f sicos diversos conforme a figura
4. PC Press o Figura 5 11 Um anel P NET 269 V rios an is podem ser interligados entre si por meio de esta es do tipo P NET Controller que executam a fun o de roteadores ou gateways como ilustrado na figura 5 12 Figura 5 12 V rios an is P NET interligados por Controllers O P NET Controller pode tamb m ser usado para conectar a uma rede P NET dispositivos n o especificamente desenvolvidos para este tipo de rede mas que possuam uma interface RS 232C ou ainda esta es de outro tipo de rede por exemplo Profibus a P NET O Controller programado em Process Pascal uma vers o modificada da linguagem Pascal que suporta programa o concorrente e primitivas de comunica o Diversos sistemas baseados em P NET est o em opera o na Europa A exemplo do que foi feito para outros sistemas foi criada para a P NET uma organiza o de fabricantes e usu rios que d o suporte ao produto denominada International P NET User Organization 3 5 5 13 SERCOS A rede SERCOS SErial Real time COmmunication System foi apresentada ao mercado na feira de m quinas ferramenta EMO de 1989 A id ia inicial da rede SERCOS era realizar via rede a conex o de servo acionamentos a um CNC em m quinas operatrizes implementando desta forma malhas fechadas de controle 270 Uma vez que no interior de uma m quina ferramenta existem campos eletromagn ticos fortes gerados principalmente pelos acionamentos de corrent
5. A arquitetura FAIS tamb m composta das camadas 1 2 e 7 com especifica es pr ximas as do mini MAP mas com algumas altera es como veremos a seguir Na camada f sica est previsto o uso de cabo coaxial com t cnica de transmiss o em Carrier Band com 5 ou 10 Mbps ou opcionalmente fibra tica com 10 Mbps A camada de enlace de dados prescreve para a subcamada MAC o protocolo Token Bus conforme IEEE 802 4 Na subcamada LLC especificado o servi o sem conex o com reconhecimento LLC tipo 3 conforme IEEE 802 2 264 A camada de aplica o prev o uso de MMS Manufacturing Message Sevices juntamente com servi os de gerenciamento de rede NM Network Menagement e dicion rio de objetos OD Object Dicionary As altera es b sicas em rela o a proposta mini MAP est o portanto na camada f sica com fibra tica e nos servi os de aplica o NM e OD A figura 5 9 mostra resumidamente a especifica o FAIS Apresenta o Sess o LLC 802 2 tipo 3 5 10 Mbps 10 Mbps Figura 5 9 Especifica o FAIS 2 0 A inclus o do sistema FAIS na proposta MAP TOP est atualmente em discuss o Algumas incompatibilidades a n vel da camada de aplica o est o ainda atrasando a integra o das propostas 3 5 5 11 LON A rede LON Local Operating Network foi desenvolvida pela empresa Echolon em 1990 para atender a um amplo espectro de aplica es incluindo automa o predial im tica automa o dom
6. administra o dos seus respectivos pa ses sendo que a informa o vai subindo na hierarquia da organiza o dos pa ses sendo filtrada em toda informa o que possa parecer sup rflua para o elemento superior Este processo ilustrado na figura 2 1 6 e ele caracteriza na verdade a filosofia de concep o das redes de comunica o que baseada em dois conceitos fundamentais o da hierarquia e o da descentraliza o cuja conjun o vai permitir responder quest o de ordena o na ado o das solu es Segundo esta filosofia uma tarefa global vista como sendo decomposta medida que se vai descendo na hierarquia e que a nica intera o f sica se faz no seu n vel mais baixo Pa s A Pa s B Primeiro Ministro Ministro da Ind stria Diretor do setor aeron utico Industrial 13 Figura 2 1 6 A filosofia de concep o das redes ilustrada por um processo de rela es internacionais Podemos considerar que a comunica o entre dois n s de uma rede uma tarefa global que afeta um sistema complexo e consegiientemente sujeita aplica o dos princ pios de hierarquiza o e de descentraliza o As vantagens da ado o destes princ pios s o fundamentalmente e facilidade de estudo e de implementa o da rede a partir de elementos de base existentes o que permite a redu o dos custos de instala o e simplifica o de sua opera o em fun o da defini
7. o dos enfraquecimentos de sinal n o compensam de maneira tima o que frequentemente introduz distor es nestes sinais Isto n o ocorre no caso dos repetidores utilizados em transmiss o digital e uma maior facilidade para a multiplexa o das informa es antes da sua transmiss o atrav s de um nico suporte de comunica o Um outro ponto a favor da transmiss o digital s o as constantes quedas nos pre os dos componentes digitais o que conduz a sistemas de transmiss o digital t o baratos quanto seus equivalentes para transmiss o anal gica Uma das t cnicas mais utilizadas em transmiss o digital a PCM Pulse Code Modulation onde os sinais anal gicos s o transformados em sinais digitais atrav s de uma amostragem Dentro dos sistemas a base de transmiss o anal gica pode se destacar as redes telef nicas p blicas os modems e algumas interfaces industriais Aqui a informa o a ser transmitida representada por varia es cont nuas de amplitude ou frequ ncia entre extremos pr definidos como por exemplo entre 10V e 10V entre O mA e 20 mA ou entre 4 mA e 20 mA n veis usados em comunica o de dados para sensores e atuadores na ind stria Os sinais transmitidos pelo sistema telef nico s o sinais sinusoidais com faixa de frequ ncia entre 300 e 3400 Hertz limitada gra as adi o de filtros A conex o de um assinante a um centro de conex o implementada normalmente na forma de um par de
8. o de uma colis o o tempo de propaga o do sinal emitido por uma esta o at a outra esta o Isto significa em uma primeira an lise que se uma esta o que emitiu um quadro n o detecta uma colis o num per odo de tempo igual ao tempo de propaga o do sinal ao longo do canal de comunica o pode considerar se possuidora do meio e que as demais esta es abstiveram se de enviar Esta an lise apresenta por m uma imprecis o Vamos considerar t o tempo de propaga o de um sinal entre duas esta es as mais distantes uma da outra Consideremos que em t0 uma esta o emite um quadro Vamos supor que em t e pouco antes que o sinal tenha chegado outra esta o efetue uma transmiss o Ela vai detectar imediatamente a colis o e interromper a sua emiss o Por outro lado a perturba o ocasionada pela colis o n o vai poder ser detectada pela primeira esta o que emitiu o quadro antes de um per odo de tempo igual a 2t e Assim no pior caso uma esta o s poder estar segura de que ela adquiriu o acesso ao canal de transmiss o ap s um per odo de tempo de 2t Assim no protocolo CSMA CD uma esta o emite uma palavra de dados espera por um tempo 2t e se 171 n o detectar nenhuma colis o considera que a nica a usar o meio naquele momento e passa a enviar o restante dos dados O m todo CSMA CD propicia uma grande otimiza o no uso do meio em rela o aos protocolos anteriores pois a ocorr
9. ASN 1 Apresenta o Sintaxe de Transfer ncia ex ASN 1 BER Compress o Criptografia SSDU Figura 2 3 7 1 Transforma o de representa o b A compress o de dados A utiliza o de uma rede de comunica o representa normalmente um custo que pode tornar se n o desprez vel quando o volume de informa o a ser transferida relativamente grande quem recebe as contas telef nicas no final do m s sabe disso Numa comunica o telef nica se pud ssemos evitar ficar tanto tempo conversando e fal ssemos atrav s de c digos que permitissem representar uma maior quantidade de informa o certamente uma por o menor dos nossos sal rios seriam encaminhadas todo m s nossa companhia telef nica Da mesma forma no caso da comunica o entre computadores se atrav s da aplica o de t cnicas de compress o de dados o volume de informa o puder ser reduzido o custo da comunica o tamb m o ser As t cnicas de representa o est o fortemente ligadas forma de representa o dos dados Um bom exemplo disto a representa o de n meros inteiros em bin rio Se por 121 exemplo queremos representar n meros inteiros em 32 bits uma forma de faz lo atrav s de 4 bytes Por outro lado se 95 dos n meros inteiros a transmitir est o na faixa de O a 250 pode ser mais interessante representa los por um nico byte utilizando o valor 255 para indicar quando um n mero tiver de s
10. o a serem implementadas Este aspecto pode ter import ncia fundamental na escolha das solu es de comunica o a serem adotadas a n vel de uma ind stria As redes do tipo ponto a ponto por exemplo s o um exemplo t pico de centraliza o das fun es de comunica o uma vez que os equipamentos compondo os n s da rede fazem papel de comutadores das mensagens transmitidas entre dois n s que n o estejam ligados diretamente Solu es do tipo rede de difus o s o largamente adotadas levando em conta as possibilidades de descentraliza o do controle da comunica o preciso assumir a realidade de que n o existe uma rede nica que poderia corresponder s necessidades de todas as classes ou n veis de atividade existentes em uma f brica a solu o sendo de fato a ado o de v rias redes interconectadas cada rede servindo de suporte comunica o no contexto de uma ou diversas atividades 3 1 1 As redes e os n veis hier rquicos de integra o fabril J h algum tempo vem se verificando uma tend ncia para a descentraliza o da intelig ncia e da capacidade decis ria dos componentes de sistemas de automa o industrial Estes sistemas s o decompostos em diferentes n veis hier rquicos de automa o cujos elementos inteligentes s o interligados entre si atrav s de redes industriais conforme mostrado na figura 1 1 A tend ncia desta estrutura o hier rquica se aproximar cada vez mais do processo de
11. sem conex o Subcamada LLC tipo 2 com conex o Logical Link Control tipo 3 com reconhecimento IEEE 802 3 IEEE 802 4 IEEE 802 5 IEEE 802 12 CSMA CD Token Bus Token Ring DPA MAC MAC MAC MAC Figura 2 17 Especifica es do projeto IEEE 802 Resumidamente as partes do projeto 802 abordam os seguintes aspectos e JEFE 802 1 defini o de servi os de gerenciamento de redes e generalidades e IEEE 802 2 descri o da sub camada LLC da camada de Enlace Aqui a norma prev tr s tipos de servi os e LIC tipo 1 a troca de dados se d sem o estabelecimento pr vio de uma conex o N o feito controle de erros nem de fluxo e o receptor das mensagens n o envia um quadro de reconhecimento ao emissor e LIC tipo 2 antes de realizar qualquer troca de dados as esta es envolvidas na comunica o devem estabelecer uma conex o entre si Neste caso feito controle de erros e de fluxo e a entidade receptora envia um quadro de reconhecimento para cada mensagem recebida 188 e LIC tipo 3 a comunica o feita sem o estabelecimento pr vio de uma conex o mas realizado controle de fluxo e de erros e o receptor envia um quadro de reconhecimento ao emissor para cada mensagem recebida IEEE 802 3 descri o da sub camada MAC e camada F sica para redes com topologia em barramento e m todo de acesso ao meio baseado em CSMA CD IEEE 802 4 descri o da sub camada MAC e camada F sica para as rede
12. 173 Este m todo mais adequado para sistemas nos quais diversas unidades independentes desejam trocar livremente informa es entre si Neste m todo poss vel determinar um tempo m ximo entre duas oportunidades consecutivas de transmiss o para cada esta o Cada esta o pode reter o token por um tempo limitado denominado token retention time ap s o que obrigada a enviar o token um quadro com formato especial para a esta o seguinte a ordem de passagem do token pr definida como veremos mais adiante e forma um anel virtual ou l gico de seqii ncia de direito de acesso ao meio Conhecendo se o tempo de reten o do token e o n mero de esta es acopladas rede pode se calcular o tempo de rota o do token token rotation time que o tempo que o token leva para passar por todas as esta es uma vez e voltar a esta o inicial Este tempo o pior caso de tempo de espera para enviar uma mensagem partindo de uma esta o qualquer receptor emissor Figura 2 8 Controle de acesso por passagem de ficha Token Bus Uma varia o desta t cnica o chamado Token Ring onde utilizada uma rede com topologia em anel em lugar de barramento como ilustrado na figura 2 9 Aqui o token circula no anel at ser removido por uma esta o que deseje transmitir dados Veremos esta t cnica com mais detalhes ao estudarmos a norma IEEE 802 5 174 TAP Interface anel unidirecional Figu
13. 274 BIBLIOGRAFIA 1 Tanenbaum A S Computer Networks 3rd Edition Prentice Hall 1996 1 Halsall F Data Communications Computer Networks and OSI Addison Wesley 1988 2 Soares L F G Lemos G Colcher S Redes de Computadores das LANs MANS e WANs s redes ATM Editora Campus 2 Edi o 1995 3 Electronics Industries Association EIA EIA RS511 Manufacturing Message Specification Draft 6 May 1987 4 Glass B Understanding NetBios Byte pp 301 306 January 1989 5 Graube M The Carrier Band Network and Mini MAP Low Cost Solution Control Engineering pp 30 31 October 1986 6 IEEE Project 802 Local Networks Standards IEEE New York 1983 7 IBM MAP Manufacturing Automation Protocol IBM 1990 8 ISO Information Processing Systems Open Systems Interconection Basic Reference Model ISO TC97 SC16 1983 9 Leite J R E O Modelo de Referencia para a Interconex o de Sistemas Abertos Telebr s pp 11 15 Junho 1985 10JMAP TOP Manufacturing Automation Protocol Technical Office Protocol Version 3 0 Users Group of SME July 1987 11 Mendes M J Comunica o Fabril e o Projeto MAP TOP Editora Kapeluz Argentina 1989 12 Mohr H B Avalia o de Desempenho de Rede PDV em Ambiente Industrial Tese de Doutorado UFSC RWTH Aachen Julho 1989 13 Pimentel J R Communication Networks for Manufacturing Prenti
14. A ODVA trabalha conjuntamente com os membros vendedores usu rios finais e distribuidores Possui 320 membros at julho de 2001 Home pages http www odva org http www ab com catalogs b1 13 comm dnet html Camada 7 f Application Layer DeviceNet Camada 2 Data Link Layer CAN Physical Signaling Camada 1 Transceiver Ds DeviceNet Transmission Media Configura o em barra daisy chain ou ramifica es N s podem ser removidos sem interromper linha At 64 n s endere veis Sinal e alimenta o de 24vdc no mesmo cabo Taxas transmiss o 125kbps 250kbps 500kbps Conectores selados ou abertos Terminador de 121 ohms nas extremidades Ramifica es Daisy chain L L Par tran ado com dois fios 255 Par Sinal baixa perda alta velocidade Par Alimenta o at 8A corrente Sensores alimentados da linha Opto isolamento para dispositivos com alimenta o pr pria Ex drive PLC etc Pode se usar v rias fontes de alimenta o conectores abertos e selados Selados T T eo HH E 1 ago ICAO E Drop lines Multiport Tap 0a 6m Abertos Droplines Daisy chaining Distancias e velocidades 256 sa Dropline E At 6 metros do Tap 4 E Conector plug in s pate depasind Usar em pain is de controle que agrupam dispositivos Barramento Ramifica es Dist
15. Destes trabalhos resultou a proposta PROWAY Process Data Highway O Proway passou por diversas fases Proway A Be C em fun o dos trabalhos de padroniza o internacionais Proway A e B utilizavam o protocolo HDLC da ISO na camada de enlace adequando se assim apenas a sistemas tipo mestre escravos Proway C adotou a t cnica de token passing Sua arquitetura composta de 4 camadas do modelo de referencia ISO OSI denominadas Line camada f sica highway camada de enlace network camada de rede e application camada de aplica o 3 2 3 2 PROJETO IEEE 802 E ISO IEC 8802 O IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers iniciou em 1980 o projeto conhecido pelo n mero 802 que definiu originalmente uma s rie de normas para as camadas F sica e Enlace do modelo de refer ncia OSI Na proposta do IEEE a camada de Enlace subdividida em duas subcamadas LLC Logical Link Control e MAC Medium Access 187 Control Estas defini es foram aceitas pelos demais organismos de padroniza o A norma resultante hoje reconhecida internacionalmente sob a designa o ISO IEC 8802 O projeto em sua forma atual define uma norma com 12 partes designadas por IEEE 802 1 at IEEE 802 12 como mostra a figura 2 17 e que tratam de v rios aspectos ligados a redes de computadores indo bastante al m da proposta original IEEE 802 1 Aspectos gerais e gerenciamento de rede IEEE 802 2 Camada de Enlace tipo 1
16. Para detectar a colis o a esta o emissora deve escutar aquilo que ela mesma colocou no meio ao menos a primeira palavra de c digo enviada deve ser escutada pela pr pria esta o emissora O sinal enviado requer certo tempo para se propagar no meio definido como um time slot Os tempos de espera aleat rios usados pelas esta es para tentar uma nova transmiss o ap s uma colis o s o sempre m ltiplos de um time slot lil Figura 2 5 Colis o no m todo de acesso CSMA CD O protocolo CSMA CD segue um algoritmo de determina o do tempo limite de espera para retransmiss o conhecido como binary exponential backoff ou espera aleat ria exponencial bin ria alguns autores preferem o nome truncated exponential backoff Neste algoritmo a esta o ao detectar uma colis o espera por um tempo gerado aleatoriamente que vai de zero at um limite superior O limite superior inicia em 1 time slot e pouco mais que dobrado a cada nova colis o Se ap s algumas retransmiss es as colis es ainda persistem a 170 transmiss o finalmente abortada O fluxograma da figura 2 6 mostra o principio deste algoritmo Ready nc nc 1 limit 2 1 Wait random 0 limit Figura 2 6 Randomiza o de tempo no CSMA CD Binary Exponential Backoff Para melhor entender o mecanismo deste protocolo vamos analisar o caso em que duas esta es iniciem uma transmiss o num instante de tempo t0 O tempo m nimo para a detec
17. Quando uma SPDU gerada na camada de Sess o esta enviada no forma de uma mensagem camada de Transporte poss vel na camada de Transporte enviar um conjunto de SPDUs a n vel de uma mesma mensagem o que permite otimizar a quantidade de primitivas de Transporte utilizadas a este mecanismo d se o nome de concatena o Na extremidade de recep o a entidade de Sess o deve efetuar o processo inverso quando da recep o de alguma primitiva de servi o de Transporte recuperando as diversas SPDUSs da mensagem recebida A este mecanismo d se o nome de segmenta o 2 3 7 A CAMADA DE APRESENTA O Quando foi concebida a camada de Apresenta o era respons vel unicamente pelas fun es de convers o entre dados representados em ASCII e EBCDIC Em seguida novos servi os foram introduzidos de forma que atualmente pode se descrever a tarefa desta camada por tudo o que possa estar relacionado representa o dos dados a serem transmitidos particularmente as fun es de e convers o de dados e criptografia e compress o de dados 117 As se es que seguem apresentar o os principais problemas e as solu es encontradas na realiza o destas fun es 2 3 7 1 O problema da representa o dos dados a A convers o de dados A grande diversidade de equipamentos existentes de diferentes modelos e principalmente fabricantes distintos gerou uma s rie de op es no que diz respeito for
18. Se o grupo W estiver vazio a busca revertida isto faz se uma nova subdivis o de n s a partir do ltimo grupo L e W q 2 3q 4 e L 3q 4 ql A poca encerrada quando todas as esta es envolvidas na colis o original conseguiram transmitir seus dados sem colis o O tempo de dura o de uma poca pode ser calculado produzindo um resultado determinista A segii ncia de concess o de direito de acesso ao meio igual a segii ncia de ndices crescentes de modo que os n s mais priorit rios transmitem primeiro O exemplo a seguir ilustra a opera o do protocolo Uma rede possui 16 fontes de mensagens das quais 6 tentam transmitir simultaneamente gerando uma colis o conforme t h Figura 2 13 Exemplo de colis o no CSMA DCR mostra a figura 2 13 ndice 5 ndice 15 Neste exemplo temos as seguintes condi es e 6 esta es de uma rede com 16 fontes enviam quadros simultaneamente e cada esta o tem os ndices conforme indicados na figura acima e Q 16 e q 16 2 A altura da rvore bin ria dada por log 16 4 A figura 2 14 mostra a rvore bin ria balanceada completa para o exemplo Os n meros entre colchetes indicam a faixa de ndices sendo considerados em cada dicotomia Os n meros no interior dos c rculos indicam a seq ncia de execu o da busca na rvore 179 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 Figura 2 14 rvore
19. Seo talker tem um novo byte de dados a enviar coloca seu valor nas linhas DIO 1 8 Talker seta linha DAV Data Valid em true 3 Listeners setam NRDF Not Ready For Data em true Listeners recebem o dado e setam NDAC Not Data Accepted em false esta linha s assume o valor false quando todos os listeners receberem o dado devido ao uso de wired OR 5 Talker seta DAV Data Valid em false e remove dados das linhas DIO 1 8 Listeners setam NDAC Not Data Accepted em true Se listeners estiverem prontos para receber um novo byte de dados setam NRFD Not Ready For Data em false 8 Talker pode reiniciar processo do passo 1 enviando o byte de dados seguinte Um barramento GPIB pode ter at 15 esta es entre controladora talkers e listeners com um comprimento m ximo de cabo de 20 metros operando a uma taxa de transmiss o de at 1Mbps Apesar da boa aceita o na rea de instrumenta o GPIB n o uma interface bem adaptada s necessidades de automa o de ch o de f brica sensores atuadores rob s CLPs CNCs etc pois os cabos e a pr pria interface de 16 condutores s o caros o sinal referenciado ao terra sens vel perturba es eletromagn ticas e o comprimento m ximo do barramento uma limita o f sica indesej vel 3 5 3 Redes para automa o de escrit rios Apesar de uma certa difus o de redes com interfaces paralelas para comunica o de dados na rea de instrumenta o por ex
20. TAP Enlace segue sistema CAN eFormas de comunica o suportadas atrav s do modelo produtor consumidor Master Slave escravos s enviam dados em resposta a varredura do mestre Peer to Peer comunica o livre entre fontes destinos quaisquer par a par Multi master v rios mestres e v rios escravos Mudan a de estado dos dados envio de dados entre esta es predefinidas sempre que houver altera o de estado Produ o c clica de dados esta es enviam dados entre si em intervalos fixos de tempo Defini o do campo Identifier Estabelece prioridade no processo de arbitragem usado pelos n s receptores para identificar mensagens Dois tipos de mensagens 257 Mensagens de I O para dados de controle cr ticos no tempo Mensagens explicitas para fun es cliente servidor Fragmenta o para dados maiores que 8 bytes Detec o de identificadores duplicados Verifica o de consist ncia dos dados de aplica o 3 5 5 6 CONTROLNET ControlNet International uma organiza o independente criada em 1997 que mant m e distribui a especifica o ControlNet e gerencia is esfor os de marketing dos membros associados Home page www controlnet org Mais infos www ab com catalog b113 comm cnet html Onde usar n veis intermedi rios c lula rea em mple DeviceNet Exa Device Foundation Fieldbus Camada f sica Topologias
21. Uma sess o objetiva permitir o transporte de dados da mesma forma que os servi os oferecidos pela camada de Transporte mas ela oferece servi os mais sofisticados de comunica o que podem ser teis a determinadas aplica es Um exemplo disto a possibilidade de envio atrav s de uma sess o de um arquivo de dados ou programa de um sistema a outro Outro servi o da camada de Sess o efetuar a gest o do di logo ou seja definir por exemplo se o di logo vai ser efetuado em modo uni ou bi direcional Um servi o tamb m importante aquele da sincroniza o do di logo Considere por exemplo que um arquivo deve ser transferido atrav s de uma sess o e esta deve durar duas horas e que por uma raz o qualquer o tempo m dio entre duas panes de uma hora Ap s uma primeira interrup o por pane a transfer ncia dever reiniciar podendo ocasionar erros de transmiss o Uma forma de evitar isto a inser o de pontos de teste junto aos dados fazendo com que ap s uma interrup o de transfer ncia os dados sejam retomados apenas a partir do ltimo ponto de teste A Camada de Apresenta o oferece algumas fun es frequentemente necess rias na comunica o de modo a poupar o usu rio deste trabalho Esta camada assume particularmente as fun es associadas formata o sintaxe e sem ntica dos dados transmitidos Um exemplo t pico das fun es efetuadas por esta camada a codifica o da informa o
22. apesar da assincronia ao n vel de caracteres ocorre uma sincroniza o ao n vel de bit Um outro aspecto a ser destacado a maneira como a banda passante faixa de frequ ncia de transmiss o do canal de comunica o explorada Em um primeiro modo a transmiss o em banda base baseband a banda passante do suporte de transmiss o atribu da totalmente a um nico canal de transmiss o Neste modo os sinais s o transmitidos atrav s do meio de comunica o multiplexados no tempo Em pequenas dist ncias uma taxa de transmiss o de at 10 Mbit s pode ser obtida Em um segundo modo a transmiss o em banda larga broadband a banda passante do suporte de transmiss o dividida num determinado n mero de canais de faixa de frequ ncia estreita permitindo que os dados sejam transmitidos utilizando uma t cnica de multiplexa o em fregii ncia A banda passante dos canais normalmente definida em fun o da taxa de transmiss o desejada e do modo de modula o empregado Neste modo de transmiss o cada canal pode atingir uma taxa de transmiss o de at 3 Mbit s inferior portanto transmiss o em banda base Esta t cnica permite a defini o de canais diferentes de transmiss o sobre o mesmo guia f sico e utilizada para a realiza o da comunica o full duplex b Transmiss o anal gica versus transmiss o digital A transmiss o anal gica na qual os sinais s o transmitidos sob a forma de tens es ou
23. correntes de amplitudes ou fregii ncias vari veis tem dominado historicamente a ind stria das telecomunica es No entanto a presen a cada vez maior dos computadores e sistemas a base de microprocessadores tende a mudar esta filosofia de transmiss o de dados At bem recentemente a tecnologia telef nica era baseada na transmiss o de sinais anal gicos Apesar da grande difus o dos sistemas a transmiss o digital ainda ser o necess rios muitos desenvolvimentos para que a transmiss o anal gica desapare a totalmente se Isto vier a ocorrer A transmiss o digital consiste no transporte de dados na forma de trens de sinais representando os n veis l gicos O e 1 A correta interpreta o da informa o transmitida requer que o emissor e o receptor adotem uma codifica o id ntica para determinar o significado de cada sequ ncia de bits como o c digo ASCII ou EBCDIC Por exemplo a letra A no c digo ASCH American Standard Code for Information Interchange seria 36 representada por uma sequ ncia de 8 bits na forma 01100101 As diferentes formas de codifica o dos sinais O e 1 ser o discutidas no item seguinte A ado o da t cnica digital constitui uma evolu o no campo da transmiss o de dados e isto considerando duas principais vantagens e as taxas de erro de transmiss o digital s o muito inferiores quelas da transmiss o anal gica Na transmiss o anal gica os amplificadores utilizados para compensa
24. de ser caracterizado por um endere o espec fico cuja utiliza o correta vai permitir evitar que o computador central envie as informa es aos terminais de maneira indevida Por outro lado se o n mero de terminais conectados ao computador central torna se relativamente elevado a fim de permitir a utiliza o m xima da capacidade de processamento deste ser necess rio organizar as intera es entre terminais e o computador central em sess es de tal forma que ao t rmino de uma sess o entre um terminal e o computador central este ter liberados determinados elementos envolvidos naquela sess o que poder o atender outros terminais em estado de espera Ainda considerando que nem todos os terminais v o efetuar o mesmo tipo de tratamento de forma simult nea dever se ent o especificar a aplica o associada Assim todas as necessidades vistas neste exemplo dever o ser associadas s funcionalidades definidas no exemplo anterior Mas os problemas n o terminam por aqui imposs vel no momento prever onde terminar o os problemas computador central Figura 2 1 4 Configura o com v rios terminais Vamos considerar ainda um exemplo mais particularmente o de uma rede contendo diversos computadores terminais etc cada um destes elementos constituindo um n da rede figura 2 1 5 Neste exemplo os dois elementos envolvidos numa comunica o n o ser o mais necessariamente adjacentes al m disso
25. e redu o do tempo e complexidade do projeto de layout b vantagens t cnico operacionais e facilidade de instala o e manuten o pela manipula o de um menor n mero de cabos e conex es e facilidade de detec o localiza o e identifica o de falhas atrav s de fun es de monitora o autom tica e maior modularidade no projeto e instala o aumentando a flexibilidade de expans o de fun es e m dulos 219 c vantagens sist micas e aumento da consist ncia e da confiabilidade da informa o advinda dos instrumentos de campo atrav s da digitaliza o e pr processamento e possibilidade de sincroniza o dos instantes de amostragem de Entrada Sa da e melhoria do desempenho global da aplica o pela descentraliza o do processamento e maior facilidade de interconex o entre n veis hier rquicos diferentes de automa o d vantagens mercadol gicas e redu o dos custos de sistemas atrav s da aquisi o seletiva de dispositivos compat veis de diferentes fornecedores eliminando a depend ncia de somente um fornecedor e desacoplamento do software de supervis o da depend ncia de um fornecedor espec fico do Hardware Inicialmente se supunha que uma nica rede iria cobrir todas as necessidades de interconex o no ch o de f brica Notadamente a proposta MAP acrescida das vers es de maior performance e menor custo MAP EPA e MINI MAP se propunham tamb m a integrar elementos
26. es Gerador da mensagem PRODUTOR Esta es interessadas no conte do da mensagem CONSUMIDORES CAN tamb m n o define uma especifica o para a camada de Aplica o mas o grupo CiA definiu uma especifica o para aplica es em automa o composta dos seguintes elementos de servi o e CMS CAN Message Services fornece servi os de leitura e escrita de vari veis remotas e tratamento de eventos CMS baseado no MMS da rede MAP e NMT Network Menagement fornece servi os de inicializa o e gerenciamento da rede e DBT Distributor prov uma distribui o din mica de nomes definidos pelo usu rio para identificar as mensagens 253 O sistema suporta at 2032 objetos diferentes aos quais associado um n mero de identifica o nico na aplica o O tempo para leitura de dados a n vel da camada de enlace da ordem de 420 us para o objeto de maior prioridade CAN tornou se norma internacional definida pela ISO em 1993 sob a designa o ISO 11898 3 5 5 4 VAN VEHICLE AREA NETWORK A rede VAN Vehicle Area Network foi normalizada em 1990 na Fran a pelo Bureau de Normalisation de l Automobile para operar em eletr nica embarcada A partir de 1992 passou a ser adotada pela Renault e pela Peugeot A rede VAN possui as seguintes propriedades a n vel da camada f sica e Topologia barramento e Taxa de transmiss o 100 Kbps at 250 Kbps e N mero m ximo de n s 16 e Comprimento m xim
27. lula as BSAs s o interligadas por um sistema de distribui o que consiste de uma rede usando meio f sico convencional cabo coaxial par tran ado ou fibra tica Um problema t pico das redes baseadas em sinal de r dio operando nas bandas de fregii ncia mencionadas o chamado desvanecimento de Rayleigh que pode ser explicado como segue Parte das ondas de r dio s o refletidas quando encontram objetos s lidos Em 200 decorr ncia desta reflex o v rias c pias de uma mensagem de r dio podem estar em propaga o no meio e chegar a esta o receptora em instantes de tempo diferentes Quando as v rias c pias do sinal chegam ao receptor ap s percorrerem distancias diferentes elas se somam aleatoriamente podendo resultar em um sinal muito enfraquecido ou mesmo nulo como ilustrado na figura 2 26 se a diferen a no comprimento dos caminhos for um m ltiplo do comprimento de onda da portadora do sinal os v rios componentes podem cancelar se mutuamente O resultado disto que no mesmo ambiente podemos ter tima recep o em alguns locais p ssima recep o em outros locais a apenas poucos metros de dist ncia Desta forma a qualidade da recep o varia muito a medida que uma esta o se move no ambiente Figura 2 26 Reflex o das ondas de r dio em um ambiente fechado Como v rias esta es compartilham o mesmo meio caracterizando uma rede de difus o n
28. mero de segii ncia x aceita antes de um intervalo de tempo T A figura 2 3 5 3 ilustra a opera o do protocolo em tr s situa es distintas CR x Da CR ma E E duplicata CC y x AT yx LA ccn a R REJO al Day tl e REJ a D x y 62 b a Ma CR x gt duplicata P Cc y x cC yx a REJ a MA D x 7 gt duplicata com ack z e n o y Da REJ y c Figura 2 3 5 3 Three Way hadshake a opera o normal b CR duplicado c CR e D duplicados c A libera o da conex o A libera o de uma conex o embora seja mais simples do que o estabelecimento exige certos cuidados a fim de evitar a ocorr ncia de certas situa es indesej veis A figura 95 2 3 5 1 apresentava em d e e f tr s situa es t picas da libera o de uma conex o a primeira situa o revelando se a mais cl ssica e mais frequente Estas tr s situa es s o caracterizadas pela interrup o brutal da conex o podendo inclusive ocorrer perda de dados que teriam sido transmitidos Isto ilustrado na figura 2 3 5 4 no primeiro caso descrito O protocolo de libera o de conex o deve ent o ser melhor elaborado a fim de evitar este tipo de problema Uma solu o seria a defini o de um di logo que permitisse assegurar que ambos os usu rios terminaram efetivamente a transmiss o de dados Isto no entanto pode ser ineficiente pois n o evidente definir como este di logo poderia
29. ncia ou seja a forma como as estruturas de dados ASN 1 podem ser mapeadas em bin rio As estruturas de dados ASN 1 foram definidas para prever as complexas estruturas de dados que poderiam ser manipuladas a n vel de uma dada aplica o Um registro ou uma estrutura de dados utilizada numa aplica o banc ria pode conter os mais diversos campos como por exemplo o nome o endere o os n meros de conta as taxas de c mbio do dia a data e hora etc Em outras aplica es pode existir a necessidade de troca de estruturas de dados as mais diversas poss veis sendo que cada aplica o pode ter as suas pr prias estruturas de dados Ainda algumas estruturas de dados podem ser t picas de certas aplica es outras espec ficas a uma determinada empresa ou institui o 124 Nos estudos apresentados das camadas inferiores particularmente na apresenta o dos protocolos existentes muitas estruturas de dados foram apresentadas na forma de figuras com seus campos sendo apresentados por ret ngulos Estas estruturas podem ser formalizadas por registros records vetores etc A camada de Aplica o cujas entidades s o os usu rios da camada de Apresenta o caracterizada por muitas estruturas de dados transmitidas na forma de APDUs Application Protocol Data Units compostas de diferentes campos cada campo tendo um determinado tipo booleano inteiro etc A nota o ASN 1 permite formalizar os diversos tipos de dados podend
30. ncia de uma colis o detectada logo na primeira palavra e a emiss o interrompida n o tendo que ser completamente repetida depois No entanto em todos os m todos de acesso CSMA temos que quanto maior o n mero de esta es e quanto maior o trafego m dio de mensagens na rede maior a probabilidade de ocorr ncia de colis es esta probabilidade aumenta exponencialmente de forma que o tempo de rea o aumenta consideravelmente e n o pode ser exatamente determinado Para muitas aplica es fabris especialmente aquelas com requisitos de tempo real importante utilizar redes com protocolos de acesso ao meio determin sticos CSMA CD n o apresenta esta caracter stica pois n o se sabe se haver o colis es n o se sabe quantas colis es seguidas podem ocorrer e n o se conhece de antem o o tempo aleat rio de espera em caso de colis o J para aplica es de escrit rio os m todos n o determin sticos como CSMA CD s o em geral satisfat rios 3 2 2 1 4 Os protocolos MAC determin sticos Os m todos de acesso determin sticos s o aqueles com tempo de resposta determin vel ao menos em pior caso Estes m todos podem ser classificados em e m todos com comando centralizado ex Mestre Escravos e m todos com comando distribu do ex Token Passing ou variantes determin sticas do CSMA como veremos a seguir O protocolo Mestre Escravos Nos sistemas com comando centralizado somente uma esta o pode
31. o envolve esta es finais origem e destino com v rias esta es intermedi rias n o consideradas como parte da conex o Discutiremos a seguir v rios aspectos ligados ao gerenciamento de conex es de transporte a O Endere amento Um endere o a n vel de transporte TSAP Ponto de Acesso ao Servi o de Transporte ou Transport Service Access Point an logo ao NSAP de rede mas o NSAP endere a n s de rede enquanto o TSAP endere a um processo de aplica o dentro do n Cada Processo de aplica o deve se associar a um TSAP para enviar dados A forma de associa o entre um processo e um TSAP n o definida pelo modelo OSI e dependente do sistema operacional de cada esta o ex no UNIX via sockets A comunica o entre processos aplicativos requer a indica o tanto do NSAP quanto do TSAP Quando usado um esquema de endere amento hier rquico o NSAP usualmente um campo dentro do TSAP Se endere amento n o hier rquico ou o NSAP n o um campo de TSAP necess rio mapear TSAPs em NSAPs por meio de um Servidor de Nomes Name Server ou pedindo por difus o que a m quina com um dado TSAP se identifique 1 envie seu NSAP como resposta ex protocolos ARP e RARP Quando um usu rio da camada de Transporte quer dialogar com um outro usu rio ele deve primeiramente identificar de alguma forma o usu rio ou processo de aplica o que vai estar envolvido no di logo Isto feito nor
32. o da classe do protocolo a ser implementado na conex o A parte vari vel da TPDU vai conter informa es tais como TSAP devendo ser conectado no usu rio local TSAP devendo ser alocado no usu rio remoto classes de protocolo aceitas em segunda op o etc O campo DADOS pode conter at 32 bytes de informa es nas classes 1 a 4 n o sendo utilizado na classe 0 No caso das TPDUs DT DATA e ED EXPEDITED DATA o campo EOT End Of Transmission utilizado para marcar o final de uma transmiss o ele setado a 1 no caso da TPDU enviada ser a ltima Isto necess rio para possibilitar os procedimentos de montagem 101 As TPDUs AK DATA ACKNOWLEDGE e EA EXPEDITED DATA ACKNOWLEDGE s o utilizadas para reconhecer respectivamente as TPDUs DT e ED O campo TPDU esperada funciona de maneira similar ao campo ack apresentado na camada de Enlace A diferen a que ele indica que todas as TPDUs anteriores foram recebidas exceto aquela referenciada pelo campo Finalmente o campo Causa Rejei o presente na TPDU ER ERROR permite indicar a causa do erro sinalizado como c digo de par metro inv lido tipo de TPDU inexistente refer ncia de TPDU inv lida etc No caso de um servi o de Transporte sem conex o a camada de Transporte OSI pode se utilizar de um servi o de Rede com ou sem conex o Como j foi dito na parte relativa camada de Rede a defini o de um servi o sem conex o que utilize um servi o orienta
33. o de disponibilidade se este n o est dispon vel a esta o aguarda pela sua libera o caso contr rio esta vai emitir o quadro considerado Na ocorr ncia de emiss es simult neas de quadros provocando colis es todas as esta es envolvidas na colis o interrompem imediatamente a partir da detec o da ocorr ncia da colis o a sua emiss o e esperam um per odo aleat rio de tempo para recome ar as transmiss es 189 Um aspecto interessante da norma IEEE 802 3 a sua origem baseada na defini o da rede Ethernet definida pela Xerox em 1976 Esta rede definia um protocolo CSMA CD sobre um cabo coaxial de 1000 metros de comprimento com uma taxa de transmiss o de 3 Mbps sobre o qual 100 esta es poderiam ser conectadas O sucesso desta rede foi reconhecido tamb m a n vel de outras empresas de tal maneira que a pr pria Xerox DEC e Intel definiram posteriormente um padr o de fato isto um padr o consagrado pelo uso para uma rede Ethernet com taxa de transmiss o de 10 Mbps Ethernet serviu de base para a defini o da norma IEEE 802 3 sendo que as diferen as fundamentais da norma em rela o a esta rede est o na defini o de toda uma fam lia de protocolos CSMA CD 1 persistentes utilizando diferentes suportes de transmiss o cujas taxas de transmiss o v o de 1 a 10 Mbit s Os par metros iniciais da norma s o orientados a um canal de 10 Mbps em banda de base o suporte utilizado sendo um
34. o de regras formais e garantia de confiabilidade do sistema particularmente gra as ao encapsulamento das fun es o que permite limitar a propaga o de erros e facilitar a manuten o e garantia pela modularidade de um grau satisfat rio de evolutividade e de extensibilidade da rede otimizar o desempenho Todos estes aspectos nos conduzem a conceber uma arquitetura de comunica o como sendo uma organiza o de software e hardware estruturada em camadas 2 1 4 3 A estrutura o em camadas Os conceitos de hierarquia e descentraliza o podem ser empregados de diferentes formas cada uma podendo implicar num tipo de rede particular Em fun o desta prov vel multiplicidade surgiu ent o a necessidade de uma normaliza o permitindo a conex o de diferentes classes de hardware Para possibilitar a normaliza o foi necess rio estabelecer um modelo te rico capaz de representar as rela es entre as diferentes tarefas implementadas nos diferentes n veis hier rquicos A possibilidade de interconex o de um n mero qualquer de sistemas ou seja de conjuntos aut nomos podendo efetuar tarefas de tratamento ou de transmiss o de informa o era uma caracter stica essencial para o modelo a ser estabelecido A figura 2 1 7 ilustra a arquitetura hierarquizada em camadas no caso 7 camadas que permitir introduzir o conjunto de conceitos relacionados ao modelo estabelecido O objetivo de cada camada o ofereciment
35. o dos aspectos de um servidor de arquivos reais Este modelado como uma entidade endere vel com a qual um usu rio remoto pode se comunicar utilizando os servi os FTAM A princ pio um n mero arbitr rio de usu rios pode ser associado a um mesmo servidor virtual de arquivos num dado instante Ainda um 143 servidor virtual de arquivos pode gerenciar um n mero arbitr rio de arquivos onde cada arquivo caracterizado por atributos tais como o nome a es poss veis sobre o arquivo leitura inser o substitui o etc controle de acesso somente leitura somente escrita etc tamanho do arquivo identidade do criador data e hora de cria o identidade do ltimo modificador data e hora de modifica o etc Sistema Real A istema Real B ARQUIVO REAL A ARQUIVO REAL B Ambiente OSI arquivo e a e protocolo FTAM ARQUIVO VIRTUAL A VIRTUAL B Va ARQUIVO Dad VIRTUAL C ARQUIVO Figura 2 3 8 3 Rela o entre arquivos virtuais e arquivos reais A sele o de um arquivo caracterizada por duas etapas o estabelecimento de uma associa o entre o usu rio querendo selecion lo e o servidor virtual de arquivos o fornecimento da identidade do arquivo a selecionar A estrutura de acesso aos arquivos num servidor virtual de arquivos assume a forma arborescente coerente com as estruturas mais gen ricas dos sistemas reais de arquivos Esta estrutura
36. o em uma f brica O projeto MAP nasceu no in cio dos anos 80 por iniciativa da GM General Motors Na poca apenas 15 dos equipamentos program veis de suas f bricas eram capazes de se comunicar entre si Al m disso os custos de comunica o eram muito elevados avaliados em 50 do custo total da automa o isto devido s conex es especiais necess rias entre cada equipamento Ainda cada nova instala o ou expans o no sistema existente estava associada a uma despesa n o desprez vel Considerando que na poca estava previsto que a quantidade de equipamentos program veis deveria sofrer uma expans o de 400 a 500 num prazo de 5 anos o problema de comunica o tornou se efetivamente uma prioridade a n vel da empresa Diante do grave problema a decis o deveria ser tomada no sentido de definir a solu o cujas op es eram as seguintes e continuar a produ o utilizando m quinas program veis isoladas stand alone de uma variedade de fabricantes e solucionar o problema da maneira como vinha sendo feito e basear os processos de produ o na aquisi o de equipamentos de um nico fabricante e desenvolver uma proposta padronizada que permitisse interconectar todos os equipamentos da planta Dadas as perspectivas de evolu o e o grande desenvolvimento dos equipamentos de automa o a primeira proposta era naturalmente invi vel Com rela o segunda proposta era e continua sendo imposs vel en
37. o geral dos servi os oferecidos que podem ser decompostos em tr s classes servi os de Aplica o servi os de Adminstra o e servi os de Gerenciamento de Rede Em rela o ao MMS tem se como novidade os servi os Phy Read e Phy Write que permitem acesso direto a strings de octetos para os quais n o se tenha uma descri o no OV 232 Classe Primitivas de servi o Coment rios Servi os de READ leitura e escrita de Acesso a WRITE vari veis contidas vari veis INFORMATION REPORT em dispositivos PHY WRITE servidores PHY READ DEFINE VARIABLE LIST DELETE VARIABLE LIST Servi os de Acesso a Dom nios INITIATE_DOWNLOAD_SEQUENCE DOWNLOAD_SEGMENT TERMINATE_DOWNLOAD_SEQUENCE INITIATE_UPLOAD_SEQUENCE UPLOAD_SEGMENT TERMINATE_UPLOAD_SEQUENCE REQUEST_DOMAIN_DOWNLOAD REQUEST_DOMAIN_UPLOAD transfer ncia de dados ou programas de dispositivo cliente para dispositivo servidor e vice versa Servi os de Invoca o de Programas CREATE_PROGRAM INVOCATION_DELETE_PROGRAM INVOCATION_START INVOCATION_STOP INVOCATION_RESUME INVOCATION_RESET partida parada retorno da execu o retorno ao estado inicial e dele o de programas Servi os de Notifica o de Eventos ALTER_EVENT_COND _MONITORING EVENT_NOTIFICATION ACK_EVENT_NOTIFICATION servidor notifica cliente a ocorr ncia de um evento alarme Servi os de STATUS informa es acerca Leitura de UNSOLICITED_
38. s um certo tempo vai retransmitir a TPDU que n o foi reconhecida J no caso de um servi o de rede confi vel o procedimento pode ser diferente Num primeiro caso se o emissor sabe que o receptor ter sempre condi es de armazenar as TPDUs por ele emitidas ent o este n o vai necessitar armazen las pois sabe que n o haver necessidade de retransmiss o Caso contr rio ele vai ter de armazen las de todo modo uma vez que os reconhecimentos da camada de Rede significam apenas que o pacote foi recebido mas n o que a TPDU foi aceita Se o armazenamento de TPDUs feito do lado do receptor o problema a ser resolvido como definir o tamanho dos buffers de armazenamento Se as diversas TPDUs s o de tamanhos aproximadamente equivalentes a solu o alocar um determinado n mero de buffers de igual tamanho como mostra a figura 2 3 5 6 a onde cada buffer vai conter uma TPDU Se os tamanhos da TPDUs variam muito esta solu o pode n o ser a melhor mesmo se o tamanho dos buffers estabelecido ao tamanho m ximo das TPDUs Neste caso alocar um buffer para armazenar uma TPDU de tamanho reduzido desperdi ar mem ria Assim 97 uma outra solu o a aloca o de buffers de tamanho vari vel como mostra a figura 2 3 5 6 b onde o desperd cio menor ou ainda alocar um nico buffer circular como mostrado em 2 3 5 6 c Estas duas ltimas solu es s o eficientes no caso de conex es com grande tr fego
39. tempo m ximo de transmiss o da uma mensagem no meio f sico depende do comprimento da mensagem em bits e da taxa de transmiss o Para uma mensagem participando de uma dada poca temos que v log q v o v Tesper Y Q v s V L Para o exemplo anterior tomando uma mensagem da esta o com ndice 5 temos e q 16 e v 5 e o 5 2 5 2 2 e 5 log 16 5 2 7 T espera 5 7 8 5 u Assumindo s 40 us e u 6 s 240 us obteremos para o pior caso de tempo de espera da mensagem da fonte com ndice 5 o valor de 1480 us 181 O tempo de dura o da poca no pior caso dado por T poca Q q 1 s Qu Tousca T transmiss o Para uma mensagem que chega a fila de emiss o de uma fonte com ndice v em um instante qualquer o pior caso de tempo de espera maior pois a nova mensagem pode chegar na fila imediatamente ap s o inicio de uma poca da qual ela ainda n o faz parte Neste caso o pior caso do tempo de espera ser dado por T espera v T poca Q v s V L 3 2 2 1 5 Abordagens para comunica o tempo real A defini o de um protocolo determin stico de acesso ao meio ainda n o resolve completamente nosso problema A solu o global do problema da comunica o em tempo real inclui a realiza o de um escalonamento das mensagens A exemplo do que se faz em sistemas multitarefas onde processos concorrentes s o escalonados segundo v rios crit rios de forma
40. um circuito virtual ou uma mesma linha um aspecto bastante importante no que diz respeito s camadas constituindo a arquitetura de um sistema de comunica o Na camada de Transporte a multiplexa o pode ser necess ria particularmente em duas situa es t picas 98 num primeiro tempo no caso de uma rede utilizando circuitos virtuais cada conex o estabelecida vai utilizar se de recursos presentes nos IMPs durante toda a sua dura o assim pode ser interessante para otimizar a utiliza o dos recursos de rede e evidentemente o custo de uma comunica o associar diversas conex es de Transporte a uma mesma conex o de Rede como mostrado na figura 2 3 5 7 a onde 4 conex es de Transporte s o multiplexadas em uma de Rede a multiplexa o para cima no caso de uma aplica o onde o usu rio envia uma quantidade relativamente grande de mensagens dependendo do protocolo implementado a n vel de Rede uma nica conex o pode ser insuficiente para suportar a conex o de Transporte assim a camada de Transporte pode decidir efetuar a multiplexa o para baixo ou Splitting onde uma conex o de Transporte pode ser mapeada em v rias conex es de Rede como mostrado na figura 2 3 5 7 b CAMADAS 4 OD TSAPs 3 O nsa4Ps 2 OS sars 1 IMP IMP a b Figura 2 3 5 7 Multiplexa o a para cima b para baixo f A retomada de uma conex o Uma
41. 16 bits Esta ltima t cnica bem mais eficiente que as anteriores apesar de n o ser infal vel nenhuma delas Observe que os c digos detetores de erro n o corrigem as palavras erradas recebidas Eles permitem apenas detectar a ocorr ncia do erro e o computador que recebe os dados deve requerer uma retransmiss o da palavra de c digo errada ao contr rio do que ocorre com os c digos corretores 2 3 3 4 An lise de alguns protocolos de enlace Os protocolos que analisaremos aqui v o permitir detectar uma s rie de problemas relacionados ao controle de erros que a fun o mais importante a ser efetuada pela camada 59 de Enlace A ordem de apresenta o destes protocolos segue uma ordem de complexidade que vai crescendo em fun o de novas hip teses que levantaremos ao longo da an lise Nesta an lise vamos considerar a comunica o entre entidades de comunica o situados em dois sistemas distantes denominados aqui A e B No primeiro caso vamos supor que o suporte de comunica o utilizado permite uma comunica o unidirecional apenas e que as camadas de Rede dos sistemas A e B est o sempre prontas a enviar e receber dados respectivamente Ainda neste caso o canal de comunica o perfeito ou seja nenhum quadro corrompido ou perdido Assim do lado do receptor o nico evento poss vel a recep o de quadros corretos A figura 2 3 3 9 ilustra a troca de quadros entre as entidades locali
42. 2 Caracter sticas b sicas das redes industriais osnnssssseesseeeesseeesssseesseresseessseessrese 162 3 2 2 1 Comportamento temporal gesensa ess oosstasasadensancagaasaTera cosa de pasa nte potes canoacaarisaas 162 3 2 2 2 Conhablidade se ass as sasara saia a a a aged e A aa angela aos 182 3 2 2 3 Requisitos do meio ambiente ssssasasstitnsdt desdriaissisaitadtraditma Cidaas ara ntiead atas aetra 183 3 2 2 4 Tipo de mensagens e volume de informa es 185 3 2 3 Projetos de Padroniza o de redes industriais crer 186 Dede Pro O PROA sais EDIR O S E TS 186 3 2 3 2 Projeto IEEE 802 e ISO IEC 8802 eisneniasesianasitnsavaa isa sen iiiabasa ata reipueersoapaa tias 186 3 2 RO LOUVE a ia Ea a QU a DD a 203 E Reu RL Projet TOP srei SPA AR OS ERR SUR ORA PIA SR 203 R Eo y OA a i E DI 53 A a as 204 3 3 O Projeto MAP Manufacturing Automation Protocol e sssessessseseseeesseessessseresseeessees 205 Jole Introduca o e ae A N N E 0 CSA E E 205 33 2 Aarg itetura MAPA leote erata a a e ae ca at o ES a Eat a 206 3 3 3 A arguitetira MAP EPA issnin ie a E ETR SR E E RES aaee 208 3 3 4 A arquitetura Mini MAP sseeesseesseessesssesessseesseessressessseresseeessressresseesseressseesseesseesse 209 3 3 5 Os servi os de mensagem industrial MMS sssssssssssseessssessseeressserssereseeesseesseesse 209 Dada OS 0bj tos MMS cars criara aara ORAR AU a ai 211 Dis AA OSSOS MM S a N A
43. A EE 268 DI SERCOS er E A a a A E E EENE 269 Side dA MODBUS nipona n a E a A A a US 271 INI ds Tede SBM ei ine a aa E E a E 272 3 5 0 Conclus o e disCUSS OE Saoirse a a a o t e nestes e 273 Bibliostali a encan india lola Rd Dias S 274 1 INTRODU O GERAL 2 AS REDES DE COMUNICA O 2 1 INTRODU O 2 1 1 HIST RICO DAS REDES DE COMUNICA O A evolu o da microeletr nica e da inform tica tem possibilitado a obten o de processadores e outros componentes de computadores cada vez mais potentes e velozes em um tamanho mais reduzido e com um pre o acess vel a um n mero cada vez maior de pessoas Os microprocessadores existentes hoje em dia que ocupam espa o menor do que uma caixa de f sforos substituem e ultrapassam as capacidades dos computadores de alguns anos atr s que ocupavam salas inteiras Estes eram m quinas bastante complexas no que diz respeito sua utiliza o e que ficavam em salas isoladas s quais muito poucas pessoas tinham acesso sendo operadas apenas por especialistas analistas de sistema Os usu rios daqueles computadores normalmente submetiam seus programas aplicativos como jobs ou tarefas que executavam sem qualquer intera o com o autor do programa Uma primeira tentativa de intera o com o computador ocorreu no in cio dos anos 60 com a t cnica de time sharing que foi o resultado do desenvolvimento das teleimpressoras e da tecnologia de transmiss o de dados Nesta t cnica
44. Apresenta o pelo envio de uma primitiva S_CONNECT request j descrita quando da apresenta o da camada de Sess o De fato a maior parte das primitivas de servi o de Apresenta o atravessam desta forma a camada A novidade mostrada na camada s o as primitivas P_ALTER_CONTEXT que comp em o servi o de altera o de contexto de Apresenta o Um contexto a unidade na qual s o reagrupadas as estruturas de dados utilizadas pelas entidades de Aplica o Ao longo de uma sess o poss vel utilizar um contexto durante um determinado tempo e utilizar um outro num outro momento O servi o P_ALTER_CONTEXT permite fazer a modifica o Primitiva R I Rs C Fun o ORIENTADO CONEX O P_CONNECT e e estabelecimento de conex o P_RELEASE e e o libera o negociada de conex o P_U_ABORT e o libera o abrupta usu rio P_P_ABORT libera o abrupta fornecedor P_DATA e o transfer ncia normal de dados P_EXPEDITED_DATA e o transfer ncia urgente de dados P_TYPED_DATA e transfer ncia de dados tipados P_CAPABILITY_DATA e e e transf de dados de capacidade P_TOKEN_GIVE e o passagem de ficha de dados P_TOKEN_PLEASE e o pedido de ficha P_CONTROL_GIVE e o passagem de todas as fichas 123 P SYNC MAJOR lo insere pto de sincr m ximo P SYNC MINOR e insere pto de sincro m nimo P_RESYNCHRO
45. CALL REQUEST enviando o ao DCE Em seguida a subrede encaminha o pacote ao DCE destinat rio que vai pass lo ao DTE correspondente Se a conex o pode ser estabelecida o DTE destinat rio vai enviar um pacote CALL ACCEPTED indicando a aceita o da chamada DTE Protocolo X 25 PLP Data Terminal Equipment DCE Data Circuit terminating Equipment DSE Data Switching Exchange N IMP ISO Figura 2 3 29 O protocolo de rede X 25 PLP Com a conex o estabelecida os dois DTEs podem ent o trocar pacotes de dados atrav s de uma linha de comunica o bidirecional Quando um dos DTEs deseja terminar o di logo ele envia um pacote CLEAR REQUEST ao seu par que vai responder com um pacote CLEAR CONFIRMATION em reconhecimento 81 iterace interface DTE remoto DTE DCE DTE DCE CALL etapa de chamada CALL DADOS DADOS etapa de troca de um n mero transf de DADO arbitr rio de pacotes dados de dados DADOS CLEAR CLEAR etapa de libera o CLEAR CLEAR Figura 2 3 30 Comunica o entre dois DTEs via X 25 A figura 2 3 31 apresenta o formato de um pacote CALL REQUEST Este pacote assim como os demais do protocolo X 25 inicia por um cabe alho de 3 bytes Os campos GRUPO e CANAL comp em um n mero de circuito virtual a ser utilizado no di logo este n mero codificado em 12 bits o que significa que pode se utilizar at 4096 circuitos virtuais distintos sendo que o n mero 0 rese
46. EE das ISO es REES Ii aaa dessa 238 3 5 An lise de alguns Produtos COMELCIAIS scsccegascassaraesininisaossisaancasneas ded deite edad gasa coiiacas candido 239 3 3 1 NOQUC O nnne nadar dA anda asa apaga assadas Gracia mediada idos RUA EE ES 239 3 3 2 Redes para nstrumentac O nenie a aa OE E 239 3 5 3 Redes para automa o de escrit rios essssessseessssseesseerrssssretesstesseseeesseessseesseest 240 JA Softwares para TODO acasos SRD e E E N R AE E e SA 241 3 9 4 1 Novell Netware seas osuin a R E ora E R iate 241 3 34 22 LAN Maha Sele To e E KE e EAR E EAE ETE EE 242 Dr SA INES IME n i E aaa EE E a E E 242 DS PO TAN E A E 242 39 5 4 3 NetBIOS penrian a n a a a a a a a aS 242 394 0 PCPHP nin A a O A E E RO ON SE 242 3 9 9 Tedes industrii Soren te e e a a a URGE a aeeai aeo Ein 247 3 5 5 1 Redes SINEC Siemens srne aa aa n a E i 247 Sid 2 Bitbus INTEL e enn a E E a TERE E A R la 248 3 5 5 3 CAN Controller Area Network e rerererrrereeeareneeerreram 250 3 5 5 4 VAN Vehicle Area Network 0ssssssssssssssssossssssssssssssssoeoeessssseseeeessssssesereees 253 Di DIN Ve A AE E AE A E a E EE E E 253 3 3 3 0 Controlne t an a TATI a i e E A EA a E E et 257 So SO Protocolo HAR Ter esseen Roda o E E Ea 258 3 3 0 INTERBUS S nasses tn eea E E EE qual E aai as 259 IS EB N A E E E T 261 3 3 9 0L FAIS iee e arren PEE A E DN TE N EE ana 263 IISA OS oes a a AN a 264 33 9 12 PENE T rrea a a a a cd a
47. IMP J Se J recebe um pacote destinado a A ele pode optar por um dos tr s caminhos consultando a tabela na linha associada ao n A A primeira escolha o caminho direto a 4 as outras sendo via 7 e H respectivamente A decis o ent o baseada na gera o de um n mero aleat rio entre 0 00 e 0 99 Se o n mero inferior a 0 63 a linha A ser escolhida se estiver entre 0 63 e 0 83 a linha passando por 1 ser escolhida sen o ser a linha que passa por H 76 1 021 B 1 0 23 1 033 D 0 25 1 040 0 33 E E H H H o63 k 021 A 0 16 EM MEC Figura 2 3 28 Ilustra o do algoritmo multicaminho a grafo da rede b tabela p n J A vantagem desta t cnica sobre a anterior a possibilidade de definir diferentes classes de tr fego sobre diferentes caminhos Uma outra vantagem a confiabilidade uma vez que v rias linhas podem ser perdidas sem que a rede perca a sua conectividade c Roteamento din mico distribu do Nesta t cnica cada esta o troca periodicamente informa es de roteamento com suas vizinhas Cada esta o envia aos seus vizinhos imediatos uma tabela contendo informa o sobre custo de transmiss o a partir dela para cada uma das demais esta es da rede Esta tabela cont m para cada destino poss vel o n preferencial de sa da e o custo estimado de transmiss o por este n Este tipo de roteamento tamb m conhecido como Roteamento por Ve
48. INTRODU O O PROFIBUS Process Field Bus foi desenvolvido na Alemanha inicialmente pela Siemens em conjunto com a Bosch e Klockner Moeller em 1987 Em 1988 tornou se um Trial Use Standard no contexto da norma DIN DIN 19245 parte 1 que define as camadas F sica e Enlace Posteriormente um grupo de 13 empresas e 5 centros de pesquisa propuseram altera es nas camadas F sica e Enlace e definiram a camada de Aplica o norma DIN 19245 parte 2 O PROFIBUS representa a proposta alem para a padroniza o internacional 228 2 do fieldbus Esta proposta atualmente apoiada por cerca de 110 empresas europ ias e internacionais Siemens ABB AEG Bosch entre outras Em 1996 tornou se um padr o da comunidade europ ia sob a designa o EN50170 Como nas demais redes fieldbus para aplica es industriais para atender aos requisitos de tempo de resposta o PROFIBUS implementa o modelo de refer ncia ISO OSI reduzido a tr s camadas 1 2 e 7 descritas a seguir 3 4 3 2 A CAMADA F SICA A camada f sica do PROFIBUS baseia se no padr o EIA RS 485 EIA Eletronic Insdustries Association topologia barramento utilizando como meio um par tran ado blindado 130 Ohms Permite a interliga o de at 32 elementos esta es ativas passivas ou repetidoras por segmento S o permitidos at 4 segmentos totalizando assim um m ximo de 122 esta es A codifica o utilizada a NRZ podendo ser implementada com
49. Isto necess rio para evitar resson ncias ou ecos onde o sinal propagado na rede retorna sobre si mesmo Se o cabo for aberto em qualquer ponto da f brica a rede cai Futuramente a ado o de fibras ticas poder vir a ser a melhor solu o tanto do ponto de vista t cnico quanto econ mico Atualmente ainda h dificuldades na realiza o de bifurca es com este meio f sico necess rias para as conex es em T usadas em redes com topologia em barramento de modo que as fibras ticas s o mais utilizados em sistemas com topologia em estrela ou anel A realiza o de bifurca es tem alcan ado melhores resultados adotando acopladores ativos com eletr nica adicional para convers o do sinal tico em el trico e vice versa nos pontos de deriva o Trabalhos vem sendo realizados tamb m para a realiza o de bifurca es passivas baseadas em prismas Tanto as bifurca es ativas quanto as passivas encarecem a conex o o que torna a solu o antiecon mica para o n vel de ch o de f brica Uma solu o que vem ganhando terreno o uso de Hubs que emulam um barramento para as placas mas que efetivamente atuam como esta es concentradoras transformando a topologia f sica em estrela o que permite o uso de fibras ticas sem a necessidade de bifurca es Com fibras ticas al m disso pode se trabalhar com fregii ncias da ordem de v rios GigaBaud 10 bits por segundo o que permitiria uma melhoria de performance do
50. READY ou C REFUSE conforme sua capacidade de atender ao pedido ou n o Se todas as respostas 140 forem positivas o cliente envia o comando C COMMIT em caso contr rio ele envia um comando C ROLLBACK C RESTART s usado para avisar aos demais participantes do servi o at mico que uma esta o caiu mas est de volta a opera o normal 2 3 8 3 Exemplos de SASEs ASEs para servi os espec ficos a Servi os de terminal virtual VTS Os terminais s o atualmente de grande import ncia para a intera o entre usu rio e computador Existem v rios tipos diferentes de terminais totalmente incompat veis entre si Por exemplo a apresenta o dos dados na tela pode seguir 3 modos b sicos e modo rolo onde as linhas anteriores rolam para cima quando uma nova linha aparece eventualmente desaparecendo da tela Estes terminais usualmente n o oferecem capacidade de edi o e n o tem intelig ncia local e modo p gina que permite que o usu rio movimente o cursor para cima e para baixo editando qualquer parte da p gina Estes terminais j disp e de intelig ncia local microprocessador interno dedicado e modo formul rio oferecem na tela um formul rio com campos espec ficos que podem ser editados pelo usu rio usados por exemplo em caixas eletr nicos de bancos O problema que se coloca aqui o de como trocar dados entre computadores que possuem terminais diferentes Para resolver probl
51. TDMA com escalonamento acesso ao meio Token Passing On line de pa mensagens CSMA DCR Requer c pias locais Reserva com de todas as filas de escalonamento mensagens PODA global difundidas em slots times de reserva Tabela 2 1 Abordagens para comunica o tempo real A camada de enlace de uma rede para tempo real deve prover ao usu rio ou ao software da camada logo acima um conjunto m nimo de servi os tais como e Servi os sem conex o e SEND identifica o do receptor mensagem requisitos Tempo Real e mensagem RECEIVE emissor Os requisitos Tempo Real podem ser expressos sob a forma de uma prioridade ou um tempo limite de entrega deadline e Servi os com conex o e rtcid CONNECT receptor requistos TR e SEND rtcid mensagem e mensagem RECEIVE rtcid e DISCONNECT rtcid Aqui rtcid significa real time connection identifier isto um identificador para a conex o 3 2 2 2 CONFIABILIDADE Em aplica es industriais onde s o transmitidos muitos c digos de comando leitura de medidores e comando de atuadores um erro de um Bit qualquer pode ter consequ ncias desastrosas A transfer ncia de programas para m quinas de Comando Num rico por exemplo exige um sistema altamente confi vel pois s o transmitidos c digos de comando 183 cuja m nima altera o pode produzir danos de elevado custo Desta forma redes industriais de comunica o tem que oferecer
52. a definir qual deles ter acesso ao processador em um dado momento aqui deve ser realizado um escalonamento de mensagens de forma a definir qual delas ter acesso ao meio de comunica o em um dado momento A tabela 2 1 apresenta de forma resumida algumas solu es apresentadas na literatura para a problem tica da comunica o em tempo real Uma abordagem proposta a atribui o de prioridades fixas s mensagens e a realiza o de um teste off line de escalonabilidade sobre o conjunto Neste caso o protocolo MAC tem que ser capaz de distinguir prioridades e enviar a mensagem mais priorit ria entre todas as esta es primeiro Exemplos de protocolos adequados neste caso seriam CSMA CA ou Comprimento de Pre mbulo Outra proposta seria a realiza o de um escalonamento on line das mensagens O MAC utilizado deve apenas ter um tempo de transmiss o limitado Outra classe de solu es s o os chamados protocolos de reserva baseados em conhecimento global do sistema isto cada esta o sabe que mensagens est o pendentes nas demais esta es Para isto necess rio que o estado das filas locais seja transmitido s demais esta es em intervalos de tempo time slots reservados para este fim 182 Abordagem Ex de Protocolos Atribui o de Prio Token Ring c Pr ridades com teste de escalonabilidade IMAC com resolu o Comp Pre m bulo Off line em tempo de prioridades de Forcing Headers projeto CSM A CA
53. a do ordenamento das fun es o controle de fluxo deve ser realizado antes ou depois da corre o de erros Uma vez resolvida esta quest o que elementos da rede ser o respons veis da implementa o destas fun es As solu es adotadas s o dependentes do suporte de transmiss o utilizado Elas continuam v lidas no caso de expans o da rede Estas quest es representam de certo modo a necessidade de levar em conta um certo ordenamento no que diz respeito ado o das solu es a cada problema Uma ilustra o t pica do problema aquele das rela es internacionais vamos supor dois pa ses A e B representados pelos seus respectivos presidentes que devem assinar um acordo de coopera o industrial e comercial Supondo que a organiza o pol tica dos dois pa ses a mesma cada presidente deve convocar o seu primeiro ministro para acompanhar a execu o do acordo Em cada pa s o primeiro ministro vai convocar o ministro da ind stria a fim de implementar o acordo do ponto de vista industrial Supondo que faz parte do acordo a constru o de um novo avi o civil o ministro da ind stria vai convocar o diretor das ind strias aeron uticas e espaciais para que este fa a os primeiros contatos Finalmente o diretor vai contactar um industrial do ramo e requisitar que este contacte seu hom logo no pa s B Uma vez iniciado o processo de coopera o os industriais dever o prestar informa es sobre o estado da coopera o
54. agir como detentora do direito de transmiss o Esta esta o recebe o nome de esta o Mestre O direito de acesso ao meio f sico distribu do por tempo limitado pela esta o mestre as demais que s o denominadas esta es Escravas Aqui todas as trocas de dados ocorrem apenas entre mestre e escravos figura 2 7 A esta o mestre realiza uma varredura c clica de cada uma das esta es escravas solicitando dados ou verificando se uma delas disp e de dados a enviar Se uma esta o escrava n o disp e de dados a enviar ela sinaliza esta condi o pelo envio de um quadro com formato especifico para este fim Se por outro lado a esta o escrava disp e de dados a enviar ela envia o quadro de dados correspondente ao mestre Note que em ambos os casos o escravo tem que enviar um quadro em resposta varredura scan do mestre Esta configura o deixa o sistema dependente da esta o central mas a configura o usual dos sistemas de controle na maioria das aplica es onde o mestre exerce a fun o de 172 um controlador por exemplo um CLP e os escravos s o sensores e atuadores inteligentes microprocessados Este m todo de acesso ao meio garante um tempo definido entre transmiss es consecutivas a qualquer esta o da rede e segue a pr tica frequente de fazer um controle distribu do com uma supervis o centralizada Sendo conhecida a taxa de transmiss o e o formato dos quadros usados pelo mestre para reali
55. anormal iniciativa do usu rio ARP Desconex o anormal iniciativa fornecedor TD Transfer ncia de dados normais TE Transfer ncia de dados urgentes e TTD Transfer ncia de dados tipados TC Transfer ncia de dados de capacidade TCC Confirma o de transfer ncia de capacidade AC Pedido de altera o de contexto ACA Aceita o da altera o de contexto RS Pedido de resincroniza o RSA Aceita o da resincroniza o 2 3 7 7 Exemplos de camadas de apresenta o Os Protocolos de apresenta o s o padronizados nas normas ISO 8322 e 8323 e nas recomenda es X 216 e X 226 do CCITT Eles s existem em redes cuja arquitetura segue o modelo OSI Por exemplo as redes MAP e TOP usam a camada de apresenta o proposta pela ISO adotando ASN 1 e ASN 1 BER como sintaxe abstrata e sintaxe de transfer ncia respectivamente In meras aplica es padronizadas em redes p blicas assumem a disponibilidade da sintaxe abstrata ASN 1 em uma camada abaixo por exemplo os servi os FTAM para transfer ncia de arquivos entre esta es de rede e VTS para emula o de terminais virtuais J a Internet n o tem camada de apresenta o n o existe esta camada na arquitetura TCP IP A solu o adotada para a troca de dados entre computadores com sintaxes concretas locais diferentes a seguinte os pacotes da camada de transporte tem um cabe alho com uma sintaxe concreta fixa
56. aplica o de correio em que o usu rio n o se interesse pelo estabelecimento de uma conex o e tampouco por uma confiabilidade de 100 no que diz respeito chegada das mensagens Os servi os sem conex o e n o confi veis s o denominados servi os de datagrama Existem casos por m em que apesar de n o necessitar o estabelecimento de conex o a confiabilidade essencial O servi o utilizado neste caso dito de datagrama com reconhecimento O servi o de pedido resposta j um outro tipo de servi o no qual o emissor envia um datagrama contendo um servi o e o receptor envia um outro contendo a resposta a este pedido A tabela a seguir ilustra os diferentes servi os com e sem conex o com exemplos de aplica o destes servi os Servi os Coment rio Exemplo Transf confi vel de com ou sem conex o sequenciamento de p ginas mensagens 25 Transf confi vel de dados com ou sem conex o transfer ncia de arquivos Transf sem controle de com ou sem conex o voz digitalizada erros Datagrama s sem conex o correio eletr nico reconhecimento Datagrama c sem conex o correio eletr nico reconhecimento registrado Pedido Resposta sem conex o consulta a bases de dados 2 2 4 3 As Primitivas de Servi o Um servi o definido formalmente por um conjunto de primitivas ou opera es dispon veis a um usu rio ou a outras entidades para o acesso quele servi o E
57. bin ria balanceada para Q 16 A evolu o do protocolo busca na rvore bin ria ilustrado na figura 2 15 8C 12 14 15 L 12 14 15 Figura 2 15 Evolu o do algoritmo de busca CSMA DCR O tempo at o inicio da transmiss o da esta o com ndice 5 ser e 5 colis es 5 slot time e 2 transmiss es 2 tamanho quadro em slot times Assumindo que cada quadro tem um tamanho fixo de 6 slot times e considerando 1 slot time como 40 us o tempo de espera para a transmiss o da mensagem da fonte com ndice 5 seria 180 o Taco 5 5 40 2 6 40 680 us Este tempo no entanto n o representa a situa o de pior caso pois poderiam haver mais esta es envolvidas na colis o O tempo total de dura o da poca ser e 7 colis es 7 slot time e 2 vazios 2 slot time e 6 transmiss es 6 tamanho do quadro em slot times Assumindo 1 slot time 40 us teremos Toca 7 40 2 40 6 6 40 1800 us Portanto ap s 1 8 ms todas as esta es envolvidas no conflito ter o transmitido suas mensagens O tempo de pior caso que o que nos interessa pode ser calculado como segue Seja e qp v n mero de ramos da rvore bin ria percorridos por uma mensagem proveniente de um n com ndice v e q menor pot ncia de 2 maior ou igual ao maior ndice dispon vel e o v n mero de pot ncias de 2 contidas em v e s 1 slot time 2 vezes o tempo de propaga o do sinal na rede e u
58. bits para a cor com 32 n veis para cada cor e 1 bit para informa o de controle enquadramento vertical ou horizontal Uma codifica o direta desta informa o necessitaria 600000 pixels por quadro ou seja uma taxa de transmiss o de 240 a 288 Mbit s Com uma codifica o bin ria seria necess rio dispor de uma faixa de frequ ncia de quase 600 MHz Uma vez que a transmiss o 129 anal gica ocupa faixas de frequ ncia de apenas 6 MHz a transmiss o digital sem compress o de imagem poderia tornar se invi vel A solu o est no fato que em transmiss o de imagens existe uma forte probabilidade de que muitos quadros consecutivos sejam id nticos queles que os precederam Desta forma basta providenciar a n vel dos televisores uma mem ria que possa armazenar o ltimo quadro recebido e assim transmitir apenas as diferen as entre o quadro anterior e o atual 2 3 73 A criptografia A criptografia uma t cnica bastante antiga introduzida principalmente pelas organiza es militares particularmente na troca de mensagens em tempo de guerra Nessas ocasi es um problema da criptografia era a dificuldade de decodifica o das mensagens criptografadas muitas vezes tendo de ser feitas nos campos de batalha em condi es totalmente adversas Outro problema era a dificuldade na mudan a de uma t cnica a outra particularmente devido dificuldade em informar o grande n mero de pessoas que deveria estar conscient
59. bloqueados e reaparecendo um per odo de tempo ap s Este aspecto pode ser relativamente prejudicial numa aplica o distribu da uma vez que um comando pode sem o conhecimento do usu rio ser efetuado diversas vezes se este comando for o dep sito na conta de algu m o usu rio que requisitou o dep sito pode ter muito a perder na opera o particularmente se o propriet rio da conta para onde o dep sito foi requisitado n o for muito honesto Um cuidado especial dever ent o ser tomado para eliminar o efeito da duplica o dos pacotes a n vel do servi o de Transporte Uma forma de faz lo atrav s da defini o de um par metro n mero de refer ncia a ser inclu do em cada unidade de dados inclusive naquelas conduzindo o pedido de conex o A cada libera o de conex o uma tabela contendo as refer ncias das conex es obsoletas ser atualizada Desta forma a cada vez que um pedido de conex o for recebido a entidade vai verificar atrav s do par metro de refer ncia associado se o pedido corresponde ou n o a uma conex o j liberada Em caso positivo o pedido de conex o ser ignorado O problema com esta t cnica o fato que caso uma esta o entre em pane os valores constantes na tabela de conex es podem ser perdidos e assim na retomada de execu o a entidade de transporte vai perder a informa o sobre que conex es teriam sido efetuadas ou n o Outra forma de faz lo atrav s da elimina o do
60. cl usula OPTIONAL Ainda pode se atribuir a um dado um valor inicial por default atrav s da cl usula DEFAULT Finalmente ASN 1 define ainda o conceito de etiqueta que permite identificar um valor associando o a um dado campo Para mais detalhes sobre ASN 1 aconselha se uma consulta norma ISO 8824 e outros documentos dispon veis sobre esta nota o 2 3 7 4 A compress o de dados De um ponto de vista gen rico os dados transmitidos atrav s de um canal podem ser vistos como uma seq ncia de s mbolos S7 S2 SN pertencentes a um dado alfabeto bits d gitos decimais letras palavras de uma l ngua etc As t cnicas de compress o de dados existentes s o baseadas em tr s diferentes aspectos da representa o de dados a limita o do alfabeto as freq ncias relativas dos s mbolos o contexto de aparecimento dos s mbolos Estes tr s pontos de vista ser o analisados a seguir a Codifica o de um alfabeto finito de s mbolos 127 Muitas aplica es s o baseadas na representa o dos dados atrav s de alfabetos finitos de s mbolos Um exemplo disto s o as aplica es relacionadas utiliza o de terminais onde os dados s o representados pelo alfabeto ASCH Consideremos o exemplo do gerenciamento de uma biblioteca onde um livro poderia ser identificado pelo seu t tulo o t tulo de um livro podendo ser expresso em 20 caracteres ou 140 bits Isto significa que com uma palavra de 140 bit
61. cnica de controle de congestionamento embora n o muito eficiente nesta tarefa O problema do controle do fluxo o fato que os limites do tr fego n o podem ser estabelecidos a valores muito baixos pois isto pode provocar problemas de efici ncia na aplica o se um pico de tr fego requerido Por outro lado a escolha de um limite alto de tr fego pode resultar num controle med ocre do congestionamento 79 d outras t cnicas Outras t cnicas de controle de congest o podem ser ainda implementadas como por exemplo e o controle isar tmico baseado na exist ncia em cada n de um certo n mero de fichas O n que tiver um pacote a transmitir deve obter uma ficha se existir alguma dispon vel Isto permite manter constante o n mero de pacotes em circula o na rede e os pacotes de estrangulamento enviados por um n ao usu rio do servi o de rede indicando que determinadas linhas de sa da est o no limite da satura o Isto faz com que o usu rio reduza o envio de pacotes para o destino utilizando aquela linha at que a situa o retome a normalidade 2 3 4 4 Exemplos de Protocolos de Rede a Protocolo X 25 PLP O protocolo X 25 PLP Packet Layer Protocol o protocolo de n vel 3 largamente adotado no modelo OSI fazendo parte do padr o X 25 O X 25 o resultado dos esfor os efetuados a partir de 1974 pelo CCITT para a defini o de um padr o de comunica o para os n veis F sico Enlace e Re
62. como um importante elemento de servi o de aplica o o ASE denominado MMS Manufacturing Message Services proposto para a camada de aplica o da rede MAP que ser apresentado mais adiante quando tratarmos de redes industriais Al m dos ASESs vistos anteriormente a ISO e a CCITT definiram uma s rie de outros elementos de servi o A tabela a seguir apresenta de forma resumida os principais padr es utilizados a n vel de aplica o no modelo OSI Nome do ASE Norma ISO Recomenda o CCITT ACSE Association Control Service Element ISO 8649 8650 X 217 X 227 RTSE Reliable Transfer Service Element ISO 9066 X 218 X 228 ROSE Remote Operations Service Element ISO 9072 X 219 X 229 CCR Commitment Concurrency and Recovery ISO 9804 9805 MHS Message Handling Services ISO 10021 X 400 X 420 EDS Electronic Directory Services ISO 9594 X 500 X 521 FTAM File Transfer Access and Management ISO 8571 VTS Virtual Terminal Services ISO 9040 9041 JTM Job Transfer Manipulation ISO 8831 8832 DTP Distributed Transaction Processing ISO 10026 MMS Manufacturing Message Services ISO 9506 CMIP Common Management Information ISO 9505 9596 X 710 X 711 Protocol RDA Remote Database Access ISO DIS 9579 2 4 A INTERCONEX O DE REDES 2 4 1 INTRODU O O problema da interconex o aparece no momento em que dois usu rios que necessitam dialogar n o est o
63. congestionamento Durante o funcionamento de uma aplica o distribu da constru da sobre uma rede v o existir instantes em que o fluxo de mensagens sendo trocadas pode atingir valores bastante importantes de tal forma que os n s intermedi rios respons veis do tratamento dos pacotes n o sejam mais capazes de tratar os pacotes para retransmiss o Isto naturalmente vai ter como conseq ncia uma degrada o no funcionamento da rede podendo trazer preju zos lentid o perdas de pacotes ao desempenho da aplica o e comprometendo o seu correto funcionamento As causas desta sobrecarga conhecida por congestionamento podem ser de v rias naturezas Um exemplo disto pode ser a lentid o dos n s na realiza o do roteamento ou um mau funcionamento do mecanismos de controle de fluxo O congestionamento consiste normalmente de um processo a realimenta o positiva o n mero de mensagens tendendo a crescer se a rede est congestionada 78 Sendo assim a camada de Rede deve tamb m fazer este papel atrav s da implementa o de fun es de controle de congestionamento alguns dos quais ser o descritos a seguir a Pr aloca o de buffers Uma primeira forma de controlar o congestionamento da rede atrav s da pr aloca o de buffers particularmente se o servi o orientado conex o Isto significa que no momento do estabelecimento do circuito virtual que vai caracterizar a conex o um determinado n mero
64. da conex o utiliza o do servi o e t rmino da conex o O aspecto principal da conex o o fato de que ela funciona como uma esp cie de canal atrav s do qual ir o transitar os objetos ou mensagens envolvidas na realiza o do servi o J os servi os sem conex o s o estruturados como o sistema postal onde cada mensagem ou carta se consideramos o exemplo citado cont m o endere o do destinat rio e ent o encaminhada pelo sistema independente de outras mensagens Normalmente se duas mensagens s o enviadas a um mesmo destinat rio a primeira a ser enviada deve ser a primeira a ser recebida Por outro lado neste modo de servi o pode ocorrer que uma mensagem seja atrasada fazendo com que a segunda mensagem seja recebida primeiro J nos servi os orientados conex o isto jamais poder acontecer Cada servi o caracterizado por uma qualidade de servi o Um servi o dito confi vel aquele em que os dados nunca podem ser perdidos Normalmente a implementa o de servi os confi veis feita atrav s da defini o de mensagens de reconhecimento enviadas pelo receptor para cada mensagem recebida do emissor Este processo embora extremamente ben fico introduz uma lentid o na transfer ncia de dados o que significa que nem sempre ele desej vel num sistema Nem todas as aplica es requerem a utiliza o de conex es Um exemplo disto pode ser o de uma aplica o de correio eletr nico Pode se imaginar uma
65. data T DATA request user data T DATA indication user data T EXPEDITED DATA request user data T EXPEDITED DATA indication user data SERVI O SEM CONEX O T UNITDATA request called calling gos user data T UNITDATA indication called calling gos user data Como podemos ver as primitivas de servi o de Transporte se assemelham bastante aquelas do servi o de Rede Existe por m uma diferen a fundamental entre os dois n veis No caso do n vel Rede considera se que o servi o oferecido corresponde ao funcionamento real do sistema representando inclusive suas falhas Desta forma podem ocorrer perdas de pacotes ou a emiss o de comandos N RESET de sua pr pria iniciativa 87 J no caso do n vel Transporte os comandos N RESET n o s o propagados aos usu rios as camadas superiores uma vez que o objetivo principal desta camada o tratamento de todos os problemas de comunica o evitando que os usu rios do servi o tomem conhecimento das m s condi es de funcionamento da rede de comunica o se tal o caso Uma outra diferen a entre os dois servi os s o os usu rios destes No caso do servi o de Rede os usu rios s o as entidades de Transporte normalmente elementos associados ao sistema operacional considerado ou a uma placa espec fica instalada nos sistemas J os usu rios do servi o de Transporte podem ser programas escritos pelos programadores de aplica es uma vez q
66. de fios tran ados o qual composto de dois fios el tricos em cobre isolados e arranjados longitudinalmente de forma helicoidal Esta t cnica de enrolar os fios permite diminuir os efeitos das indu es eletromagn ticas parasitas provenientes do ambiente no qual este estiver instalado A utiliza o mais t pica deste suporte de transmiss o a rede telef nica onde gra as s suas caracter sticas el tricas os sinais podem percorrer v rias dezenas de quil metros sem a necessidade de amplifica o ou regenera o de sinal Estes podem ainda ser utilizados tanto para a transmiss o de sinais anal gicos quanto de sinais digitais a banda passante atingida sendo fun o da sua composi o particularmente di metro e pureza dos condutores natureza dos isolantes e do comprimento do cabo A taxa de transmiss o obtida pela utiliza o deste suporte de transmiss o situa se na faixa de 29 algumas dezenas de Kbits s podendo atingir em condi es particulares a faixa dos Mbits s para pequenas dist ncias O fato de representar um baixo custo e uma grande faixa de utiliza o o tornam um dos suportes mais utilizados atualmente e provavelmente nos pr ximos anos Os cabos coaxiais Os cabos coaxiais s o tamb m altamente empregados como suporte de transmiss o Dois tipos de cabos s o tipicamente utilizados o primeiro tipo apresenta uma imped ncia caracter stica de 50 ohms utilizado nas transmiss es digita
67. de um texto em Portugu s a probabilidade de ocorrer a letra T ap s a letra Q muitas vezes inferior que a probabilidade de ocorrer uma letra U ap s Q A probabilidade de ocorr ncia de uma letra P ap s uma letra N numa palavra nula a menos que um erro de ortografia tenha sido cometido Uma t cnica mais sofisticada que aquela de levar em conta este aspecto calculando a probabilidade relativa de ocorr ncia de cada s mbolo ap s os demais s mbolos de um alfabeto 128 No caso das letras como o exemplo citado acima isto vai significar na constru o de 26 tabelas cada uma contendo as probabilidades das letras seguindo uma letra do alfabeto Se uma forte correla o existir entre os s mbolos a taxa de compress o vai ser muito melhor que aquela obtida com a utiliza o da t cnica apresentada anteriormente Uma desvantagem desta t cnica a grande quantidade de tabelas requerida para a defini o das probabilidades relativas No caso de um alfabeto composto de k s mbolos ser o necess rias k2 entradas em tabela Um m todo poss vel de compress o a organiza o dos s mbolos em tipos por exemplo no caso de letras e n meros pode se classific los em mai sculas min sculas caracteres num ricos e caracteres especiais Assim quatro c digos podem ser associados aos quatro tipos e 28 c digos v o permitir codificar os caracteres A id ia de base desta t cnica que a prin
68. do mestre ASI 262 O quadro de resposta do escravo tem o formato da figura 5 6 composto de apenas 7 bits Como todas as respostas s o destinadas ao mestre n o necess rio um campo de endere o neste quadro 1 4 bit data 1 1 Test bit Figura 5 6 Quadro dos escravos ASI Como os quadros utilizados s o sempre iguais aos acima mostrados a varredura de cada escravo implica no envio e recep o de um total de apenas 24 bits o que pode ser feito em um tempo bastante reduzido como veremos adiante Cada escravo recebe portanto 4 bits de dados e 4 bits de par metros e responde se for o caso tamb m com 4 bits de dados Um escravo ASI possui at 4 portas de I O conectadas a dispositivos perif ricos como mostra a figura 5 7 Cada porta de sa da recebe o valor de 1 dos 4 bits do campo de dados do quadro enviado pelo mestre Se as portas est o configuradas como entradas seu valor copiado nos 4 bits correspondentes do campo de dados do quadro de resposta do escravo Desta forma o mestre pode ler ou escrever em qualquer uma das portas remotas dos escravos ASI suporta at 31 escravos em um barramento Como cada escravo pode ter 4 entradas ou sa das o n mero m ximo de elementos bin rios que podem ser integrados aos 31 escravos de 124 Esta configura o permite ligar os sensores e atuadores bin rios convencionais atuais rede ASI A varredura completa dos 3lescravos atualizando todas as 124 entradas e sa da
69. e cada parte vai receber um cabe alho sendo enviada como uma unidade de dados de protocolo ou PDU Protocol Data Unit Os cabe alhos de PDU s o utilizados pelas entidades pares para o transporte do protocolo Elas identificam a PDU contendo os dados e aquelas contendo informa es de controle n meros de sequ ncia contagens etc A figura 2 2 3 ilustra o processo descrito As PDUs recebem normalmente uma denomina o segundo a camada qual est o associadas Por exemplo as PDUs de aplica o s o ditas APDU assim como as de apresenta o s o as PPDU as de sess o SPDU e assim por diante CAMADA N 1 interface Ea cabe alho entidades da camada N trocam CAMADA N EEN sou Lu SDU lt PDUs via proto colos N NPDU Figura 2 2 3 Conceitos associados ao modelo de refer ncia OSI 2 2 4 2 Servi os orientados conex o e sem conex o 24 Como j foi dito as camadas podem oferecer diferentes classes de servi os s camadas superiores Estes servi os podem ser orientados conex o ou sem conex o No que diz respeito aos servi os orientados conex o podemos citar como exemplo t pico o sistema telef nico Para que seja poss vel falar a algu m no telefone necess rio inicialmente tirar o fone do gancho digitar ou discar um n mero esperar que o interlocutor atenda falar e finalmente desligar Este o princ pio de base de um servi o orientado conex o estabelecimento
70. em agosto de 1988 Os dois documentos mencionados acima apresentam de forma geral como os servi os e o protocolo podem ser aplicados no contexto da utiliza o de um equipamento de produ o gen rico sem levar em conta as particularidades de uma classe de equipamentos espec fica Para complementar a norma existente outros documentos foram e est o sendo produzidos denominados normas de acompanhamento Companion Standards cujo objetivo levar em conta as especificidades de classes de equipamentos tais como os rob s as m quinas de comando num rico os sistemas de vis o os controladores l gicos program veis e os sistemas de controle de processos 211 O objetivo de MMS oferecer servi os de comunica o que permitam a um sistema aberto no sentido OSI acessar os recursos existentes em outros sistemas abertos conectados rede de comunica o Eles permitem cobrir grande parte das necessidades de comunica o entre sistemas de produ o como por exemplo o carregamento remoto de programas o controle remoto de um equipamento a elabora o de relat rios de produ o etc Os programas escritos pelos programadores de aplica o v o acessar direta ou indiretamente as primitivas de servi o MMS que v o manipular objetos virtuais representando os recursos reais dispon veis num equipamento de produ o distante 3 3 5 1 OS OBJETOS MMS Os usu rios dos servi os MMS s o os processos de Aplica o APs
71. entre as duas palavras e contando o n mero de bits 1 do resultado A este n mero dado o nome de Dist ncia de Hamming Se a dist ncia de Hamming entre duas palavras d ser o necess rios d erros simples para transformar uma palavra em outra 54 A parte de dados da palavra de c digo pode ter at 2M valores diferentes Devido forma com que os r bits de controle s o calculados nem todos os 2 valores poss veis para a palavra de c digo s o efetivamente utilizados Sendo conhecida a t cnica de c lculo dos bits de controle poss vel fazer uma lista de todas as palavras de c digo v lidas Pode se agora verificar entre as palavras desta lista quais as que apresentam a menor dist ncia de Hamming Esta ser a dist ncia de Hamming do c digo como um todo A propriedade de um c digo ser detetor ou corretor depende da sua dist ncia de Hamming Para que seja poss vel detectar d erros numa palavra necess rio que o c digo tenha uma dist ncia de Hamming de d 1 Isto porque imposs vel que d erros possam transformar uma palavra de c digo em outra palavra de c digo autorizada Por outro lado para que seja poss vel corrigir d erros a dist ncia de Hamming do c digo dever ser de 2d 1 Neste caso mesmo que d erros simples ocorram a palavra de c digo continua ainda mais pr xima da palavra transmitida Assim fica claro que um c digo corretor de erros precisa ter palavras v lidas mais diferentes entre si do q
72. es em 4 segmentos de rede como o DP Usa servi os LLC tipos 1 e 3 Os servi os de aplica o seguem o padr o FMS Fieldbus Message Services subconjunto do MMS da rede MAP PC Gerente FMC PC Visao Rede Profibus ooog DU iog ysi Q DODDo Doo Do CNC Camera rn Romi Mazak Esteira transportadora A Robo IPSO SP 50 Figura 5 3 Aplica o t pica da Rede SINEC L2 FMS Micrometro Laser e SINEC L2 PA permite interligar instrumentos da rea de processos unit rios a um sistema de comunica o Adota o padr o IEC61158 2 na camada f sica que utiliza o pr prio cabo de transmiss o de dados para energizar os dispositivos de campo e opera com uma taxa de transmiss o de 31 25 Kbps Aqui o comprimento m ximo do cabo depende do n mero de esta es conectadas e fun o de seu consumo de energia Um segmento sem repetidores suporta no m ximo 32 esta es A subcamada MAC utiliza o protocolo Mestre Escravos e usa LLC tipo 1 Os servi os de aplica o s o semelhantes aos do DP 3 5 5 2 BITBUS INTEL 249 O Bitbus uma rede com topologia em barramento e operando com o m todo de acesso ao meio mestre escravos Foi desenvolvido pela INTEL para a integra o de componentes no n vel mais baixo da automa o industrial integrando sensores atuadores controlado
73. executado por uma esta o encarregada de definir rotas entre todos os demais n s Esta esta o chamada RCC Routing Control Center A RCC recebe novos dados sobre custo de certas linhas cada vez que uma mudan a ocorre roteamento din mico centralizado O uso da RCC pode causar sobrecarga na rede se ocorrem altera es muito frequentes nos custos de cada linha pois a RCC tem que receber muitas mensagens contendo novos dados sobre custos das linhas afetadas b Roteamento multicaminhos Este algoritmo leva em conta a possibilidade de exist ncia de diversos caminhos entre dois n s de valores quase equivalentes Desta forma o desempenho da rede pode ser melhorado se o tr fego assumido por v rios caminhos reduzindo assim a carga de uma dada linha de comunica o Esta t cnica de roteamento implantada da seguinte forma cada IMP mant m atualizada uma tabela com uma linha para cada IMP da rede Para cada IMP tem se as diferentes linhas de sa da para este destino classificadas em ordem decrescente do melhor ao menos eficiente com um peso relativo Antes do envio de um pacote o IMP gera um n mero aleat rio para definir o caminho utilizando os pesos como probabilidade As tabelas s o criadas de maneira est tica pelo administrador do sistema e carregadas em cada IMP na inicializa o da rede O grafo da figura 2 3 28 a ilustra o desenvolvimento deste algoritmo sendo que em 2 3 28 b est apresentada a tabela para o
74. fios tran ados Se os filtros limitadores da faixa de frequ ncia s o retirados poss vel ent o dependendo da qualidade do cabo utilizado transmitir sinais digitais pela rede telef nica a uma taxa de 1 a 2 Mbit s sobre uma dist ncia de alguns quil metros c T cnicas de codifica o de bits Na transmiss o digital existem diferentes formas de codificar os sinais l gicos O e 1 Em uma primeira abordagem o sinal 1 pode ser representado por um n vel de tens o enquanto o sinal O representado por outro ou por dois intervalos de tens o como veremos a seguir 37 Uma forma poss vel de representa o dos sinais O e 1 a codifica o bin ria que usa um sinal do tipo on off como mostrado na figura 2 3 5 a Aqui o sinal l gico 1 representado por uma tens o positiva por exemplo 5V enquanto o n vel O representado por OV sinal ativo alto Outra op o a codifica o bipolar que representa o sinal l gico 1 por uma tens o positiva por exemplo 12V e o sinal l gico O por uma tens o negativa por exemplo 12V poss vel tamb m definir os sinais de forma oposta isto uma tens o negativa ou nula para o sinal l gico 1 e uma tens o positiva para o sinal l gico O sinal ativo baixo Na pr tica devido a possibilidade de presen a de perturba es e a queda de tens o causada pela pr pria imped ncia do meio de transmiss o trabalha se com intervalos de tens o por exemplo uma tens o
75. forma a obter se cada vez mais subsistemas independentes e dotados de uma intelig ncia local sem no entanto perder as vantagens de uma supervis o e condu o central do sistema como um todo Esta descentraliza o traz consigo uma s rie de vantagens t cnicas tais como a diminui o da sobrecarga de processamento da unidade central entre outras 160 N vel Hier rquico E ss Sistema de Administra o a E pe corporativa Comunica o Planejamento EN E CAD CAE CAP actor E CAPP CAQ etc MAE TOR Gw rea 25 Sho o FMS Shop R MAP EPA n Mini MAP MgU C uia mm nm Cell E E FMC Fieldbus Torno O 0 0 Manipulador Subsistema g Centro usinagem Subsystem CLP CNC etc Fieldbus Motores tempo real Componente S A S A chaves Component reles etc Figura 1 1 As redes de comunica o e o modelo CIM Cada n vel da hierarquia fabril representado por
76. impede que C envie dados para D enquanto B envia para A Esta situa o conhecida como o problema da esta o exposta exposed station problem Em resumo o que realmente interessa a uma esta o pretendendo enviar um quadro em redes sem fio saber se h ou n o atividade na rea do receptor Para resolver os problemas acima a norma IEEE 802 11 utiliza em sua subcamada MAC chamada DFWMAC para Distributed Foudation Wireless MAC um protocolo de acesso ao meio conhecido como MACA Multiple Access with Collision Avoidance A id ia b sica por tr s deste protocolo fazer com que o emissor de um quadro estimule o receptor a emitir um quadro pequeno que possa ser detectado pelos seus vizinhos antes de mandar os dados em si Suponhamos agora que B quer enviar um quadro para C Neste m todo de acesso a esta o B envia para C primeiro um quadro especial denominado RTS Request To Send contendo o tamanho do quadro de dados que deseja enviar a seguir C deve responder com outro quadro especial chamado CTS Clear To Send contendo a mesma informa o de tamanho B inicia a transmiss o quando recebe o quadro CTS de C conforme ilustrado na figura 2 28 Qualquer esta o que captar o quadro RTS estar for osamente pr xima a B e deve se manter em silencio por tempo suficiente para que B receba o CTS Qualquer esta o que captar o CTS estar for osamente pr xima a C e deve tamb m se manter em silencio por tempo suficiente para qu
77. inicializa o da seq ncia e cria o de um dom nio InitiateDownLoadSequence e transfer ncia das informa es para o dom nio DownLoadSegment e termina o da sequ ncia TerminateDownLoadSequence Os servi os de Gest o de Programa permitem a um usu rio MMS manipular de maneira remota os programas num VMD para a cria o elimina o e controle de execu o As opera es podendo ser efetuadas sobre um objeto Invoca o de Programa s o as seguintes e cria o e elimina o CreatePrograminvocation e DeleteProgramlnvocation e controle de execu o de um programa Start Stop Resume Reset e Kill e obten o de atributos GetPrograminvocationAttributes Os servi os de Acesso s Vari veis permitem a um cliente MMS definir e acessar vari veis definidas num VMD de um servidor MMS O acesso s vari veis reais de um equipamento poss vel gra as adefini o de um conjunto de objetos vari veis MMS manipulados pelos 14 servi os definidos nesta classe Os servi os Read e Write por exemplo permitem acessar respectivamente em leitura e escrita uma vari vel Existem ainda servi os permitindo definir os diferentes objetos associados s vari veis tais como DefineNamed Variable DefineScatteredAccess DeleteVariableAccess DefineNamedVariableList Delete NamedVariableList DefineNamedType e DeleteNamedType Os servi os de Gest o de Sem foros permitem gerenciar o acesso concorrente aos recursos
78. m o endere o do host 84 Desta forma uma esta o de rede teria um endere o IP do tipo 150 162 14 1 host atlas no LCMI UFSC ou 150 162 14 4 host polaris tamb m no LCMD Observe que as duas esta es do exemplo acima est o situadas na mesma subrede Os bytes nos exemplos acima s o separados por pontos para facilitar a convers o do formato string para endere o IP classe A 4 32 bits 1110 Endere o para Multicast 11110 Reservado para uso futuro Figura 2 3 34 Endere amento IP 2 3 5 A CAMADA DE TRANSPORTE Endere os 1 0 0 0 a 1970988 94 128 0 0 0 a 101958494 192 0 0 0 a 992 988 N amp 224 0 0 0 a 920 988 9 amp 240 0 0 0 a NAT AIKKAIK A fun o da camada de Transporte permitir a transfer ncia de informa es do sistema emissor ao sistema receptor de forma confi vel e econ mica independentemente da natureza da informa o ou das redes suportando a comunica o A import ncia dos servi os fornecidos por esta camada est no fato que muitas aplica es existentes podem funcionar simplesmente com a exist ncia de um servi o confi vel de transporte de informa o o que quer dizer que os servi os que poderiam ser fornecidos pelas camadas superiores s o dispens veis Um exemplo disto a interconex o de esta es no sistema UNIX Nesta parte do documento ser o apresentadas as principais defini es relacionadas aos servi os e protoc
79. maneira coerente Dentro desta se o ser o estudados os principais aspectos relacionados camada de Aplica o dando nfase a sua estrutura e apresentando alguns exemplos de servi os oferecidos Estes servi os podem ser de uso geral ou servi os espec ficos para certas classes de aplica es como veremos mais a frente 2 3 8 1 Estrutura da camada de Aplica o a Defini es da norma ISO 9545 Uma aplica o dita distribu da quando os processos de aplica o a ela relacionados residem em sistemas computacionais distintos A camada de aplica o do RM OSI cuida da comunica o entre processos cooperantes de uma mesma aplica o distribuida A grande diversidade das aplica es podendo ser constru das sobre uma arquitetura de comunica o e a quest o da heterogeneidade dos sistemas fator importante da concep o do modelo OSI conduziu no mbito da ISO defini o de uma arquitetura unificada para a camada de Aplica o denominada ALS Application Layer Structure e definida pela norma ISO 9545 Nesta defini o a norma n o prop e servi os de Aplica o mas introduz um conjunto de conceitos relacionados estrutura da camada que pode servir como base para a defini o de outras normas ou propostas de servi os de Aplica o Os principais conceitos ali definidos s o apresentados a seguir Um Processo de Aplica o ou AP Application Process representa de forma abstrata um elemento de um sist
80. n mero de esta es por uma nica rede esta for particionada em duas ou mais redes cada rede local associaria aquelas esta es que possuam maior tr fego entre elas diminuindo assim o tr fego no suporte de transmiss o sendo que elementos de interconex o das diversas redes garantiriam a comunica o entre as esta es conectadas a diferentes redes e funcionalmente mais interessante interligar esta es que realizem trabalhos pertencentes a atividades compat veis por redes locais adequadas ao perfil destas atividades as diferentes redes associadas a cada n vel de atividade continuariam a permitir a comunica o entre esta es pertencentes a diferentes atividades atrav s dos elementos de interconex o O problema da interconex o de redes derivado de tr s quest es importantes e a primeira est relacionada fun o de roteamento dado que dois equipamentos envolvidos num di logo podem n o pertencer mesma subrede e a segunda est relacionada com a possibilidade bastante realista de que duas subredes interconectadas apesar de possuirem arquiteturas semelhantes n o implementem os mesmos protocolos por ex Token Ring x Ethernet o que representa um problema n o trivial a ser resolvido e a terceira ainda mais complexa est relacionada com a hip tese de que as subredes a serem interconectadas al m de possuirem protocolos diferentes em cada camada n o sejam baseadas na mesma arquitetura por ex
81. n meros inteiros de 32 bits em complemento 2 e todos os aplicativos tem que ser escritos de forma a codificar ao menos o cabe alho das TPDUs desta forma A sintaxe do resto da informa o problema do software aplicativo em outras palavras problema do desenvolvedor de software 134 2 3 8 A CAMADA DE APLICA O A camada de Aplica o tem por fun o o gerenciamento dos programas de aplica o do usu rio que executam em m quinas interligadas via rede e utilizam o sistema de comunica o para a troca de informa es Os programas de aplica o que possuam processos situados em m quinas fisicamente separadas e utilizam o sistema de comunica o v o utilizar se dos servi os de comunica o oferecidos por esta camada Esta camada a que mant m o contato direto com os usu rios da arquitetura de comunica o abrindo caminho para todos os servi os oferecidos pelas camadas inferiores Os elementos compondo a arquitetura da camada de Aplica o v o se utilizar das facilidades oferecidas pela camada de Apresenta o para a manipula o e a representa o de dados e os mecanismos de controle de di logo oferecidos pela camada de Sess o As intera es entre os programas aplicativos permitem modelizar a opera o cooperativa entre os sistemas abertos reais necessitando por m o compartilhamento de uma quantidade de informa es que viabilize estas intera es a fim de que o tratamento das atividades seja feito de
82. no que diz respeito ocorr ncia de eventos e afeta o de vari veis servi os n o confirmados 216 Classe Primitivas de Servi o Coment rios Gest o de Initiate inicia o libera o abandono Contexto Conclude e rejei o de conex o com Abort outro usu rio MMS Cancel Reject Gest o de Status oferece servi os de VMD VMD UnsolicitedStatus particularmente informa es GetNameList sobre os objetos Identify Rename Gest o de InitiateDownLoadSequence permitem transferir Dom nio DownLoadSegment informa es tais como TerminateDownLoadSequence c digos e dados de programa InitiateUpLoadSequence para serem carregados num UpLoadSegment dom nio de forma din mica TerminateUpLoadSequence as sequ ncias DownLoad e RequestDomainDownLoad UpLoad s o atividades que RequestDomainUpLoad permitem gerenciar as LoadDomainContent transfer ncias entre Cliente e StoreDomainContent Servidor DeleteDomain GetDomainAttribute DomainFile Gest o de CreateProgramInvocation permitem que um usu rio Programas DeleteProgramInvocation Cliente MMS gerencie a Start execu o remota de Stop programas num usu rio Resume Servidor Reset Kill GetProgramInvocationAttributes Acesso a Read permitem a defini o e o Vari veis Write acesso s vari veis de um InformationReport VMD e estabelecer a rela o GetVariableAccessAttributes entre as vari veis de um DeleteNamedVariable VMD objetos e as
83. o controle de fluxo 16 A camada 4 respons vel da decomposi o da mensagem a fim de respeitar as restri es de tamanho que podem ser impostas pelas camadas inferiores Assim M decomposta em MI e M2 Para isto inserido tamb m na mensagem ou nas partes da mensagem um cabe alho H4 contendo uma informa o de controle como por exemplo um n mero de ordem que vai permitir posteriormente na camada 4 do sistema destinat rio a reconstru o da mensagem a partir das partes recebidas Outras informa es podem ainda estar contidas neste cabe alho como por exemplo o tamanho da mensagem o instante de envio etc Na camada 3 feita a escolha das linhas de sa da roteamento e um novo cabe alho H3 introduzido s mensagens Na camada 2 al m de um cabe alho H2 introduzido tamb m um sufixo T2 contendo informa es espec ficas esta camada A mensagem finalmente entregue camada 1 para emiss o via meio f sico No sistema destinat rio o processo inverso se desenrola sendo que as mensagens v o subindo de camada em camada e os cabe alhos retirados nas camadas respectivas de modo a evitar que estes sejam transferidos s camadas que n o lhes dizem respeito Um aspecto importante mostrado nesta figura o da comunica o virtual ocorrendo entre as diferentes camadas pares As camadas em cada n vel possuem uma vis o da comunica o horizontal mesmo se as mensagens s o na realidade transmiti
84. o fim Um exemplo pr tico de situa o onde um servi o at mico deve ser empregado seria uma transfer ncia banc ria Suponhamos que Jo o que cliente do banco A pede para fazer 139 uma transferencia de uma quantia X para seu amigo Jos que cliente do banco B Para completar a transa o algumas a es tem que ser executadas o computador do banco A deve descontar a quantia X da conta de Jo o e enviar uma mensagem para o banco B quando receber a mensagem do banco A o computador do banco B deve depositar a quantia X na conta de Jos e enviar uma mensagem de acknowledge ao banco A indicando que a opera o foi completada At ai tudo bem mas suponha que um dos bancos fa a a sua parte do servi o mas o outro n o devido digamos a uma falha local ou a um problema na rede Se por exemplo o banco B recebeu o pedido de dep sito executou o mandou a mensagem de acknowledge mas esta n o recebida o banco A pode pedir novamente a execu o do servi o o que resultar para alegria de Jos em uma repeti o da opera o de dep sito Isto requer um protocolo que s execute a transa o de forma completa ou absolutamente n o execute O CCR opera segundo uma politica cliente servidor com um protocolo conhecido como two phase commit submiss o em duas fases Na primeira fase quando um cliente pede a um conjunto de servidores a execu o de um servi o at mico cada servidor verifica a disponibilidade loc
85. o utilizados exclusivamente para esta arquitetura Al m disso outras propostas tinham sido adotadas pelos grandes fabricantes Ethernet TEEE 802 3 no caso da DEC e IEEE 802 5 no caso da IBM A n vel da camada de Enlace embora as fun es associadas sejam principalmente a detec o e recupera o de erros optou se por um protocolo que n o implementasse estes servi os o LLC tipo 1 deixando estas fun es a cargo dos n veis superiores mais particularmente o n vel Transporte O servi o de Rede sem conex o cada mensagem sendo roteada individualmente atrav s da rede A norma ISO 8348 adotada a este n vel permite definir um conjunto de regras de endere amento atrav s da rede O protocolo de roteamento utilizado aqui foi definido pelo projeto MAP e atualmente normalizado na ISO sob o n mero 9542 A n vel do Transporte foi adotada a classe 4 do protocolo de Transporte da ISO TP4 ISO 8072 73 orientado conex o com controle de erros O servi o de Transporte oferece ent o um canal de comunica o confi vel sem perdas erros nem duplica o de mensagens TP4 assegura ainda as fun es de fragmenta o e montagem de mensagens o que permite que as mensagens trocadas a este n vel sejam de qualquer dimens o A norma ISO 8326 27 foi adotada para a camada de Sess o assegurando as fun es de comunica o full duplex e de ressincroniza o Na camada de Apresenta o os problemas de representa o de dado
86. o voltado para a automa o da manufatura MAP define mecanismos de comunica o entre equipamentos de ch o de f brica tais como Rob s CNCs CLPs terminais de coleta de dados Computadores etc Esta proposta encontra boa aceita o a n vel mundial por parte de usu rios e fornecedores de bens de automa o mas ainda esta sendo questionada pelos altos custos de cada esta o Para aplica es voltadas ao controle da manufatura com tempos cr ticos foi definida a vers o MAP EPA Enhanced Performance Architecture para conseguir tempo de resposta menores A Vers o MAP EPA apresenta para algumas esta es da rede a arquitetura MAP completa 7 camadas e uma arquitetura simplificada com as camadas 1 2 e 7 do modelo OSI como caminho alternativo para satisfazer os requisitos de tempo A vers o mais simplificada conhecida como MINI MAP e implementa somente as camadas 1 2 e 7 do modelo OSI O projeto MAP devido a sua import ncia no contexto de redes industriais ser discutido mais detalhadamente em um cap tulo a parte mais adiante 3 2 3 4 PROJETO TOP 204 Com objetivos semelhantes ao MAP foi desenvolvido pela BOEING a partir de 1983 o projeto TOP Technical and Office Protocol voltado redes para automa o de reas t cnicas e administrativas Tamb m baseado no modelo OSI de 7 camadas e tem como finalidade fornecer aos usu rios os seguintes servi os correio eletr nico processamento de textos acesso a base
87. outro lado a unidade de dados emitida por um usu rio do servi o Transporte ser referenciado como sendo uma mensagem Uma mensagem a ser transmitida pode ter um tamanho qualquer a segmenta o das mensagens devendo ser assumida por esta camada Isto significa que se uma unidade de dados apresenta um tamanho superior ao de um pacote ela deve ser segmentada em tantos pacotes quantos sejam necess rios para efetuar a sua completa emiss o Ainda se uma entidade de Transporte gerencia v rias conex es num dado instante ela deve numerar as conex es e inserir o n mero correspondente nas unidades de dados a fim de 91 permitir entidade receptora de identificar corretamente a conex o qual esta unidade de dados deve ser associada Independente da classe de protocolo considerada deve sempre existir um mecanismo de libera o de conex o esta libera o sendo por m diferente dependendo da classe de protocolo considerada 2 3 5 4 O gerenciamento de conex es O gerenciamento de conex es uma das importantes fun es assumidas pela camada de Transporte Como j foi dito embora esta fun o possa parecer similar quela suprida pela camada de Enlace o gerenciamento das conex es de Transporte bem mais complexo do que das conex es de Enlace Gerenciar uma conex o a n vel de enlace ou rede relativamente f cil pois envolve sempre esta es adjacentes A situa o se complica a n vel de transporte pois a conex
88. pela qual ela vai transitar esta decomposta em v rias mensagens ou fragmentos cujas dimens es ser o adaptadas s limita es da subrede considerada evidente que caso estes fragmentos sejam enviados a uma nova subrede que suporte o tamanho m ximo da subrede de origem estes poder o ser reagrupados para recompor a mensagem original Estes s o alguns dos pontos a serem discutidos no momento em que um elemento deve ser projetado para a interconex o de duas subredes Outros pontos n o menos importantes s o o controle de erros o tipo de servi o orientado conex o ou n o o n vel da interconex o o controle de fluxo o controle de congestionamento a seguran a a tarifa o de servi os 2 4 3 A INTERCONEX O SEGUNDO O MODELO OSI Antes de estudarmos os elementos respons veis da interconex o de redes vamos analisar a abordagem do modelo OSI no que diz respeito a este problema particular Segundo o que foi estabelecido no modelo OSI no que diz respeito interconex o a camada de Rede assume a resolu o destes problemas sendo para tal subdividida em tr s subcamadas como mostra a figura 2 4 2 a subcamada de acesso subrede a subcamada de adapta o da subrede e a subcamada de interconex o A primeira subcamada representada pelos n veis 3a na figura 2 4 2 respons vel do gerenciamento do protocolo da subrede considerada assumindo a recep o e o envio dos pacotes de controle e implementando as fun e
89. rios s por muita coincid ncia ser o iguais em todas as esta es interessadas em transmitir Como desvantagem temos o fato de que ele introduz um maior atraso de emiss o a n vel das esta es do que o protocolo persistente decorrente dos tempos aleat rios de espera pela libera o do meio O CSMA p persistente mais um exemplo de protocolo de acesso baseado em conten o que procura ser um compromisso entre as duas propostas anteriores funcionando da seguinte maneira quando uma esta o tem um quadro a enviar ela escuta o canal para verificar a disponibilidade deste Se o canal est dispon vel a esta o emite um quadro com probabilidade igual a p A probabilidade de que esta n o transmita o quadro e opte por aguardar por um intervalo de tempo fixo igual a q 1 p Se a escolha recair em n o transmitir o quadro ap s a passagem do intervalo de tempo especificado o canal novamente testado e se estiver dispon vel as probabilidades de envio ou de espera continuam as mesmas O processo continua ent o at que o quadro seja finalmente transmitido ou que outra esta o tenha tomado posse do canal Observe que o protocolo CSMA 1 persistente um caso particular do CSMA p persistente onde p 1 O algoritmo n o persistente portanto eficiente para evitar colis es mas implica em desperd cio de tempo de transmiss o J o algoritmo persistente n o ocasiona este desperd cio de tempo mas apresenta elevada probabilid
90. s o em n mero de 4 as fichas de dados para a transfer ncia em half duplex as fichas de libera o para o in cio de uma libera o negociada as fichas de sincroniza o m nima para a inser o de pontos de sincroniza o m nimos e as fichas de sincroniza o m xima e atividade para o 114 gerenciamento das atividades e da sincroniza o S TOKEN GIVE permite efetuar a transfer ncia de uma ou mais fichas entidade remota as fichas a transferir sendo indicadas nos par metros das primitivas O quinto grupo cont m os servi os relativos sincroniza o seja para inser o de pontos de sincroniza o atrav s dos servi os S SYNC MAJOR e S SYNC MINOR dedicados respectivamente introdu o de pontos de sincroniza o m ximos e m nimos seja para a resincroniza o a partir de um ponto dado S RESYNCHRONLZE Primitiva R I Rs C Fun o ORIENTADO CONEX O S_CONNECT e e estabelecimento de conex o S_RELEASE e e o o libera o negociada de conex o S_U_ABORT e o libera o abrupta usu rio S_P_ABORT libera o abrupta fornecedor S_DATA e o transfer ncia de dados normais S_EXPEDITED_DATA e o transfer ncia de dados urgentes S_TYPED_DATA e o transfer ncia de dados tipados S CAPABILITY DATA e e o o transf de dados de capacidade S TOKEN GIVE e o passagem de ficha de dados S_TOKEN_PLEASE
91. seguinte maneira e servi os do tipo A que caracteriza os servi os perfeitos onde a fra o de pacotes perdidos duplicados ou corrompidos desprez vel o tipo de servi o dificilmente encontrado em redes p blicas mas algumas redes locais s o bastante pr ximas deste tipo de servi o e servi os do tipo B onde a perda de pacotes tamb m rara mas a comunica o frequentemente interrompida servi o N RESET devido a problemas de congest o de hardware ou software e servi os do tipo C n o confi veis sendo caracterizados normalmente pelas redes a longa dist ncia do tipo datagrama Para cada tipo de servi o de A a C o n vel do servi o de Transporte caminha do mais simples ao mais complexo ou seja quanto pior o servi o oferecido pela camada de Rede melhor e mais complexo dever ser o servi o oferecido pela camada de Transporte Para permitir a defini o de v rios n veis de oferecimento de servi o o modelo OSI a n vel da camada de Transporte define cinco classes de servi o 90 e classe 0 que s o os servi os mais simples capazes de estabelecer uma conex o mas baseados na hip tese que o servi o de Rede n o gera erros de transmiss o n o existe tratamento de erros controle de fluxo nem sequenciamento e classe 1 corresponde classe 0 mas permite implementar a retomada de di logo considerando que pode ocorrer quebra do di logo a n vel de Rede servi o N RESET ele permit
92. sistema de comunica o esta no entanto n o a vantagem chave da fibra tica em redes 184 locais industriais pois o gargalo em termos de tempo de transmiss o n o esta na camada f sica como veremos a seguir Diversos trabalhos de pesquisa vem sendo realizados no sentido de resolver os problemas t cnicos existentes A figura 2 16 apresenta uma compara o sum ria entre os tr s tipos de meio Sensibili Par tran ado ass ncrono dade pertur ba es Par tran ado s ncrono Cabo coaxial Dist ncia Taxa Fibra tica Custos de o transmiss o Figura 2 16 Meios de transmiss o Atualmente a melhor solu o para o ch o de f brica ainda o par tran ado A fibra tica ser certamente a melhor solu o em futuro pr ximo j existindo hoje diversas aplica es industriais bem sucedidas Areas de seguran a intr nseca Sujeitas a inc ndio explos o Presen a de l quidos ou gases inflam veis explosivos N o pode haver faiscamento Fregii ncia de sinais el tricos limitada Modelo FISCO Fieldbus Intrinsically Safe Concept desenvolvido na Alemanha pelo PTB Physikalisch Technische Bundesanstalt e reconhecido mundialmente como modelo b sico para opera o de redes em reas de risco de explos o ou inc ndio Princ pios de transmiss o segundo modelo FISCO Cada segmento possui
93. suporte de transmiss o para verificar se este est dispon vel Em caso positivo o quadro ser transmitido Caso contr rio ao inv s de ficar escutando espera da libera o do canal ele vai esperar um per odo de tempo aleat rio e ap s a expira o deste vai escutar o canal novamente para verificar a sua libera o ou n o Este protocolo permite reduzir as possibilidades de ocorr ncia de colis es embora ele introduza um maior atraso de emiss o a n vel das esta es que o protocolo persistente O CSMA p persistente mais um exemplo de protocolo de acesso funcionando da seguinte maneira quando uma esta o tem um quadro a enviar ela escuta o canal para verificar a disponibilidade se o canal est dispon vel a probabilidade da esta o emitir o quadro igual a p A probabilidade de que esta aguarde o pr ximo intervalo de tempo igual 46 a q l p se no in cio do segundo intervalo de tempo o canal est dispon vel as probabilidades de envio ou de espera continuam as mesmas o processo continua ent o at que o quadro seja finalmente transmitido ou que outra esta o tenha tomado posse do canal O protocolo CSMA CD CSMA com detec o de colis o Os protocolos descritos at aqui embora apresentando aspectos interessantes podem ser melhorados considerando se que cada esta o poderia detectar antes da emiss o o estado de conflito com outras esta es da rede evitando assim a emiss o
94. um conjunto de a es e processamentos que possuem requisitos de comunica o diferentes A caracter stica predominante nos n veis hier rquicos inferiores a transfer ncia de mensagens curtas com alta frequ ncia entre um n mero elevado de esta es Nos n veis hier rquicos superiores h a predomin ncia de transfer ncia de mensagens longas entre um n mero menor de esta es e a uma frequ ncia consideravelmente mais baixa figura 1 2 Tempo H SN Vida til e Ocioso entre m dio tamanho transmiss es de uma esta o Ei m dio dos F dados Hostilidade do meio esta es Quadros segmento seg Figura 1 2 Caracter sticas da comunica o em CIM 161 Deste modo n o existe um sistema de comunica o nico capaz de atender a todas as aplica es existentes na organiza o industrial mas sim uma s rie de sub redes locais adequada aos requisitos de comunica o de cada n vel As sub redes ser o conectadas linha tronco Backbone atrav s de Gateways Bridges e Routers de modo que todas as esta es possam ser acessadas formando um sistema de comunica o co so que atenda toda a f brica conforme os preceitos da filosofia CIM Computer Integrated Manufacturing 162 3 2 REDES LOCAIS INDUSTRIAIS 3 2 1 Motiva o A maioria das redes de comunica o existentes no mercado procuraram at
95. uma nica fonte de alimenta o N o se alimenta o barramento enquanto uma esta o est enviando Cada dispositivo de campo consome uma corrente constante em steady state de pelo menos 10 mA que alimenta o dispositivo Os dispositivos de campo funcionam como uma carga passiva de corrente Existe uma termina o passiva em ambos os extremos da rede Topologias permitidas linear em rvore e em estrela 185 Norma IEC 1158 2 para camada f sica Transmiss o de dados digital bit s ncrona Manchester Taxa de transmiss o 31 25 kbit s modo voltagem Cabo STP com 2 fios Alimenta o remota opcional via linhas de dados Classes de prote o contra explos o Intrinsically safe EEx ia ib e encapsulation EEx d m p g Topologias linha e rvore ou uma combina o Numero de esta es at 32 esta es por segmento m ximo de 126 com 4 repeaters 3 2 2 4 TIPO DE MENSAGENS E VOLUME DE INFORMA ES Nos n veis hier rquicos superiores de automa o por ex a n vel de planejamento s o fregiientemente trocados pacotes de v rios KByte que requerem tempos de transmiss o variando de alguns segundos at v rios minutos Nas aplica es mais pr ximas ao processo normalmente s o enviadas mensagens curtas tais como e Comando para ligar ou desligar uma unidade basta um bit e Comando para fazer a leitura de um sensor medidor bastam 8 12 ou 16 bits conforme a reso
96. uma elevada confiabilidade Para aumentar esta confiabilidade nas mensagens transmitidas normalmente usado um teste c clico de redund ncia CRC Cyclical Redundance Check Em sistemas que necessitem de uma opera o cont nua pode ser utilizado um meio de transmiss o e esta es de controle redundantes Al m disso os cabos utilizados em geral s o blindados 3 2 2 3 REQUISITOS DO MEIO AMBIENTE Devido s caracter sticas do ambiente industrial a presen a de perturba es eletromagn ticas provocadas principalmente pelos acionamentos de motores el tricos de grande porte ou outras fontes chaveadas esta es de solda conversores est ticos etc n o pode ser desprezada na escolha do meio de transmiss o de uma rede de comunica o Para a defini o do meio f sico de transmiss o e do protocolo de comunica o estas caracter sticas devem ser consideradas O meio de transmiss o deve possuir uma boa resist ncia mec nica e deve estar eletricamente isolado O meio f sico a ser adotado n o depende apenas de aspectos t cnicos mas tamb m e muito especialmente no ch o de f brica do aspecto de custo Cabos coaxiais s o menos afetados por perturba es eletromagn ticas do que o par tran ado No entanto o custo do cabo coaxial superior ao do par tran ado Al m disso barramentos constru dos com cabo coaxial e conectores T requerem resist ncias terminais terminadores para a correta opera o da rede
97. uma rede de comunica o baseada em um meio sem guia f sico pode ser uma solu o mais interessante Por exemplo numa rede que deve estender se ao longo dos 32 diversos pr dios num campus de uma universidade pode ser mais interessante a instala o de um conjunto emissor receptor a raios laser ou infravermelhos no teto de cada um dos pr dios J existem tamb m redes locais baseadas em sinais de r dio Cada esta o de rede tem que possuir uma unidade de transmiss o e recep o transceptor de r dio podendo ser livremente deslocada dentro do ambiente Dentre as vantagens deste tipo de sistema podemos citar e Flexibilidade e Interconex o completa e Esta es m veis Por outro lado uma rede via r dio apresenta tamb m as seguintes desvantagens e Problema de autentica o e Privacidade e Depend ncia de regulamenta o p blica Deve se tamb m levar em considera o as seguintes limita es e compromissos e banda passante e rea de cobertura e interfer ncias e regulamenta es e custos No caso de comunica o em longas dist ncias as ondas de r dio em alta frequ ncia podem tamb m ser utilizadas constituindo uma boa alternativa utiliza o dos cabos coaxiais ou fibras ticas Neste caso antenas parab licas de emiss o recep o s o instaladas no alto de pilares de concreto e uma faixa de frequ ncia ent o estabelecida entre duas antenas situadas numa dist ncia da ordem de de
98. vari veis DefineScattered Access Attributes real de um equipamento de Delete VariableAccess produ o DefineNamed VariableList GetNamedVariableListAttributes DeleteNamedVariableList DefineNamedType GetNamedTypeAttributes DeleteNamedType servi os n o confirmados 217 3 4 REDES FIELDBUS 3 4 1 Motiva es e Requisitos do Fieldbus A evolu o dos microprocessadores conduziu a estrutura o hier rquica fabril at o n vel de simples componentes de automa o envolvendo elementos diretamente ligados ao processo a ser controlado ou supervisionado tais como sensores atuadores e controladores Atrav s da aplica o de microprocessadores em sistemas sens rios poss vel realizar um pr processamento do sinal diretamente no local de medi o diminuindo assim a probabilidade de deturpa o do sinal por perturba es eletromagn ticas s quais sinais anal gicos s o em geral muito suscet veis Al m disto a unidade que requer os dados do sensor aliviada destas fun es O mesmo principio aplicado aos atuadores que passam a poder interpretar e executar comandos complexos advindos da unidade central Uma vez que os sinais utilizados por tais componentes inteligentes j se encontram em forma digital conveniente definir sistemas de comunica o de dados tamb m digitais para substituir as cl ssicas interfaces anal gicas de corrente e tens o As interfaces de corrente 4 20 mA s o bem m
99. vez que durante a opera o de uma conex o incidentes podem ocorrer a camada de Transporte deve tratar tamb m deste problema No caso da camada de Rede as primitivas N RESET foram definidas para o tratamento de incidentes As entidades de Transporte quando da ocorr ncia de um incidente devem dialogar para trocar informa es sobre quais unidades de dados teriam sido recebidas ou n o O problema maior ocorre por m se a pane ocorre num dos sistemas envolvidos na comunica o Ap s a retomada da conex o todas as informa es s o reinicializadas de modo que o usu rio acaba perdendo a informa o de qual era o seu estado antes do incidente Uma forma de recupera o do estado enviar uma unidade de dados a todos os outros usu rios a fim de obter as informa es sobre todas as conex es existentes O emissor pode estar em dois estados unidades espera de reconhecimento ou n o Assim o emissor pode 99 decidir a retransmiss o das unidades Esta solu o por m n o assim t o simples uma vez que a recep o do reconhecimento pode n o garantir o armazenamento da unidade correspondente se por exemplo a pane ocorreu imediatamente ap s o envio do reconhecimento quando a unidade recebida n o tinha ainda sido armazenada Neste caso o emissor poderia retransmitir aquelas que por ventura n o tivessem sido recebidas no lado do receptor Por outro lado se a unidade escrita antes do envio do reco
100. 5 10 267 Fibra tica N 2 Par tran ado N N N N Rede el trica PaaS Figura 5 10 Rede LON com subredes diferentes e at 32 385 n s O NeuronChip programado em uma extens o da linguagem C desenvolvida especificamente para ele chamada Neuron C que expande o padr o ANSI com orienta o a objetos suporte a programa o concorrente 37 novos tipos de dados definidos na especifica o SNVT Standard Network Variable Types e mecanismos de passagem de mensagem Apesar deste sistema ser ainda pouco conhecido no Brasil existem mais de 1 milh o de n s de rede LON instalados nos Estados Unidos Em 1994 e empresa Echolon criou um grupo um grupo de usu rios e fabricantes de produtos baseados no NeuronChip chamado LonMark Interoperability Association que inclui empresas como a Honeywell Detriot Edison IBM Microsoft e Leviton Esta associa o executa testes e certifica o de conformidade para produtos que queiram ter o logotipo LonMark e define diretivas para interoperabilidade A maioria dos n s LON instalados est o em aplica es de automa o predial e residencial Existem esta es baseadas no NeuronChip para controle de l mpadas e eletrodom sticos termostatos sistemas HVAC Heating Ventilation and Air Conditioning 268 ou calefa o ventila o e ar condicionado sensores de presen a e seguran a em geral sensores de luminosidade ambiente equipamentos de udio e v deo por
101. 8 significa que quanto maior o tempo de propaga o no suporte de comunica o pior o desempenho do protocolo devido ocorr ncia de colis es O tempo de propaga o depende principalmente da taxa de transmiss o bits s e do comprimento do cabo Na verdade embora as probabilidades n o sejam muito grandes as colis es podem ocorrer mesmo se o tempo de propaga o considerado nulo Vamos supor agora que as esta es A e B tem quadros a transmitir mas que uma terceira esta o C est utilizando o meio Neste caso as duas esta es v o aguardar a libera o do meio e quando este estiver liberado ambas v o emitir seus quadros caracterizando a colis o Para reduzir a probabilidade de ocorr ncia de colis es foram criadas variantes deste protocolo como por exemplo o CSMA n o persistente Segundo este protocolo as esta es comportam se de maneira menos afoita para o envio de mensagens Assim uma esta o que deseje emitir um quadro vai escutar o suporte de transmiss o para verificar se este est dispon vel Em caso positivo o quadro ser transmitido Se o meio estiver ocupado ao inv s de ficar escutando persistentemente espera da libera o do canal a esta o vai esperar um per odo de tempo aleat rio e ap s a expira o deste vai escutar o canal novamente para verificar a sua libera o Este protocolo permite reduzir as probabilidades de ocorr ncia de colis es uma vez que os tempos de espera aleat
102. Application Processes executando num equipamento de produ o ou num computador de supervis o A comunica o entre dois APs atrav s dos servi os MMS realizada segundo um modelo Cliente Servidor onde o usu rio Cliente aquele que requisita opera o sobre os recursos dispon veis num equipamento de produ o distante este sendo modelizado por um usu rio Servidor O objeto de base definido em MMS o Dispositivo Virtual de Produ o ou VMD Virtual Manufacturing Device que representa no contexto dos servi os MMS um equipamento real de produ o Todo processo de aplica o modelizado por um Servidor MMS possui no m nimo um objeto VMD figura 3 4 O principal componente do VMD a Fun o Executiva respons vel pela gest o de acesso aos diferentes recursos do equipamento considerado tais como mem ria processadores portas de E S etc Esta o Operador 1 Objetos MMS Esta o Operador N Fun o EXECUTIVA PSAPS Figura 3 4 Estrutura geral de um VMD 212 O VMD define uma classe de objetos denominados dom nios Domains que permitem reagrupar os programas e os dados necess rios execu o do equipamento considerado Estes programas e dados podem ser definidos de maneira est tica ou din mica por meio dos servi os MMS A execu o de programas gerenciada atrav s de objetos denominados Invoca o de Programa Program Invocation que podem tamb m ser criados est tica ou dinamic
103. ED DATA ACKNOWLEDGEMENT Finalmente as TPDUs RJ REJECT e ER ERROR s o utilizadas para o tratamento de erros 100 Como se pode ver na figura todas as TPDUs s o compostas do campo LI j descrito O byte seguinte utilizado particularmente no protocolo de classe 4 para implementar um mecanismo de cr dito utilizado para controlar o tr fego de unidades de dados substituindo o mecanismo com janela de antecipa o 1 1 2 2 1 4 CR LI 1110 CDT 0 0 Ref Origem Classe Pa DADOS cc u monco Ref Origem Classe E Var DADOS DC E DR LU fuso Ret Destino Ret Origem razzo ENVa DA OS E 11000000 Ref Destino Ref Origem Pvar 2 LI i111 0000 Ref Destino TPDUN DA eo Cu foor ooo Feibesimo E Poun F a Joa os LI DT AK LI Jo110CDT Ret Destino TPDU esperada EA 1110 CDT Ref Destino TPDU esperada P Var RJ 0101 CD Ref Destino TPDU esperada ER L p111 0000 Ref Destino Causa Rejei o Pi var Figura 2 3 5 8 TPDUs do protocolo de Transporte OSI Os campos Ref Destino e Ref Origem permitem identificar as conex es de Transporte Eles s o utilizados nos protocolos de classe 2 a 4 onde pode ocorrer a multiplexa o de v rias conex es Quando um pacote recebido atrav s da camada de Rede a entidade de Transporte vai analisar estes campos para definir a que conex o ele pertence O campo Classe utilizado pelas entidades de Transporte para a negocia
104. Enlace de Dados Dados F sica F sica Aplica o f Apresenta o f Sess o t Transporte f Rede Enlace de Dados e IMP IMP SA IMP Interface Message Processor F sica SISTEMA B APDU PPDU SPDU TPDU PACOTE QUADRO BIT Como se pode ver na figura 2 2 1 o modelo prev a comunica o entre subredes atrav s de IMPs Interface Message Processors Na figura vemos ainda as unidades de dados trocadas a n vel da arquitetura APDU Application Protocol Data Unit PPDU Presentation Protocol Data Unit at BIT 18 Vamos descrever a seguir as principais fun es realizadas por cada uma das camadas definidas no modelo RM OSI A Camada F sica respons vel pela transfer ncia de bits num circuito de comunica o De maneira geral a sua fun o garantir que cada bit enviado de um lado ser recebido do outro lado sem ter alterado o seu valor ou seja se o bit enviado est a 1 ele ser recebido a 1 e n o a O Para isto as quest es a serem resolvidas neste n vel s o do tipo e os modos de representa o dos bits O e 1 de maneira a evitar ambigiiidades ou confus es valor da tens o em volts para a representa o dos valores O e 1 dos bits dura o de cada sinal representando um bit a codifica o dos sinais etc os tipos de conectores a serem utilizados nas liga es n mero de pinos u
105. NIZE e pedido de resincroniza o P_ACTIVITY_START in cio de uma atividade P_ACTIVITY_END e fim de uma atividade P_ACTIVITY_DISCARD e o abandono de uma atividade P_ACTIVITY_INTERRUPT e o interrup o de uma atividade P_ACTIVITY_RESUME retomada de uma atividade P_U_EXCEPTION_REPORT relat rio de anomalia user P P EXCEPTION REPORT idem provider P_ALTER_CONTEXT e altera o de contexto SEM CONEXAO P_UNITDATA transfer ncia de dados A camada de Apresenta o viabiliza a negocia o sobre que forma de representa o ser adotada para os dados manipulados pela aplica o A negocia o baseada no fornecimento por parte de um usu rio de todas as estruturas de dados que ele deseja utilizar sendo que o usu rio par pode ou n o aceitar a proposta Durante o di logo ainda poss vel que novas propostas de estruturas de dados sejam negociadas pelos dois usu rios 2 3 7 3 A nota o ASN 1 ASN 1 Abstract Syntax Notation One uma sintaxe abstrata que foi definida na ISO para solucionar a problem tica da representa o dos dados Isto foi motivado pela necessidade da exist ncia de uma forma de representa o de dados que fosse suficientemente flex vel e gen rica para que pudesse ser utilizada pelas mais diversas aplica es existentes ASN 1 definida pela norma ISO 8824 que apresenta as estruturas de dados previstas na sintaxe outra norma ISO 8825 define a sintaxe de transfer
106. O servidor realiza um login autom tico incluindo a verifica o do usu rio A parte cliente realizada pelo processo REXEC Servidor de Boot e BOOTP B0OOTstrap Protocol um servidor de boot remoto para hosts atrav s de uma rede TCP IP Muito utilizado por terminais gr ficos normalmente Diskless A figura 5 1 mostra uma rela o aproximada entre o modelo de refer ncia OSI ISO e a arquitetura usualmente vinculada aos protocolos TCP IP Modelo de Refer ncia ISO OSI Modelo Arquitetura TCP IP Aplica o SMTP FTP TELNET mail Apresenta o IP Internet protocol LLC Driver ex UNIX Controle de acesso ao meio MAC Meio F sico Figura 5 1 TCP IP e o RM OSIISO 2 Uma rela o aproximada entre os produtos apresentados e o modelo OSI representada na figura 5 2 247 Modelo de Refer ncia ISO OSI Produtos comerciais de rede Aplica o ps LAN Manager Apresenta o i Novell Netware LAN Manager PC LAN PC LAN TCP IP NETBIOS Ethernet Token sa Ring Figura 5 2 Rela o aproximada entre alguns produtos comerciais e o RM OSI LAN Server Novell Netware ARCNet 3 5 5 redes industriais 3 5 5 1 REDES SINEC SIEMENS As redes SINEC da Siemens s o um conjunto de solu es de rede englobando praticamente todos os n veis hier rquicos de uma empresa A fam lia SINEC Inclui e SINEC HI rede compat vel com a norma IEEE 802 3 Ethernet e SINEC H2 rede com
107. RZ Non Return to Zero ou Manchester Aqui o sinal l gico 1 representado por uma transi o entre uma tens o positiva e uma negativa figura 2 3 8 a enquanto o sinal l gico 0 representado por uma transi o entre uma tens o negativa e uma positiva figura 2 3 8 b A forma resultante de um trem de sinais exemplificada na figura 2 3 8 c Da mesma forma que na t cnica anterior isto garante a presen a de transi es suficientes para a sincroniza o do sinal Neste caso a amostragem do sinal feita na segunda metade do tempo bit 40 tempo bit 12V a L gico 1 12V tempo bit 12V b L gico O 12V trem de sinais c Figura 2 3 8 Codifica o NRZ Manchester a Sinal l gico 1 b Sinal l gico O c exemplo segii ncia 111001 Uma terceira t cnica a chamada NRZI Non Return to Zero Inverted tamb m conhecida como Manchester Diferencial ou Manchester Modificada Nesta t cnica a ocorr ncia de uma transi o no in cio do tempo bit indica a presen a de um zero no trem de sinais conforme ilustrado na figura 2 3 9 Se n o houver transi o flanco no inicio o sinal interpretado como l gico 1 independente do valor de tens o lido Note que o sinal l gico 1 tamb m possui uma transi o por m esta fica no meio do intervalo de sinaliza o e n o no in cio tempo bit Figura 2 3 9 Codifica o NRZI Manchester Diferencial e Multi
108. SS a Ea 212 3 4 Red s Fieldbus ninn a a R e aR E A AT T E aiat 217 3 4 1 Motiva es e Requisitos do FICIADUS passarelas pra saia da ae strada E 217 3 4 2 A proposta FIP Factory Instrumentation Protocol ii 222 SE S aino i KO 10 gas soa E SOON AS Ad A SU anca 223 3 4 2 2 A camada F sica nisse oec e nasia en a Ea E S UE E S 223 SA Sen camada de Enlace o sas IS e a o e E a a 223 3 4 2 4 A Camada de Aplica o eeeeeeseeesseesseesseeeseeessesserssereseeeesseesseressersseeesseeesseese 226 3 4 2 5 Fun es de gerenciamento da Tede caca ses iqu saia asas SA aa 227 3 4 3 A proposta PROFIBUS PROcess Fleld BUS s 227 Sd ntrod caos esene e a A E E 227 SED Ze camada f seanna eea io a a pls es 228 343 dA canada de enlade astral todas aliada REI a is 228 3 4 3 4 A camada de APlICA O seseisasaana ossattiapasaatalo Soasaca la feremanagas o oipa ii NbaTass cereais avaliado 230 4 proposta ISA SPU as a a E EA A EE CRR 233 34 4 1 RO C O antas as LSD USAS alas USO Ra aa Ts 233 SEA camada PISICAS sara as aa E Sa A E RG na 233 344 3 Accamada de Enla t n snccnisc resista da posdiaaaisas dados aata sad eaqua si ada n 234 SEA A camada do APLICA O sinta edi e Sd a UU 237 Sto Camada do Usu rios ais iorsin i i i i S 237 3 4 4 6 Servi os de Gerenciamento de Tede cs ssacaasseesasaosasqarssnemesseacasiacecasa sie casa dessdeasa a 238 34 3 CONCIUS ES niscenire rari es dita geadas ai aU SANS
109. STATUS do estado dos Status STATUS_IDENTIFY dispositivos servidores Servi os de GET_OV descri o de todos os Gerenciamento PUT_OV objetos na rede de Dicion rio INITIATE_PUT_OV nomes endere os de Objetos TERMINATE_PUT_OV tipos de dados etc Servi os de INITIATE estabelecimento e Gerenciamento REJECT encerramento de de Contexto ABORT associa o entre dois dispositivos e a rejei o de mensagens recebidas Tabela 4 5 Servi os de aplica o do PROFIBUS 233 3 4 4 A proposta ISA SP 50 3 4 4 1 INTRODU O Os projetos FIP e PROFIBUS contribu ram grandemente para o projeto SP 50 Standards amp Practices 50 em elabora o na ISA instrumentation Society of America que dever tornar se a proposta definitiva para o fieldbus padronizado Os trabalhos de padroniza o ainda est o em andamento A ISA adotou a terminologia da CCITT na qual um elemento de comunica o composto de duas partes e DTE Data Terminal Equipment que aqui inclui as funcionalidades das camadas de aplica o de enlace e a parte da camada f sica independente do meio de transmiss o adotado e DCE Data Communication Equipment que aqui inclui as partes da camada f sica que dependem do meio 3 4 4 2 A CAMADA F SICA A camada f sica da ISA SP 50 se comp e de tr s subcamadas figura 4 7 e Subcamada DIS Data Independent Sublayer atua como interface com a camada de enlace recebend
110. T request na forma adotada no modelo OSI causa a termina o abrupta da conex o podendo ocorrer inclusive perda dos dados ainda em tr nsito este problema foi levantado quando da apresenta o da camada de Transporte e se aplica por exemplo ao protocolo TP4 da ISO J no caso das sess es a primitiva respons vel da libera o S RELEASE request que permite terminar de maneira ordenada a conex o sem ocorr ncia de perda dos dados libera o negociada poss vel no entanto em caso de necessidade promover uma libera o abrupta da sess o isto gra as utiliza o da primitiva S ABORT request A diferen a entre as duas formas de libera o de uma conex o mostrada na figura 2 3 45 Em 2 3 45 a apresentada a libera o abrupta de uma conex o de Transporte em 2 3 45 b apresentada a libera o negociada de uma sess o Como se pode ver em 2 3 45 b ao contr rio dos servi os de libera o de conex o apresentados at o momento o servi o de libera o negociada S RELEASE um servi o confirmado caracterizado pelas primitivas request indication response e confirm Como mostra a figura mesmo ap s ter emitido o pedido de libera o a entidade usu ria pode continuar a receber primitivas de servi o de indica o de transfer ncia de dados no caso S DATA indication sendo que a desconex o s ser efetivada ap s a recep o da primitiva S RELEASE confirm 108 Um outro ponto de bastante
111. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA S 2 1 CENTRO TECNOL GICO ii A DEPARTAMENTO DE AUTOMA O E SISTEMAS Das 5331 sistemas distribu dos e REDES de computadores para controle e AUTOMA O industrial PROF DR ING MARCELO RICARDO STEMMER Vers o 2001 E aneao LELEI seral ae dora a SESI ASSAD aa STO A AS E 5 2 As Redes de COMUNICA O ansni ai ie A Cas iE AEE ei 5 DT INTRODUCA O Conto sr N A E A E A NS 5 2 1 1 Hist rico das Redes de Comu nica oO sossseesasoancthoaga Ses arrepaiasa aNoas povoada apurada pesadas gue 5 2 1 2 Import ncia das Redes de Comunica o eeeeeeereeererens 6 2 1 3 Extens o e Topologia das Redes de Comunica o sssesessseesrssersseresseesssressre 7 2 1 4 Aspectos Arquiteturais das Redes de Comunica o sssesseessrseserssrersrersrrsererresee 9 2 2 O MODELO DE REFER NCIA OSL eee eeeeeeeeenes 17 2 A EE KOTO LILE 1O PEA EE E E 17 2 2 2 A Arquitetura OSI e as Fun es das Camadas 17 223A Comunica o no RM OS Ls insien a a T a A 22 2 2 4 Os Conceitos do Modelo RM OSI sssssssssesssesssesssseessseessesseesseresseessseesseesseessees 23 2 3 SERVI OS E PROTOCOLOS OSL pinn stieni eiaa iaia 28 Pe ED EDL OLO Li Lat 1o AEE E E ne aa Rasa ea coan cas dna Sosa aaA Dada cedead nina garra snfedo 28 Da2 A Camada DISTO As ue a Pis DD a DD 28 2 3 3 A Camada de Enlace de DA OS sauna nina saostsasapiLeLasa sis qusaSas LOAD ideas Ta 43 234 A Camada de Re
112. a o PAINO ponto de sincroniza o m ximo b Figura 2 3 47 a Pontos de sincroniza o b Pontos de sincroniza o m ximos e m nimos Uma diferen a fundamental entre os pontos m ximos e m nimos reside na capacidade de resincroniza o No caso de um ponto de sincroniza o m ximo ap s uma pane poss vel resincronizar no m ximo de um ponto de sincroniza o m ximo para tr s A partir deste ponto imposs vel recuperar informa o Isto ocorre porque um ponto m ximo visto como uma fronteira de prote o cuja informa o anterior garantida ter sido recebida o que 111 significa que ela pode ser apagada da extremidade emissora Isto j n o ocorre no caso dos pontos de sincroniza o m nimos Al m disso pelo fato de que os pontos de sincroniza o m ximos s o tidos como fronteiras de prote o da informa o estes devem ser explicitamente reconhecidos pelo receptor o que n o necess rio no caso dos pontos de sincroniza o m nimos 2 3 6 5 Gerenciamento de atividades Outra fun o importante da camada de Sess o o controle de atividades Esta tarefa baseada no conceito de decomposi o do fluxo de dados em atividades independentes umas das outras O conceito de atividade vai depender da aplica o considerada o usu rio sendo o respons vel desta defini o Um exemplo t pico de utiliza o do conceito a transfer ncia de arquivos onde cada arquivo deve ser s
113. a rea de ch o de f brica Para suprir esta defici ncia v rios esfor os nacionais e internacionais tem sido feitos no sentido de definir uma norma universalmente aceita para o Fieldbus conforme mostrado na figura 4 2 ESPRIT CNMA Fieldbus Sistema Fieldbus para Processos de Fabrica o PROFIBUS CD gt o Norma nacional em abril 91 Siemens Foxboro ISA SP50 IEC SC65C Rosemount o Pre Norma em prepara o i Norma em 199 MIL 1553 industrial o Norma nacional inicio 1988 EUREKA Fieldbus Desenvolvimento e teste de um Fieldbus para Processos Unit rios Ex Figura 4 2 Atividades de Normaliza o do Fieldbus Dentre os sistemas Fieldbus atualmente em discuss o os mais fortes candidatos normaliza o s o o PROFIBUS Process Fieldbus proposta alem e o FIP Factory Instrumentation Protocol proposta francesa Nos Estados Unidos foi definido o grupo de 222 estudos SP 50 da ISA Intrumentation Society of America que dever apresentar brevemente uma proposta de normaliza o americana e que leva em considera o partes das propostas FIP e PROFIBUS bem como as propostas das firmas Faxboro e Rosemount Philips Todas estas propostas ser o examinadas pela comiss o SC65C WG6 da IEC International Electrotechnical Comission para a elabora o de uma norma internacional As expectativas s o de que a passagem da norma americana elaborada pela ISA SP 50 para a norma internacional da IEC de
114. a temporiza o excessivamente curta por outro lado pode conduzir a erros de protocolo consider veis Tomando como exemplo este caso vamos supor que o emissor enviou um quadro que este foi recebido corretamente pelo receptor que por sua vez emitiu um quadro de reconhecimento 62 perda Ne reconhecimento dado quadro duplicado E temporiza o esgotada Figura 2 3 3 12 Protocolo considerando controle de erro por quadro de reconhecimento com temporiza o no caso de perda do quadro de reconhecimento gerando duplica o de quadro Considerando que a temporiza o excessivamente curta pode ocorrer que esta seja expirada antes que o quadro de reconhecimento tenha sido integralmente transmitido ao emissor Desta forma o receptor entende que o quadro foi perdido ou transmitido incorretamente e retransmite o mesmo Em seguida o emissor recebe o quadro de reconhecimento daquele enviado inicialmente e erroneamente pensa que o reconhecimento relativo quele que ele havia enviado posteriormente Entretanto o emissor desconhece que um novo quadro de reconhecimento est a caminho relativo ao quadro duplicado Se portanto o quadro seguinte perdido e o emissor recebe um quadro de reconhecimento ele desta vez vai interpretar que o ltimo quadro enviado foi corretamente recebido caracterizando ent o um erro de protocolo A figura 2 3 3 13 ilustra este problema Os protocolos analisados nesta se o do tipo env
115. a as duas marcas nas colunas R e I respectivamente Dentre os par metros encaminhados via esta PPDU est o a lista de contextos de Apresenta o expressa por um identificador do contexto um inteiro o nome da nota o de sintaxe abstrata identificador de objeto e a lista das sintaxes de transfer ncia a utilizar A aceita o ou a recusa da conex o s o sinalizadas atrav s das PPDUs CPA e CPR respectivamente Na segunda classe pode se notar que n o existem PPDUs para a desconex o libera o negociada As conex es s o liberadas naturalmente quando as sess es s o liberadas ARU e ARP s o PPDUS utilizadas para a libera o abrupta ABORT da conex o Para a classe de transfer ncia de dados cinco PDUs s o previstas quatro para o envio dos diferentes tipos de dados normais urgentes tipados e de capacidade as PDUs correspondentes sendo TD TE TTD e TC A PDU TCC serve para o reconhecimento de dados de capacidade 133 Finalmente na classe de altera o de contexto quatro PDUs s o previstas duas delas AC e ACA para a requisi o e a aceita o de uma altera o de contexto respectivamente As PDUs RS e RSA s o utilizadas para os servi os de sincroniza o de Sess o como descritas na parte dedicada camada de Sess o PPDU Significado R I Rs C CP Pedido conex o de Apresenta o CPA Aceita o da conex o s CPR Recusa da conex o ARU Desconex o
116. a de transfer ncia de dados para dados normais e expressos 2 3 3 3 Os protocolos de Transporte 89 Como definido pelo modelo OSI o servi o oferecido por uma camada N o resultado da implementa o de um protocolo N regendo a comunica o entre duas entidades N Em princ pio os protocolos de Transporte apresentam preocupa es similares dos protocolos de Enlace ou seja o controle de erros o controle de fluxo o sequenciamento dos dados No entanto algumas diferen as podem ser levantadas e no caso da camada de Enlace dois IMPs comunicam se via um canal de comunica o a n vel de Transporte a comunica o feita via uma subrede e no que diz respeito ao endere amento a n vel de Enlace um IMP n o necessita referir se explicitamente com qual IMP ele quer dialogar uma vez que dois IMPs s o conectados por uma via nica exceto no caso de redes de difus o j no n vel Transporte o endere o do destinat rio deve ser explicitamente definido um outro problema a quest o do controle de fluxo ao contr rio do n vel de Enlace onde cada conex o pode alocar um determinado n mero de buffers para o armazenamento dos quadros no n vel Transporte isto fica mais dif cil dado o n mero de conex es que pode estar sendo gerenciado num dado instante Um aspecto a ser levado em conta no momento da concep o da camada de Transporte o servi o oferecido pela camada de Rede que pode ser classificado da
117. a ent o se adaptar linguagem do computador central Resolvido o problema de compreens o um outro problema encontrado diz respeito aos poss veis erros de transmiss o que podem ocorrer durante a comunica o uma vez que as linhas de comunica o est o sujeitas a ru dos e outros fen menos podendo provocar perdas de informa o Al m disso a taxa de transmiss o baudrate e a forma de representar os sinais bin rios deve ser igual em ambos os lados Uma outra quest o pode ainda estar relacionada velocidade de funcionamento dos dois elementos Se considerarmos que o computador central opera numa velocidade superior do terminal por exemplo o terminal corre o risco de ser bombardeado pelo fluxo de dados vindo do computador o que vai exigir ent o o estabelecimento de um mecanismo de controle do fluxo de informa o 10 computador central terminal Figura 2 1 3 Terminal conectado a um computador central Resumindo a rede de comunica o deve al m de suprir as fun es de transmiss o e tratamento de informa es oferecer servi os de adapta o detec o e corre o de erros de transmiss o e controle de fluxo Vamos considerar agora que ao inv s de um nico terminal vamos conectar um maior n mero deles ao computador central figura 2 1 4 Aqui cada terminal pode a princ pio e a qualquer momento tomar a iniciativa da troca de dados com o computador Isto significa que cada terminal ter
118. a ficha numa nova segii ncia denominada in cio de quadro Em seguida a esta o completa a sequ ncia Normalmente o primeiro bit do quadro retorna esta o antes que todo o quadro tenha sido emitido Por isto a esta o deve extrair do anel o que ela j emitiu para poder continuar a emiss o do quadro Cada esta o s pode utilizar o direito de emiss o por um per odo de tempo de 10 ms a menos que algum outro valor tenha sido especificado no momento da ativa o dos acopladores do anel Se ap s a transmiss o de um quadro restar ainda algum tempo para a emiss o de outro quadro a esta o dever faz lo Caso contr rio ela encerra o seu processo de emiss o e gera uma nova ficha que ficar circulando no anel Na figura 2 24 vemos o formato do quadro previsto na norma IEEE 802 5 Como mostra a figura al m dos campos similares aos quadros das normas anteriores existe um campo adicional denominado Status Estado do quadro Este campo de 1 byte composto de dois pares de bits denominados bits A e C Quando um quadro reconhecido por um acoplador de rede como sendo um quadro a ele destinado ele copia o quadro inteiro e coloca os bits A deste campo a 1 Os poss veis valores dos bits A e C s o apresentados abaixo juntamente com os seus significados 198 Bytes 111 20u6 20u6 ilimitado 4 11 Dest Fonte Dados FCS s L controle quadro FC delimitador de fim controle de acesso AC status quadro ES de
119. a gerar normalmente verdadeiros pacotes de erros error bursts e n o erros simples 53 Isto pode ter um aspecto positivo uma vez que num conjunto relativamente grande de bits um menor n mero de pacotes vai conter erros Por outro lado os erros agrupados em pacotes s o mais dif ceis de modelizar e de detectar O controle de erros de transmiss o uma das fun es mais importantes asseguradas pela camada de enlace usualmente implementado na subcamada LLC Os protocolos de controle de erro s o caracterizados em geral pela defini o de um quadro de controle correspondente a um reconhecimento positivo ou negativo Caso a entidade emissora receba um reconhecimento positivo de um quadro previamente enviado ela entende que aquele foi corretamente recebido Por outro lado se ela recebe um reconhecimento negativo ficar ciente de que o quadro foi mal transmitido e que neste caso ele dever ser retransmitido Ainda se por uma intensidade relativamente forte de ru do o quadro inteiro n o recebido pela entidade destinat ria esta n o vai reagir ao quadro emitido e a entidade emissora corre o risco de esperar indefinidamente pelo reconhecimento I isto evitado pela adi o de temporizadores estabelecendo assim um tempo m ximo de espera pelo reconhecimento antes da retransmiss o time out O tempo de espera deve ser determinado em fun o dos atrasos relativos transmiss o dos quadros de modo que os quadros de reco
120. a ocorreu 110 A sincroniza o implementada da seguinte forma o usu rio emissor insere nas suas mensagens pontos de sincroniza o cada ponto contendo um n mero de s rie Quando um usu rio envia uma primitiva request para inserir um ponto de sincroniza o o outro usu rio vai receber uma primitiva de indication correspondente isto ocorrendo de igual maneira no caso de uma resincroniza o importante notar aqui que a camada de Sess o oferece unicamente as ferramentas para a solu o dos problemas de erros e incoer ncia por sincroniza o resincroniza o Na realidade quem ativa estas ferramentas quando da ocorr ncia de um problema s o as entidades das camadas superiores O mecanismo de sincroniza o define dois tipos distintos de pontos de sincroniza o os pontos de sincroniza o m ximos e m nimos Os pontos de sincroniza o m ximos s o utilizados para delimitar trechos da informa o denominados di logos que representam uma decomposi o l gica da informa o cap tulos de um livro por exemplo J os pontos de sincroniza o m nimos s o utilizados para separar por es menores da informa o No caso de um livro esta por o poderia ser as p ginas dos cap tulos A figura 2 3 47 b ilustra os pontos de sincroniza o m ximos e m nimos SESS O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ponto de sincroniza o a e SESS O pp 9 DI LOGO 2 3 4 6 78 9 Ea ponto de sincroniz
121. a transmitir com FCS Vamos ilustrar o c lculo do CRC por meio de um exemplo e Seja o Frame de dados a transmitir M x 11100110 e Tomemos como polin mio gerador G x 11001 xf x 1 e O Frame com acr scimo do zeros fica x M x 11100110 0000 A divis o do polin mio x MQ por G x ilustrada a seguir 1 0 1 1 O 1 1 0 od 0 01l SE 1001 10000 0 1 1 0 0 1 4 O 0 1 O 1 1 0 0 0 0 0 4 O 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 4 O 1 1 1 0 0 1 1 0 0O 1 4 O 0 1 O 1 0 n oo 0 0 0 0 0 4 O 1 0 1 0 0 1 1 0 0O 1 4 O 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 4 0o 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 O 1 1 0 Para o exemplo acima o resto R x 0110 a pr pria FCS O Frame a transmitir dado por x M x R x 11100110 0110 que corresponde ao frame original acrescido dos 4 bits de R x Todas as opera es descritas acima podem ser implementadas em hardware com registradores de deslocamento e portas l gicas XOR Alguns exemplos de polin mios geradores freq entemente adotados na detec o de erros s o CRC 12 x2 xH tx 4x2 43 41 CRC 16 d6 4 4b4x241 CRC CCITT x xl2 x 41 Tomando se o polin mio gerador da CCITT como exemplo verificamos que um polin mio de ordem 16 de forma que ser o acrescentados 16 bits de CRC em cada quadro Este polin mio capaz de detectar e todos os erros de paridade e todos os erros de 2 bits e todos os pares de erros de 2 bits cada blocos de erros n o excedendo
122. a unidade de dados possua um tamanho superior a 254 LI indica o valor 255 e os dois bytes seguindo este campo v o apresentar o verdadeiro comprimento da SPDU PAR METROS o campo atrav s do qual ser o conduzidos os par metros associados a uma dada SPDU a forma de codifica o dos par metros podendo ser como apresentado em 2 3 50 b que ser descrita mais adiante ainda este campo pode ser codificado como mostrado em 2 3 50 c e 2 3 50 d estes mostram a possibilidade de reagrupar os par metros e DADOS o campo no qual os dados de usu rio podem ser conduzidos 116 No que diz respeito ao campo PAR METROS os diferentes formatos s o utilizados como mostrado em 2 3 50 b a 2 3 50 d Em 2 3 50 b um par metro caracterizado por um identificador do par metro PI Parameter Identifier um campo indicando o tamanho do par metro LI Length Identifier e um campo contendo o valor do par metro PV Parameter Value Em 2 3 50 c e 2 3 50 d s o apresentados formatos mais gerais onde o primeiro campo identifica o grupo de par metros PGI Parameter Group Identifier este campo sendo seguido de um identificador de comprimento do grupo LI Finalmente s o apresentados os par metros de maneira individual como j apresentados em 2 3 50 b o efe ramamemos pavos EE EEEETE qo pop Figura 2 3 50 Formatos das SPDUSs a Formato geral da SPDU b a d Formatos do campo par metros a 9 a
123. ada campo teria seu tipo espec fico e representando uma caracter stica dos dinossauros Um exemplo disto mostrado a seguir type dinossauro record nome array 1 12 of char tamanho integer carn voro boolean OSSOS integer descoberta integer end 125 No caso de ASN 1 a mesma estrutura de dados poderia ser representada da seguinte forma dinossauro SEQUENCE nome OCTET STRING 12 chars tamanho INTEGER carn voro BOOLEAN ossos INTEGER descoberta INTEGER Como se pode notar n o existem muitas diferen as entre a forma de especificar um record em Pascal e uma segii ncia em ASN 1 De fato tipos complexos em ASN 1 s o gerados a partir de tipos de base denominados tipos primitivos Os tipos primitivos da ASN 1 s o apresentados na tabela a seguir Tipo Significado INTEGER inteiro de valor arbitr rio BOOLEAN verdadeiro falso BIT STRING lista de bits OCTET STRING lista de bytes ANY conjunto de todos os tipos NULL nenhum tipo OBJECT IDENTIFIER nome de um objeto Como foi dito estes tipos podem ser combinados para a defini o de estruturas de dados mais complexas isto pela utiliza o de construtores de ASN 1 onde os mais utilizados s o Construtor Significado SEQUENCE segii ncia de elementos de diversos tipos SEQUENCE OF segii ncia de elementos de um mesmo tipo SET conjunto n o ordenado de elementos de divers
124. ada de Rede A pol tica de endere amento implementada a n vel da camada de Rede bastante similar codifica o de n meros telef nicos numa rede de telefonia Se algu m por exemplo quer fazer uma chamada telef nica de Florian polis para Paris ele deve discar inicialmente ap s o c digo de discagem direta internacional o c digo do pa s no caso 33 para a Fran a em seguida o c digo da cidade 1 para Paris e finalmente o n mero do telefone da pessoa 155 com quem ele vai querer dialogar No modelo OSI o esquema de endere amento definido de forma a cobrir os m ltiplos formatos de endere amento de rede ver parte relativa camada de Rede Uma das desvantagens das pontes que o fato de que todo pacote transitando ao longo das subredes recebido por cada uma das esta es conectadas a estas subredes implicando em condi es normais num aumento consider vel de tr fego Ainda a possibilidade de um congestionamento n o est muito distante uma vez que uma interface de rede em pane poder despejar uma grande quantidade de pacotes incompat veis na rede Ao contr rio das pontes um roteador n o tem necessidade de analisar todos os pacotes circulando na rede Isto significa que no caso dos roteadores o problema descrito acima pode ser evitado pois eles seriam capazes de bloquear aqueles pacotes que n o obedecessem a um determinado perfil um equipamento bastante poderoso dado que ele pode interc
125. ada na inicializa o e atualizada sempre que uma esta o entra ou sai do anel l gico 229 anel l gico HU Mestre 1 Gti Mestre 2 ativa Escravo 1 Escravo 2 Escravo n passiva passiva pira passiva Figura 4 6 M todo de acesso ao meio do PROFIBUS O PROFIBUS prev uma s rie de quadros diferentes agrupados em duas classes uma para transmiss o entre esta es mais complexas quadros longos e outra para dispositivos de campo simples quadros curtos Os quadros previstos incluem e quadro longo sem campo de dados e quadro longo com campo de dados fixo e quadro longo com campo de dados vari vel e quadro curto sem campo de dados e quadro curto com campo de dados e quadro curto de passagem de token Cada quadro formado por v rios caracteres UART Um caracter UART composto de 11 bits 1 bit de in cio start bit 8 bits de dados 1 bit de paridade e 1 bit de finaliza o stop bit Em particular t m se os seguintes campos em cada quadro e SD Start Delimiter delimitador de inicio de quadro e DA Destination Address Endere o de destino do quadro e SA Source Address Endere o de origem do quadro e FC Frame Control Controle de quadro e DATA UNIT Dados propriamente ditos 230 e FCS Frame Check Sequence segii ncia de checagem de erros e ED End Delimiter Delimitador de fim de quadro O protocolo implementado na camada de enlace denominado FDL Fi
126. ade de colis o O algoritmo p persistente uma solu o de compromisso entre os outros dois Todos os protocolos CSMA tem o inconveniente de que as colis es n o s o detectadas e a ocorr ncia de um problema de comunica o s percebida se optarmos por servi os de enlace confi veis na subcamada acima LLC quando o tempo limite para 169 recep o do quadro de reconhecimento expira sem que este quadro seja recebido Para resolver este problema foi concebido o protocolo CSMA CD que veremos a seguir O protocolo CSMA CD CSMA with Collision Detection Os protocolos descritos at aqui embora apresentando aspectos interessantes podem ser melhorados considerando se que cada esta o poderia detectar antes da emiss o o estado de conflito com outras esta es da rede evitando assim a emiss o do quadro considerado O protocolo CSMA CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection um protocolo baseado neste princ pio e muito utilizado nas redes locais foi proposto originalmente pelos criadores da rede Ethernet Neste protocolo quando mais de uma esta o esta pronta para emitir uma mensagem com o meio livre estas emitem o quadro o que vai gerar uma colis o A primeira esta o que detectar a colis o interrompe imediatamente a sua transmiss o reiniciando o processo todo ap s a expira o de um per odo de tempo aleat rio de forma a tornar improv vel a ocorr ncia de uma nova colis o figura 2 5
127. ado de MAP EPA e foi assim definida para evitar o alto custo das pilhas de protocolos paralelas de MAP EPA figura 3 3 Esta nova proposta era dedicada aos n veis mais baixos permitindo a comunica o em aplica es mais simples como por exemplo entre sensores inteligentes O fato de n o possuir a camada de Transporte fez introduzir um protocolo de Enlace mais sofisticado que o da proposta MAP o LLC tipo 3 datagrama com reconhecimento 3 3 5 Os servi os de mensagem industrial MMS MMS Manufacturing Message Services foi normalizado na ISO como sendo o conjunto de servi os de comunica o oferecido s aplica es industriais particularmente para viabilizar dentro do ambiente OSI as intera es entre equipamentos de produ o program veis 210 Aplica o Conex es com LSAPs LLC tipos 1e3 MAC IEEE 802 4 Banda base 5 Mbps Figura 3 3 Arquitetura Mini MAP MMS o resultado dos trabalhos realizados no contexto do projeto MAP para a defini o de um conjunto de servi os de comunica o orientados s aplica es industriais A primeira proposta de MMS RS 511 foi apresentada em junho de 1985 na forma de um documento organizado em duas partes e Manufacturing Message Services Defini o dos Servi os e Manufacturing Message Specification Especifica o do Protocolo Atualmente MMS tornou se norma internacional fazendo parte da camada de Aplica o da vers o 3 0 de MAP publicada
128. ado roteamento est tico j os adaptativos o fazem considerando modifica es de topologia da rede e do tr fego real As se es que seguem v o discutir alguns dos conjuntos de algoritmos de roteamento existentes a Algoritmo do caminho mais curto Este algoritmo baseado numa representa o da subrede na forma de um grafo onde os n s s o os IMPs e os arcos s o as linhas de comunica o A escolha de uma trajet ria ent o baseada neste grafo o objetivo sendo encontrar o caminho mais curto entre dois IMPs O conceito de caminho mais curto pode levar em conta diferentes aspectos e o n mero de n s entre os dois pontos e a dist ncia geogr fica entre os pontos os tempos de espera em cada n da trajet ria etc No terceiro caso por exemplo os arcos s o etiquetados com um valor que representa o tempo m dio de espera entre o envio e a recep o de um pacote de teste expedido periodicamente 74 Um exemplo de algoritmo do caminho mais curto aquele definido por Dijkstra onde cada n etiquetado pela dist ncia do n fonte seguindo o caminho mais curto conhecido Como inicialmente nenhum caminho conhecido os n s s o etiquetados com infinito ou 1 Estas v o sendo atualizadas medida que o algoritmo progride e que os caminhos v o se tornando conhecidos as etiquetas v o indo do provis rio ao permanente uma vez que o caminho mais curto foi encontrado para os diferentes n s A fi
129. ados posteriormente para a transfer ncia de dados e Servi os de transfer ncia de dados com conex o permitem o estabelecimento de uma conex o e o envio de dados entre esta es garantindo servi os altamente confi veis 237 e Servi os de transfer ncia de dados sem conex o permitem o envio de dados sem o estabelecimento pr vio de uma conex o e que apesar da menor confiabilidade s o teis no envio de telegramas de difus o multicast e broadcast e Servi os de escalonamento de transa es permitem programar o Escalonador Ativo de Enlace Link Active Scheduler LAS definindo a segii ncia de passagem de token escalonamento do meio entre as esta es 3 4 4 4 A CAMADA DE APLICA O A camada de aplica o do SP 50 ainda se encontra em discuss o e procura conjugar as id ias b sicas do MMS para aplica es sem restri es temporais com servi os tipo READ WRITE inspirados no FIP e que atendem o tr fego c clico e ac clico com requisitos de tempo real duro A camada de aplica o prev em sua fase atual os seguintes conjuntos de servi os e Servi os MCSE Message Common Service Element estabelece e interrompe conex es entre processos de aplica o Correspondem aos servi os ACSE da ISO e Servi os IMSE Industrial Message Service Element servi os semelhantes aos oferecidos pelo MMS do projeto MAP e Servi os DDM Distributed Database Maintenance Servi os de acesso bases de dados
130. ais difundidas em ambientes industriais devido a menor suscetibilidade s interfer ncias eletromagn ticas Inicialmente foram definidas e grandemente difundidas interfaces digitais para interliga o ponto a ponto tipo RS 232 C que no entanto devido utiliza o de sinal referenciado ao terra v24 se mostram mais adequadas utiliza o em aplica es de escrit rio Para reduzir a influ ncia das perturba es foram desenvolvidas interfaces com sinal diferencial v11 tipo RS 422 e RS 423 Estas interfaces oferecem no entanto a desvantagem de que n o permitem o acoplamento simult neo de v rios elementos inteligentes entre si Para suprir esta necessidade foram desenvolvidas interfaces multiponto adequadas a interconex o dos elementos em redes tipo barramento bus como por exemplo a RS 485 Esta tend ncia mostrada na figura 4 1 Para uma rede aplicada interliga o de elementos simples a n vel de ch o de f brica utilizada a denomina o gen rica de barramentos de campo ou Fieldbus O Fieldbus pode ser definido como uma linha de comunica o serial digital bidirecional de acesso compartilhado para a interliga o dos dispositivos prim rios de automa o instrumentos de medi o atua o e controle final e outros pequenos dispositivos inteligentes com capacidade de processamento local a um sistema integrado de automa o e controle de processos 218 TEND NCIA
131. al de atender ao pedido Se o pedido puder ser atendido ele coloca a ordem de servi o correspondente em uma mem ria n o vol til local que n o se apaga se o sistema cair como por exemplo um disco r gido e envia ao cliente um acknowledge positivo Se o servidor n o puder atender ao pedido ele envia ao cliente um acknowledge negativo e n o faz mais nada O cliente espera os acknowledges de todos os servidores envolvidos no pedido Se um deles for negativo ele aborta o pedido e avisa a todos os demais servidores que o servi o foi cancelado Se todos os acknowledges forem positivos o cliente envia uma segunda ordem a todos os servidores confirmando que o servi o deve ser executado Os clientes ent o executam o servi o e somente ap s isto apagam a ordem da mem ria n o vol til local As primitivas de servi o do CCR s o mostradas na tabela a seguir Primitiva emitida por significado C BEGIN Cliente Inicio de a o at mica C PREPARE Cliente Fim pedido de servi o C READY Servidor servidor pronto para a o C REFUSE Servidor servidor n o pronto p a o C COMMIT Cliente Submeter a o C ROLLBACK Cliente Cancelar a o C RESTART Ambos notifica o de queda Qualquer servi o at mico iniciado com C BEGIN Quando o cliente terminou de enviar todos os pedidos de a es que fazem parte do servi o at mico ele envia um C PREPARE Em resposta a este ltimo comando os servidores respondem com C
132. alizada nos dois sentidos denominada duplex No caso em que ela se realiza alternadamente ou seja ora num sentido ora no outro ela se denomina half duplex No caso em que ela se realiza simultaneamente nos dois sentidos esta ser denominada full duplex Nas se es seguintes ser o discutidos diversos aspectos b sicos referentes transmiss o de dados a Modos de transmiss o Os modos de transmiss o caracterizam as diferentes formas como os bits de informa o transmitidos s o delimitados e encaminhados ao longo da linha de comunica o No que diz respeito forma como os bits s o encaminhados ao longo de uma linha de comunica o pode se distinguir o modo de transmiss o paralelo e o modo serial Na transmiss o paralela os bits s o transportados simultaneamente por um suporte composto de v rias linhas em paralelo um modo de transmiss o mais adequado comunica o entre equipamentos localizados a curtas dist ncias A liga o interna na arquitetura de computadores ou entre computadores e perif ricos pr ximos s o exemplos da aplica o da transmiss o paralela Esta forma de transmiss o permite uma maior velocidade de envio de dados devida ao paralelismo Por outro lado s o necess rios mais condutores o que torna o cabo de transmiss o mais caro Al m disso como os sinais sendo transmitidos nos diversos condutores paralelos tem que ter um referencial el trico comum sinal terra a comunica o ap
133. alizados dos mesmos Na camada de enlace SERCOS faz distin o entre dois tipos de dados e Dados c clicos com caracter sticas de tempo real usados para controle em malha fechada e Dados de servi o usados para configura o envio de par metros etc A arquitetura da rede diferente para cada um dos dois tipos de dados acima referidos Para dados de servi o usada uma pilha com 3 camadas f sica enlace e aplica o como usual nas redes tipo fieldbus Para os dados c clicos ainda inclu da uma camada de sincroniza o abaixo da de aplica o cuja fun o b sica realizar a sincroniza o dos timers de todas as esta es de modo a permitir a aquisi o de dados em instantes de tempo id nticos em todas as esta es e a aplica o de novos valores de refer ncia para as malhas de controle tamb m de forma sincronizada A subcamada LLC usa um servi o sem conex o e sem reconhecimento de forma que quadros errados n o s o retransmitidos A camada de aplica o nica para ambos os tipos de dados e composta de servi os tipo leitura e escrita de vari veis remotas READ WRITE SERCOS vem sendo utilizada tamb m para interligar dispositivos em outras aplica es al m das m quinas ferramenta Entre as aplica es mais usuais est o o controle de eixos de rob s industriais e conex o de sensores e atuadores bin rios 3 5 5 14 MODBUS O protocolo MODBUSO foi criado em 1978 pela Modicon hoje Schn
134. almente por uma topologia sim trica as redes de longa dist ncia apresentam geralmente topologias assim tricas A figura 2 1 1 apresenta as diferentes topologias poss veis nas redes ponto a ponto Uma outra classe de redes as redes de difus o caracterizada pelo compartilhamento por todas as esta es de uma linha nica de comunica o Neste caso as mensagens enviadas por uma esta o s o recebidas por todas as demais conectadas ao suporte sendo que um campo de endere o contido na mensagem permite identificar o destinat rio Na recep o a m quina verifica se o endere o definido no campo corresponde ao seu e em caso negativo a mensagem ignorada As redes locais pertencem geralmente a esta classe de redes Nas redes de difus o existe a possibilidade de uma esta o enviar uma mesma mensagem s demais esta es da rede utilizando um c digo de endere o especial Esta forma de comunica o recebe o nome de Broadcasting Neste caso todas as esta es v o tratar a mensagem recebida Pode se ainda especificar uma mensagem de modo que esta seja enviada a um subgrupo de esta es da rede Esta forma de comunica o recebe o nome de Multicasting A figura 2 1 2 apresenta algumas topologias poss veis no caso das redes a difus o Numa rede em barramento geralmente uma nica m quina autorizada a cada instante a transmitir uma mensagem a esta o mestra do barramento As demais esta es devem esperar autor
135. amente Um operador humano pode se comunicar com um equipamento de produ o fazendo a entrada e sa da de dados gra as defini o de um objeto Esta o Operador sendo que um VMD pode gerenciar uma ou mais esta es de operador A norma prev ainda objetos permitindo gerenciar a sincroniza o de processos e o acesso concorrente a recursos que s o os objetos Sem foros para a detec o e o tratamento de eventos os objetos Condi o de Evento A o de Evento e Inscri o de Evento e para a produ o de relat rios de produ o os objetos Jornais Foram definidos tamb m objetos denominados vari veis variables que podem ser alocados dentro de um VMD As vari veis podem se referir por exemplo a entradas e sa das de um CLP e podem ser lidas ou escritas remotamente A cada classe de objetos MMS associada uma classe de servi os respons veis da sua manipula o sob demanda de um usu rio Cliente remoto 3 3 5 2 OS SERVI OS MMS A norma MMS define 84 servi os dos quais 3 n o confirmados organizados em 9 classes distintas Os servi os de Gest o de Contexto s o utilizados para o estabelecimento e a manuten o do di logo entre usu rios MMS nenhum servi o podendo ser ativado sem que o contexto tenha sido estabelecido suportado por uma associa o O servi o Initiate o servi o definido para o estabelecimento da associa o este sendo mapeado diretamente sobre o servi o A ASSOCIATE do ACSE Esta c
136. amente relacionado com as interfaces entre duas camadas a inferior sendo a fornecedora do servi o e a superior a usu ria deste Por outro lado o protocolo define um conjunto de regras que permitem especificar aspectos da realiza o do servi o particularmente o significado dos quadros pacotes ou mensagens trocadas entre as entidades pares de uma dada camada A n vel de uma camada o protocolo pode ser mudado sem problemas desde que as interfaces com a camada superior n o sejam alteradas ou seja que aquela continue a ter a mesma visibilidade no que diz respeito aos servi os realizados pela camada considerada 2 3 SERVI OS E PROTOCOLOS OSI 2 3 1 INTRODU O A defini o de um modelo de refer ncia para a interconex o de sistemas abertos o modelo RM OSI foi sem d vida uma contribui o positiva para a padroniza o das arquiteturas de comunica o Entretanto a defini o das camadas presentes do modelo OSI est relacionada defini o de solu es em termos de servi os e protocolos que implementem as fun es relacionadas a cada uma destas camadas O objetivo desta parte do documento apresentar os principais problemas e as respectivas solu es relacionadas com cada uma das camadas do modelo OSI Como poder ser visto ao longo desta parte as sete camadas do modelo OSI podem ser organizadas em duas classes distintas e as camadas baixas que compreendem desde a camada f sica at a camada de transpor
137. ante difundidas s o e TLI Transport Layer Interface API para linguagem C com TCP em UNIX System V e NetBIOS interface para programa o de aplica es distribu das da IBM Oferece servi o de transmiss o confi vel orientado conex o servi o de nomes para identificar usu rios e servi o de datagrama n o confi vel opcional Existem vers es para TCP SPX Sequenced Packet Protocol protocolo de transporte da novell ou para operar sobre a camada de enlace LLC classe 1 No ltimo caso inclui protocolos de rede e transporte e Berkeley Sockets API para linguagem C com TCP em UNIX BSD e compat veis Os servi os s o acess veis por meio dos system calls mostrados na tabela a seguir System Call Fun o socket cria um socket TSAP bind associa um nome ASCII a um socket j existente listen cria uma fila de espera para requisi es de servi o accept remove um pedido de conex o de uma fila ou espera por um novo pedido connect estabelece uma conex o com outro socket shutdown encerra uma conex o entre sockets send envia mensagem por uma conex o existente recy recebe mensagem por uma conex o existente select testa um grupo de sockets para ver se tem mensagens 105 Para algumas arquiteturas de rede a subdivis o em camadas termina aqui Este o caso da arquitetura TCP IP cujo nome deriva do par de protocolos TCP e IP j vistos Para a arquitetura TCP IP assume se que os aplicativos op
138. ar de os concentradores n o serem propriamente equipamentos de interconex o entre subredes como os repetidores pontes roteadores e passarelas abordaremos aqui brevemente estes equipamentos pois s o tamb m importantes elementos utilizados no gerenciamento e opera o de redes Os equipamentos chamados concentradores representam um retorno topologia em estrela do ponto de vista f sico mas mantendo a topologia l gica requerida pelas placas de rede em uso barramento anel etc 157 REDE MAP OSI GATEWAY REDE SNA TRADUTOR E di ag mo pars sessao I Controle Controle Eram a jas o Jragemis s o Controle Controle Red R Controle Enlace F sica Liga o F sica Controle Enlace Liga o F sica Figura 2 4 8 Interconex o baseada em gateway A inten o facilitar o gerenciamento e manuten o do sistema de comunica o uma vez que os problemas que eventualmente ocorrerem na rede muito provavelmente estar o no concentrador e n o em um ponto qualquer da mesma Existem dois tipos b sicos de concentradores e concentradores passivos ou HUBs usualmente n o tem intelig ncia local atuando como emuladores de barramentos figura 2 4 9 Na maioria dos casos operam com fios tipo par tran ado ou fibra tica Cada conector do HUB para um n de rede esta isolado galvanicamente de modo que a abertura de uma das linhas n o afeta as demais e concentrado
139. ara os pacotes de dados Os campos SEQU NCIA e SUPERPOS s o utilizados no controle de fluxo com janela de antecipa o O bit D indica o significado do campo SUPERPOS se D 0 0 reconhecimento vai indicar que o DCE local recebeu o pacote se D 1 o reconhecimento vai indicar que o DTE remoto recebeu o pacote O campo M More indica a pertin ncia de um pacote a um grupo de pacotes considerado a 8 bits ENDERE O INICIANTE ENDERE O RESPONDEDOR o o TAM FACILIDADES FACILIDADES DADOS USU RIO Figura 2 3 31 Pacote CALL REQUEST do X 25 8 bits poe 4 eje ee SUPERPOS SEQU NCIA o Figura 2 3 32 Pacote de dados do X 25 Os demais pacotes de controle do X 25 s o apresentados na figura 2 3 33 alguns deles contendo apenas o cabe alho e outros contendo informa es adicionais at 2 bytes No caso de um pacote CLEAR REQUEST por exemplo o quarto byte indica a causa da libera o da conex o 83 INFORMA O ADICIONAL Figura 2 3 33 Pacotes de controle do X 25 b O Protocolo IP Internet Protocol O protocolo IP foi projetado para redes de comuta o de pacotes Assume se que a rede composta de v rias sub redes de tipos diferentes interligadas por routers roteadores Cada esta o na rede denominada um host hospedeiro O IP um protocolo sem conex o e sem reconhecimento opera portanto com datagrama n o confi vel Ele s
140. aracteriza uma Rede de Longa Dist ncia ou WAN Wide Area Network Se as esta es interligadas est o situadas na mesma cidade utiliza se frequentemente a denomina o MAN Metropolitan Area Network 2 1 3 2 As diferentes topologias Um ponto importante no que diz respeito concep o de uma rede de comunica o a defini o da maneira como as diferentes esta es ser o associadas Inicialmente podemos distinguir dois tipos principais de concep o os canais em modo ponto a ponto e os canais de difus o Nos canais em ponto a ponto a rede composta de diversas linhas de comunica o cada linha sendo associada conex o de um par de esta es Neste caso se duas esta es devem se comunicar sem o compartilhamento de um cabo a comunica o ser feita de modo indireto atrav s de uma terceira esta o Assim quando uma mensagem ou pacote enviada de uma esta o a outra de forma indireta ou seja atrav s de uma ou mais esta es intermedi rias ela ser recebida integralmente por cada esta o e uma vez que a linha de sa da da esta o considerada est livre retransmitida esta o seguinte Esta pol tica de transmiss o tamb m conhecida como store and forward ou comuta o de pacotes A maior parte das redes de longa dist ncia do tipo ponto a ponto As redes ponto a ponto podem ser concebidas segundo diferentes topologias As redes locais ponto a ponto s o caracterizadas norm
141. as fun es que devem ser suportadas pela rede assim como do ambiente no qual ela vai ser inserida Estes aspectos ser o mostrados aqui atrav s de alguns exemplos O primeiro exemplo baseado na pol tica de time sharing mencionada na se o 1 Vamos considerar o caso em que temos apenas um terminal conectado a um computador como mostrado na figura 2 1 3 Consideremos que um usu rio v servir se do terminal para processar informa es no computador central Para que isto seja poss vel necess rio que o computador central seja dotado do programa necess rio ao tratamento daquelas informa es Em caso positivo o terminal e o computador devem estabelecer um di logo que permita o bom desenrolar das opera es de tratamento das informa es Este di logo dever permitir por exemplo que o usu rio comunique sua inten o de processar as informa es ao computador e em seguida envie as informa es a serem processadas Uma vez efetuado o tratamento o computador deve retornar os resultados ao terminal Esta sequ ncia de opera es apesar de aparentemente elementar requer a satisfa o de uma s rie de condi es Vamos supor por exemplo que o computador central e o terminal tenham sido fabricados de forma totalmente independente um do outro o que pode ter resultado numa diferente filosofia no que diz respeito ao formato das informa es Um primeiro obst culo a ser vencido aquele da linguagem o terminal deveri
142. as primitivas request e indication o tempo decorrido entre o envio da primeira pela camada de Rede do sistema A e a recep o da segunda pela camada de Rede do sistema B camada de rede camada de enlace camada de rede request gt indication response confirm sistema A sistema B Figura 2 3 3 4 Primitivas de servi o trocadas entre as camadas de Rede e de Enlace b O conceito de quadro Para que o servi o seja oferecido camada de Rede a camada de Enlace utiliza se dos servi os fornecidos pela camada F sica que como j foi descrito na parte precedente respons vel da transmiss o de bits de um ponto a outro na rede de comunica o sendo que o conjunto de bits transmitido pode sofrer distor es produzindo erros de transmiss o Uma conseq ncia t pica pode ser que o n mero de bits recebidos seja inferior ao n mero de bits enviados ou os valores de alguns bits podem ter sido modificados Com o objetivo de permitir um controle de erro eficiente a camada de Enlace decomp e as mensagens em por es menores denominadas quadros aos quais s o adicionados c digos especiais de controle de erro Desta forma o receptor pode verificar se o c digo enviado no contexto de um quadro indica ou n o a ocorr ncia de erros de transmiss o e ele pode assim tomar as provid ncias necess rias para evitar as conseq ncias devido quele erro 51 A defini o e delimita o dos quadros pode obedecer a diferent
143. as uma m quina de grande porte e de custo muito elevado podem ser concebidos base da utiliza o de um grande n mero de microcomputadores ou esta es de trabalho manipulando dados presentes num ou mais servidores de arquivos 2 1 3 EXTENS O E TOPOLOGIA DAS REDES DE COMUNICA O 2 1 3 1 Redes locais e redes de longa dist ncia Na se o anterior foram apresentados dois exemplos de implementa o de Redes de Comunica o no primeiro caso o sistema era composto de diversos computadores espalhados cada um numa f brica da empresa No segundo caso o sistema era composto de diversos microcomputadores podendo todos estar localizados na mesma sala ou em salas vizinhas num mesmo edif cio A diferen a na dimens o das Redes de Comunica o introduz diferentes problemas e necessidades e deve ent o ser objeto de uma classifica o No que diz respeito ao exemplo dos microcomputadores a rede classificada como sendo uma Rede de rea Local ou LAN Local Area Network caracterizada particularmente por uma pequena extens o limitando se normalmente interconex o de computadores localizados numa mesma sala num mesmo pr dio ou num campus Neste ltimo caso ela recebe a denomina o de CAN Campus Area Network No exemplo da empresa possuindo diversas f bricas a rede utilizada permitiria conectar computadores localizados em diferentes pr dios numa mesma cidade ou mesmo em cidades distantes de uma dada regi o Isto c
144. barramento e ABM Asynchronous Balanced Mode opera o multimestre para topologia ponto a ponto A forma de opera o mais comum para a maioria das aplica es de HDLC a utiliza o do modo NRM mestre escravos Um quadro HDLC apresenta a estrutura conforme mostrado na figura 2 3 3 15 cujos campos ser o descritos a seguir Os campos flag correspondem seq ncia 01111110 que permite delimitar o quadro Todos os quadros HDLC iniciam e terminam com esta seq ncia No caso de envio de quadros consecutivos um mesmo flag pode marcar o fim de um quadro e o in cio de outro O campo endere o de 8 bits permite identificar a esta o destinat ria do quadro no caso de comando ou fonte no caso de resposta O campo controle permite identificar a fun o do quadro assim como especificar os n meros de sequ ncia A figura 2 3 3 16 mostra a configura o dos bits compondo este campo O campo informa o aquele que cont m os dados a serem transferidos via camada de Enlace O campo FCS Frame Check Sequence cont m a segii ncia de detec o de erros utilizada Esta sequ ncia calculada sobre os campos endere o controle e informa o utilizando como polin mio gerador a combina o 6 xl2 x9 41 CRC CCITT Um quadro de enlace considerado incorreto e assim ignorado pelo destinat rio nas seguintes condi es 65 e se n o estiver delimitado pelos flags e se o comprimento for inferior a 32 bits entre f
145. barramento rvore estrela Taxa transmiss o 5 Mbps Esta es endere veis at 99 Dist ncias Cabo coaxial RG 6 1 000 m com 2 n s 500 m com 32 n s 250 m com 48 n s sem repetidores m ximo de 5 000 m com 5 repetidores Fibra 3 000 m sem repetidores at 30 km com 5 repetidores 258 Camada de enlace Controle de erros no frame por Cyclic Redundancy Check polin mio CCITT modificado com 16 bits Campo de dados com at 510 bytes MAC CTDMA Concurrent Time Domain Multiple Access que regula a oportunidade de transmitir de cada n em intervalos de tempo ajust veis chamados NUT Network Update Time A menor NUT de 2ms Informa es com restri es temporais s o enviadas na parte escalonada da NUT Dados sem restri es temporais ex Dados de configura o s o enviados nos intervalos restantes de tempo Network Update interval NUI Network Update Tng NUT l TME W iino serice E Urscheduted Serice C Network Maintenance Service the Guandtand Concurrent Time Domain Multiple Access Camada de aplica o Orienta o a objetos Modos de comunica o Master Slave Multi Master Peer to Peer Produtor consumidor Leitura de dados Mudan a de estado C clico Por solicita o 3 5 5 7 O PROTOCOLO HART O protocolo HART Highway Addressable Remote Transducer um dos protocolos mais difundidos a n vel in
146. bu do permitem a defini o de mais de uma esta o com direito de acesso ao meio f sico Este direito de acesso chamado Token transmitido ciclicamente entre as v rias esta es que podem livremente trocar dados entre si figura 2 3 3 3 Este sistema no entanto bem mais complexo do que o Mestre Escravos j que provid ncias especiais tem que ser tomadas no caso da perda do token ou da entrada ou sa da de uma das esta es da rede Este m todo mais adequado para sistemas nos quais diversas unidades independentes desejam trocar livremente informa es entre si Neste m todo poss vel determinar um tempo m ximo entre duas oportunidades consecutivas de transmiss o para cada esta o receptor emissor Figura 2 3 3 3 Controle de acesso por passagem de Token 2 3 3 2 Subcamada LLC a As Classes de Servi os de Enlace A subcamada LLC da camada de Enlace de Dados oferece servi os classificados em tr s principais categorias estas dependendo do sistema no qual elas ser o implantadas 49 e servi o sem conex o e sem reconhecimento n o confi vel e servi o sem conex o com reconhecimento confi vel e servi o orientado conex o confi vel Na primeira classe de servi os a m quina fonte da informa o envia os quadros de dados m quina destinat ria sem recep o de reconhecimento da informa o enviada al m disso n o existe estabelecimento pr vio de conex o e con
147. c pio todo s mbolo ap s uma letra min scula tem fortes possibilidades de ser tamb m uma letra min scula todo s mbolo seguindo um caracter num rico tamb m um caracter num rico etc Quando se quer chavear de um tipo de s mbolo a outro basta inserir o c digo associado ao novo tipo Uma t cnica similar pode ser utilizada para codificar longas segii ncias de dados bin rios contendo grandes quantidades de zeros Cada s mbolo de k bits indica quantos zeros separam dois 1 s consecutivos Assim para tratar grandes faixas de zeros o s mbolo 1 indica que uma faixa de 2k 1 mais o valor do s mbolo seguinte separa os dois uns Por exemplo para a segii ncia 000100000100000010000000000000010000001000100000001100000101 que cont m as faixas de zeros de comprimentos 3 5 6 14 6 3 7 0 1 5 e 1 pode se utilizar a codifica o seguinte 011 101110 111 111000 110011 111 000 000 001 101 001 onde a faixa de 14 zeros codificada por 111 111 000 ou seja 7 7 O 14 Neste caso a compress o permitiu reduzir em 34 o tamanho da informa o Uma aplica o desta t cnica pode ser feita com algumas modifica es na transmiss o digital de imagens de televis o colorida O sinal constitu dos de uma segii ncia de quadros de 25 a 30 por segundo cada um contendo um vetor retangular de pontos pixels da imagem Uma imagem de televis o pode ser composta de 1000 linhas de 600 pixels cada pixel sendo codificado em 16 bits 15
148. cabo coaxial de 50 ohms O comprimento m ximo de um suporte f sico segundo a norma IEEE 802 3 de 500 m O formato de um quadro IEEE 802 3 mostrado na figura 2 18 Cada quadro iniciado por um pre mbulo de 7 bytes cada um deles contendo a segii ncia 10101010 O byte seguinte o delimitador de in cio de quadro contendo a segii ncia 10101011 Estes dois campos do quadro permitem s esta es sincronizar se respectivamente a n vel de bit e de caractere Cada quadro composto de dois endere os f sicos o do destino e o da origem sendo que os endere os podem ser representados segundo dois formatos poss veis em 16 ou 48 bits O bit mais significativo dos endere os permite definir se o endere o individual 0 ou de grupo 1 O endere amento de grupo permite que um conjunto de esta es da rede receba o mesmo quadro caracterizando uma comunica o em multicast Caso o endere o do destinat rio seja composto exclusivamente de bits a 1 o quadro ser enviado a todas as esta es da rede caracterizando uma comunica o em broadcast O campo seguinte cont m o tamanho do campo de dados transmitidos expresso em bytes O campo de dados pode variar de O a 1500 bytes Figura 2 18 Formato do quadro IEEE 802 3 A norma define a utiliza o de um quadro que n o ocupe menos de 64 bytes do endere o do destinat rio ao campo de redund ncia c clica FCS Frame Check Sequence Desta forma caso a zona reservada ao
149. ce Hall New Jersey USA 1990 14 Shoch J F Evolution of the Ethernet local computer network IEEE Computer pp 10 27 August 1982 15 Zimmerman H OSI Reference Model The ISO Model of Architecture for Open Systems Interconnection IEEE trans Commun Vol 28 pp 425 432 April 1980 16 Wood G G International Standards Emerging for Fieldbus Control Engineering Vol 2 pp 22 25 October 1988 17 Stemmer M R Einsatzmoeglichkeiten digitaler Feldbussysteme in geschlossenen maschineninternen Regelkreisen Tese de Doutorado RWTH Aachen Alemanha Julho 1991 18 Arvind K Ramamritham K Stankovic J A A Local Area Network Architecture for Communication in Distributed Real Time Systems The Journal of Real Time Systems pp 115 147 Kluwer Academic Publishers 1991 215 19 Le Lann G Rivierre N Real time Communications over Broadcast Networks the CSMA DCR and the DOD CSMA CD Protocols Rapport de Recherche INRIA Fran a 1993 20 Kurose J F Schwartz M Yemini Y Multiple Access Protocols and Time Constrainde Communication Computing Surveys 16 1 pp 43 70 March 1984 21 Tindell K Burns A Wellings AJ Analysis of Hard Real Time Communications The Journal of Real Time Systems nr 9 pp 147 171 Kluwer Academic Publishers 1995 22 Le Lann G On Real Time and Non Real Time Distributed Computing Workshop on Distributed Algorithm
150. cmi ufsc br um nome composto de 4 dom nios que equivale ao endere o IP 150 162 14 1 e SNMP Simple Network Management Protocol uma aplica o TCP IP que providencia uma maneira de gerenciar objetos dentro de uma rede TCP IP Os processos que realizam o gerenciamento s o denominados agentes e gerentes e tem por objetivo detectar a presen a de falhas no funcionamento dos componentes da rede O gerente envia comandos aos agentes solicitando informa es sobre o estado dos objetos gerenciados comandos get e response ou modificando este estado comando put Um agente pode tamb m notificar o gerente da ocorr ncia de um evento espec fico comando trap Os objetos gerenciados podem ser esta es de trabalho gateways modems bridges concentradores processos etc e Finger uma parte do protocolo TCP IP que providencia uma maneira de se verificar os hosts e users que est o conectados a um determinado host e Ping uma parte do protocolo TCP IP que providencia uma maneira de se verificar se um determinado host est ativo na rede Funciona enviando uma 244 mensagem para o host e aguardando uma resposta Se o host n o responde significa que n o est conectado rede e Netstat uma parte do protocolo TCP IP que providencia uma maneira de se verificar as conex es que est o ativas na rede TCP IP Informa as conex es TCP no host estado dos servidores TCP IP neste host bem como os Sockets utilizados dispo
151. compartilh veis de um VMD Os objetos associados a esta classe s o os Sem foros organizados em duas classes espec ficas e Token Semaphores que gerenciam um n mero N de fichas de mesmo tipo e Pool Semaphores que gerenciam uma lista de fichas etiquetadas cada uma associada a um recurso particular do VMD 214 Um usu rio MMS pode requisitar o acesso a um recurso do VMD atrav s do servi o TakeControl indicando o sem foro respons vel por aquele recurso Um aspecto interessante desta classe de servi os a exist ncia de um modificador AttachToSemaphore que permite condicionar a execu o de um servi o MMS posse de um sem foro Esta classe oferece ainda servi os para a libera o a cria o e a obten o de informa es de estado sobre os objetos sem foro Os servi os de Gest o da Esta o de Operador implementam a comunica o atrav s de uma esta o de operador com um VMD Eles permitem particularmente a entrada e a obten o de dados relativos execu o do VMD considerado Os servi os de Gest o de Eventos oferecem facilidades para um Cliente MMS definir e tratar a ocorr ncia de eventos num VMD O tratamento de eventos associado defini o de tr s objetos e as Condi es de Evento que representam as pr condi es associadas a um dado eventos num VMD modifica o de uma vari vel fim de execu o de um programa etc e as A es de Evento que representam o que deve ser
152. conectados necessariamente mesma subrede Um exemplo t pico deste problema encontrado nas propostas de comunica o em automa o industrial Como sabido tanto as empresas como as arquiteturas de comunica o de dados obedecem geralmente a uma organiza o hier rquica As f bricas podem ser divididas em c lulas e reas enquanto o setor administrativo pode ser dividido em departamentos sess es divis es coordenadorias etc Estas divis es s o normalmente baseadas no estabelecimento de crit rios funcionais tendo as fun es de cada divis o significado especial na empresa 146 As raz es que podem conduzir a sistemas integrando diferentes subredes podem ser de naturezas as mais diversas muito mais econ mico interligar computadores geogr ficamente pr ximos atrav s de uma rede local e compartilhar uma interface nica com uma rede externa do que conect los cada um deles a esta mesma rede externa e tecnologicamente limitante a interconex o via uma rede local de um grande n mero de computadores separados por grandes dist ncias por exemplo os diversos computadores localizados em diferentes pr dios de um campus de universidade Neste caso mais interessante interligar os computadores de cada pr dio por uma rede local sendo que as diversas redes locais ser o interconectadas o desempenho e a confiabilidade de um sistema podem ser fortemente aumentados se ao inv s de interligar um grande
153. conhecimento de uma mensagem ou uma lista de identificadores e FCS o controle de erros feito utilizando a t cnica polinomial permitindo uma dist ncia de Hamming de 4 e adotando o polin mio gerador proposto pela CCITT 226 Os servi os oferecidos pela camada de enlace s o apresentados na tabela 4 2 Foram especificadas quatro classes de servi os atualiza o c clica de dados atualiza o n o peri dica de dados transfer ncia de mensagem com ACK transfer ncia de mensagem sem ACK Maior import ncia foi atribu da aos servi os c clicos de forma que n o houve preocupa o com uma otimiza o das demais classes Classe Primitiva de servi o Coment rios Atualiza o c clica de dados L PUT reg cnf L SENT ind L GET req cnf L RECEIVED ind atualiza dados sinaliza envio busca de dados sinaliza recep o Atualiza o n o peri dica de dados L PARAM reg cnf requisita um dado Transmiss o de mensagem com ACK L MESSAGE ACK req ind cnf com reconhecimento Transmiss o de mensagem sem ACK L MESSAGE req ind sem reconhecimento Tabela 4 2 Servi os de enlace do FIP 3 4 2 4 A CAMADA DE APLICA O O projeto FIP prop e a n vel da camada de aplica o um sub conjunto do MMS apresentado no projeto MAP definindo servi os de mensagem industrial que n o interferem com o tr fego de tempo real Al m disso fo
154. contrar um nico fabricante capaz de fornecer todos os equipamentos necess rios rob s m quinas de comando num rico CLPs sensores etc ao processo de fabrica o A solu o viria ent o pela terceira op o que foi o ponto de partida para o projeto MAP atrav s da cria o de uma for a tarefa reunindo profissionais das diversas divis es da GM cujo objetivo inicial era investigar a possibilidade de utiliza o do modelo de refer ncia OSI como base para a proposta padronizada da empresa 206 Um ano mais tarde em 1981 a GM uniu se a outras empresas Digital Equipment Corporation DEC Hewlett Packard HP e IBM definindo a solu o do problema baseada na utiliza o de uma arquitetura de comunica o para rede local baseada no modelo a sete camadas do OSI Uma primeira preocupa o deste grupo de trabalho foi a sele o de alguns dos padr es de protocolo definidos para o modelo OSI que pudessem ser adotados na arquitetura MAP A partir dai o projeto foi ganhando corpo e ades es por parte de outras empresas tornando se uma realidade nos anos 90 e dando origem a outras propostas de arquiteturas de comunica o orientadas a outros n veis das atividades da empresa 3 3 2 A arquitetura MAP Uma vez adotado o modelo OSI como refer ncia para a arquitetura de comunica o o problema era selecionar as propostas a serem implementadas a n vel de cada camada Para as camadas 1 e 2 foram selecionados respectivament
155. da mesma forma que foi enviado Esta classe de servi os oferece camada de Rede um canal de comunica o confi vel Os servi os orientados conex o s o caracterizados por tr s principais etapas e a etapa de estabelecimento de conex o durante a qual s o definidos todos os par metros relacionados conex o como por exemplo os contadores de seq ncia de quadros e a etapa de transmiss o de dados durante a qual s o realizadas todas as trocas de informa o correspondentes ao di logo entre duas m quinas e a etapa de libera o da conex o que caracteriza o fim do di logo e na qual todas as vari veis e outros recursos alocados conex o ser o novamente dispon veis 50 A comunica o entre as camadas de Rede e de Enlace feita atrav s de primitivas de servi o request indication response e confirm da interface entre as duas camadas como definidas na parte relativa apresenta o do modelo OSI Um esquema permitindo demonstrar o modo de utiliza o das primitivas mostrado na figura 2 3 3 4 Neste esquema representa se nas extremidades a camada de Rede caracterizada pelos dois sistemas envolvidos no di logo no caso A e B que s o as entidades pares e no centro as camadas de Enlace de A e B que tornam a comunica o transparente para as camadas de rede envolvidas Os deslocamentos verticais das primitivas representam o tempo decorrido entre as ocorr ncias destas por exemplo no caso d
156. da LLC ao usu rio ou camada de rede podem ser com ou sem conex o e s o apresentados na tabela a seguir SERVI OS ORIENTADOS CONEX O L CONNECT request local address remote address service class L CONNECT indicationt local address remote address status service class L CONNECT response local address remote address service class L CONNECT confirm local address remote address status service class L DISCONNECT request local address remote address L DISCONNECT indication local address remote address reason L DISCONNECT response local address remote address L DISCONNECT confirm local address remote address status L DATA CONNECT request local address remote address user data L DATA CONNECT indication local address remote address user data L DATA CONNECT response local address remote address L DATA CONNECT confirm local address remote address status 68 L RESET request local address remote address L RESET indication local address remote address reason L RESET response local address remote address L RESET confirm local address remote address status L CONNECTION FLOWCONTROL request local address remote address amount of data L CONNECTION FLOWCONTROL indication local address remote address amount of data SERVI OS SEM CONEX O L DATA request local address remote address user data service class L DATA indicat
157. dade de interliga o esta especifica o amplamente difundida Cabo coaxial fino 50 Ohms Conector BNC macho Conector T BNC Rs Terminador BNC macho 50 Ohms Figura 2 21 Especifica o IEEE 802 3 10BASE2 193 Al m das especifica es vistas acima existe ainda a especifica o IOBROADS36 que opera com taxa de transmiss o de 10Mbps t cnica de sinaliza o em Banda Larga e um cabo de 3600 metros A norma IEEE 802 3 prev ainda algumas especifica es de MAU como e 10BASE T que define uma MAU para par tran ado em lugar de cabo coaxial e usualmente empregada para conex o com repetidores multiporta mais conhecidos como Hubs e 10BASE FL que define uma MAU para fibra tica usada para conectar uma esta o a um Hub e 10BASE FB que define uma MAU para interligar repetidores entre si usada em redes backbone e 10BASE FP que define uma MAU para operar como estrela passiva IEEE 802 3u Fast Ethernet 3 vers es com 100 Mbps sempre com HUB 100BASE T4 usa 4 pares de cabos UTP categoria 3 fio telef nico com sinaliza o em 25MHz cada com at 100m at HUB modo half duplex 100BASE TX usa 2 pares de cabos UTP categoria 5 usa isolante de teflon um para o HUB e outro de retorno at 100m at o HUB modo full duplex 100BASE FX usa 2 fibras ticas multimodo uma em cada dire o dist ncia de at 2 Km at HUB Switched Ethernet Melhora de performance da
158. dados e libera o da sess o As primitivas de estabelecimento e libera o de sess o oferecidas camada de Apresenta o s o similares quelas oferecidas pr pria camada de Sess o pelo Transporte Esta similaridade ocorre a tal ponto que em muitos casos a recep o de uma primitiva de servi o da camada de Apresenta o reflete se imediatamente no envio de uma primitiva de servi o equivalente da camada de Transporte Um exemplo disto a primitiva de estabelecimento de Sess o S CONNECT request que refletida no envio de uma primitiva T CONNECT request Na fase de estabelecimento de uma conex o da mesma forma que na camada de Transporte ocorre a negocia o entre as duas entidades envolvidas de Apresenta o sobre que par metros v o definir a comunica o Dentre estes par metros encontram se par metros j conhecidos de outros n veis do modelo OSI por exemplo a necessidade de transfer ncia de dados expressos e tamb m par metros espec ficos camada de Sess o por exemplo na abertura de uma sess o para troca de informa es via correio eletr nico um par metro pode ser qual usu rio vai tomar a iniciativa do di logo Apesar das semelhan as j levantadas pode se destacar tamb m algumas diferen as entre uma sess o e uma conex o de Transporte essas diferen as estando particularmente associadas ao procedimento de libera o das conex es No caso da camada de Transporte a primitiva T DISCONNEC
159. dados entregues ao parceiro por meio de uma marca de entrega VT ACK RECEIPT reconhece recebimento de marca de entrega VT GIVE TOKEN passa direito de envio da dados ao parceiro token VT REQUEST TOKEN requisita direito de envio de dados ao parceiro b servi os de manuseio de mensagens MHS O MHS Message Handling Service um SASE que prov servi os para interc mbio de mensagens eletr nicas entre APs portanto um servi o de mail eletr nico semelhante ao usado na Internet s que l se utiliza o SMTP Simple Mail Transfer Protocol O MHS definido na recomenda o X 400 da CCITT Quando um AP deseja enviar uma mensagem a outro ele submete a mensagem a um Agente de Transfer ncia de Mensagens MTA Message Transfer Agent que entrega a 142 mensagem a outro MTA no lado receptor Este por sua vez entrega a mensagem ao AP destinat rio As mensagens tem um formato padronizado composto de um envelope contendo dados como o endere o do destinat rio e do emissor e o conte do que a mensagem em si Algumas das primitivas b sicas colocadas a disposi o dos APs pelo MHS s o as seguintes Primitiva Opera o M LOGON estabelece conex o do AP na rede M SUBMIT submete mensagem para envio no lado emissor M DELIVER entrega mensagem ao destinat rio no lado receptor M NOTIFY notifica emissor da recep o da mensagem M LOGOFF desfaz conex o c Servi os de acess
160. das s camadas inferiores pertencentes ao mesmo sistema 2 2 O MODELO DE REFER NCIA OSI 2 2 1 INTRODU O A grande import ncia da interconex o dos computadores atrav s de redes de comunica o deu origem a uma necessidade que foi tornando se evidente medida que os desenvolvimentos neste dom nio foram acentuando se a padroniza o das redes de comunica o Iniciou se ent o no seio da ISO International Standards Organization uma reuni o de esfor os no sentido de definir uma proposta de arquitetura normalizada para as redes de comunica o Dada a grande diversidade dos equipamentos e das solu es existentes no que diz respeito comunica o o resultado deste trabalho foi de fato a padroniza o de um modelo denominado Modelo de Refer ncia sobre o qual deveriam ser baseadas as arquiteturas de redes de comunica o de forma a permitir a interconex o de equipamentos heterog neos tornando transparente ao usu rio a forma como esta interconex o fosse implementada Um sistema fundamentado em tal modelo de refer ncia dito um sistema aberto uma vez que este est aberto comunica o com outros equipamentos de diferentes classes fabricantes modelos etc Baseada nesta filosofia a proposta definida numa s rie de documentos produzidos por aquela organiza o foi denominada de Modelo de Refer ncia para a Interconex o de 17 Sistemas Abertos ou RM OSI Reference Model for Open Systems Interconnect
161. das ou seja pedido e indica o Neste tipo de servi os a entidade emissora do pedido n o receber nenhuma informa o sobre as condi es de realiza o do servi o requisitado nem mesmo se este foi realizado A tabela abaixo apresenta um conjunto de primitivas associadas a um servi o orientado conex o Neste exemplo CONNECT um servi o confirmado enquanto os servi os DATA e DISCONNECT s o n o confirmados Primitiva Significado CONNECT request pedido de estabelecimento de uma conex o CONNECT indication indica o entidade invocada CONNECT response utilizada para indicar a aceita o ou n o da conex o CONNECT confirm informa entidade emissora se a conex o aceita 27 DATA request pedido de envio de dados DATA indication sinaliza o da chegada de dados DISCONNECT request pedido de t rmino da conex o DISCONNECT indication indica o do pedido entidade par 2 2 4 4 A Rela o entre Servi o e Protocolo Embora sejam freq entemente confundidos servi o e protocolo s o dois conceitos distintos O importante nesta distin o de poder estabelecer a rela o entre os dois conceitos O servi o corresponde a um conjunto de opera es que uma camada capaz de oferecer camada imediatamente superior Ele define o que uma camada capaz de executar sem se preocupar com a maneira pela qual as opera es ser o executadas O servi o est intim
162. das de sess o e apresenta o mas engloba tamb m as funcionalidades do protocolo TCP IP ver adiante 3 5 4 3 LAN SERVER Sistema operacional para redes da IBM inicialmente desenvolvido em conjunto com o LAN Manager da Microsoft Opera sobre o sistema operacional OS 2 3 5 4 4 PC LAN Sistema operacional que opera sobre a rede Token Ring da IBM interligando computadores PC Requer o NetBios para funcionar 3 5 4 5 NETBIOS O NetBios uma Interface para Programas de Aplica o API Application Program Interface desenvolvido pela IBM que prov servi os a n vel das camadas de rede e transporte para PC LAN e LAN Server 3 5 4 6 TCP IP Os protocolos TCP IP foram desenvolvidos pela UCB University of California at Berkeley para a ARPA Advanced Research Projects Agency em 1969 muito antes da defini o do modelo de refer ncia ISO OSI Sua aplica o original era militar a ARPA vinculada ao DoD Departamento de Defesa dos EUA O par de protocolos conhecido como TCP IP uma heran a do projeto ARPANET Os servi os oferecidos pelo protocolo ARPANET permitem transferir arquivos ftp executar comandos remotamente telnet enviar e receber correio eletr nico mail entre outros O protocolo TCP Transmission Control Protocol usado para implementar o sequenciamento e o controle de fluxo de informa es e corresponde aproximadamente camada de transporte do modelo OSI 243 O protocolo IP I
163. de O X 25 define a interface entre um DTE Data Terminal Equipment e um DCE Data Circuit terminating Equipment Um n intermedi rio da subrede um IMP na terminologia OSI definido aqui como um DSE Data Switching Exchange O padr o X 25 define o formato e o significado da informa o trocada atrav s da interface DTE DCE para as camadas 1 2 e 3 No que diz respeito ao n vel 1 X 25 faz refer ncia a outros padr es no caso o X 21 para as transmiss es digitais e X 217bis uma vers o anal gica do X 21 bastante similar a R 232 C Na camada 2 X 25 define protocolos de enlace com o objetivo de oferecer um meio de transmiss o confi vel definindo protocolos como LAP e LAPB No n vel de Rede X 25 implementa as conex es entre dois DTEs figura 2 3 29 oferecendo dois tipos de conex o 80 e a chamada virtual virtual calls que similar a uma chamada telef nica comum a qual caracterizada pelo estabelecimento de uma conex o a troca de dados e a libera o de conex o e o circuito virtual permanente permanent virtual circuits que funciona como uma linha especializada dispon vel a todo momento de modo que basta aos DTEs efetuar a transfer ncia dos dados uma conex o permanente estabelecida na inicializa o No caso das chamadas virtuais como mostra a figura 2 3 30 quando um DTE quer dialogar com um outro DTE ele deve inicialmente estabelecer a conex o ele constr i ent o um pacote
164. de TPDUS Caso contr rio podem n o ser as melhores LM E L J l 4 i i O TPDU1 TPDU2 TPDU3 espa o dispon vel a b c Figura 2 3 5 6 As diferentes solu es de armazenamento a buffers de tamanhos iguais b buffers de tamanhos vari veis c buffer circular O tr fego importante tamb m na defini o da melhor solu o no que diz respeito localiza o do armazenamento no emissor ou no receptor No caso de m ltiplas conex es mas com pouco tr fego em cada uma delas terminais interativos por exemplo melhor a implementa o de um mecanismo de aloca o din mica de buffers nas duas extremidades Como o emissor n o tem certeza de que o receptor poder alocar o buffer ele mant m com ele uma c pia da TPDU at receber o reconhecimento Por outro lado no caso de tr fegos relativamente altos melhor ter uma aloca o est tica de buffers associados conex o na extremidade receptora a fim de permitir a transmiss o numa taxa m xima Outro ponto importante a ser coberto pela camada de Transporte a capacidade de um usu rio emissor alocar dist ncia no receptor os buffers de maneira din mica os buffers podendo ser alocados para cada conex o ou para um conjunto de conex es existentes entre dois usu rios e Multiplexa o e Splitting O mecanismo de multiplexa o aplicado sobre uma mesma conex o
165. de a cada 125 mseg um usu rio pode enviar um byte de informa o 2 3 2 3 Interfaces industriais t picas para a camada f sica Ao n vel da camada f sica existem diversas interfaces padronizadas em uso na industria Uma interface define as caracter sticas el tricas mec nicas e funcionais de uma conex o f sica Exemplos bem conhecidos de interfaces padronizadas para esta camada s o RS 232 C RS 422 RS 423 e RS 485 definidas pela EIA Electronics Industries Association As interfaces R 232 C RS 422 e R S 423 permitem somente a liga o ponto a ponto entre dois elementos de comunica o suportando assim redes com topologias em estrela anel rvore ou malha Enquanto a RS 232 C opera com sinais refereciados a terra o que os torna sens veis perturba es as interfaces RS 422 e RS 423 trabalham com sinais diferenciais reduzindo consideravelmente a sensibilidade ru dos e permitindo o uso de cabos mais longos que os usados com R 232 C A interface RS 485 permite a conex o de at 32 elementos de comunica o n s ou esta es em um mesmo barramento suportando assim redes de difus o Em fun o de sua grande aceita o nos meios industriais a interface RS 232 C ser apresentada com um pouco mais de detalhes aqui A EIA define dois elementos envolvidos 42 numa comunica o o DTE Data Terminal Equipment e o DCE Data Circuit Terminating Equipment O conector adotado nesta interface possui 25 pi
166. de Aplica o est dividida em tr s subcamadas 231 e Fieldbus Message Specification FMS que o protocolo propriamente dito derivado do MMS e Lower Layer Interface LLI respons vel pela interface com a camada de Enlace mapeando os servi os FMS e FMA Fieldbus Management em servi os correspondentes do FDL e Application Layer Interface ALI respons vel pela interface com as aplica es do usu rio A ALI opera como solicitador de servi os Cliente a um Dispositivo Virtual de Campo VFD Virtual Field Device que opera como fornecedor de servi os Servidor O VFD equivalente ao VMD Virtual Manufacturing Device do MMS usado em MAP constituindo uma representa o abstrata de v rias classes de dispositivos reais As classes de onjetos definidas s o Vari veis Dom nios Alarmes Listas de Vari veis e Invoca es de Programa Todos os objetos da rede s o cadastrados em um diret rio de objetos denominado OV Objekt Verzeichniss Cada esta o contem uma c pia total ou parcial do OV S o definidos servi os com e sem conex o c clicos e ac clicos entre esta es ativas e entre estas e esta es passivas Os servi os sem conex o s o usados para Broadcast e Multicast difus o de quadros entre todas as esta es ou entre certos agrupamentos pr definidos de esta es Os servi os com conex o s o usados para garantir uma troca de dados confi vel A tabela 4 5 apresenta uma vis
167. de automa o ao n vel hier rquico de componente No entanto logo pode ser verificado que estas propostas eram demasiado caras e muito lentas para as aplica es t picas a n vel hier rquico de componente Enquanto os segmentos de banda base do MAP MAP EPA e Mini MAP permitem a realiza o de tempos de resposta de cerca de 100 ms sistemas tipo Fieldbus se prop e a reduzir este tempo para a faixa de 1 a 10 ms como requerido para o controle e supervis o de importantes grandezas envolvidas na automa o tais como velocidade posi o de eixos torque acelera o e for a Um aspecto essencial na defini o de protocolos de comunica o para o Fieldbus a redu o a um m nimo estritamente necess rio das informa es adicionais inclu das nos telegramas de forma a permitir uma adequada performance em tempo real Estas simplifica es em rela o a sistemas tipo MAP e TOP s o indispens veis quando se pretende interligar componentes simples tais como sensores e atuadores Para sistemas tipo Fieldbus s o definidas por quest es de efici ncia somente as camadas 1 2 e 7 do modelo de refer ncia OSI As fun es das camadas 3 at 6 que s o indispens veis para a comunica o s o aqui absorvidas pelas camadas 2 ou 7 220 O aspecto de custo tamb m assume grande import ncia uma vez que os dispositivos a serem interligados tem em geral custo inferior ao da pr pria interface MAP como pode ser visto na tabela 4 1 S
168. de buffers deve ser alocado em cada n para permitir o armazenamento dos pacotes a serem retransmitidos Evidentemente o n mero de buffers a ser alocado vai depender do protocolo implementado entre cada par de n s intermedi rios IMPs Um algoritmo do tipo envia espera vai exigir um n mero de buffers evidentemente menor do que um algoritmo que autorize o envio de diversos pacotes antes da retransmiss o b A destrui o de pacotes Um outro mecanismo que adotado para o controle de congest o o da destrui o de pacotes Neste caso n o existe reserva pr via de buffers de modo que se um pacote chega num IMP e este n o disp e de buffer para o seu armazenamento este simplesmente destru do ou descartado Se o servi o oferecido do tipo datagrama n o h mais nada a fazer por outro lado se este orientado conex o o pacote dever ser armazenado em algum n para uma poss vel retransmiss o Ainda a destrui o de pacotes deve seguir uma certa disciplina por exemplo destruir um pacote de reconhecimento pode n o ser uma boa solu o uma vez que este pacote poderia permitir ao n o apagamento de um pacote de informa o e por consequ ncia a libera o de um buffer Uma solu o para isto a reserva para cada linha de chegada de um buffer que possibilite a recep o de pacotes de reconhecimento endere ados quele n c O controle de fluxo O controle de fluxo consiste em outra t
169. de com frame UA e Troca de Dados e em NRM escravo s envia dados a pedido do mestre mestre envia UP escravo responde com I Frame se tem dados ou RNR se n o tem dados e em ABM opera o full duplex Esta o envia I Frame receptor responde com RR ACK REJ NAK ou SREJ NAK e Fim conex o e em NRM s mestre pode concluir conex o frame DISC escravo responde com frame UA e em ABM qualquer lado pode enviar DISC outro responde com UA 2 3 3 6 Padr o IEEE 802 para a Camada de Enlace 67 O IEEE definiu um padr o para a camada de enlace norma IEEE 802 2 hoje largamente difundido Estudaremos a norma IEEE 802 mais detalhadamente em um cap tulo posterior Aqui nos limitaremos a descrever brevemente as primitivas propostas nesta norma e Primitivas da Interface MAC LLC e M DATA request local address remote address user data service class pedido originado da subcamada LLC para a subcamada MAC solicitando o envio de um frame de dados entre esta es e M DATA confirm status confirma o de envio de um frame retornada pela subcamada MAC subcamada LLC valor local n o ACK do receptor e M DATA indication local address remote address user data service class indica para a subcamada LLC do receptor a chegada de um frame de dados de uma esta o remota Na proposta IEEE 802 a subcamada MAC opera somente com servi os sem conex o e sem reconhecimento Os servi os oferecidos pela subcama
170. de dados transfer ncia de arquivos CAD CAM distribu do troca de documentos transa es banc rias entre outros A partir de 1986 os projetos MAP e TOP passaram a ser coordenados conjuntamente resultando no projeto MAP TOP 3 2 3 5 PROJETO FIELDBUS O Fieldbus uma solu o de comunica o para os n veis hier rquicos mais baixos dentro da hierarquia fabril interconectando os dispositivos prim rios de automa o instalados na rea de campo Sensores atuadores chaves etc e os dispositivos de controle de n vel imediatamente superior CLPs CNCS etc Ainda est o sendo definidos os padr es para o Fieldbus Os principais grupos envolvidos nos trabalhos de padroniza o s o e Avaliadores IEC ISA EUREKA NEMA e Proponentes PROFIBUS FIP ISA SP50 O Fieldbus e suas principais propostas de padroniza o ser discutido em detalhes em um cap tulo espec fico mais adiante 205 3 3 O PROJETO MAP Manufacturing Automation Protocol 3 3 1 Introdu o O projeto MAP tem como m rito a apresenta o de uma proposta concreta para a comunica o no ambiente de f brica estabelecendo as condi es necess rias para a integra o dos componentes de automa o em um ambiente integrado segundo a filosofia CIM Computer Integrated Manufacturing Ao contr rio do que se propunha inicialmente hoje est claro que n o existe uma solu o nica de rede que atenda aos requisitos de todos os n veis de comunica
171. de exce o Este campo pode ser vazio Checksum s o usados 2 tipos de checagem de erros LRC ou CRC dependendo do modo de transmiss o ASCII ou RTU Mais detalhes MODBUS protocol guide na p gina http www modicon com techpubs toc7 html 3 5 5 15 REDES IBM 273 A IBM oferece uma s rie de solu es para a interconex o de equipamentos de ch o de f brica incluindo e redes baseadas em uma arquitetura pr pria denominada SNA Systems Network Architecture anterior ao modelo RM OSI da ISO A arquitetura SNA mostrada na figura 5 14 e redes compat veis com o modelo OSI tais como MAP e rede Token Ring IEEE 802 5 e rede Token Bus IEFE 802 4 e diversos softwares para rede NetBios PC LAN LAN Server etc Apresenta o servi os NAU Controle Controle Red Enlace Controle Enlace F sica Figura 5 14 Arquitetura SNA comparada com RM OSI 3 5 6 Conclus o e discuss es Nos ltimos anos uma grande variedade de produtos para redes de comunica o foi introduzida no mercado tornando muito dif cil manter uma vis o geral atualizada do que oferecido no setor Os primeiros produtos comerciais na rea de redes foram desenvolvidos para aplica es em automa o de escrit rio H atualmente um consenso sobre a necessidade de definir sistemas de comunica o padronizados que permitam a interoperabilidade e eventualmente at e intercambiabilidade de equipamentos de diferentes fabricantes
172. de redes j existentes na poca como por exemplo ARPANET Esta na verdade uma das camadas mais simples do modelo OSI oferecendo uma quantidade relativamente limitada longe dos servi os oferecidos por camadas como a de Transporte por exemplo Nesta parte do documento veremos ent o os servi os oferecidos pela Sess o e como estes s o implementados atrav s dos protocolos 2 3 6 1 Servi os oferecidos camada de apresenta o A principal fun o desta camada oferecer aos seus usu rios meios para o estabelecimento das conex es denominadas sess es de modo que estes possam trocar dados Uma sess o pode ser utilizada para permitir a conex o dist ncia a um computador por exemplo atrav s de um terminal para uma transfer ncia de arquivo para o carregamento de programas dist ncia etc Segundo o modelo OSI os usu rios dos servi os de Sess o s o as entidades de Apresenta o a posi o desta camada estando ilustrada na figura 2 3 43 106 Apesar de que ao n vel de Sess o s o oferecidas primitivas de servi o para a comunica o sem conex o neste modo n o poss vel explorar os servi os orientados aos usu rios dispon veis nesta camada No que diz respeito conex o de Sess o ou sess o como definido acima pode se estabelecer as diferentes poss veis rela es entre uma conex o de Sess o e uma conex o de APRESENTA O SSAP ENTIDADE DE SESSAO Transporte como m
173. de t rmino negociado de sess o sem perda de dados os dois outros para e libera o abrupta de sess o com eventual perda de dados caracterizados pelas primitivas S U ABORT e S P ABORT indicando respectivamente termina o de iniciativa do usu rio U user e do fornecedor do servi o P provider O terceiro grupo caracterizado pelas quatro classes de primitivas para a transfer ncia de dados S DATA S EXPEDITED DATA S TYPED DATA e S CAPABILITY DATA cada uma para um dos quatro tipos de dados normais urgentes tipados e de capacidade Os dados normais e urgentes tendo sido discutidos em outras oportunidades cabe aqui uma apresenta o dos dois outros tipos de dados Os dados tipados s o similares aos dados normais do ponto de vista da transfer ncia a diferen a fundamental sendo a liberdade de transmiss o sem a necessidade de posse da ficha de dados Este tipo de dados s o utilizados principalmente para a troca de mensagens de controle entre os dois usu rios Os dados de capacidade s o utilizados para a transfer ncia de mensagens de controle da pr pria camada de Sess o O servi o S CAPABILITY DATA como se pode ver na tabela um servi o confirmado fornecendo um reconhecimento dos dados de capacidade Ainda ao contr rio dos dados tipados estes dados s podem ser transmitidos se a entidade possui a ficha de transfer ncia de dados O quarto grupo de servi os relacionado ao gerenciamento das fichas que
174. des sena TO NGS RR Ra S 68 2 3 5 A Camada de ransporte sea essaassistaaia ienn iieii A over dias ta penas atas ii 84 2 20 44 amada de SESS O men en sia Sega a 105 2 3 1 A Camada de Apresenta o usasacsecesaneta asa panasasa a Regis OU quaS aqua Maas east Lada seiss 116 2 3 9 4 Camada de ADICA O saio a DIESEL DITA DD da O Ee aaa ESS 134 2 4 A INTERCONEX O DE REDES eisayaiuisages sir sdrmzrad teias Ei 145 2A ANOQUC O ars IS a a 145 2 4 2 Aspectos da CONCOLVITA E sera iiasadyprasgaa a Una usada COSSRaR GN GING DEUS isa N SRA Qua aa 147 2 4 3 A interconex o segundo o modelo OSL erre 149 2 4 4 As diferentes possibilidades de interconex o irrreea 150 2 308 Repetidores R peaters ais usas ia doa oi enni fa ASAE asa Da da 151 240 AsS pontes DEBE cs asas eienn e e dao Sasha bas dad danada 153 2 4 7 Os roteadores routers eesneeessesssooreerssssseeseeerssssssoreerssssssoseoresesssssseoreersssssseseerrse 154 2 4 8 As passarelas ZaleWayS sesesasssaanasessateiapaseatonass sata so fenemnanadaateioigua nr nedestnios tda velas 155 DUO ONCONIPADOLOS cane E db EE E A 156 SAS Redes AOCAISINAUS MAIS o pata q pg OS EU QUASE An 158 Da TO A O a a oa a EIA d a qa SAP RUC ta A oa cs 158 3 1 1 As redes e os n veis hier rquicos de integra o fabril 159 Qua TedesQUals INDUIS L BIS ils a S E A A 162 3 2 Motivacion enine e a EE aaa asa Sto qua O ER por IEEE 162 3 2
175. deste servi o de iniciativa do usu rio do ACSE A ABORT pode ser ativado pelo iniciador do servi o A ASSOCIATE no caso em que n o exista concord ncia a respeito do contexto de aplica o a utilizar A P ABORT o servi o que efetua o mesmo que 4 ABORT sendo que desta vez a iniciativa do fornecedor do servi o O ACSE tem acesso a servi os de duas das camadas inferiores particularmente a camada imediatamente inferior de Apresenta o e a camada de Sess o No que diz respeito aos servi os de Apresenta o uma primeira correspond ncia que se pode estabelecer o de uma associa o com uma conex o de Apresenta o Deste ponto de vista existem uma correspond ncia de 1 para 1 ou seja uma associa o de Aplica o corresponde a uma conex o de Apresenta o O ACSE necessita utilizar unicamente os servi os de base da camada de Apresenta o ou seja os servi os P CONNECT P RELEASE e P U ABORT O iniciador do servi o A ASSOCIATE deve determinar o contexto de Apresenta o pretendido b Servi os para implementa o de a es at micas CCR O CCR Commitment Concurrency and Recovery outro elemento comum de servi o CASE que coordena a opera o entre unidades distribuidas de forma confi vel Ele permite definir servi os compostos de um conjuntos de a es com a propriedade de atomicidade isto o servi o s considerado completo se todas as a es que o comp e foram executadas at
176. dimentos associados sua utiliza o definindo o Protocolo de Aplica o entre dois ASESs A comunica o entre entidades de Aplica o pares deve ser suportada por alguma forma de rela o que permita a troca de informa es de controle dos protocolos de Aplica o Esta forma de rela o que corresponde a no o de conex o entre entidades pares definida como uma Associa o de Aplica o Uma Associa o de Aplica o ou AA Application Association uma rela o cooperativa estabelecida entre duas AEIs para a troca de informa es Uma ou mais AAs s o criadas quando duas AEIs devem trocar informa es no contexto de uma dada aplica o Isto significa que uma AEI pode manter simult nea ou sequencialmente mais de uma AA com uma ou diversas AEIs Finalmente um conceito importante o de um Contexto de Aplica o que corresponde ao conjunto de regras e fun es a serem implementadas ao longo da dura o de uma Associa o de Aplica o para a gest o das trocas de informa es entre AEIs Este conceito corresponde a defini o de uma sem ntica e sintaxe unificadas para os dados trocados entre duas AEIs Este conceitos est o ilustrados de forma esquem tica na figura 2 3 8 1 136 M dulos espec ficos da aplica o AE ASO 1 Camada de Aplica o AP AE ASO 2 Figura 2 3 8 1 Conceitos da camada de aplica o b Elementos da camada de aplica o Na pr tica a camada de aplica
177. distribu das 3 4 4 5 CAMADA DO USU RIO Uma proposta inovadora no SP 50 a defini o de uma camada do usu rio situada acima da camada de aplica o destinada a aliviar o programador de detalhes de acesso ao sistema de comunica o e a oferecer servi os adequados a diversos tipos diferentes de aplica es a semelhan a dos companion standards propostos no projeto MAP Os trabalhos atuais est o restritos a defini o de fun es para aplica es em controle de processos agrupadas na chamada PCUL Process Control User Layer Outros trabalhos dever o atender as reas de automa o da manufatura controle predial eletr nica embarcada autom veis aplica es dom sticas entre outras 238 3 4 4 6 SERVI OS DE GERENCIAMENTO DE REDE Al m das funcionalidades das camadas j vistas a proposta SP 50 inclui um conjunto de fun es de gerenciamento de rede como e Gerenciamento de configura o de rede carregamento inicializa o de endere os configura o de comunica o e aplica o partida etc e Controle de opera o ferramentas de sincroniza o escalonamento etc e Monitora o de desempenho detec o diagnose e recupera o de erros avalia o e otimiza o de desempenho etc 3 4 5 Conclus es Uma vez definido um padr o internacionalmente aceito o Fieldbus dever revolucionar o setor de instrumenta o Esta tecnologia permite que a intelig ncia seja totalmente dist
178. distribu dos Finalmente a primitiva N REPORT permite camada de Rede informar a ocorr ncia de problemas relativos ao servi o de Rede como por exemplo a indisponibilidade moment nea de um determinado endere o destinat rio c O endere amento de Rede Uma fun o importante desta camada o fornecimento de uma codifica o espacial de endere os coerente para uso da camada de Transporte O fato que para cada rede foi definida uma estrutura distinta de endere amento o trabalho de uniformiza o ficando a cargo da camada de Rede De uma forma geral 2 esquemas b sicos de endere amento s o poss veis endere amento hier rquico o endere o constitu do conforme a posi o de cada entidade na hierarquia da rede sugerindo o local onde esta se encontra Este esquema de endere amento usado em WANs e MANSs ex Internet Esta t cnica facilita o roteamento e endere amento horizontal aqui o endere o n o tem rela o com localiza o da entidade na rede Este esquema usado em LANS ex padr o IEEE 802 Este tipo de t cnica facilita a reconfigura o da rede sem necessitar alterar os endere os das esta es No modelo OSI a estrutura de endere amento a n vel de Rede foi concebida de modo a incorporar as caracter sticas das diversas estruturas de endere amento existentes Todas as primitivas de servi o de Rede utilizam o endere amento orientado aos NSAPs para identificar a origem ou o dest
179. do conex o n o l muito interessante mas s vezes o nico servi o de Rede dispon vel orientado conex o como por exemplo o X 25 No caso da utiliza o de um servi o sem conex o cada TPDU associada a um pacote sem reconhecimento nem garantia de sequenciamento O protocolo do servi o de Transporte sem conex o define o formato da TPDU como ilustrado na figura 2 3 5 9 bastante similar utilizada no caso do servi o orientado conex o A parte vari vel da TPDU conduz os endere os de TSAP origem e destinat rio e outras informa es 1 1 Figura 2 3 5 9 Formato da TPDU do servi o de Transporte sem conex o b O protocolo TCP O protocolo TCP Transmission Control Protocol foi definido como resultado dos trabalhos realizados a n vel da rede americana ARPANET para poder permitir a inclus o de redes locais cujo servi o de Rede fosse menos confi vel do que o da pr pria ARPANET Associado a TCP foi definido tamb m um novo protocolo de Rede o IP Internet Protocol sendo que hoje o par TCP IP bastante utilizado na interconex o de computadores padr o UNIX e INTERNET Uma entidade de Transporte TCP aceita mensagens de tamanho vari vel fragmentando as em unidade de tamanho inferior ou igual a 64 Kbytes estas unidades sendo 102 enviadas como datagramas isolados a camada de Rede n o oferecendo nenhuma garantia de entrega dos datagramas O TCP deve ent o definir um temporizador e re
180. do isolado mas sem a garantia de uma ordem correta na transmiss o O tipo do servi o a ser fornecido definido no momento do estabelecimento da conex o Uma caracter stica desta camada que ela implementa um verdadeiro di logo fim a fim ou seja o programa executando no sistema fonte dialoga com o programa executando na 20 m quina destino atrav s dos cabe alhos e informa es de controle contidas nas mensagens deste n vel J nas camadas mais baixas os protocolos operam entre m quinas vizinhas e n o entre os sistemas fonte e destino dado que estes podem estar separados por v rios IMPs Esta diferen a fundamental que se estende igualmente s camadas superiores at a camada 7 pode ser verificada pela ilustra o da figura 2 2 1 Dado que esta camada respons vel do estabelecimento e t rmino das conex es de rede ela deve definir um mecanismo de endere amento que permita a um sistema indicar com qual sistema ele deseja dialogar Este endere amento indica os processos de aplica o envolvidos no di logo e n o apenas os n s de rede envolvidos como ocorre no endere amento feito na camada de enlace de dados Finalmente ela deve implementar um mecanismo de controle de fluxo fim a fim para evitar que o sistema fonte envie mensagens numa taxa superior quela com a qual o sistema destino pode consumi las A Camada de Sess o respons vel pelo estabelecimento de sess es de di logo para os usu rios da rede
181. do quadro considerado O protocolo CSMA CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection um protocolo baseado neste princ pio e muito utilizado nas redes locais foi proposto originalmente pelos criadores da rede Ethernet Neste protocolo quando mais de uma esta o esta pronta para emitir uma mensagem com o meio livre estas emitem o quadro o que vai gerar uma colis o A primeira esta o que detectar a colis o interrompe imediatamente a sua transmiss o reiniciando o processo todo ap s a expira o de um per odo de tempo aleat rio de forma a tornar improv vel a ocorr ncia de uma nova colis o figura 2 3 3 1 Para detectar a colis o a esta o emissora deve escutar aquilo que ela mesma colocou no meio ao menos a primeira palavra de c digo enviada deve ser escutada pela pr pria esta o emissora emissor emissor receptor emissor Figura 2 3 3 1 M todo de acesso CSMA CD Para melhor entender o mecanismo deste protocolo vamos analisar o caso em que duas esta es iniciem uma transmiss o num instante de tempo t0 O tempo m nimo para a detec o de uma colis o o tempo de propaga o do sinal emitido por uma esta o at a outra esta o 47 Isto significa em uma primeira an lise que se uma esta o que emitiu um quadro n o detecta uma colis o num per odo de tempo igual ao tempo de propaga o do sinal ao longo do canal de comunica o pode considerar se possuidora do meio e qu
182. do tipo de dado e Length n mero de bytes do dado e Value valor efetivo do dado em sintaxe concreta padr o ISO 8825 Finalmente a Sintaxe de Transfer ncia a sintaxe concreta adotada para realizar uma dada transfer ncia de informa es entre duas maquinas Assume se que no emissor a camada de apresenta o deve converter os dados a enviar da sintaxe concreta local para a sintaxe de transfer ncia enquanto no receptor os dados recebidos s o convertidos da sintaxe de transfer ncia para a sintaxe concreta local Por exemplo dados convertidos da sintaxe abstrata PASCAL e sintaxe concreta X para ASN 1 BER na m quina A s o transferidos para a m quina B e convertidos de ASN 1 BER para sintaxe abstrata C e sintaxe concreta Y Uma poss vel sintaxe de transfer ncia a pr pria ASN 1 BER que foi concebida pela ISO com a inten o de exercer este papel Uma dada combina o de sintaxe abstrata e sintaxe de transfer ncia constitui um Contexto de Apresenta o No exemplo da figura 2 3 7 1 temos duas m quinas que trocam dados em 3 contextos de apresenta o diferentes Observe que a sintaxe de transfer ncia adotada sempre a ASN 1 BER Note tamb m que uma mesma esta o de rede pode fazer uso de diferentes sintaxes abstratas locais em diferentes processos de aplica o no exemplo da figura 2 3 7 1 s o as sintaxes abstratas fornecidas pelas linguagens C e FORTRAN de forma que podemos ter mais de um contexto de apresen
183. dois sentidos e no sentido vertical entre n veis hier rquicos diferentes de modo a permitir a supervis o do sistema Para esta forma de comunica o dever o ser oferecidos servi os de instala o start up parametriza o da aplica o visualiza o de dados para supervis o etc Estes servi os n o s o cr ticos no tempo e no sentido horizontal entre elementos do mesmo n vel compondo um sistema distribu do Os servi os oferecidos para este tipo de comunica o se destinam basicamente atualiza o e consumo de dados e a checagem de status A execu o destes servi os cr tica no tempo 221 Em fun o do tipo de aplica es que se prop e a atender um conjunto de requisitos b sicos s o impostos ao Fieldbus necessidade de elevado desempenho para atender as aplica es com requisitos de tempo cr ticos e m todo e meio de transmiss o simples e de pre o acess vel Os sistemas tipo Fieldbus utilizam transmiss o tipo Baseband Como meio de transmiss o adota se o par tran ado e necessidade de consist ncia de dados e necessidade de servi os compat veis com redes dos n veis hier rquicos superiores Em geral se procura uma compatibilidade com os servi os oferecidos pelo MMS Diversos fabricantes de sistemas de comunica o industriais tem desenvolvidos suas pr prias solu es para o Fieldbus que no entanto n o apresentam todos os requisitos necess rios s diversas aplica es n
184. dos e esta o emissora pode ser programada para esperar uma resposta chamada quadro de reconhecimento da esta o receptora indicando a correta recep o dos dados Se mais de uma esta o estava a espera de uma oportunidade de enviar dados no mesmo momento pode ocorrer que v rias detectem o meio como estando livre ao mesmo tempo Neste caso todas ir o enviar seus dados simultaneamente de forma que o sinal no barramento ser uma mistura inintelig vel das v rias mensagens Esta condi o recebe o nome de Colis o Na ocorr ncia de uma colis o se estiver sendo usado um servi o confi vel na subcamada de controle l gico de enlace LLC com conex o ou com reconhecimento a esta o receptora n o envia o quadro de reconhecimento esperado e a esta o emissora tenta a emiss o novamente ap s um determinado tempo Se estiver sendo usado um servi o n o confi vel o quadro perdido O protocolo CSMA 1 persistente altamente influenciado pelo tempo de propaga o dos quadros no suporte de transmiss o Isto ilustrado pelo exemplo de duas esta es A e B querendo emitir um quadro Vamos supor que A detecta o meio livre e emite um quadro em seguida B vai escutar o meio para ver o seu estado se o atraso de propaga o do quadro emitido por A tal que o sinal ainda n o pode ser detectado a n vel da esta o B ent o esta vai considerar o meio livre e emitir o seu quadro gerando naturalmente uma colis o Isto 16
185. dustrial para a interliga o de equipamentos de campo inteligentes Este protocolo adotado por empresas como Siemens Hitachi Toshiba Yokogawa ABB Endress Hauser Fischer amp Porter Rosemount Inc Camile Bauer Smar International e muitas outras agrupadas em torno do chamado grupo HUG HART User Group As principais caracter sticas do protocolo HART s o e Meio f sico par tran ado 259 e Taxa de transmiss o 1200 bps e Transmiss o ass ncrona a n vel de caracteres UART compostos de 1 start bit 8 bits de dados 1 bit de paridade e 1 stop bit e Tempo m dio para aquisi o de um dado 378 5 ms e M todo de acesso ao meio mestre escravos e Topologia barramento ou rvore e Modula o FSK Frequency Shift Keying padr o Bell 202 onde o sinal l gico 1 representado por um sinal de baixa tens o e com frequ ncia de 1200 Hz e o sinal l gico O por uma fregii ncia de 2200 Hz Devido a forma de modula o adotada poss vel transmitir simultaneamente sinais de 4 a 20 mA e quadros digitais pelo barramento O Chip NCR 20C12 serve como modem de baixa pot ncia para uso em equipamentos de campo O chip requer a adi o de filtros e comparadores para a opera o do protocolo 3 5 5 8 INTERBUS S O sistema Interbus S foi desenvolvido na Alemanha pela empresa Phoenix Contact e obteve ampla aceita o industrial j tendo sido empregado em mais de 5 000 aplica es de automa o em sua maior
186. e o pedido de ficha S_CONTROL_GIVE e o passagem de todas as fichas S_SYNC_MAJOR e e inser o de pto de sincr m x S_SYNC_MINOR e e inser o de pto de sincr m n S_RESYNCHRONIZE e e pedido de resincroniza o S_ACTIVITY_START e in cio de uma atividade S_ACTIVITY_END e e o fimde uma atividade S_ACTIVITY_DISCARD e e o abandono de uma atividade S_ACTIVITY_INTERRUPT e e interrup o de uma atividade S_ACTIVITY_RESUME e retomada de uma atividade S_U_EXCEPTION_REPORT e relat rio de anomalia user S_P_EXCEPTION_REPORT relat rio de anomalia provider SEM CONEX O S UNITDATA e o transfer ncia de dados s conex o O sexto grupo dedicado ao gerenciamento das atividades in cio fim abandono interrup o e retomada atrav s dos servi os S_ACTIVITY_START S_ACTIVITY_END S_ACTIVITY_DISCARD S_ACTIVITY_INTERRUPT e S_ACTIVITY_RESUME 115 O s timo grupo dedicado gera o de relat rios de anomalia tanto da parte de um dos usu rios S U EXCEPTION REPORT quanto da camada de Sess o S P EXCEPTION REPORT 2 3 6 7 Primitivas de Servi o e SPDUs Os protocolos de Sess o implementados a n vel das redes p blicas s o normalmente complexos em fun o da grande diversidade de servi os oferecidos A cada primitiva de servi o existente corresponde normalmente uma SPDU transmitida em fun o do protocolo impl
187. e as normas IEEE 802 4 barramento com ficha e IEEE 802 2 LLC Do ponto de vista da camada F sica foi escolhido o suporte de comunica o em banda larga broadband A escolha foi baseada nas raz es seguintes e possibilidade de defini o de v rios canais de comunica o sobre um mesmo suporte de comunica o o que permitiria a coexist ncia de v rias redes minimizando as modifica es de cablagem durante a transi o para MAP e permitiria a troca de outros sinais como voz e imagem para determinadas aplica es tais como a supervis o o circuito fechado de TV a teleconfer ncia etc e broadband parte da norma IEEE 802 4 e estava sob estudos suportar o padr o IEEE 802 3 CSMA CD e a GM j possu a muitas instala es operando em broadband As raz es que conduziram escolha do barramento com ficha foram as seguintes e inicialmente era o nico protocolo suportado em broadband e muitos equipamentos program veis j eram providos com o protocolo de enlace suportado por broadband e IEEE 802 e a possibilidade de implementar um esquema de prioridades de mensagens e em caso de falhas f sicas mensagens de alta prioridade poderiam ser enviadas num tempo limitado Apesar das raz es expostas acima para a escolha do barramento com ficha esta foi uma escolha relativamente debatida principalmente porque a arquitetura MAP a nica a 207 adot la e os circuitos integrados implementando IEEE 802 4 s
188. e fabrica o certos requisitos tornam se fundamentais envolvendo principalmente os fatores econ micos que o cercam A garantia de um tempo de resposta m dio ou m ximo o d bito de informa o a robustez confiabilidade dos equipamentos e da informa o a flexibilidade evolutividade e heterogeneidade dos equipamentos s o alguns exemplos destes requisitos Nos ltimos anos um esfor o consider vel tem sido realizado no sentido de definir arquiteturas de comunica o que respondam s caracter sticas e aos requisitos mencionados acima O exemplo mais evidente de resultados deste esfor o a arquitetura MAP Manufacturing Automation Protocol definida por iniciativa da General Motors e baseada no modelo OST 159 Por outro lado considerando que as necessidades de comunica o em cada classe de atividades de uma empresa pode assumir diferente import ncia outras propostas de arquiteturas podem ser consideradas como por exemplo as arquiteturas da classe barramento de campo fieldbus mais dedicadas ao ch o de f brica como o nome sugere O objetivo desta parte do documento al m de apresentar algumas propostas de arquiteturas de redes locais industriais discutir os principais aspectos relacionados com esta classe particular de redes Dados os requisitos e caracter sticas apresentados anteriormente um ponto que deve ser levantado como consegii ncia disto a necessidade de descentraliza o das fun es de comunica
189. e o que tamb m importante a produ o da folha de pagamentos Neste exemplo apesar da possibilidade de opera o destes computadores de maneira isolada evidente que sua opera o seria mais eficiente se eles fossem conectados para por exemplo permitir o tratamento das informa es de todas as f bricas da empresa O objetivo da conex o dos diferentes computadores da empresa permitir o que poder amos chamar de compartilhamento de recursos ou seja tornar acess veis a cada computador todos os dados gerados nas diversas f bricas da empresa Um outro ponto importante da exist ncia das Redes de Comunica o relacionado a um aumento na confiabilidade do sistema como um todo Pode se por exemplo ter multiplicados os arquivos em duas ou mais m quinas para que em caso de defeito de uma m quina c pias dos arquivos continuar o acess veis em outras m quinas Al m disso o sistema pode operar em regime degradado no caso de pane de um computador sendo que outra m quina pode assumir a sua tarefa A continuidade de funcionamento de um sistema ponto importante para um grande n mero de aplica es como por exemplo aplica es militares banc rias o controle de tr fego a reo etc A redu o de custos uma outra quest o importante da utiliza o das Redes de Comunica o uma vez que computadores de pequeno porte apresentam uma menor rela o pre o desempenho que os grandes Assim sistemas que utilizariam apen
190. e C receba o quadro de dados que B vai enviar a seguir cujo tamanho pode ser avaliado examinando o quadro CTS Vejamos como se comportam as demais esta es A escuta o RTS de B mas n o o CTS de C de modo que desde que n o queira mandar dados para B A pode enviar seus quadros a qualquer outra esta o em seu raio de alcance Por outro lado D escuta o CTS de C mas n o o RTS de B o que indica que est pr xima a uma esta o que vai receber um quadro de dados logo a seguir e portanto deve se manter em silencio at que este seja recebido ZE Mi 2 N r x x 7 RTS N A CTS N SR j 4 N w i DER c da A c 1 i N 1 1 I y I y 1 ue N E y N V x r O pg N pr i at RE A Eur late PE Raio de alcance de B Raio de alcance de a b Figura 2 28 O protocolo MACA Apesar destas precau es colis es ainda podem ocorrer Por exemplo A e C podem enviar quadros RTS para B ao mesmo tempo Estes ir o colidir e ser perdidos No caso de colis o o emissor do RTS espera um certo tempo pelo CTS e se n o receber nada tenta novamente mais tarde 202 Redes Submarinas Comunica o subaqu tica tradicionalmente limitada a aplica es militares submarinos torpedos teleguiados sonares Primeiro sistema de comunica o UWA Under Water Acoustic telefone criado em 1945 para comunica o com submarinos guas rasas modula o FSK de 8 a 11 khz Recentemente surgiram v rias apl
191. e a retomada da comunica o entre duas entidades de Transporte ap s a interrup o de uma conex o de Rede e classe 2 que torna mais sofisticada a classe O pela introdu o da possibilidade de manuten o de diversas conex es de Transporte sobre uma nica conex o de Rede multiplexa o e classe 3 que agrupa os mecanismos de retomada de di logo da classe 1 com os de multiplexa o da classe 2 e classe 4 definida para operar sobre os servi os de Rede do tipo C cuja falta de confiabilidade conhecida devendo tratar ent o os erros perdas duplica es retomada de di logo e todos os poss veis problemas n o resolvidos pela camada de Rede No momento do estabelecimento de uma conex o s o as entidades pares que devem tomar a decis o sobre qual classe de servi o adotar uma classe sendo proposta pelo iniciante e negociada para permitir o estabelecimento da conex o As fun es do protocolo de Transporte v o depender do ambiente no qual ele vai operar assim como da natureza dos servi os que devem ser supridos Um m nimo de fun es deve todavia ser oferecido por um protocolo de Transporte entre as quais e o estabelecimento de conex o e transfer ncia de TPDUs segmenta o de mensagens etc O termo TPDU indicado acima serve para definir a unidade de dados trocada entre duas unidades de Transporte que a unidade de dados de protocolo de transporte em ingl s Transport Protocol Data Unit Por
192. e acesso p blico e n o h royalties MODBUS TCP est dispon vel na p gina http www modicon com openmbus MODBUS suporta dois modos de transmiss o e ASCII cada byte da mensagem enviado como 2 caracteres ASCII e eRTU cada byte da mensagem enviado como 2 caracteres hexadecimais de 4 bits ADDRESS FUNCTION CHECKSUM Address cont m 2 caracteres ASCII ou 8 bits RTU Endere os v lidos de escravos est o na faixa de O a 247 decimal Endere os individuais est o na faixa de 1 a 247 0 para broadcasting Function cont m 2 caracteres ASCII ou 8 bits RTU C digos v lidos v o de 1 a 255 decimal Este campo indica ao escravo que a o este deve executar Exemplos ler grupo de entradas ler dados de um grupo de registradores ler status do escravo para diagn stico escrever em um grupo de sa das ou registros permitir carregamento grava o ou verifica o do programa no escravo Quando o escravo responde ao mestre este campo indica se a opera o ocorreu sem erros ecoa dado recebido ou se uma resposta de exce o ecoa dado recebido com Msb em 1 Data usa 2 d gitos hexadecimais na faixa de 00 a FFh Estes podem ser 2 caracteres ASCII ou um RTU Cont m dados adicionais para uso do escravo endere os de portas de I O ou registros quantidades de itens a manipular etc Se n o houverem erros este campo retorna o valor solicitado ao escravo Se houver erro este campo retorna um c digo
193. e alternada com comando tiristorizado foi necess rio definir um sistema de comunica o pouco sens vel a perturba es eletromagn ticas Para tal foi proposta uma rede com topologia em anel utilizando como meio f sico a fibra tica como ilustrado na figura 5 13 Acionamentos Figura 5 13 Anel SERCOS O sistema tem uma estrutura com comando centralizado tipo mestre escravos onde o CNC exerce o papel de esta o mestre e os servo acionamentos o papel de esta es escravas Como a fibra tica suporta elevadas taxas de transmiss o e os quadros SERCOS s o pequenos podem ser executados ciclos de varredura de todos os escravos em tempos ajust veis de 62us 125us 250us 500us 1 ms ou m ltiplos de 1 ms at o limite de 65 ms permitindo assim implementar tempo de amostragem diferentes para as malhas de controle Vale lembrar que n o adianta configurar um tempo de varredura menor que aquele que o CNC capaz de realizar SERCOS permite a interliga o de at 254 escravos em um anel O comprimento do cabo de no m ximo 40 metros para fibra tica pl stica e de at 1000 metros para fibra tica de vidro Nas aplica es de controle de m quinas usualmente o CNC executa o controle de posi o enquanto o controle de velocidade e de corrente executado no pr prio acionamento 271 Sendo assim a rede usada principalmente para enviar valores de refer ncia de velocidade do CNC aos acionamentos e receber valores atu
194. e as demais esta es abstiveram se de enviar Esta an lise apresenta por m uma imprecis o Vamos considerar t o tempo de propaga o de um sinal entre duas esta es as mais distantes uma da outra Consideremos que em t0 uma esta o emite um quadro Vamos supor que em t e pouco antes que o sinal tenha chegado outra esta o efetue uma transmiss o Ela vai detectar imediatamente a colis o e interromper a sua emiss o Por outro lado a perturba o ocasionada pela colis o n o vai poder ser detectada pela primeira esta o que emitiu o quadro antes de um per odo de tempo igual a 2t e Assim no pior caso uma esta o s poder estar segura de que ela adquiriu o acesso ao canal de transmiss o ap s um per odo de tempo de 2t Assim no protocolo CSMA CD uma esta o emite uma palavra de dados espera por um tempo 2t e se n o detectar nenhuma colis o considera que a nica a usar o meio naquele momento e passa a enviar o restante dos dados O m todo CSMA CD propicia uma grande otimiza o no uso do meio em rela o aos protocolos anteriores pois a ocorr ncia de uma colis o detectada logo na primeira palavra e a emiss o interrompida n o tendo que ser completamente repetida depois Vale salientar que nada impede que o CSMA CD seja tamb m 1 persistente ou p persistente No entanto em todos os m todos de acesso CSMA temos que quanto maior o n mero de esta es maior a probabilidade de ocorr ncia de co
195. e com uma das seq ncias de caracteres citada dado que os bits podem assumir qualquer combina o de valores a entidade receptora na camada de Enlace pode ser enganada por esta seq ncias e assim interpretar erroneamente o quadro A solu o a este problema vem atrav s da introdu o pela entidade de Enlace emissora de um caracter DLE adicional a cada vez que em uma seq ncia de bits da parte de dados aparecer um byte que coincidir com um caracter DLE Desta forma basta entidade de dados receptora eliminar os caracteres DLE dos dados antes de emiti los camada de Rede Isto vai permitir ent o s entidades receptoras de Enlace fazer a distin o entre as seq ncias delimitadoras de quadro DLE STX e DLE ETX das seq ncias acidentais nos dados Os caracteres DLE introduzidos a n vel dos dados s o denominados caracteres de transpar ncia Esta t cnica de delimita o de quadros utilizada em protocolos simples de comunica o serial orientados caracter 52 a udfoni a o Jxel c Jeje o papam E pepee pee Figura 2 3 3 6 a Dados enviados pela camada de Rede com seq ncias de delimita o b idem com introdu o dos caracteres de transpar ncia Uma t cnica muito utilizada e definida mais particularmente para a utiliza o em redes de comunica o aquela em que os quadros s o delimitados por uma seq ncia de bits particular mas desta vez dissociados da codifica o de caract
196. e da mudan a O processo de criptografia de uma mensagem ilustrado pela figura 2 3 51 As mensagens a serem criptografadas s o codificadas gra as a uma fun o par metrada por uma chave gerando na sa da o texto criptografado ou o criptograma Este texto transmitido por um mensageiro ou r dio este podendo ser escutado por um espi o A diferen a entre o espi o e o destinat rio que como o primeiro n o tem a chave de decodifica o ele dificilmente vai poder decodificar a mensagem Os espi es podem efetuar dois tipos de a o sobre os criptogramas copi los unicamente para conhecer o seu conte do espi o passivo ou modific los de modo a confundir o destinat rio destes espi o ativo Um princ pio das t cnicas de criptografia a suposi o de que o espi o conhece sempre as t cnicas gerais da criptografia ou seja que pelo menos o esquema apresentado na figura 2 3 51 conhecido Por outro lado criar a cada vez um m todo diferente de criptagem a cada vez que um outro considerado conhecido representa um trabalho consider vel A forma mais eficiente de tentar esconder o jogo atrav s da introdu o das chaves As chaves consistem de seq ncias de caracteres relativamente curtas que permitem escolher um m todo de criptagem em fun o do seu valor A vantagem disto que enquanto uma t cnica de criptagem pode ser modificada numa escala de anos uma chave pode ser modificada quando se julgar nece
197. e das demais esta es o n 1 vai transmitir seus dados a seguir depois o n 2 depois o 3 e finalmente o 4 pois tem a mensagem menos priorit ria Para evitar que um n gerador de uma mensagem de alta prioridade monopolize o barramento tentando transmitir novas mensagens com a mesma prioridade imediatamente ap s a primeira por exemplo se o n O gerar uma nova mensagem antes das demais serem enviadas o espa o entre frames consecutivos preenchido por um campo de bits em 1 inserido no final do quadro com comprimento definido O barramento s considerado livre para um n enviar nova mensagem ap s ter detectado que o espa o interframes n o foi interrompido por um bit em O Isto implica em que a esta o possuidora da mensagem de alta prioridade ter que esperar ao menos o envio de uma mensagem de prioridade menor para tomar o barramento para si novamente isto ser feito no espa o interframes de mensagem menos priorit ria Comprimento de Pre mbulo Preamble Length a cada mensagem associado um pre mbulo com comprimento diferente que transmitido com a detec o de colis o desativada Ap s transmitir o pre mbulo de sua mensagem cada esta o reativa sua detec o de colis o Neste momento se for detectada uma colis o ent o existe outra 176 mensagem mais priorit ria sendo enviada com pre mbulo maior e a esta o interrompe sua transmiss o A mensagem com o preambulo mais longo ter portanto a prio
198. e estavam a espera em um buffer de envio Desta forma o mestre pode enviar novos dados para serem colocados nas sa das do escravo e receber em lugar deles os 260 dados atualizados das entradas do mesmo escravo Em seguida o primeiro escravo envia o quadro completo agora com seus dados locais no campo reservado para o pr ximo escravo no anel O processo se repete at que o quadro tenha percorrido todos os escravos do anel e retornado ao mestre A comunica o se d portanto sempre entre o mestre e os escravos Este princ pio ilustrado na figura 5 4 L At L At L At L At Mi Mi M2 M2 M3 M3 M4 M4 Figura 5 4 Varredura dos escravos no INTERBUS S Para melhor entender o m todo pode se fazer uma analogia com um trem que p ra em diversas esta es deixando alguns passageiros e pegando outros Aqui os passageiros que desejarem desembarcar do trem quadro somado na esta o 1 escravo 1 devem ficar em um vag o reservado para passageiros destinados a esta esta o o campo do quadro somado reservado ao escravo 1 Da mesma forma todos os passageiros que embarcarem no trem na esta o 1 ter o que entrar no vag o reservado quela esta o Terminado o desembarque dos passageiros destinados esta o 1 e o embarque dos passageiros que querem retornar a esta o central mestre o trem avan a at a esta o seguinte at completar uma volta completa anel O tempo que o quadro somado leva para perc
199. e inferior a camada N 1 para oferecer os servi os camada superior Ela pode ainda oferecer diferentes categorias ou classes de servi os servi os mais eficientes e mais caros ou servi os menos eficientes e ccon micos Os servi os oferecidos por uma camada s o acess veis em pontos de acesso aos servi os ou SAP service access point Os SAPs da camada N s o os lugares onde a camada N 1 poder acessar os servi os oferecidos cada SAP sendo identificado por um endere o nico Por exemplo os SAP de uma rede telef nica s o as tomadas s quais podem ser conectados os aparelhos telef nicos e seus endere os s o os n meros de telefone associados tomada considerada Para que duas camadas possam trocar informa es existe uma s rie de regras a serem respeitadas definidas pela interface Atrav s de uma interface a camada N 1 envia uma unidade de dados de interface ou IDU Interface Data Unit entidade da camada N pelo SAP A IDU composta de uma parte denominada unidade de dados de servi o ou SDU Service Data Unit e de informa es de controle de interface ou ICI Interface Control Information A SDU a informa o transmitida via rede entidade par e em seguida camada N 1 A ICI utilizada para auxiliar a gest o da camada inferior em seu trabalho por exemplo o n mero de bytes compondo a SDU correspondente Para transmitir uma SDU a entidade da camada N pode fragment la em diversas partes
200. e para indicar se o campo reconhecimento utilizado 1 ou n o 0 e EOM End Of Messages permite indicar o final de uma transmiss o e RST ReSTart serve reinicializa o de uma conex o quando a sua opera o torna se comprometida e SYN setado a 1 para indicar que a unidade cont m um pedido de conex o e FIN utilizado para a libera o de conex o especifica que o emissor n o possui mais dados a enviar e janela utilizado para implementar o controle de fluxo ele composto de 16 bits pelo fato de que o controle feito a n vel de byte e n o de TPDU e controle de erro permite efetuar o controle do erro este definido por um algoritmo simples onde os bytes de dados s o somados como palavras de 16 bits este campo apresenta o complemento 1 do resultado da soma e apontador de prioridades utilizado para permitir o envio de unidades urgentes indicando o offset deslocamento em rela o ao n mero de sequ ncia ao qual o dado urgente pode se localizar e op es utilizado para definir os par metros da comunica o por exemplo o tamanho dos buffers e dados cont m efetivamente os dados que ser o transmitidos No UNIX os processos usu rios do TCP s o identificados por uma porta ou porto As portas s o locais e podem se repetir em n s diferentes Os processos s o identificados univocamente na rede pelo identificador da sua porta concatenado ao endere o IP do n definindo u
201. e tamanho relativamente grande no qual durante a transfer ncia seja necess rio com relativa urg ncia efetuar a consulta a uma base de dados anu rio telef nico agenda por exemplo Este exemplo ilustrado na figura 2 3 49 transf arquivo transf arquivo 12 parte anu rio 2 parte 1 in cio atividade 1 4 fim atividade 2 2 interrup o atividade 1 5 retomada atividade 1 3 in cio atividade 2 6 fim atividade 1 113 Figura 2 3 49 Exemplo da interrup o de um atividade para a realiza o de outra 2 3 6 6 As primitivas de servi o de Sess o O quadro a seguir apresenta a lista das primitivas de servi o oferecidas pela camada de Sess o indicando as classes de primitivas compondo cada servi o R request I indication Rs response e C confirm S o 58 primitivas organizadas em 7 grupos estabelecimento de conex o libera o de conex o transfer ncia de dados gerenciamento de fichas sincroniza o gerenciamento de atividades e relat rio de anomalias Os dois primeiros grupos s o relacionados respectivamente inicializa o e t rmino das sess es As primitivas S CONNECT conduzem em seus par metros informa es tais como SSAPs dos interlocutores qualidade do servi o n meros iniciais dos pontos de sincroniza o etc J os servi os de libera o de sess o podem ser de tr s tipos o primeiro caracterizado pela primitivas S RELEASE especificando um servi o confirmado
202. e um polin mio coeficientes estes capazes de assumir apenas dois valores O ou 1 Assim um bloco de k bits visto como uma s rie de coeficientes de um polin mio de k termos indo de x a x0 Por exemplo a palavra 110001 cont m 6 bits e representa o polin mio O 41 coeficientes contados da direita para a esquerda A utiliza o de c digos de detec o polinomiais baseada na escolha de um c digo especial que caracteriza um polin mio gerador G x Uma exig ncia em rela o a este polin mio que os bits mais significativo e menos significativo correspondendo respectivamente aos coeficientes de mais alta ordem e de mais baixa ordem do polin mio sejam de valor 1 A t cnica consiste em adicionar a um bloco de dados caracterizando um polin mio M x um conjunto de bits de controle de modo que o quadro dados bits de controle seja divis vel por G x Na recep o a entidade de Enlace efetua a divis o dos bits compondo o quadro pelo polin mio gerador Caso o resto seja diferente de zero caracterizada ent o a ocorr ncia de um erro de transmiss o O Algoritmo b sico para o c lculo do CRC o seguinte e Seja r o grau do polin mio gerador G x acrescentar r bits a zero no final da mensagem a enviar obtendo o polin mio x Mx e executar a divis o em m dulo 2 do polin mio resultante xM por G x data A us RO a e Subtrai em m dulo 2 o resto da divis o acima do polin mio x M x e Resultado quadro
203. e um sistema de Assinatura Digital o objetivo n o impedir a decodifica o mas atestar a identidade do emissor autentica o O emissor codifica uma parte da mensagem assinatura usando uma chave somente conhecida por ele A chave de decodifica o diferente p blica O receptor decodifica a assinatura e verifica a autenticidade da mesma 2 3 7 6 O protocolo de apresenta o A camada de Apresenta o definida a n vel das redes p blicas apresenta uma caracter stica essencial que n o propriamente um servi o a utiliza o de ASN 1 Esta facilidade deve ser inteiramente suportada uma vez que em princ pio muitas das aplica es existentes consideram esta nota o O protocolo de Apresenta o relativamente simples pois como j foi dito muitas das primitivas de servi o de Apresenta o s o mapeadas diretamente sobre primitivas de servi o de Sess o A tabela a seguir apresenta as PDUs definidas no protocolo de Apresenta o estas sendo reagrupadas em quatro classes distintas estabelecimento de sess o desconex o anormal transfer ncia de dados e gest o de contexto Na primeira classe de servi os as PPDUs s o trocadas entre entidades de Apresenta o para o estabelecimento de uma conex o O processo inicia pelo envio de uma PPDU CP Esta PPDU que foi enviada na forma de uma requisi o request ser recebida pela entidade par na forma de uma indica o indication o que justific
204. ecess rio utilizar um m todo de acesso que discipline este compartilhamento Uma primeira abordagem seria utilizar CSMA isto cada esta o escuta o meio e se estiver livre envia seu quadro Isto no entanto n o t o simples em redes sem fio em decorr ncia do alcance do sinal de r dio como veremos a seguir Suponha a situa o ilustrada na figura 2 27 onde quatro esta es sem fio est o representadas Suponha que um sinal oriundo de A pode alcan ar B mas n o alcan a C nem D Um sinal oriundo de C alcan a B e D mas n o A Sa so Raio de alcance a b Figura 2 27 a esta o A transmitindo b esta o B transmitindo Suponha agora que A est enviando dados para B Se C escutar o meio n o ir detectar que A esta enviando pois A esta fora do seu alcance Logo C pode tentar enviar um quadro para B ou D mas como B est no alcance de C o quadro enviado por A ir colidir com o quadro enviado por C a n vel de B O fato de uma esta o n o poder detectar que o meio n o est livre porque o concorrente est fora de alcance chamado de problema da esta o escondida hidden station problem Por outro lado se B estiver transmitindo um quadro para A C ir detectar a transmiss o pois B est no seu alcance e falsamente concluir que n o pode transmitir um quadro para D neste momento No entanto como os receptores de A e D 201 n o est o na rea de interfer ncia uma da outra nada
205. eider Automation eO protocolo visava originalmente implementar uma maneira simples de transferir dados entre controladores sensores e atuadores usando uma porta RS232 serial convencional Ap s sua cria o tornou se padr o industrial de facto adotado por muitas empresas com uma segunda op o para interc mbio de dados MODBUSQ um protocolo propriet rio da Schneider Automation No entanto a Schneider Automation optou por uma licen a sem royalties e as especifica es do protocolo est o dispon veis em seu web site gratuitamente Home Page http modbus org MODBUSO uma estrutura de troca de mensagens usada para comunica o tipo mestre escravos entre dispositivos inteligentes Como o protocolo MODBUS somente uma estrutura de troca de mensagens ele independente da camada f sica subjacente 272 MODBUS usualmente implementado usando RS232 RS422 ou RS485 sobre uma variedade de meios de transmiss o fibra r dio celular etc Algumas variantes do protocolo original foram criadas posteriormente MODBUS PLUS um protocolo de maior velocidade baseado em token passing e que usa a estrutura de mensagens do MODBUS original Os chips MODBUS PLUS s o disponibilizados pela Schneider Automation atrav s de um programa chamado MODCONNECT MODBUS TCP IP usa TCP IP e Ethernet para transportar a estrutura de mensagens MODBUS MODBUS TCP requer uma licen a mas as especifica es s o d
206. eitar as vari veis que lhe s o enviadas A varredura das vari veis peri dicas feita a partir de uma lista implementada no rbitro na fase de inicializa o e que em geral n o alterada posteriormente A transmiss o de mensagens feita conforme a norma IEEE 802 2 LLC tipos 1 sem conex o e 3 com reconhecimento At 24 000 objetos vari veis s o identific veis e podem ser trocados de forma c clica utilizando uma tabela configur vel O formato do quadro do FIP mostrado na figura 4 5 onde s Hed PRE Pre mbulo FSD Frame Start Delimiter EB Equalization Bit DFS Data Frame Sequence Controle dados FCS FSS Frame Start Sequence FED Frame End Delimiter FES Frame End Sequence Figura 4 5 Formato do quadro FIP e PRE pre mbulo utilizado para sincroniza o entre emissor e receptores Comp e se de um caractere de 16 bits com altera es dos bits adjacentes de 1 para 0 e FSD FED delimitadores de inicio e fim de quadro respectivamente S o codificados de forma a n o serem confundidos com dados e EB Bits de equaliza o que operam como bits de interface entre os delimitadores e os dados codificados em Manchester II e Controle define tipo de quadro podendo ser quadro de identifica o de informa o ou de envio de informa o 6 bits e Dados pode conter um identificador representando o endere o l gico de uma vari vel o valor de uma vari vel uma mensagem o re
207. el da camada f sica existem transceivers para v rios meios de comunica o e diferentes topologias de rede Os modelos oferecidos pela Echolon s o os seguintes FTT 10 meio tipo par tran ado taxa de transmiss o de 78 Kbps suporta 127 n s em um barramento de at 2 700 metros ou segmentos de at 500 metros com topologia em estrela ou anel LPT 10 meio tipo par tran ado taxa de transmiss o de 78 Kbps suporta opcionalmente 32 n s com consumo de 100 mA cada 64 n s com 50 mA cada ou 128 n s com 25 mA cada em um barramento de 2 200 metros ou segmentos de at 500 metros com topologia em estrela ou anel Recebe alimenta o pelo mesmo fio em que recebe envia dados TPT XF 78 par tran ado taxa de 78 Kbps barramento com 2 000 metros 64 n s TPT XF 1250 semelhante ao anterior mas com taxa de transmiss o de 1 25 Mbps para dist ncias de at 500 metros PLT 10A utiliza como meio f sico a pr pria rede el trica da casa ou pr dio por meio da tecnologia spread spectrum t cnica especial de transmiss o usada em sistemas com elevados n veis de interfer ncia operando na faixa de frequ ncia de 100 KHz at 450 KHz com taxa de transmiss o de 10 Kbps PLT 20 idem ao anterior mas com fregii ncia de 125 KHz a 140 KHz com taxa de transmiss o de 5 4 Kbps PLT 30 idem aos anteriores mas com fregii ncia de 9 a 95 KHz e taxa de 2 Kbps Al m destes existem ainda transceivers de outros fabricantes incluindo suporte para
208. ela o s camadas superiores e tornando transparentes as poss veis altera es tecnol gicas que poderiam ocorrer nos n veis inferiores Por esta raz o constuma se fazer uma distin o entre os n veis de 1 a 4 e os de 5 a 7 Os primeiros quatro n veis seriam mais orientados ao transporte efetivo das informa es e os tr s n veis superiores mais orientados s aplica es que ser o constru das sobre a rede Poder amos sintetizar o servi o fornecido pela camada de Transporte como de supervisor da qualidade de servi o oferecido pela camada de Rede Isto significa que se a camada de Rede confi vel a camada de Transporte n o ter muito a fazer Por outro lado se o servi o de Rede deficiente a camada de Transporte assume a fun o de suprir as diferen as entre a qualidade de servi o que a camada de Sess o necessita e aquilo que a camada de Rede pode oferecer Para isto o conceito de qualidade de servi o QOS Quality Of Service um aspecto importante na concep o da camada de Transporte baseado sobre um certo conjunto de par metros entre os quais e o tempo de estabelecimento de uma conex o e a probabilidade de falha de um estabelecimento e ataxa de d bito da conex o e o tempo de tr nsito e ataxa de erro residual e a probabilidade de incidente de transfer ncia e o tempo de desconex o 86 e a prioridade etc No momento do pedido de um estabelecimento de conex o o usu rio inic
209. eldbus Data Link que oferece servi os de administra o do token de atualiza o das esta es e de transfer ncia de dados Estes ltimos s o apresentados na tabela 4 4 A troca de dados feita em ciclos compostos por um send request de parte da esta o ativa e seguida por um ack response de parte de uma esta o passiva ou de outra esta o ativa Classe Primitiva de servi o Coment rios SDN Send Data with FDL DATA envio de dados sem No Acknowledge reconhecimento SDA Send Data with FDL DATA ACK envio de dados com Acknowledge reconhecimento RDR Request Data FDL REPLY requisi o de dados com with Reply FDL REPLY UPDATE reconhecimento CRDR Cyclic Request FDL CYC REPLY esta o local requisita Data with Reply FDL CYC DEACT ciclicamente dados ao FDL REPLY usu rio remoto FDL REPLY UPDATE CSRD Cyclic Send FDL SEND UPDATE esta o local envia and Request Data FDL CYC DATA REPLY ciclicamente e requisita FDL CYC DEACT simultaneamente dados de FDL DATA REPLY resposta FDL DATA UPDATE SRD Send and FDL DATA REPLY esta o local envia e Request Data FDL REPLY UPDATE requisita dados Tabela 4 4 Servi os da camada de enlace FDL do PROFIBUS 3 4 3 4 A CAMADA DE APLICA O Na camada de aplica o foi definido um subset do MMS ISO 9506 utilizando primitivas de servi os apropriadas para atender os aspectos espec ficos do barramento de campo A Camada
210. em endere o IP pelos servidores de nomes dom niol e dom nio2 passando para algo na forma 200 24 120 5 Este o esquema padr o adotado no TCP IP Internet 24 2 2 Encaminhamento das mensagens Este aspecto est diretamente ligado s fun es de roteamento implementadas na camada de Rede A quest o colocada aqui est relacionada com a forma de encaminhamento de uma mensagem quando esta trocada entre dois equipamentos situados em subredes diferentes Um aspecto a ser ressaltado aqui o problema de roteamento j abordado anteriormente camada de Rede sendo que alguns dos algoritmos de roteamento foram l apresentados Faz se necess ria aqui a disponibiliza o de equipamentos de interconex o de redes com a capacidade de realizar esta fun o entre subredes de tipos diferentes Tal equipamento como veremos mais a frente recebe o nome de router roteador 24 23 A fragmenta o de mensagens Este um outro problema importante dado que diferentes subredes podem trabalhar com tamanhos distintos de mensagens os tamanhos m ximos bvio que uma solu o seria limitar o tamanho m ximo das mensagens podendo transitar em todas as subredes como 149 2 sendo o menor tamanho m ximo de todas as subredes mas esta uma solu o pouco eficiente A solu o mais interessante a seguinte quando uma mensagem deve transitar entre diferentes subredes se ela ultrapassa o tamanho m ximo da subrede
211. ema aberto real que realiza o tratamento de informa o no contexto de 135 uma aplica o particular Dependendo da natureza da aplica o considerada um processo de Aplica o pode ter necessidade de trocar informa es com outros processos de Aplica o A atividade de um Processo de Aplica o caracterizada conceitualmente por uma inst ncia ou Invoca o de Processo de Aplica o ou API Application Process Invocation Os processos de aplica o comunicam se por meio de Entidades de Aplica o Uma Entidade de Aplica o ou AE Application Entity composta de Elementos de Servi o de Aplica o ASE e executa os Protocolos de Aplica o Um mesmo Processo de Aplica o pode reagrupar diversas Entidades de Aplica o de mesmo tipo ou de tipos diferentes As capacidades de comunica o oferecidas por uma AE s o ativadas por meio de uma Invoca o de Entidade de Aplica o ou AEI Application Entity Invocation Um Elemento de Servi o de Aplica o ou ASE Application Service Element compreende um par servi o protocolo normalizado que pode constituir uma Entidade de Aplica o Ele corresponde a um subconjunto das fun es ou facilidades de comunica o oferecidas para o suporte de coopera o entre Entidades de Aplica o Estas fun es e facilidades s o definidas pela especifica o de um conjunto de Unidades de Dados de Protocolo de Aplica o ou APDUs Application Protocol Data Units assim como os proce
212. emas de incompatibilidade entre terminais diferentes na conex o entre terminais e outros recursos computacionais via rede foram propostas duas abordagens e servi o de terminal param trico aqui as diferen as entre terminais s o parametrizadas isto cada terminal associado a um conjunto de par metros que definem suas caracter sticas operacionais Este m todo requer um concentrador de terminais cuja fun o definir os par metros adequados a cada terminal ligado a ele Existem padr es para estes par metros tais como o PAD Packet Assembler Disassembler da CCITT conhecido tamb m como conversor X 25 O inconveniente desta t cnica que hoje existe uma variedade muito maior de tipos de terminais do que havia na poca da sua cria o alguns deles requerendo uma quantidade muito grande de par metros para definir todas as suas caracter sticas operacionais e servi o de terminal virtual aqui as fun es empregadas para acessar um dado tipo de terminal s o abstra das em um modelo usualmente um objeto ou classe que recebe os dados brutos a serem apresentados na tela e realiza a convers o destes para o formato requerido pelo terminal local Este m todo mais geral e atende a todos os tipos de 141 terminais existentes Ele poder tamb m acomodar todos os novos tipos de terminais que forem surgindo o que requer apenas a cria o de um novo objeto que herde as propriedades b sicas de algum outro terminal vir
213. ementado No caso de primitivas com resposta existe uma SPDU gerada para a resposta Do conjunto de primitivas apresentadas anteriormente duas primitivas apenas n o s o acess veis aos usu rios da Sess o no caso aquelas iniciadas pelo fornecedor de servi o S_U_ABORT e S_U_EXCEPTION_REPORT A cada vez que a camada de Sess o recebe uma primitiva de servi o ela constr i uma SPDU que vai ser emitida ao destinat rio Ao receb la a entidade de Sess o receptora vai gerar uma primitiva de servi o de indica o correspondente primitiva de request que gerou a SPDU os par metros da indica o sendo herdados da primitiva de servi o de request Quando o servi o confirmado como por exemplo o servi o S_CONNECT ou S_RELEASE a entidade usu ria poder emitir uma resposta positiva ou negativa aceita o ou n o da requisi o Neste caso a n vel da camada de Sess o v o existir duas SPDUs orientadas condu o das duas poss veis respostas ACCEPT ou REFUSE no caso do servi o S CONNECT e DISCONNECT ou NOT FINISHED no caso do servi o S_RELEASE A figura 2 3 50 apresenta os formatos das SPDUs o formato geral sendo apresentado em 2 3 50 a onde os campos apresentados t m o seguinte significado e SI Session Identifier um campo de 1 byte que permite identificar o tipo da SPDU LI Length Identifier ocupa tamb m um byte e utilizado para indicar o tamanho da SPDU em n mero de bytes indo de O a 254 caso
214. emplo uma das subredes tem arquitetura IBM SNA a outra segue a arquitetura TCP IP e uma terceira OSI 147 A solu o normalmente adotada para os problemas acima consiste na defini o de um z equipamento especial de rede cuja fun o oferecer suporte para a interconex o como ilustra a figura 2 4 1 Levanta se ent o a quest o de que caracter sticas e fun es estes equipamentos devem ter ria A A A Ethernet Token Ring afe l j E FDDI Figura 2 4 1 O problema de interconex o de redes O objetivo desta se o discutir os principais aspectos associados interconex o de z subredes abordando desde a forma como a interconex o vista no modelo OSI at a resolu o das quest es apresentadas acima Apresentaremos tamb m as fun es principais dos equipamentos de interconex o de redes mais usados 2 4 2 ASPECTOS DA CONECTIVIDADE Retornando s quest es levantadas acima uma s rie de pontos t cnicos devem ser resolvidos para possibilitar a interconex o de redes Vamos discutir alguns destes pontos a seguir DA dd Endere amento A fun o essencial de uma rede de computadores permitir a troca de informa es entre os equipamentos a ela conectados Dada a possibilidade de interliga o de equipamentos heterog neos torna se necess ria a defini o de uma pol tica de representa o dos nomes e endere os dos processos que sejam reconhecidos em qualquer pont
215. emplo GPIB nas redes de comunica o para automa o industrial as mensagens s o enviadas de modo serial As redes locais atualmente mais utilizadas em automa o s o as redes ETHERNET produto das empresas DEC INTEL e XEROX ARCNET Datapoint e TOKEN RING IBM Estes produtos diferem nas velocidades topologias e protocolos utilizados 241 Tipicamente definem as duas primeiras camadas do modelo OSI f sica e enlace Algumas caracter sticas destas redes s o apresentadas na tabela 5 2 ETHERNET ARCNET TOKEN RING Acesso ao Meio CSMA CD Token passing Token passing Velocidade 10 Mbps 2 5 Mbps 4 ou 16 Mbps N mero de n s 1024 254 255 Meio de Par tran ado Par tran ado Par tran ado transmiss o Fibra tica Fibra tica Cabo coaxial Cabo coaxial Cabo coaxial Topologia Star Bus Star Bus Ring Tabela 5 2 Redes para escrit rio grandemente difundidas Entre estas redes a ARCNET Attached Resource Computer Network apresenta boas caracter sticas para aplica o em ambiente industrial devido a sua topologia t cnica de acesso ao meio e pre o baixo Existem v rias instala es industriais em opera o A Ethernet a mais popular mas tem como desvantagem o m todo n o determin stico de acesso ao meio CSMA CD Esta rede foi originalmente desenvolvida para aplica o em escrit rio e possui a maior quantidade de unidades instaladas no mercado Apesar do m todo de ace
216. ender a demanda existente na automa o de escrit rios A grande maioria destas redes s o baseadas no protocolo CSMA CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection com o qual se iniciaram os desenvolvimentos de redes locais LANs Local Area Networks e que ser estudado mais adiante A comunica o de dados em ambiente industrial apresenta no entanto caracter sticas e necessidades que tornam a maioria das redes para automa o de escrit rio inadequadas Algumas destas caracter sticas s o e ambiente hostil para opera o dos equipamentos perturba es eletromagn ticas elevadas temperaturas sujeira etc e a troca de informa es se d na maioria das vezes entre equipamentos e n o entre um operador humano e o equipamento e os tempos de resposta e a seguran a dos dados s o cr ticos em diversas situa es e uma grande quantidade de equipamentos pode estar conectada na rede o que torna a quest o de custos muito importante 3 2 2 Caracter sticas b sicas das redes industriais Os aspectos tecnol gicos b sicos discutidos nas se es que seguem diferenciam as redes locais para aplica es industriais das demais redes 3 2 2 1 COMPORTAMENTO TEMPORAL 3 2 2 1 1 Introdu o comunica o tempo real Como foi dito na se o anterior as redes de difus o apresentam aspectos interessantes que as tornam uma solu o bastante adequada aos requisitos de comunica o industrial Um proble
217. enquanto a aus ncia deste impulso representa um bit a O A luz vis vel uma onda luminosa cuja frequ ncia est na ordem de 108 Hz o que d ao sistema uma banda passante potencial bastante grande As taxas de transmiss o num suporte a fibra tica ficam na faixa dos Gbit s 109 bit s Um sistema de transmiss o a base de fibra tica composto de tr s elementos principais o suporte de transmiss o a fibra tica propriamente dita o dispositivo de emiss o e o dispositivo de recep o da onda luminosa A fibra tica constitu da de um filamento bastante fino base de sil cio e outros componentes dopantes Ela consiste de um n cleo no qual se propaga a luz e uma capa externa de prote o que mant m a luz no interior do n cleo O dispositivo de emiss o consiste de um di do emissor de luz LED ou de um di do laser O dispositivo de recep o constitu do geralmente de um fotodi do ou de um fototransistor figura 2 3 2 Figura 2 3 2 Transmiss o tica de sinais O princ pio da transmiss o das fibras ticas o da reflex o da luz na interface entre dois meios Quando um raio luminoso deixa um meio homog neo para se propagar num outro meio o seu percurso sofre um desvio na interface entre os dois meios refra o Entretanto como mostrado na figura 2 3 3 existe um ngulo de incid ncia limite a partir do qual o raio luminoso ao inv s de ser refratado ser refletido na interface sendo mantido n
218. entre 3 e 12V considerada como representando o sinal l gico 1 ou 0 enquanto uma tens o entre 3 e 12V aceita como l gico O ou 1 Qualquer sinal no intervalo entre 3 e 3V considerado indefinido e indica um erro de transmiss o Quando um sinal digital aplicado a uma das extremidades de um cabo ele ser recebido na outra extremidade mais ou menos enfraquecido e deformado isto devido s caracter sticas do cabo particularmente ao seu comprimento e sua imped ncia A transmiss o anal gica faz uso da modula o de um sinal portador sinusoidal usualmente com uma fregii ncia compreendida entre 1 e 2 MHz A modula o de amplitude consiste em modificar a amplitude do sinal da portadora com as informa es digitais a transmitir Por exemplo um valor da amplitude atribu do informa o bin ria O e outro ao l A modula o em fregii ncia utiliza o mesmo formalismo mas o par metro considerado aqui a frequ ncia utilizando desta vez dois valores distintos de fregii ncia para indicar os valores bin rios 0 e 1 Esta forma de modula o denominada transmiss o em banda portadora carrierband ou FSK Frequency Shift Keying As figuras 2 3 5 b e 2 3 5 c ilustram os processos de modula o em amplitude e em freqii ncia respectivamente 38 Figura 2 3 5 a Sinal digital b Sinal modulado em amplitude ASK c Sinal modulado em frequ ncia FSK O equipamento capaz de tratar um flux
219. ep o contendo os n ltimos quadros recebidos sem erro n a largura da janela Quando o emissor recebe um ACK deleta o quadro com n mero correspondente da lista de retransmiss o Este procedimento ilustrado na figura 2 3 3 14 lista de retrans miss o lista de recep o Figura 2 3 3 14 Protocolo de janela deslizante 64 O Exemplo visto assume que n o ocorrem erros Duas estrat gias podem ser adotadas em caso de erros e Retransmiss o seletiva emissor retransmite somente quadros cujos ACK n o foram recebidos ap s time out Receptor tem que manter buffer com n largura de janela grande e Retorna N Go Back N quando o receptor recebe um quadro fora da sequencia pede ao emissor para reiniciar do ltimo quadro recebido na ordem correta Receptor mant m janela com largura 1 23 93 93 Exemplo de Protocolo de Enlace o HDLC HDLC High level Data Link Control uma fam lia de protocolos orientados ao bit resultado do esfor o realizado pela ISO para a padroniza o da camada de enlace O HDLC foi definido pela ISO a partir do protocolo SDLC Synchronous Data Link and Control da IBM Existem atualmente diversos protocolos compat veis com o HDLC por exemplo ADCCP ANSD LAP E LAPB CCITT O protocolo HDLC prev 2 modos de opera o e NRM Normal Response Mode define uma esta o mestra e v rias escravas com topologia em
220. eparado de alguma forma dos demais A forma de faz lo atrav s da defini o de cada arquivo como sendo uma atividade como mostra a figura 2 3 48 Para faz lo antes da emiss o de cada arquivo o usu rio deve enviar uma primitiva S ACTIVITY START request para marcar o in cio de uma atividade isto vai gerar no lado do receptor uma primitiva S ACTIVITY START indication sinalizando o in cio do envio de uma nova atividade neste caso particular o arquivo 4 SESS O ll Q ATIVIDADE A4 ATIVIDADE in cio atividade fim atividade Figura 2 3 48 Conceito de atividade aplicado a uma transfer ncia de arquivo O fim da transfer ncia de um arquivo marcado ent o pelo envio por parte do emissor de uma primitiva S ACTIVITY END request O interesse da defini o de atividade o fato que certas aplica es podem ter a garantia de atomicidade evitando erros devido a panes ocorridas entre a es de uma mesma atividade Um exemplo de aplica o o de uma opera o banc ria realizada atrav s de um terminal informatizado A opera o normal se desenrola da maneira seguinte 112 e o propriet rio da conta emite um comando informando o seu n mero de conta e a senha correspondente o computador do banco verifica o n mero e a senha e bloqueia o c digo correspondente a fim de evitar o acesso concorrente e o propriet rio da conta envia um novo comando informando o n mero da conta para onde o dinheir
221. equest request T DATA T_EXPEDITED_DATA indication indication 9 h Figura 2 3 5 1 As diversas intera es entre as primitivas de servi o de Transporte A figura 2 3 5 1 b apresenta uma tentativa de estabelecimento de conex o rejeitada por m pelo usu rio da direita que utiliza as primitivas de servi o T_DISCONNECT request e T_DISCONNECT indication para sinalizar a rejei o O caso similar na figura 2 3 5 1 c por m desta vez o pr prio fornecedor do servi o de Transporte quem rejeita a conex o enviando uma primitiva T DISCONNECT indication ao usu rio da esquerda No que diz respeito libera o da conex o pode se considerar tr s diferentes maneiras a primeira ilustrada em 2 3 5 1 d considera o caso em que a libera o iniciada por um dos usu rios no caso o da esquerda A conex o liberada no momento em que o usu rio da direita recebe uma primitiva T DISCONNECT indication reflexo da primitiva T DISCONNECT request emitida pelo usu rio que iniciou a libera o em 2 3 5 1 e considerado o caso em que os dois usu rios iniciam simultaneamente a libera o da conex o neste caso a conex o liberada sem a emiss o de outras primitivas de servi o finalmente em 2 3 5 1 1 a libera o iniciada pelo pr prio servi o de Transporte que vai emitir primitivas T DISCONNECT indication aos dois usu rios conectados J as figuras 2 3 5 1 g e 2 3 5 1 h representam respectivamente a etap
222. er representado verdadeiramente em 32 bits Neste caso seriam necess rio 5 bytes e n o mais 4 para representar o n mero Entretanto o ganho em termos de redu o de informa o seria altamente compensador considerando que a quase totalidade da informa o poderia ser representada unicamente em 1 byte As t cnicas de compress o de dados n o s o unicamente teis neste caso Um outro aspecto de aplica o importante destas t cnicas a economia de espa o em disco e fitas magn ticas no caso do armazenamento de arquivos Algumas destas t cnicas ser o estudadas mais adiante c A confidencialidade dos dados O aparecimento das redes de comunica o para a interconex o de computadores vem introduzindo uma s rie de benef cios nos mais diversos setores da sociedade Entretanto as redes de computadores trouxeram tamb m preocupa es que n o existiam antes do seu aparecimento Um exemplo disto o problema da seguran a dos dados armazenados num computador Quando n o existiam as redes a nica forma de se ter acessos a dados confidenciais de uma empresa laborat rio universidade etc seria entrar no pr dio onde se localizava o computador e copia los num disco ou fita magn tica ou tirar uma listagem Dependendo da import ncia das informa es armazenadas uma base militar ou o computador da Brasil Jet o pr dio poderia ser vigiado dia e noite com direito de acesso a apenas as pessoas de confian a Com as redes de com
223. erda para a direita assim o bitl o primeiro da esquerda Todos os bits que s o pot ncias de 2 1 2 4 8 16 etc s o usados como bits de controle e os demais 3 5 6 7 9 10 etc s o usados como bits de dados figura 2 3 3 8 55 bits de PR A A T Figura 2 3 3 8 Palavra de c digo de 11 bits com 7 bits de dados e 4 de controle Um determinado bit de dados k tem sua paridade controlada pelos bits de controle que fazem parte da expans o de k em pot ncias de 2 isto cuja soma igual a k Por exemplo o bit de dados 3 controlado pelos bits 1 e 2 o bit 5 pelos bits 1 e 4 o bit 6 pelos bits 2 e 4 o bit 11 pelos bits 1 2 e 8 etc Os bits de controle s o calculados de forma que um OU exclusivo XOR entre eles e o bit de dados que estes controlam sempre par Por exemplo Bit de dados 3 XOR Bit de Controle 1 XOR Bit de controle 2 1 Quando uma palavra de c digo recebida a unidade receptora inicializa um contador em zero Em seguida a paridade de cada bit de controle verificada Se uma delas n o estiver correta o n mero do bit de controle onde o erro foi detectado adicionado ao contador Se o contador estiver em zero no final do processo assume se que n o houve erro ou ao menos nada foi detectado Se o contador n o estiver em zero o seu valor indica o n mero do bit errado que pode ent o ser corrigido por simples invers o sem necessidade de retransmiss o Para exempl
224. erem sobre os servi os de transporte no caso os servi os do protocolo TCP ou UDP que uma vers o sem conex o e n o confi vel do TCP Estudaremos alguns destes aplicativos mais a frente J no caso do RM OSI foram definidas mais tr s camadas acima da camada de transporte que estudaremos a seguir 2 3 6 A CAMADA DE SESS O Como foi mencionado anteriormente o modelo hier rquico de comunica o proposto no modelo OSI pode fazer distin o em duas classes de camadas as camadas inferiores concretizadas pelas camadas de 1 a 4 j vistas cujos servi os s o orientados ao transporte de informa o pr priamente dito tratando essencialmente de problemas de comunica o como por exemplo codifica o e transmiss o de bits controle de fluxo e de erros sequenciamento roteamento controle de tr fego e gerenciamento de conex es as camadas superiores concretizadas pelas camadas de 5 a 7 cujos servi os se orientam mais s aplica es escritas pelos usu rios no sentido de facilitar ou simplificar as suas tarefas fornecendo servi os padronizados os mais diversos A camada de Sess o a primeira camada no sentido bottom up enquadrada na segunda classe Ao contr rio de outras camadas j estudadas e outras que ser o vistas mais adiante a camada de Sess o foi introduzida no momento da defini o do modelo OSI As demais camadas presentes no OSI foram de certo modo inspiradas de modelos pr existentes na concep o
225. eres A seq ncia 01111110 frequentemente adotada para representar a delimita o dos quadros De maneira an loga utiliza o dos caracteres de transpar ncia da t cnica anterior bits de transpar ncia s o introduzidos a n vel da parte de dados para evitar a confus o por parte do receptor com os delimitadores de quadro esta t cnica tamb m conhecida como bit stuffing Assim no receptor a cada vez que 5 bits 1 consecutivos s o detectados na parte de dados um bit O adicionado ap s a sequ ncia Do lado do receptor a cada vez que ocorrer uma sequ ncia de 5 bits 1 consecutivos de dados seguidos de um bit 0 este ltimo ser eliminado da parte de dados A figura 2 3 3 7 ilustra a aplica o desta t cnica Em 2 3 3 7 a s o apresentados os dados originais e em 2 3 3 7 b os mesmos dados com a introdu o dos bits de transpar ncia bit de transpar ncia Figura 2 3 3 7 a dados originais b dados com adi o do bit de transpar ncia 2 3 3 3 O controle de erros Os erros que podem ocorrer sobre os suportes de transmiss o tem como causas os mais diversos fen menos f sicos como por exemplo o ru do t rmico provocado pela agita o dos el trons nos cabos de cobre Outro fen meno importante s o os ru dos impulsivos causados pelo chaveamento de rel s ou outros dispositivos eletromec nicos Verifica se entretanto que independentemente do fen meno causador de erro estes tendem
226. ersistente Estes protocolos pertencentes classe de protocolos ditos de detec o de portadora carrier sense baseiam se no conceito de escuta do meio de transmiss o para a sele o do direito de acesso a este Um primeiro exemplo deste protocolo o CSMA 1 persistente CSMA Carrier Sense Multiple Access ou Acesso M ltiplo por Detec o de Portadora Neste protocolo quando uma esta o est pronta a enviar um quadro de dados ela escuta o que est ocorrendo no suporte de transmiss o No caso em que o canal j est sendo ocupado por alguma esta o a esta o aguarda na escuta at que o meio esteja livre para a sua emiss o da o nome 45 persistente quando isto ocorre ela pode ent o emitir um quadro O m todo chamado 1 persistente porque quando a linha esta livre a esta o enviar os dados com 100 de probabilidade Ap s a transmiss o dos dados e esta o emissora espera uma resposta chamada quadro de reconhecimento da esta o receptora indicando a correta recep o dos dados Se uma outra esta o estava a espera de uma oportunidade de enviar dados ao mesmo tempo que a primeira pode ocorrer que ambas detectem o meio como estando livre ao mesmo tempo Neste caso ambas ir o enviar seus dados simultaneamente de forma que o sinal no barramento ser uma mistura inintelig vel das duas mensagens Esta condi o recebe o nome de Colis o Na ocorr ncia de uma colis o a esta o recept
227. es pol ticas Uma poss vel pol tica a adotar pode ser por exemplo a contagem de caracteres Nesta pol tica introduzido um caracter especial que indica o n mero de caracteres compondo o quadro Deste modo a n vel da camada de Enlace do receptor basta que a entidade leia este caracter e em seguida conte o n mero de caracteres para definir o tamanho do quadro O inconveniente desta t cnica no entanto que o caracter que define o tamanho do quadro pode ser deturpado durante a transmiss o o que significa que o receptor vai ler erroneamente os quadros transmitidos A figura 2 3 3 5 ilustra este problema Uma t cnica melhor que apresenta uma solu o a este problema consiste na adi o de sequ ncias especiais de caracteres de modo a representar o in cio e fim da transmiss o de um quadro EAR de pe e 34 e s ee I Jls Jo Ii e e le olh elel sle AA quadro1 5 car quadro2 5 car quadro3 8 car erro contador de caracteres l o BIke lk AE lee ee Ile ee Ile Ile lis flo Figura 2 3 3 5 Seq ncia de caracteres a sem erro b com erro A figura 2 3 3 6 ilustra um caso relativo a esta t cnica onde a seq ncia de caracteres DLE Data Link Escape e STX Start of TeXt inserida para representar o in cio de um quadro e a seq ncia DLE e ETX End of TeXt para representar o fim do quadro Esta t cnica apresenta ainda um ponto de vulnerabilidade se dentro do texto uma seq ncia de bits coincid
228. essidade de uma especifica o de redes locais para aplica es industriais diferente daquela adotada em automa o de escrit rio Existem diversas redes propriet rias para ambiente fabril desenvolvidas por grandes empresas e que normalmente utilizam um protocolo espec fico desenvolvido pelo pr prio fabricante Estas redes n o permitem a interliga o de equipamentos de outros fabricantes Desta forma o usu rio fica na total depend ncia de um nico fornecedor A arquitetura das redes de comunica o industrial deve integrar sistemas heterog neos de diferentes fabricantes suportando tanto a opera o de ch o de f brica quanto as fun es de apoio produ o A defini o de padr es de protocolos de comunica o e a sua ado o por diferentes fabricantes dever permitir a interconex o interoperabilidade e at mesmo a intercambiabilidade das v rias unidades de processamento neste caso equipamentos produzidos por fabricantes diferentes podem ser facilmente incorporados instala o simplesmente conectando os ao sistema de comunica o Entre as diversas iniciativas para padroniza o para redes industriais podemos destacar Projeto PROWAY Projeto IEEE 802 Projeto MAP incluindo MAP EPA e MINEMAP projeto TOP e Projeto FIELDBUS 3 2 3 1 PROJETO PROWAY Em 1975 um grupo da IEC International Electrotechnical Comission iniciou seus trabalhos para a normaliza o de redes de comunica o para controle de processos
229. etectar colis es em uma subrede e sinalizar sua ocorr ncia na outra Figura 2 4 5 Ethernet Figura 2 4 5 Repetidor em redes CSMA CD Ethernet 153 2 4 6 AS PONTES BRIDGES Se duas subredes apresentam compatibilidade em rela o camada de enlace de dados uma ponte pode ser utilizada para interconect las Uma ponte um equipamento inteligente baseado em microprocessador conectado a duas subredes ou entre uma subrede e a backbone Dado que as duas redes est o conectadas ponte utilizam a mesma pol tica de endere amento na camada 2 do modelo OSI ela examina os endere os de ambas as redes para definir que mensagens devem ser passadas de uma rede outra As pontes s o bidirecionais por natureza o que significa que elas s o respons veis do encaminhamento de todos os pacotes emitidos ao n vel das duas redes A figura 2 4 6 ilustra a forma de interconex o atrav s de uma ponte A opera o de uma ponte baseada na manuten o de uma tabela contendo os endere os dos equipamentos compondo as redes qual ela est associada Quando um pacote recebido esta examina o conte do do campo endere o do destinat rio para verificar se ele est endere ado a um equipamento situado na mesma rede de origem ou n o SUBREDE A SUBREDE B EE SUBREDE A SUBREDE B Figura 2 4 6 Ponte interconectando duas sub redes n vel OSI 2 PONTE Em caso positivo o pac
230. ethernet pode ser obtida com fast ethernet por m requer novas placas de rede Outra solu o manter placas 10BASE T e ligar a um switcher IEEE802 32 1000BASE F A norma IEEE 802 4 barramento com ficha Token Bus Embora IEEE 802 3 tenha sido adotada em muitas aplica es particularmente aquelas destinadas automa o de escrit rio muitos especialistas da rea de automa o como por exemplo da General Motors colocam algumas restri es a ela Um primeiro problema o aspecto n o determin stico do protocolo onde em alguns casos uma esta o pode ser condenada a esperar um longo intervalo de tempo para que um quadro possa ser transmitido Outro aspecto a impossibilidade devido ao formato dos quadros IEEE 802 3 da defini o de mecanismos de prioridade de quadros ponto importante no caso de aplica es industriais 194 A norma 802 4 procura cobrir estes aspectos permitindo a comunica o num suporte de transmiss o do tipo barramento mas baseado na exist ncia de uma ficha token que representa o direito de transmiss o de uma esta o Embora as esta es sejam conectadas atrav s de um barramento caracterizando uma estrutura linear ou arborescente de comunica o estas podem ser vistas como se constitu ssem um anel l gico onde cada esta o conhece o endere o das esta es vizinhas no anel Uma vez que o anel l gico inicializado a esta o que possui o endere o mais elevado pode transm
231. ex o ativa aquele ligado ao controle de fluxo Este problema de um lado bastante similar quele tratado pela camada de Enlace Por outro lado a n vel de Transporte o n mero de conex es existentes grande o que significa uma necessidade de armazenamento muito maior que no caso do n vel Enlace que gerencia uma nica conex o de cada vez Como foi visto na parte destinada camada de Enlace certos protocolos por quest es de efici ncia exigiam uma memoriza o dos quadros nas duas extremidades da conex o Isto significava tamb m a aloca o de um n mero suficiente de buffers nas duas extremidades para assegurar o armazenamento dos quadros No caso de Transporte este tipo de solu o torna se mais dif cil a implementar necessitando de solu es mais adaptadas ao problema A solu o a implementar pode depender fortemente do servi o oferecido pela camada de Rede Se o servi o oferecido do tipo datagrama com reconhecimento a entidade receptora sabe que a emissora obrigada a armazenar as unidades de dados enviadas que ainda n o foram reconhecidas Assim ele pode simplesmente n o fazer nenhuma aloca o de buffer espec fico para a conex o todos os buffers dispon veis podendo ser compartilhados por todas as conex es existentes Desta forma quando uma TPDU recebida se n o existe buffer dispon vel ela simplesmente rejeitada Isto n o gera nenhum problema uma vez que a entidade emissora ap
232. exemplo Home Theaters gerenciamento de energia controle otimizado de elevadores subsistemas de gua e g s v lvulas sensores de n vel e outros componentes etc 3 5 5 12 P NET A rede P NET foi desenvolvida na Dinamarca pela empresa Ultrakust e tem como aplica o alvo a automa o industrial A n vel da camada f sica P NET prev uma topologia em anel com taxa de transmiss o de 76 8 Kbps Em um anel podem estar no m ximo 125 esta es Como meio f sico usado um cabo tipo par tran ado blindado com at 1 200 metros de comprimento sem a necessidade de repeaters A n vel da subcamada MAC previsto um m todo de acesso ao meio tipo Mutimestre Escravos Em um anel podem estar at 32 esta es mestras Entre as esta es mestras e escravas realizada uma varredura c clica atrav s de quadro pr definidos A varredura de cada escravo requer 30 slot times ou cerca de 390us Entre as esta es mestras o controle de acesso ao meio do tipo token passing por m de forma diferente da adotada no m todo token ring pois o token n o fica em circula o Cada mestre pode reter o token por um tempo determinado ap s o que tem que envia lo ao pr ximo mestre do anel A passagem de token entre mestres requer no m ximo 10 slot times ou cerca de 130us Apesar do token passar pelas esta es escravas uma vez que elas est o tamb m no anel estas n o podem ret lo Esta configura o mostrada na figura 5 11
233. faz controle de erros do cabe alho das mensagens para garantir a corre o do endere o de destino vital para a fun o de roteamento O IP tamb m n o faz controle de fluxo Como o protocolo IP usualmente utilizado em conjunto com um protocolo de transporte chamado TCP estas fun es ficam a cargo deste outro protocolo como veremos na se o seguinte O IP usa endere amento hier rquico e suporta roteamento din mico distribu do nos routers Um router pode tamb m descartar pacotes se n o houver espa o em buffer para armazena los O esquema de endere amento adotado no protocolo IP o seguinte cada esta o na rede possui um endere o nico composto de 32 bits 4 bytes subdivididos em 3 classes mais utilizadas e classe A byte 1 gt msb a zero demais 7 bits identificam sub rede de 1 a 126 24 bits restantes usados para definir o endere o local do host at 16 milh es de hosts por sub rede e classe B 2 bytes para sub rede e 2 bytes para host at 65 536 hosts por sub rede e classe C 3 bytes para sub rede e 1 byte para host at 254 hosts valores O e 255 reservados O esquema completo de endere amento apresentado na figura 2 3 34 Usa se uma m scara de endere amento para definir a partir de que byte come a o endere o do host separando o do endere o da subrede Por exemplo a m scara 255 255 255 0 indica que os 3 primeiros bytes fazem parte do endere o da subrede enquanto o quarto byte cont
234. feito quando um evento detectado execu o de um servi o MMS por exemplo e as Inscri es de Evento que permitem associar uma Condi o de Evento a uma ou mais A es de Evento Um usu rio MMS notificado da ocorr ncia de um evento atrav s do servi o EventNotify esta notifica o podendo ser reconhecida pelo usu rio atrav s do servi o AcknowledgeEventNotification A ocorr ncia de um evento pode servir a ativar a execu o de um servi o MMS isto sendo feito atrav s do modificador AttachToEvent Nesta classe tem se ainda servi os para a cria o destrui o de objetos obten o de informa es estado atributos etc dos objetos e modifica o de atributos dos objetos de evento Os servi os de Gest o de Jornais fornecem facilidades para o armazenamento e a recupera o de maneira ordenada a partir dos objetos Jornais das informa es e vari veis associadas a eventos assim como de texto que pode servir como coment rios ou explica es Estes servi os s o utilizados principalmente para a produ o de relat rios sobre o funcionamento de um equipamento de produ o Ainda a norma MMS prev uma classe de servi os para o tratamento de arquivos particularmente para pequenos servi os de cria o elimina o etc No caso de aplica es que requisitem servi os mais sofisticados para o acesso e a transfer ncia de arquivos a entidade de Aplica o dever ent o ser composta do elemento de se
235. fi vel a n vel da subcamada acima a LLC A n vel das camada f sica e enlace a norma IEEE 802 3 prev uma arquitetura conforme a figura 2 19 191 LLC Logical Link Control Enlace MAC Medium Access Control PLS Physical Layer Signaling Zi AUI Attachment Unit Interface F sica MAU Medium Attachment Unit MDI Medium Dependent Interface Figura 2 19 Camadas F sica e Enlace conforme IEEE 802 3 A subcamada PLS Physical Layer Signaling define a interface entre o n vel f sico e a subcamada MAC A PLS fornece subcamada MAC servi os de envio e recep o de bits e de detec o de colis o A AUI Attachment Unit Interface usada em algumas configura es e consiste de um conjunto de cabos tipo par tran ado blindado que permitem conectar rede esta es localizadas a uma certa dist ncia do meio de transmiss o cerca de 50m no m ximo A AUI interliga a placa de rede propriamente dita situada dentro do computador em um slot ao dispositivo transceptor chamado MAU Medium Attachment Unit O MAU um dispositivo eletr nico que transmite recebe e detecta a presen a de sinais no meio e deve estar fisicamente muito pr ximo a este A conex o entre o MAU e o meio f sico em si feito por meio de um conector denominado MDI Medium Dependent Interface A norma IEEE 802 3 define v rias op es de meio f sico e taxa de transmiss o especificadas da forma lt taxa em Mbps gt lt t cn
236. gindo aos seus colegas diplomatas de outros pa ses suas entidades pares embora na pr tica ele esteja dirigindo se ao seu int rprete a camada logo abaixo na hierarquia 2 2 4 OS CONCEITOS DO MODELO RM OSI Como visto anteriormente o objetivo de cada camada definida no modelo OSI fornecer um determinado conjunto de servi os camada imediatamente superior A n vel do modelo de refer ncia OSI foi feita uma s rie de defini es que v o permitir identificar cada componente do modelo de forma clara e n o amb gua objetivo desta se o introduzir estes conceitos 2 2 4 1 Terminologia OSI A n vel de cada camada existem elementos ativos que implementam os servi os e protocolos relacionados com aquela camada A estes elementos ativos d se o nome de entidades que podem ser entidades de software ou de hardware s entidades localizadas em diferentes sistemas mas associadas a um mesmo n vel ou camada d se o nome de entidades pares As entidades recebem tamb m uma denomina o complementar em fun o da camada qual elas est o relacionadas por exemplo entidade de aplica o entidade de apresenta o etc As entidades de uma camada N ou entidades N implementam um servi o que utilizado pela camada N 1 Assim a camada N dita ser um fornecedor de servi o e a 23 camada N 1 denominada um usu rio de servi o Por outro lado a camada N poder utilizar os servi os da camada imediatament
237. gura 2 3 27 ilustra o funcionamento deste algoritmo Vamos considerar o grafo apresentado em 2 3 27 a onde os arcos s o etiquetados com o valor da dist ncia entre os n s Vamos considerar que o objetivo aqui encontrar o caminho mais curto entre A e D Como o n A o n de origem ele ser marcado por um n de refer ncia fundo cinza e ser o analisados os n s adjacentes Estes ser o etiquetados pela dist ncia que os separa de 4 marcando tamb m na etiqueta o ltimo n a partir do qual o c lculo foi feito Ap s a an lise dos n s adjacentes a A marca se aquele contendo a etiqueta de menor valor como mostrado em 2 3 27 b este n passando a ser o n ativo ou de refer ncia Repetindo a an lise para o n B define se o n E como sendo o novo n ativo mostrado em 2 3 27 c O algoritmo vai progredindo at que o caminho mais curto seja ent o encontrado as etiquetas sendo modificadas segundo as an lises efetuadas A progress o do algoritmo para o exemplo ilustrada por 2 3 27 d 2 3 27 e e 2 3 27 1 Para este exemplo o caminho mais curto fica sendo pelas esta es A B E F H D sendo A a origem e D o destino final D 0 Final D 10 H Figura 2 3 27 Ilustra o do algoritmo de Dijkstra O algoritmo do caminho mais curto pode ser executado localmente em cada n partindo de uma informa o fixa sobre os custos de cada linha roteamento est tico distribu do O algoritmo pode tamb m ser
238. i definida uma segunda fam lia de servi os denominada MPS Message Periodic Aperiodic Services apresentada na tabela 4 3 Classe Primitiva de servi o Coment rios 227 Leitura de A READ reg cnf l nomes de vari veis vari veis A READFAR ind estruturas status valores Escrita de A WRITE reqy cnf escreve especifica o vari veis A WRITEFAR ind valor status Leitura do tipo de A GETOBJECT DESCRIPTION reqg l especifica o vari vel cnf Acesso listas de A_READLIST req cnf l e escreve atributos vari veis A WRITELIST reg cnf valores Servi os de A SEND ind sincroniza o local e sincroniza o A RECEIVE ind remota Tabela 4 3 Servi os MPS do FIP 3 4 2 5 FUN ES DE GERENCIAMENTO DA REDE O projeto FIP definiu uma s rie de fun es de gerenciamento de rede que permitem coordenar as v rias fases do ciclo de vida da mesma Para inicializar a rede preciso e Configurar a rede defini o de par metros identificadores e listas de objetos gerar tabelas de varredura e Implementar e testar a configura o Durante a opera o da rede necess rio realizar sua manuten o que inclui e Atualiza o das listas de objetos e Atualiza o das tabelas de varredura e Gerenciamento das opera es de partida e parada e Detec o e corre o de falhas 3 4 3 A proposta PROFIBUS PROcess Fleld BUS 3 4 3 1
239. ia espera apesar dos problemas que podem gerar s o bastante utilizados principalmente devido sua relativa simplicidade de constru o Esta classe de protocolos al m disso subutiliza o canal de comunica o uma vez que eles devem esperar a recep o do quadro de reconhecimento para poderem enviar o quadro de dados seguinte Uma classe de protocolos mais eficiente aquela em que o emissor pode enviar um certo n mero de quadros de dados sem que ele tenha recebido o reconhecimento dos quadros j emitidos Isto vai requerer obviamente a implementa o de um mecanismo de reconhecimento de quadros mais completo que aquele citado no caso do protocolo anterior S o os denominados protocolos cont nuos ou de largura de janela 63 reconhecimento reconhecimento AT E temporiza o esgotada temporiza o interrompida Figura 2 3 3 13 Protocolo com quadro de reconhecimento no caso de temporiza o excessivamente curta Os protocolos de largura de janela tamb m s o chamados protocolos de janela deslizante ou Continuous RQ A id ia b sica numerar tamb m os ACK Em conseqii ncia da numera o dos ACK o emissor n o precisa esperar um ACK para cada quadro ele pode enviar v rios quadros e manter uma lista de retransmiss o com um time out para cada quadro A lista de retransmiss o opera de forma FIFO O receptor retorna um ACK com o n mero do quadro recebido N r O receptor mant m uma lista de rec
240. ia na Europa O Interbus S foi concebido para integra o de sensores a atuadores a um elemento de tomada de decis o CLP CNC RC etc O elemento de tomada de decis o opera como uma esta o mestre ao passo que os sensores e atuadores s o tratados como esta es escravas que executam essencialmente opera es de entrada sa da Como em todo m todo de acesso tipo mestre escravos a iniciativa de comunica o parte sempre do mestre No entanto em lugar de utilizar uma topologia em barramento na qual o mestre executa uma varredura c clica dos escravos por meio de quadros espec ficos para este fim o Interbus S adotou uma topologia em anel com um m todo de varredura denominado Quadro Concatenado ou Quadro Somado do alem o Summenrahmen Verfahren que opera de forma an loga a um registrador de deslocamento Neste m todo o mestre monta um quadro nico contendo campos reservados para uso de cada um dos escravos Quando o mestre deseja enviar dados a um dos escravos preenche o campo reservado quele escravo com os dados de processo ou par metros a enviar O quadro ent o enviado ao primeiro escravo no anel O primeiro escravo reconhece no quadro o in cio de sua janela de dados e assim verifica o conte do somente do campo reservado a ele ignorando o resto do quadro O escravo l a informa o contida no seu campo reservado copiando a para um buffer de recep o e substitui o conte do do campo pelos dados de resposta qu
241. iante encaminha estes par metros nas primitivas de servi o Se a camada de Transporte julga certos par metros longe da realidade ela pode sinalizar isto ao usu rio iniciante sem mesmo ter tentado estabelecer a conex o atrav s de uma mensagem de erro que vai tamb m indicar a natureza do erro sinalizado Outra possibilidade a camada de Transporte julgar que um certo valor para um par metro seja imposs vel de oferecer mas que um valor n o muito longe daquele poderia ser oferecido Neste caso ela pode modificar os valores dos par metros enquadrados e encaminhar o pedido de conex o m quina remota Ainda se a m quina distante verifica que ela n o pode oferecer determinados valores especificados nos par metros do pedido ela pode modificar aqueles par metros Se ela verificar que n o pode atender determinados par metros nos valores m nimos permitidos a conex o ser rejeitada 2 3 5 2 As primitivas de servi o de Transporte As primitivas de servi o de Transporte do modelo OSI s o apresentadas na tabela a seguir existindo para os servi os orientados conex o e sem conex o SERVI O ORIENTADO CONEX O T_CONNECT request called calling exp_data qos user_data T_CONNECT indication called calling exp_data qos user_data T_CONNECT response qos responder exp_data user_data T_CONNECT confirm qos responder exp_data user_data T_DISCONNECT request user data T DISCONNECT indication reason user
242. ibui o das fun es de controle como ilustrado na figura 2 2 a mp 9perador sa Interface Externa Atuador i Rs Figura 1 2 Arquitetura de um STR Figura 2 2 Arquitetura distribu da de um sistema tempo real 164 Em aplica es tempo real importante poder determinar o comportamento temporal do sistema de comunica o envolvido As mensagens em sistemas TR podem ter restri es temporais associadas e podem ser classificadas em e Peri dicas tem que ser enviadas em intervalos conhecidos e fixos de tempo Ex mensagens ligadas a malhas de controle e Espor dicas mensagens sem per odo fixo mas que tem intervalo de tempo m nimo entre duas emiss es consecutivas Ex pedidos de status pedidos de emiss o de relat rios e Aperi dicas tem que ser enviadas a qualquer momento sem per odo nem previs o Ex alarmes em caso de falhas Do ponto de vista da programa o distribu da o meio de transmiss o o barramento constitui um recurso compartilhado entre as esta es a ele conectadas Os m todos de defini o de direito de acesso utilizados nas redes locais s o os denominados protocolos de acesso ao meio O problema de comunica o em tempo real tem forte liga o com o tipo de protocolo de acesso ao meio adotado A figura 2 3 ilustra a problem tica aqui discutida Suponha que desejamos transmitir 5 mensagens diferentes originadas de 5 esta es na rede Cada mensagem tem um tempo l
243. ica es civis Explora o submarina para fins cient ficos Soldagem e repara o de cascos de navios e dutos por rob s submarinos Monitora o de polui o Ve culos submarinos n o tripulados AUV Autonomous Underwater Vehicles Sensores e atuadores submarinos sism grafos v lvulas etc Comunica o entre mergulhadores Montagem manuten o opera o de plataformas de explora o produ o de petr leo Gera o de sinais Sinais de r dio para boa propaga o na gua requerem ondas de baix ssima fregii ncia 30 a 300 Hz gt antenas grandes e transmissores de alta potencia Sinais ticos principal problema n o atenua o mas dispers o Sinais ac sticos melhor solu o podem se propagar na gua por milhares de Km Requisitos para tipos de dados mais usuais Sinais de controle comando de v lvulas solicita o de status comandos de navega o para AUV etc requerem cerca de 1Kbps Dados telemetria hidrofones sism grafos sonares etc requerem cerca de 10Kbps V deo requer de 10Kbps a 500Kbps para boa taxa atualiza o Problemas tecnol gicos a superar Perda de transmiss o espalhamento de energia e absor o de som proporcional ao quadrado da dist ncia Ru do ac stico pior em guas rasas portos etc Reverbera o propaga o de sinal por m ltiplos caminhos causada por reflex o em obst culos desvanecimento de Rayleigh
244. ica de sinaliza o gt lt tamanho m ximo do segmento 100 gt Desta forma a especifica o 10BASES5 por exemplo define uma camada f sica com taxa de transmiss o de 10Mbps t cnica de sinaliza o em banda BASE baseband e comprimento m ximo do cabo de 500 metros Veremos a seguir algumas das especifica es mais comuns A figura 2 20 mostra a especifica o 10BASES5 j mencionada Nesta especifica o usada uma AUI para ligar a esta o a uma MAU externa que pode estar a no m ximo 50 metros de dist ncia e alimentada de energia atrav s do pr prio cabo AUI Utiliza se aqui 192 como meio de transmiss o o cabo coaxial grosso thick coaxial cable de 50 Ohm A MAU ligada ao cabo por meio de um conector de press o Conector de press o MDI Cabo coaxial q grosso 50 Ohms Placa de rede fe Figura 2 20 Especifica o IEEE 802 3 10BASE5 Conector AUI A figura 2 21 ilustra a especifica o 10BASE2 que trabalha com uma taxa de transmiss o de 10Mbps banda base e um cabo de at 200 metros A id ia aqui foi fazer uma especifica o mais simples e mais barata que a IOBASES Nesta especifica o as fun es da MAU ficam dentro da placa de rede na esta o que ligada diretamente a um cabo coaxial fino thin coaxila cable de 50 Ohms por meio de conectores BNC Desta forma n o necess rio o uso do cabo AUI A MDI um conector BNC f mea Em fun o do menor pre o e da facili
245. icando que sua vizinha seguinte a partir de agora ser a esta o B A norma IEEE 802 4 especifica ainda quatro tipos diferentes de camadas f sicas e Rede com canal nico e modula o FSK Frequency Shift Keying fase cont nua com topologia em barra bidirecional taxa de transmiss o de 1Mbps e Rede com canal nico e modula o FSK fase coerente topologia em barra bidirecional taxas de transmiss o de 5Mbps ou 10Mbps e Rede em banda larga v rios canais modulados em fregii ncia sobre o mesmo meio topologia em barra bidirecional com headend central repetidora com conversor de fregqii ncias do canal de recep o para o canal de envio taxas de transmiss o de 1Mbps 5Mbps ou 10Mbps e Rede utilizando fibra tica topologia l gica em barra mas fisicamente em estrela com um Hub como elemento central requer um par de fibras para cada esta o uma para receber e outra para transmitir taxas de transmiss o de 5Mbps 10Mbps ou 20Mbps A norma IEEE 802 5 anel com ficha Token Ring Esta norma foi definida para privilegiar as redes em anel existentes Um ponto importante no que diz respeito concep o das redes em anel a ocupa o f sica de um bit no suporte de transmiss o Caso o d bito normal de um anel seja de R Mbps isto significa que um bit transmitido a cada 1 R us Se a velocidade de propaga o do sinal de 200 m us cada bit vai ocupar 200 R metros no suporte de transmiss o Isto significa q
246. idos pelos SASEs atualmente dispon veis s o e servi os de terminal virtual VTS Virtual Terminal Services 137 e servi os de transfer ncia e manipula o de arquivos FTAM File Transfer Access and Menagement e servi os de submiss o remota de tarefas JTM Job Transfer and Manipulation e servi os de manuseio de mensagens MHS Message Handling Services e servi os de mensagens da manufatura MMS Manufacturing Message Services importante observar que novos ASEs diferentes dos citados acima est o sendo atualmente definidos e padronizados pela ISO CCITT e outras entidades A figura 2 3 8 2 ilustra a rela o entre estes elementos de forma esquem tica usual dispor se de um CASE e diversos SASEs em uma camada de aplica o tipica como ilustrado na figura Programa aplicativo camada 7 SASE 1 SASE 2 SASE 3 CASE acesso camada 6 Figura 2 3 8 2 Os elementos da camada de aplica o A seguir apresentamos alguns exemplos de ASEs e seus servi os 2 3 8 2 Exemplos de CASE ASEs para servi os comuns a Servi os de gest o de Associa es ACSE 2 A gest o de conex es um dos problemas a serem resolvidos pela camada de Aplica o de forma a evitar que cada aplica o desenvolvida tenha de resolver esta quest o sua maneira Assim a n vel desta camada foi definido um Elemento de Servi o de Controle de Associa o o ACSE Association Control Service Eleme
247. ificar suponha que queremos transmitir o texto Hamming code entre dois computadores Adotou se palavras de c digo com 7 bits de dados de forma que o n mero m nimo de bits de controle 4 As palavras de c digo a transmitir s o mostradas na tabela abaixo Caracter C digo ASCI C digo de Hamming H 1001000 00110010000 a 1100001 10111001001 m 1101101 11101010101 m 1101101 11101010101 i 1101001 01101011001 n 1101110 01101010110 g 1100111 11111001111 0100000 1001 1000000 56 c 1100011 11111000011 o 1101111 00101011111 d 1100100 11111001100 e 1100101 00111000101 b Os c digos de detec o de erro feedback error control O exemplo mais simples de c digo detetor de erros o controle de paridade Ele baseado na adi o de 1 bit de paridade cada palavra de c digo enviada obtido por meio de um OU exclusivo XOR dos bits que comp em a palavra Por exemplo para a sequ ncia 00100110 o bit de paridade vale 1 O xor O xor 1 xor O xor O xor 1 xor 1 xor O 1 paridade impar Logo o emissor envia a seq ncia 001001101 que inclui o bit de paridade no final O receptor por seu turno realiza independentemente uma opera o OU exclusivo sobre os bits que v o sendo recebidos isto calcula a paridade novamente e compara o resultado obtido com o ltimo bit enviado que o bit de paridade calculado pelo emissor se houver diferen a houve erro de transmiss o isto algum bit foi distorcido No entanto se
248. ilustrada pela figura 2 3 8 4 onde se pode ver um nico n raiz R n s internos A E e folhas B C D F conectadas por arcos dirigidos Um n da rvore pode pertencer a um nico n vel podendo por sua vez servir de acesso sua sub rvore conhecida como uma Unidade de Dados de Acesso a Arquivo ou FADU File Access Data Unit O conte do de um arquivo pertencente ao servidor de arquivos mantido numa ou mais Unidades de Dados ou DU Data Unit Uma DU um objeto de dados tipado escalar vetor conjunto etc contendo elementos de dados at micos denominados Elementos de Dados aos quais normalmente associada uma sintaxe abstrata caracter byte inteiro etc Os servi os associados a um servidor virtual de arquivos s o acessados via primitivas de servi o que ser o apresentadas a seguir Os servi os oferecidos pelo FTAM para o acesso e a transfer ncia de arquivos s o organizados em unidades denominadas regimes Os regimes correspondem a etapas da manipula o de arquivos a tabela a seguir apresenta o conjunto de primitivas associado a cada um deles 144 N VEL 0 N VEL 1 N VEL 2 Figura 2 3 8 4 Estrutura de acesso do servidor virtual de arquivos REGIME CONEX O DE APLICA O estabelece a autoriza o e as informa es necess rias opera o do servidor de arquivos F INITIALIZE inicializa o da associa o via ACSE F TERMINATE ter
249. imite de entrega associado a ela aqui denominado deadline Cada esta o tem seu endere o na rede tamb m indicado na figura Onde M mensagem DL deadline End endere o Figura 2 3 A problem tica da comunica o tempo real As mensagens pendentes em cada esta o devem ser entregues a seu destino antes de um prazo limite deadline associado Assim o problema de comunica o tempo real fica sendo o seguinte 165 e como organizar as filas locais de mensagens pendentes de forma que a mais priorit ria seja colocada na cabe a da fila e como definir concess o do direito de acesso ao meio de forma a garantir que a mensagem mais priorit ria do conjunto de esta es seja enviada primeiro e todas as mensagens sejam entregues antes de seu deadline O Protocolo MAC utilizado precisa garantir r pido acesso ao barramento para mensagens espor dicas de alta prioridade Ele deve tamb m atender mensagens peri dicas com a maior efici ncia poss vel respeitando seus deadlines Isto implica em que o sistema deve ter comportamento determinista isto seu tempo de rea o deve ser conhecido e idealmente permitir escalonamento timo global de mensagens Para tal o LLC Controle L gico de Enlace deve escalonar mensagens locais pendentes por deadline ou prioridade associada Para garantir um melhor desempenho temporal do sistema usual utilizar se em sistemas tempo real uma arquitetura se software com ape
250. inat rio de um pacote A figura 2 3 26 mostra o formato do endere o de NSAP que composto de tr s campos e AFI Authority and Format Identifier identifica o tipo de endere amento existente no terceiro campo do endere o possibilitando uma numera o entre 10 e 99 correspondente aos diferentes formatos existentes e deixando ainda possibilidades de extens o e IDI Initial Domain Identifier indica o dom nio ao qual pertence o n mero do DSP o terceiro campo se o DSP um n mero de telefone este campo indicar o c digo do pa s 13 e DSP Domain Specific Part cont m o endere o espec fico do NSAP no dom nio considerado E IDP Figura 2 3 26 Endere amento de um NSAP 2 3 4 2 A fun o de Roteamento Como dito na parte introdut ria a fun o principal da camada de Rede efetuar o encaminhamento dos pacotes trocados entre duas entidades oferecendo uma comunica o fim a fim Durante a trajet ria os pacotes sofrer o uma s rie de saltos sendo que a decis o de que caminho utilizar feita a n vel da camada de Rede Esta decis o pode levar em conta ou n o a situa o da rede do ponto de vista do tr fego de informa o Num primeiro ponto dado este ltimo aspecto pode se distinguir os diferentes algoritmos de roteamento em duas principais classes os algoritmos adaptativos e n o adaptativos Os algoritmos n o adaptativos n o levam em conta a situa o de tr fego da rede fazendo o denomin
251. ion cujos conceitos principais ser o apresentados nas se es que seguem 2 2 2 A ARQUITETURA OSIE AS FUN ES DAS CAMADAS O modelo OSI foi criado seguindo a filosofia das arquiteturas multicamadas descrita no cap tulo precedente Como mostra a figura 2 2 1 sua arquitetura define 7 camadas cujos princ pios de defini o foram os seguintes e cada camada corresponde a um n vel de abstra o necess rio no modelo e cada camada possui suas fun es pr prias e bem definidas e as fun es de cada camada foram escolhidas segundo a defini o dos protocolos normalizados internacionalmente e a escolha das fronteiras entre cada camada deveriam ser definidas de modo a minimizar o fluxo de informa o nas interfaces o n mero de camadas deveria ser suficientemente grande para evitar a realiza o de fun es muito diversas por uma mesma camada e o n mero de camadas deveria ser suficientemente pequeno para evitar uma alta complexidade da arquitetura D oo Aplica o Apresenta o f Sess o f Transporte f Rede Enlace de Dados f F sica SISTEMA A Figura 2 2 1 Arquitetura a sete camadas do modelo OSI Protocolo de Aplica o Protocolo de Apresenta o Protocolo de Sess o Protocolo de Transporte SUB REDE A Rede Rede protocolos internos da sub rede Enlace de N
252. ion local address remote address user data service class 2 3 4 A CAMADA DE REDE O objetivo da camada de Rede assegurar o transporte de unidades de dados denominadas pacotes do sistema fonte ao sistema destinat rio definindo uma trajet ria apropriada Esta trajet ria pode significar a passagem por diversos n s intermedi rios da rede o que significa que a camada de Rede deve ter o conhecimento de todos os aspectos topol gicos da rede considerada e com esta informa o ser capaz de escolher o caminho a ser tra ado pelas mensagens Roteamento Nesta escolha interessante que seja levado em conta o estado corrente da rede particularmente no que diz respeito ao tr fego das mensagens evitando assim a sobrecarga de certos trechos das linhas de comunica o Ainda se o sistemas fonte e destinat rio est o conectados a redes diferentes estas diferen as devem ser levadas em conta e compensadas pela camada de Rede Duas fun es essenciais da camada de Rede descritas brevemente aqui refletem respectivamente os problemas de roteamento e congestionamento ser o tratados nesta parte do documento Os mecanismos relacionados s fun es de interconex o de redes merecer o uma parte dedicada mais adiante 2 3 4 1 Servi os oferecidos pela camada de Rede a Servi os orientados conex o e sem conex o Uma das primeiras discuss es realizadas no que diz respeito concep o da camada de Rede foi a quest o do
253. ior Como se pode ver na figura 2 3 24 da camada de Enlace para cima os servi os podem ser sem ou com conex o Pode se ter desde o n vel Aplica o um servi o totalmente orientado conex o ou de maneira oposta sem conex o Ainda poss vel ter se num dado n vel um servi o orientado conex o mesmo se os servi os oferecidos pelas camadas inferiores s o sem conex o O inverso tamb m verdadeiro embora n o seja uma escolha das mais interessantes implantar servi os sem conex o sobre redes oferecendo servi os orientados conex o Uma conex o de Rede vista da tica do modelo OSI como um par de filas FIFO FIrst In Flrst Out cada uma orientada num sentido conectado entre dois NSAPs endere os de rede A figura 2 3 25 ilustra o estado da conex o considerando a ado o de um servi o orientado conex o A figura 2 3 25 a ilustra o estado da conex o antes do seu 70 estabelecimento 2 3 25 b ap s o estabelecimento da conex o e 2 3 25 c ap s o envio de tr s pacotes de dados usu rio usu rio usu rio usu rio 1 2 1 2 q NSAPs NSAPs NSAPs amo C gt ennn e O camada Red EEEEE camada Rede SEARE camada Rede a b c usu rio usu rio 1 2 Figura 2 3 25 Modelo de uma conex o de Rede a antes do estabelecimento b ap s o estabelecimento c ap s o envio de tr s pacotes de 1 para 2 b As primitivas de servi o A tabela a seguir ap
254. is complexa que as dos elementos anteriores utilizados para a interconex o de subredes incompat veis at mesmo do ponto de vista da arquitetura redes OSI x redes n o OS N Apresentaremos a seguir algumas caracter sticas importantes destes elementos 2 4 5 OS REPETIDORES REPEATERS Os repetidores s o usados para interligar subredes id nticas produzindo basicamente o efeito de uma simples extens o Eles atuam somente a n vel f sico recebendo quadros de uma subrede refor ando sinais el tricos e retransmitindo na outra subrede conforme mostrado na figura 2 4 4 Sua implementa o usualmente feita somente em hardware 152 Camada SUBREDE A SUBREDE B Camada 6 Camada 5 Camada 4 SUBREDE A SUBREDE B Figura 2 4 4 Repetidor expandindo uma rede n vel OSI 1 Um repetidor introduz sempre um pequeno retardo na entrega de uma mensagem de modo que o n mero de repetidores que podem ser utilizados em uma rede limitado Os repetidores tem uma fun o muito importante em redes com topologia em anel ex Token Ring onde retransmitem mensagens entre segmentos de rede de um n do anel para o outro Veremos o funcionamento deste tipo de rede mais a frente na discuss o sobre a norma IEEE 802 5 Em redes com topologia em barramento deve se evitar caminhos fechados envolvendo repetidores pois cada mensagem seria repetida infinitamente Em redes baseadas em conten o ex CSMA CD o repetidor deve tamb m d
255. is a camada de Enlace deve preocupar se est o e a forma como os bits provenientes da camada F sica ser o agrupados em quadros e os mecanismos de detec o e corre o de erros a serem implantados uma vez que as informa es trocadas atrav s da camada F sica n o s o isentas de erros de transmiss o e os mecanismos de controle de fluxo para limitar o volume de informa o trocados entre entidades fonte e destino e a gest o das liga es entre as entidades e o controle de acesso ao meio em redes de difus o Nas redes de difus o a camada de enlace de dados usualmente decomposta em duas subcamadas conforme proposta da IEEE e Subcamada de Controle de Acesso ao Meio MAC Medium Access Control respons vel pelo acesso ordenado e compartilhado do canal de comunica o no caso um barramento e Subcamada de Controle L gico de Enlace LLC Logical Link Control respons vel pelo estabelecimento de conex es e oferecimento de servi os de comunica o s camadas acima 44 2 3 3 1 Subcamada MAC Do ponto de vista da programa o distribu da o meio de transmiss o das redes locais constitui um recurso compartilhado entre as esta es a ela conectadas Os m todos de defini o de direito de acesso utilizados nas redes locais s o os denominados protocolos de acesso ao meio Se tomarmos o tempo de acesso ao meio como crit rio podemos organizar os protocolos de acesso ao meio em duas principais classe
256. is denominada transmiss o em banda base o segundo tipo com uma imped ncia caracter stica de 75 ohms mais adequado para a transmiss o de sinais anal gicos Eles s o constitu dos de dois condutores arranjados de forma conc ntrica um condutor central a alma envolto por um material isolante de forma cil ndrica Esta capa isolante por sua vez envolta por uma tran a met lica condutora em cobre Finalmente o conjunto envolto numa capa de prote o em pl stico isolante como mostrado na figura 2 3 1 capa de prote o capa isolante TSS alma de cobre E tran a met lica Figura 2 3 1 Cabo coaxial Em rela o aos pares de fios tran ados os cabos coaxiais apresentam melhores caracter sticas el tricas oferecendo um boa rela o entre a banda passante e a prote o contra interfer ncias eletromagn ticas Seu custo por m bastante superior A largura de banda vai depender igualmente da qualidade da composi o do cabo e do seu comprimento Para dist ncias em torno de 1 km poss vel obter uma taxa de transmiss o em torno de 10 Mbits s podendo se obter taxas superiores para dist ncias mais curtas Os cabos coaxiais s o muito utilizados como suporte de transmiss o nas Redes Locais Industriais As fibras ticas 30 As fibras ticas s o o meio de transmiss o pelo qual os sinais bin rios s o conduzidos sob a forma de impulsos luminosos Um impulso luminoso representa um bit a 1
257. itir o primeiro quadro Uma vez que esta transmitiu o seu quadro ela cede o direito de transmiss o esta o vizinha enviando a esta um quadro especial denominado ficha token Desta forma a ficha se propaga ao longo do anel l gico tendo como regra fundamental o fato de que apenas a esta o possuidora da ficha tem o direito de transmitir um quadro Sendo assim a ocorr ncia de colis es praticamente impossibilitada Um ponto importante a salientar a total independ ncia entre a localiza o f sica das esta es na rede e a composi o do anel l gico Quando uma esta o transmite a ficha ela a endere a esta o imediatamente em aval no anel l gico independente da sua localiza o f sica Ainda por constru o o suporte de transmiss o opera em modo difus o ou seja todas as esta es recebem os quadros transmitidos mas levam em considera o somente aqueles que lhes sejam diretamente endere ados Al m disso quando uma esta o conectada ao barramento entra em funcionamento ela n o automaticamente inserida no anel l gico O protocolo IEEE 802 4 quem assume a fun o de inser o ou retirada de uma esta o do anel l gico O protocolo opera da seguinte maneira quando o anel l gico inicializado as esta es de trabalho colocam se segiiencialmente segundo a ordem descendente do valor do seu endere o f sico A passagem da ficha se d segundo esta mesma ordem A cada vez que uma esta o tor
258. iza o para transmiss o Para isto um mecanismo de arbitragem deve ser implementado para resolver poss veis problemas de conflito quando duas ou mais esta es querem enviar uma mensagem este mecanismo podendo ser centralizado ou distribu do No caso das redes de sat lite ou r dio cada esta o dotada de uma antena atrav s da qual pode enviar e receber mensagens Cada esta o pode escutar o sat lite e em alguns casos receber diretamente as mensagens enviadas pelas demais esta es FOCO c Figura 2 1 1 Topologias ponto a ponto a estrela b anel c rvore d malha regular e malha irregular sat lite a b c Figura 2 1 2 Topologias das redes de difus o a barramento b sat lite c anel No caso do anel cada bit transmitido propagado de maneira independente em rela o mensagem ou pacote ao qual ele pertence Em geral cada bit realiza uma volta completa do anel durante o tempo necess rio para a emiss o de um certo n mero de bits antes mesmo da emiss o completa da mensagem Tamb m nesta topologia necess ria a implementa o de um mecanismo de acesso ao suporte de comunica o Existem diferentes t cnicas para este fim que ser o discutidas ao longo do curso As redes de difus o podem ainda considerar duas classes de mecanismos de acesso ao suporte de comunica o est ticas ou din micas Um exemplo do primeiro caso a defini o de intervalos de te
259. l l gico e os campos Endere o Destino e Endere o Origem que do mesmo modo que na norma IEEE 802 3 podem ser codificados em 16 ou 48 bits e campo de Dados que pode ter at 8182 bytes de comprimento e campo de Controle que permite efetuar o controle de erros atrav s da t cnica de redund ncia c clica CRC como na norma IEEE 802 3 e Delimitador de Fim de Quadro que indica o fim da transmiss o de um quadro Bytes 111 20u6 20u6 0 8182 4 1 controle quadro delimitador de fim delimitador de in cio Pre mbulo Figura 2 22 Formato do quadro IEEE 802 4 O processo de evolu o do anel l gico d se em fun o do estado de cada esta o fazendo parte deste A cada instante tem se uma determinada quantidade de esta es ativas e outras que por alguma raz o devem encerrar as suas atividades O protocolo de acesso ao meio oferece instru es permitindo a atualiza o do anel l gico de maneira ordenada Uma vez que o anel l gico est constitu do com as esta es ativas num dado instante cada esta o compondo o anel deve manter os endere os das suas esta es vizinhas nos dois sentidos considerados sucessora e predecessora Periodicamente a esta o que det m a ficha vai consultar as esta es inativas para verificar se alguma delas querem fazer parte do anel l gico Isto feito pelo envio de um quadro do tipo Procura Sucessor Este quadro vai indicar o endere o da esta o que emite o quadro e o da es
260. lags e se contiver mais de sete 1 s consecutivos O protocolo HDLC prev tr s tipos de quadro de informa o de supervis o e n o numerados diferenciados pelo campo de controle como mostra a figura 2 3 3 15 Os bits 1 e 2 deste campo permitem identificar o tipo de quadro se bit 1 O indica um quadro de informa o se bit 1 1 pode identificar tanto um quadro de supervis o bit 2 0 ou um quadro n o numerado bit 2 1 Os quadros de supervis o s o utilizados principalmente para controle de fluxo indicar se receptor est pronto ou n o para receber dados rejei o de quadros com defeito quadro de reconhecimento enquanto os quadros n o numerados s o usados principalmente para o estabelecimento e o t rmino de conex es esdits 8 bits 8 bits as 16 bits S 468 vits gt flag endere o controle informa o FCS flag Figura 2 3 3 15 Estrutura de um quadro HDLC EREFRRE omaa o ns fer o meias 1 os o fer xe n o numerado Figura 2 3 3 16 Campo controle dos quadros HDLC O campo N s permite definir o n mero de sequ ncia do quadro e o campo N r para o reconhecimento de quadros indica o n mero do pr ximo quadro esperado N s e N r correspondem de fato aos campos seg e ack mostrados anteriormente O bit P F depende do modo de opera o do protocolo No primeiro modo de opera o resposta normal NRM o bit P a 1 indica que a esta o emissora deseja c
261. lasse de servi os reagrupa ainda servi os para a termina o negociada do contexto Conclude a libera o abrupta Abort Uma requisi o de servi o pode ser anulada por um usu rio MMS cliente atrav s da ativa o do servi o Cancel Ainda o fornecedor de servi o MMS pode sinalizar a ocorr ncia de um erro de protocolo atrav s do envio de uma primitiva de servi o indica o Reject informando o tipo de erro detectado Os servi os de Suporte de VMD permitem a um usu rio Cliente MMS obter informa es de estado sobre um objeto VMD assim como sobre os objetos gerenciados por este As informa es poss veis de serem obtidas s o e Estado l gico do VMD Status e Lista dos objetos do VMD GetNameList e Caracter sticas do equipamento de produ o Identify 213 Finalmente ainda poss vel modificar os identificadores dos objetos de um VMD isto atrav s do servi o Rename Os servi os de Gest o de Dom nio s o utilizados para o carregamento e armazenamento dist ncia de programas e dados de um equipamento de produ o Estas opera es s o baseadas na realiza o de duas segii ncias de servi os MMS a primeira para o carregamento remoto DownLoadSeqguence a outra para a recupera o do conte do de dom nios UpLoadSequence Um usu rio MMS ativa a sequ ncia DownLoad para pedir a cria o e o carregamento de informa es para um dom nio Esta seqii ncia caracterizada por tr s etapas e
262. lica es de ch o de f brica devido a flexibilidade de instala o e opera o pois n o h necessidade de projeto de layout nem canaletes para cabos de rede etc Equipamentos m veis inteligentes do ch o de f brica podem ser configurados como esta es de rede sem fio Exemplos deste tipo de equipamento s o os AGVs Automatic Guided Vehicles Rob s Aut nomos e Sensores Inteligentes 199 Figura 2 25 Redes sem fio Tais redes operam em bandas de frequ ncia denominadas ISM Industrial Scientific and Medical que podem ser utilizadas sem que seja necess ria uma licen a A norma IEEE 802 11 especifica como op es as bandas 902 at 928 MHz 2 4 at 2 48 GHz e 5 75 at 5 85 GHz O sinal emitido por uma esta o operando nestas fregii ncias cobre uma rea de 500 m com uma pot ncia de apenas 100mW reas maiores podem ser cobertas decompondo a rede como um todo em v rias subredes respons veis pela comunica o em uma rea ou c lula chamada BSA Basic Service Area Como a pot ncia do sinal de r dio decai com o quadrado da dist ncia do emissor pode se reutilizar a mesma frequ ncia de transmiss o para esta es em BSAs diferentes desde que estas estejam suficientemente distantes entre si Para permitir a constru o de redes cobrindo reas maiores que uma c
263. limitador de in cio SD Figura 2 24 Formato do quadro IEEE 802 5 A 0 eC 0 o destinat rio est inativo A l e C Q o destinat rio est ativo mas o quadro n o foi copiado A l eC 1 o destinat rio est ativo e o quadro foi copiado Este m todo permite implementar um reconhecimento autom tico do quadro Os bits s o duplicados para preven o da ocorr ncia de erros de transmiss o estes bits n o s o controlados pela t cnica de redund ncia c clica A norma IEEE 802 5 prev a n vel da camada f sica o uso de segmentos com par tran ado blindado operando a 4 ou 16Mbps com at 250 repetidores no anel ou ainda o par tran ado comum com 4Mbps e tamb m 250 repetidores Os bits s o codificados com a t cnica Manchester diferencial A norma IEEE 802 11 Wireless Networks redes sem fio Nas redes sem fio os pacotes s o transmitidos atrav s de canais de frequ ncia de r dio ou infravermelho como ilustrado na figura 2 25 As redes sem fio s o uma boa alternativa para aplica es onde dif cil instalar cabos met licos ou de fibra tica Seu emprego especialmente importante para comunica es entre computadores port teis em um ambiente de rede local m vel ou onde a confiabilidade do meio de transmiss o requisito indispens vel por exemplo onde o rompimento de um cabo pode paralisar todo o sistema Este tipo de rede vem ganhando certa aceita o em ap
264. lis es esta probabilidade aumenta exponencialmente de forma que o tempo de rea o aumenta consideravelmente e n o pode ser exatamente determinado Em fun o deste comportamento m todos de acesso n o determin sticos s o considerados inadequados para aplica es em tempo real muito comuns em ambiente fabril b Os protocolos determin sticos Os m todos de acesso determin sticos s o aqueles com tempo de resposta univocamente determin vel Estes m todos podem ser classificados em e m todos com comando centralizado ex Mestre Escravos e e m todos com comando distribu do ex Token Passing Nos sistemas com comando centralizado somente uma esta o pode agir como detentora do direito de transmiss o Mestre O direito de acesso ao meio f sico distribu do por tempo limitado pela esta o mestre as demais Escravas Aqui todas as trocas de dados ocorrem apenas entre mestre e escravos figura 2 3 3 2 Esta configura o deixa o sistema 48 dependente da esta o central mas a configura o usual dos sistemas de controle na maioria de suas aplica es Este m todo de acesso ao meio tamb m garante um tempo entre transmiss es consecutivas a qualquer esta o da rede e segue a pr tica atual de fazer um controle distribu do com uma supervis o centralizada Mestre o _ Escravo Escravo Escravo Escravo Figura 2 3 3 2 M todo de acesso mestre escravos Os sistemas com comando distri
265. load upload start stop resume etc Grupos de empresas que oferecem produtos compat veis com Interbus S hoje mais de 100 ou que s o usu rias do produto se reuniram em organiza es como a DRIVECOM e a ENCOM ocupadas de definir padr es de utiliza o e configura o para este sistema O sistema tamb m tema de atividades de padroniza o pela IEC e DIN 3 5 5 9 ASI BUS O sistema ASI Actuator Sensor Interface foi desenvolvido por um cons rcio de 11 empresas Balluf Baumer Elesta Festo IFM Peperl Fuchs Sick Siemens Leuze Turck e Visolux e introduzido no mercado em 1993 ASI foi concebido para interligar via rede elementos perif ricos sensores e atuadores bin rios tais como chaves fim de curso sensores de proximidade indutivos e capacitivos rel s v lvulas etc Todos estes elementos requerem em geral uma informa o m nima para operar na maioria dos casos 1 bit com comandos tipo ON OFF Para atender aos requisitos operacionais deste tipo de dispositivo ASI foi concebido como um sistema Mestre Escravos com topologia em barramento O mestre executa uma varredura c clica dos escravos enviando quadros de solicita o de dados e aguardando um quadro de resposta Os quadros enviados pelo mestre ASI tem um campo de dados de apenas 4 bits e um campo de par metros de mais 4 bits conforme a figura 5 5 O quadro tem 177 bits no total Test bit Command bit Start bit Stop bit Figura 5 5 Quadro
266. lt x Tabela 5 3 Servi os RAC do Bitbus 250 Em 1986 o sistema Bitbus tornou se um padr o sob a designa o IEEE 1118 Mais de 2 5 milh es de dispositivos com interface Bitbus est o no mercado produzidos por mais de 50 empresas diferentes 3 5 5 3 CAN CONTROLLER AREA NETWORK Uma rede do tipo fieldbus que vem ganhando aten o crescente a rede CAN Controller Area Network desenvolvida originalmente pela BOSCH para integrar elementos inteligentes em ve culos aut nomos eletr nica embarcada Um autom vel moderno por exemplo pode possuir mais de 200 microprocessadores controlando fun es como carbura o eletr nica frenagem anti bloqueante ABS controle e supervis o da temperatura do leo e do radiador press o de leo de freio ajuste autom tico de espelhos retrovisores banco do motorista etc O sistema CAN teve sua primeira vers o lan ada em 1984 Em 1987 foi produzido o primeiro chip que implementa em hardware as fun es de comunica o o 82526 produzido pela INTEL A partir de 1991 v rios outros fabricantes foram licenciados para a fabrica o de chips para CAN Entre eles temos a Phillips chips 820200 87C592 82CF598 e 82C150 a Motorola chip 68HC05 a NEC chip 72005 al m da Siemens da Thompson e da National Apesar de ter sido concebido para uso em eletr nica embarcada os grupos de trabalho da rea de automa o vislumbraram a adequa o do sis
267. lu o do conversor A D utilizado e Comando para alterar o estado de um atuador idem acima e Comando para verificar o estado de uma chave ou rel basta um bit Estas opera es podem ser feitas normalmente com um nico quadro de comando acrescido dos respectivos dados quando existirem Para dispositivos program veis encontrados no ambiente industrial Controladores L gicos Program veis Comandos Num ricos Computadorizados Comandos de Rob etc normalmente necess rio o envio de programas no inicio da produ o de um lote que caracterizam mensagens maiores do que as referidas anteriormente No entanto estes programas raramente ultrapassam 10 KBytes em tamanho e dificilmente s o utilizados mais de 3 programas por unidade de fabrica o durante um turno de trabalho Como consegii ncia uma taxa de transmiss o de dados relativamente baixa a n vel da camada f sica atende as necessidades de comunica o na maioria dos casos 1 Mbps quase sempre suficiente Por outro lado tem se uma elevada taxa de ocupa o do barramento com um grande n mero de mensagens sendo trocadas constantemente Deve se portanto evitar mensagens grandes que podem monopolizar o meio de transmiss o por um tempo muito longo 186 3 2 3 Projetos de Padroniza o de redes industriais As exig ncias de comunica o entre unidades para a integra o flex vel dos sistemas de automa o descritas nos itens anteriores evidenciam a nec
268. m socket equivalente a um TSAP para o RM OSD Processos servidores muito usados recebem portas fixas conhecidas dos demais processos ex servidor FTP Telnet etc O estabelecimento de uma conex o entre processos de aplica o requer um par de sockets que operam de forma full duplex Um mesmo socket pode participar de v rias conex es Uma conex o definida atrav s dos identificadores dos sockets envolvidos dos n meros de sequ ncia da largura de janela etc O TCP estabelece e desfaz conex es por meio do protocolo three way handshake j descrito anteriormente Os processos de aplica o transmitem dados fazendo chamadas ao TCP e passando como par metros os buffers onde os dados se encontram No caso do UNIX o TCP foi concebido como m dulo do sistema operacional A interface com o usu rio ou processos de aplica o feita por meio das seguintes chamadas system calls ao TCP e open conex o 104 e close conex o e send dados e receive dados e status conex o c Interfaces para Programas de Aplica o APIs APIs Application Program Interfaces s o interfaces para programadores usando diretamente os servi os da camada de transporte Seu objetivo facilitar a implementa o de programas de aplica o que fazem uso dos servi os de comunica o da rede APIs s o usualmente oferecidas para alguns sistemas operacionais ex UNIX e algumas linguagens ex C Exemplos de APIs bast
269. m as necessidades e fun es de Responder esta o s transmite dados em resposta a uma solicita o esta o escrava e fun es de Initiator esta o pode se apoderar do direito de acesso ao meio token podendo enviar e requisitar dados a outras esta es por iniciativa pr pria e fun es de Link master inclui as fun es de responder e initiator mas a esta o pode exercer o papel de escalonador de enlace LAS administrando o token e gerenciando o tempo interno do sistema semelhante ao papel do rbitro de barramento do FIP e fun es de Bridge esta o capaz de interligar entidades de enlace diferentes 235 Se h mais de uma esta o com as funcionalidades de um Link master no sistema estas disputam entre si na inicializa o o papel de escalonador de enlace rbitro A esta o vencedora chamada LAS Link Active Scheduler Existem para isto tr s tipos de token figura 4 8 e Token de escalonamento Scheduler Token este token disputado na inicializa o por todas as esta es tipo Linkmaster e define a esta o LAS que o ret m e Token circulado ou de Resposta Reply Token distribu do pela esta o LAS s demais esta es com funcionalidade de Linkmaster que formam um anel l gico conforme a norma IEEE 802 4 e Token delegado Delegated Token enviado pela esta o LAS a uma esta o qualquer por solicita o desta ou para atender s necessidades de um
270. ma como os dados poderiam ser representados a n vel de cada computador Assim nasceram os in meros c digos de representa o de dados onde os mais conhecidos s o o c digo ASCII e EBCDIC Estas diferen as que n o oferecem nenhum inconveniente quando as diversas m quinas est o operando de maneira isolada podem representar um verdadeiro quebra cabe as para um engenheiro de sistemas quando duas destas m quinas devem trocar informa es Se a rede de computadores envolvesse somente computadores de um mesmo tipo n o haveria maiores problemas de representa o de dados exceto que se utilizassem linguagens diferentes para os programas aplicativos No entanto as redes de computadores devem suportar a interconex o de equipamentos heterog neos Infelizmente a forma de representa o dos dados n o igual em todos os computadores inclusive no que se refere aos processadores fabricados pela Motorola Intel IBM etc Por exemplo dados na forma alfanum rica seguem em geral uma das duas formas mais usuais de representa o j citadas computadores de grande porte usam c digo EBCDIC enquanto PCs e Workstations usam c digo ASCII Valores num ricos podem ser representados em forma bin ria complemento 1 complemento 2 ou sinal magnitude em forma alfanum rica c digo ASCII ou EBCDIC em forma BCD Binary Coded Decimal etc Os exemplos seguintes ilustram esta situa o e n meros inteiros podem ser codificados de forma bin
271. ma importante na utiliza o das redes de difus o o m todo de acesso ao meio que compartilhado pois uma vez que v rios equipamentos dever o trocar informa es num dado instante a decis o de quem vai ter o direito de uso do meio para o envio de uma mensagem n o uma tarefa evidente como ser visto nesta se o Os protocolos de acesso ao meio tem papel fundamental no tempo de entrega de uma mensagem via rede Como veremos a seguir este tempo importante para aplica es com caracter sticas de tempo real 163 Aplica es Industriais frequentemente requerem sistemas de controle e supervis o com caracter sticas de Tempo Real Um Sistema Tempo Real um sistema computacional para o qual requerida uma rea o a est mulos f sicos ou l gicos oriundos do ambiente dentro de intervalos de tempo impostos pelo pr prio ambiente figura 2 1 A corre o n o depende somente dos resultados l gicos obtidos mas tamb m do instante no qual s o produzidos INTERFACE i l i est mulo l 1 SENSOR q Ed i amon H Sistema e J a Controle i i Controlar SISTEMA ATUADOR AMBIENTE resposta Figura 1 1 Intera o de um Sistema de Controle TR e seu ambiente Figura 2 1 Sistema Tempo Real e seu Ambiente A arquitetura de sistemas computacionais utilizados para controle e supervis o de processos industriais em tempo real tem apresentado nos ltimos anos uma clara tend ncia para a distr
272. malmente pela defini o de um TSAP A rela o entre os TSAPs NSAPs e uma conex o de Transporte apresentada na figura 2 3 5 2 a seguir onde o processo de conex o pode ser implementado da seguinte forma 92 e um processo servidor localizado na m quina B se conecta ao TSAP 122 e espera a recep o de uma indica o de conex o e um processo situado em A requisita uma conex o ao servidor em B enviando uma primitiva de servi o TT CONNECT request especificando a fonte o TSAP 6 e o endere o do processo destinat rio o TSAP 122 e a entidade de Transporte A seleciona um NSAP dispon vel na m quina e estabelece uma conex o de Rede atrav s da qual ela vai poder dialogar com a entidade de Transporte em B e a entidade de Transporte em B gera ent o uma primitiva de servi o T CONNECT indication se o servidor em B est pronto a aceitar a conex o esta ser ent o estabelecida conex o Figura 2 3 5 2 Rela o entre TSAP NSAP e conex o de Transporte O problema do esquema acima o seguinte como o processo cliente na esta o A sabe o TSAP do processo servidor na esta o B no caso 122 Uma solu o poss vel seria a seguinte processos servidores muito usados recebem um endere o TSAP fixo e conhecido por todos os demais processos no sistema Esta solu o no entanto pouco flex vel e n o resolve o problema mais geral de 2 processos de aplica o quaisquer querendo se comunicar entre
273. meio se estiver livre NBA garante 100 de utiliza o do meio e prioriza o de mensagens baseada no identificador de 11 bits do frame Como na Ethernet cada n tenta transmitir se meio livre Diferentemente de Ethernet n o h colis es Se 2 ou mais n s iniciam transmiss o simult nea conflito resolvido por arbitragem bit a bit usando o campo IDENTIFIER 0 dominante no fio sobre 1 opera o AND bin ria Se um n transmite 1 mas escuta 0 ele imediatamente p ra transmiss o O n vencedor envia o resto da mensagem Mecanismo garante que n o se perde informa es nem tempo 252 N 1 Transmite mom O 10110110100 0 0 0 1 00000001 wx 11 DA PEPPERS PE er TETE PE OE PPP IE EI DE Apa E o Rr N 2 Transmite o aci N 2 perde arbitragem e p ra transmiss o 0 10110111 No meio O valor do campo IDENTIFIER define prioridade durante arbitragem IDENTIFIER mais baixo vence Isto significa que dois frames n o podem ter o mesmo IDENTIFIER Modelos de comunica o Frame n o cont m campos espec ficos para endere o destino origem Campo IDENTIFIER pode conter endere o de uma esta o grupo de esta es multicasting ou mensagens s o difundidas para todas as esta es broadcasting Campo IDENTIFIER pode identificar o conte do da mensagem dados que difundida para todas as esta
274. mina o negociada de associa o via ACSE F ABORT termina o abrupta da associa o via ACSE REGIME SELE O DE identifica o de arquivos que ser o ARQUIVO manipulados F SELECT sele o de um arquivo existente F CREATE cria o de um arquivo F DESELECT libera o de um arquivo F DELETE elimina o de um arquivo F READ ATTRIB leitura dos atributos do arquivo F CHANGE ATTRIB modifica o de atributos de um arquivo REGIME ACESSO A viabiliza as transfer ncias de dados incluindo ARQUIVO as capacidades necess rias para a transfer ncia F OPEN abertura de um arquivo F CLOSE fechamento de arquivo F LOCATE localiza o de um arquivo F ERASE apaga conte do de um arquivo REGIME TRANSFER NCIA etapa de transfer ncia de dados de e para DE DADOS arquivos F READ leitura do conte do de um arquivo F WRITE escrita sobre um arquivo F DATA transfer ncia de dados F DATA END transfer ncia de fim de dados F TRANSFER END fim de transfer ncia de dados 2 3 8 4 Vis o geral dos ASEs dispon veis O FTAM como foi apresentado constitui se em um importante elemento de servi o de aplica o ASE para as aplica es que exijam manipula o ou transfer ncia de arquivos sejam aplica es de automa o de escrit rio ou de automa o da manufatura No que diz 145 respeito a esta segunda classe de aplica es podemos destacar
275. mpo durante os quais cada esta o tem a posse do canal de comunica o permitindo ent o que esta emita a mensagem de maneira c clica No entanto esta pol tica bastante ineficiente do ponto de vista do envio das mensagens uma vez que muitas esta es n o v o enviar mensagens nos intervalos a elas destinadas J na outra classe de mecanismos din micos o acesso dado s esta es segundo a demanda de envio de mensagens Nos mecanismos de acesso din micos pode se ainda considerar dois casos e os mecanismos centralizados nos quais uma esta o central rbitro a respons vel da defini o do direito de acesso ao suporte de comunica o e os mecanismos distribu dos nos quais cada esta o define quando ela vai emitir a mensagem Estudaremos estes mecanismos em mais detalhe mais a frente no curso 2 1 4 ASPECTOS ARQUITETURAIS DAS REDES DE COMUNICA O 2 1 4 1 Servi os necess rios comunica o Como visto nas se es precedentes as redes de computadores podem se caracterizar por diferentes configura es e topologias Apesar da diversidade no que diz respeito a este aspecto todas as poss veis configura es t m um objetivo comum a transfer ncia de dados O problema que se coloca ent o relacionado especifica o dos procedimentos e mecanismos que devem ser implementados para viabilizar o funcionamento da rede A resolu o deste problema baseada principalmente no conhecimento pr vio d
276. n tico adaptando o ao meio de transmiss o e o suporte de transmiss o encarregado do transporte dos sinais representando a informa o e que pode ser caracterizado por uma das t cnicas apresentadas na se o precedente o suporte de transmiss o quem realiza a liga o f sica entre os elementos envolvidos na comunica o e O receptor respons vel pela reconstitui o da informa o a partir dos sinais recebidos via suporte de transmiss o e que inclusive pode ter sofrido distor es provocadas por ru dos existentes no meio o destinat rio da informa o que pode ser um computador um terminal ou outro equipamento e que vai consumir a informa o gerada pelo elemento fonte Geralmente a transmiss o pode ser realizada de forma bidirecional de forma alternada ou simult nea Assim a cada n dever estar associado um equipamento transmissor e um receptor compondo o conjunto transceptor como mostrado na figura 2 3 4 b FONTE DE DESTINAT RIO e Se e AR AAMA ORMA O TRANSMISSOR SUPORTE DE TRANSMISS O CEPTO INFORMA O BIN RIA BIN RIA FONTE OU FONTE OU DESTINAT RIO TRANSMISSOR TRANSMISSOR A E o SUPORTE DE TRANSMISS O DESTINATARIO MAG RECEPTOR RECEPTOR INFORMA O BIN RIA BIN RIA b Figura 2 3 4 a Sistema de transmiss o ponto a ponto unidirecional b modelo bidirecional 34 A transmiss o de dados em um nico sentido denominada simplex e quando re
277. n vel da camada de Sess o gra as defini o de uma ficha de dados data token como ilustrado na figura 2 3 46 b A comunica o em half duplex uma op o negociada no momento do estabelecimento de uma sess o Se esta op o adotada dever ser definido tamb m qual dos usu rios envolvidos no di logo poder tomar a iniciativa possuidor da ficha Quando este usu rio terminar a sua transmiss o ele pode ceder a ficha ao usu rio par para que ele possa efetuar a sua transmiss o A passagem de ficha de um usu rio a outro implementada atrav s da primitiva S TOKEN GIVE 109 Ainda se um dos usu rios querendo efetuar uma transmiss o n o possui a ficha naquele instante ele pode requisit la a seu par atrav s da emiss o de uma primitiva S TOKEN PLEASE request O usu rio receptor da primitiva S TOKEN PLEASE indication pode ou n o querer ceder a ficha Em caso negativo o usu rio que a requisitou n o far outra coisa sen o esperar a boa vontade do seu interlocutor ou ainda enviar dados urgentes que n o necessitam a possess o da ficha A ficha s passa a ter algum sentido no caso de comunica o half duplex Se full duplex a op o adotada ela n o levada em conta S DATA S DATA S DATA request request request S DATA S DATA S DATA S DA TA req uest indication indication dd S TOKEN GIVE S DATA S DATA S DATA request ed request request a S DATA S DATA S DAI eo S DATA request a b Figu
278. na se propriet ria da ficha ela possui o direito exclusivo de transmiss o sobre o barramento este direito podendo ser exercido durante um certo per odo de tempo ap s o qual ela deve ceder a ficha para a pr xima esta o do anel No caso de quadros curtos um grande n mero deles podem ser transmitidos durante este per odo de maneira consecutiva Se uma esta o possuidora da ficha n o tem quadros a enviar ela passa a ficha adiante esta o seguinte do anel l gico O protocolo de barramento com ficha define um mecanismo de prioridades a quatro n veis referenciados por 0 2 4 e 6 o n vel O tendo a mais baixa prioridade e o n vel 6 a mais alta Isto pode ser visto como se cada esta o fosse dividida em quatro subesta es de quatro n veis de prioridade Assim quando uma esta o recebe a ficha o direito de transmiss o cedido subesta o de n vel 6 ap s esta o 4 e assim por diante at a esta o 0 at que o per odo de emiss o seja esgotado e a ficha tenha de ser retransmitida pr xima esta o do anel l gico 195 A figura 2 22 apresenta o formato de um quadro IEEE 802 4 onde os seguintes campos s o definidos e Pre mbulo que permite a sincroniza o do emissor e receptor a n vel de bit e Delimitador de In cio de Quadro que permite a sincroniza o a n vel de caractere e Controle de Quadro que permite fazer a distin o entre os quadros de dados e os quadros de controle do ane
279. nas tr s camadas com a camada de enlace subdividida em Controle de acesso ao meio MAC e Controle l gico de enlace LLC conforme mostrado na figura 2 4 Software Aplicativo SE A Camada de Aplica o Controle L gico de enlace LLC Controle de Acesso ao Meio MAC Camada F sica Figura 2 4 Arquitetura para sistemas tempo real 3 2 2 1 2 Classifica o dos Protocolos de Controle de Acesso ao meio 166 Os protocolos de acesso ao meio podem ser classificados de maneira geral em 5 categorias e Aloca o fixa estes protocolos alocam o meio s esta es por determinados intervalos de tempo chamados de bandas independentemente de haver ou n o necessidade de acesso ex TDMA Time Division Multiple Access e Aloca o aleat ria permitem acesso aleat rio das esta es ao meio ex CSMA Carrier Sense Multiple Access Em caso de envio simult neo por mais de uma esta o ocorre uma colis o e as esta es envolvidas tem que transmitir suas mensagens ap s a resolu o do conflito resultante tamb m chamados protocolos de conten o e Aloca o controlada cada esta o tem direito de acesso apenas quando de posse de uma permiss o que entregue s esta es segundo alguma segii ncia predefinida ex Token Passing Master Slaves e Aloca o por reserva para poder usar o meio as esta es tem que reservar banda com anteced ncia enviando pedidos a uma esta o controladora d
280. ng assim como o endere o do iniciador called Encontra se ainda nos seus par metros duas vari veis booleanas que permitem requisitar servi os adicionais O par metro acks wanted permite indicar o pedido de reconhecimento de pacotes Se a camada de Rede n o permite o fornecimento de reconhecimento o fornecedor vai colocar esta vari vel a falso na primitiva de indica o da mesma forma se a entidade destinat ria n o pode fornecer reconhecimento ela mesma o far colocar acks wanted a falso na primitiva de resposta O outro par metro booleano exp wanted permite a utiliza o de servi os de dados expressos ou urgentes o que significa que um pacote pode violar a ordem normal dos pacotes na fila para se colocar na cabe a desta Isto permite de certo modo estabelecer um n vel de prioridade entre as mensagens a n vel de Rede O par metro gos quality of service permite determinar a qualidade do servi o a ser oferecido sendo composto de duas listas de valores A primeira lista cont m o contexto desejado pela entidade iniciadora a segunda indica os valores m nimos aceit veis Se o servi o de Rede incapaz de fornecer pelo menos os valores m nimos estabelecidos pelo usu rio iniciador a conex o n o ser estabelecida Os valores estabelecidos neste par metro s o a taxa de erro a taxa de transmiss o a confidencialidade e custo da transmiss o O iniciador pode atrav s do par metro user data introduzir dados
281. nhecimento isto pode causar o problema inverso o que vai provocar uma duplica o de TPDUs 2 8 o A Exemplos de Protocolo de Transporte a Os protocolos OSI Como j foi dito o protocolo OSI organizado em 5 classes onde cada uma delas permite cobrir uma classe de confiabilidade da camada de Rede O protocolo de Transporte OSI baseado na defini o de 10 TPDUs estas compostas de quatro partes um campo de 1 byte denominado LI Length Indicator indicando o tamanho dos cabe alhos fixos e vari veis e uma parte fixa do cabe alho cujo tamanho vai depender da TPDU considerada e uma parte vari vel do cabe alho cujo tamanho vai depender dos par metros definidos e dados do usu rio A figura 2 3 5 8 apresenta os 10 tipos de TPDUs do modelo OSI As quatro primeiras TPDUs CR CC DR e DC CONNECTION REQUEST CONNECTION CONFIRM DISCONNECT REQUEST e DISCONNECTION CONFIRM correspondem aos pacotes CALL REQUEST CALL ACCEPTED CLEAR REQUEST e CLEAR CONFIRM definidos no protocolo X 25 Uma entidade de Transporte quando deseja estabelecer uma conex o envia uma TPDU CR e dever receber uma CC No momento da libera o da conex o as TPDUs DR e DC ser o trocadas entre duas entidades As TPDUs DT DATA e ED EXPEDITED DATA s o utilizadas para transferir respectivamente dados normais e dados expressos Os reconhecimentos relativos a estas duas TPDUs ser o respectivamente AK DATA ACKNOWLEDGEMENT e EA EXPEDIT
282. nhecimento se existentes cheguem antes do esgotamento da temporiza o Deste modo se o quadro ou o reconhecimento s o perdidos a temporiza o ser esgotada podendo provocar a retransmiss o do quadro Neste caso poss vel que o quadro seja aceito mais de uma vez pela camada de Enlace e transmitido camada de Rede causando uma duplica o de quadros Para evitar este problema deve se introduzir um mecanismo de distin o dos quadros a fim de que o receptor possa separar os quadros duplicados de seus originais Existem praticamente duas t cnicas para o tratamento de erros A primeira consiste na introdu o a n vel dos quadros de informa es suficientemente redundantes que permitam ao receptor reconstituir os dados enviados a partir da informa o recebida A segunda t cnica consiste em adicionar unicamente um conjunto de informa es redundantes o suficiente para que o receptor possa detectar a ocorr ncia de um erro sem corrigi lo e requisitar a retransmiss o do quadro A primeira t cnica denominada c digo corretor de erros e a segunda c digo detetor de erros Uma palavra de c digo de comprimento igual a n bits composta de um n mero m de bits de dados e um n mero r de bits de controle n m r Dadas duas palavras de c digo por exemplo 10001001 e 10110001 poss vel determinar de quantos bits elas diferem no caso do exemplo elas diferem de 3 bits Isto pode ser feito efetuando um ou exclusivo
283. no pedido de conex o podendo a entidade chamada consultar estes dados antes da aceita o da conex o A aceita o de uma conex o feita pelo chamador atrav s da primitiva N CONNECT indication por outro lado a recusa implementada atrav s da primitiva N DISCONNECT request que informa atrav s do par metro reason o motivo do n o estabelecimento da conex o Se a conex o estabelecida a transmiss o de dados feita utilizando a primitiva N DATA request que ser refletida no receptor por uma primitiva N DATA indication Caso um pedido de reconhecimento de pacotes foi acertado entre os usu rios da camada no momento da conex o o reconhecimento ser implementado atrav s do envio pelo receptor de uma primitiva N DATA ACKNOWLEDGE request As primitivas N RESET s o utilizadas para sinalizar problemas de comunica o tais como o bloqueio de uma entidade de transporte envolvida na comunica o ou mesmo do fornecedor do servi o O efeito deste servi o o esvaziamento das filas de espera sendo que 12 as informa es presentes nestas ser o perdidas As perdas dever o ser recuperadas pela camada de Transporte As primitivas N UNITDATA s o utilizadas para o envio de dados no servi o sem conex o elas n o oferecem nem controle de erros nem de fluxo N FACILITY o servi o que permite ao usu rio obter informa es sobre as caracter sticas da transmiss o de informa o por exemplo a percentagem de pacotes
284. nos DB25 de forma trapezoidal correspondendo norma ISO 2110 Os pinos superiores em n mero de treze s o numerados de 1 a 13 da esquerda para a direita os pinos inferiores s o numerados de 14 a 25 tamb m da esquerda para a direita Alguns equipamentos mais recentes utilizam um conector com apenas 9 pinos DB9 No que diz respeito s especifica es el tricas uma tens o negativa inferior a 3 volts permite representar uma informa o bin ria 1 e uma tens o positiva superior a 3 volts permite representar uma informa o bin ria O sinal ativo baixo A taxa de transmiss o m dia de aproximadamente 20 Kbit s num cabo de comprimento n o superior a 15 metros Ambos os equipamentos envolvidos na comunica o tem que ser ajustados para a mesma frequ ncia No que diz respeito as especifica es funcionais podemos descrever os diferentes sinais envolvidos numa comunica o com aux lio da figura 2 3 10 que permite representar os sinais mais utilizados em aplica es t picas Quando o DTE torna se ativo ele apresenta na interface o DTR Data Terminal Ready pino 20 a 1 Quando o DCE ativado ele mant m o sinal DSR Data Set Ready pino 6 tamb m a 1 Uma vez que o DCE um modem por exemplo detecta a presen a da portadora na linha ele previne o DTE o computador colocando o sinal CD Carrier Detect pino 8 a 1 O DTE por sua vez indica ao modem a sua inten o de transmitir a partir do sinal correspondente a
285. nt que assume esta tarefa Como a totalidade das aplica es conhecidas requer normalmente os servi os de gest o de conex o este elemento de servi os deve estar sempre presente a n vel dos contextos de Aplica o Os servi os oferecidos pelo ACSE s o definidos pelas primitivas apresentadas na tabela a seguir Primitiva Significado 138 A ASSOCIATE Estabelecimento de conex o A RELEASE Libera o negociada de conex o A U ABORT Libera o abrupta de conex o usu rio A P ABORT Libera o abrupta de conex o provedor A ASSOCIATE um servi o confirmado que permite estabelecer uma associa o a partir de um elemento de servi o de aplica o Dentre os par metros da primitiva de servi o enviada a proposi o de contexto de Aplica o isto a sem ntica e sintaxe dos dados a serem intercambiados Em caso de aceita o por parte do receptor da indica o a associa o ser ent o estabelecida O servi o A RELEASE um servi o confirmado que permite liberar de maneira ordenada uma associa o estabelecida entre duas AEIs caracterizando uma libera o negociada como definido na parte relativa camada de Sess o A ABORT um servi o n o confirmado que permite abortar ou liberar de forma abrupta uma associa o existente Como j descrito anteriormente neste caso podem ocorrer perdas de informa es sendo trocadas atrav s da associa o A ativa o
286. nta o PH enviando a mensagem em seguida camada inferior processo processo emissor receptor p af l a Apresenta o E spp Je os o Transporte a k bos e oe E RS e e 1 cd E q meio de transmiss o de dados Figura 2 2 2 Ilustra o da comunica o no modelo OSI 22 importante ressaltar aqui que esta camada n o toma conhecimento da exist ncia e significado do cabe alho de aplica o considerando este como parte dos dados compondo a mensagem Este processo de transfer ncia de camada a camada vai se repetindo at o n vel f sico quando os dados ser o enfim transmitidos ao sistema destino Neste sistema os diversos cabe alhos introduzidos nas camadas de rede do sistema fonte v o sendo interpretados e eliminados nas camadas correspondentes at que os dados cheguem ao processo receptor O conceito fundamental da transfer ncia de dados que cada camada foi projetada como se ela fosse realmente horizontal quando na verdade a transmiss o se d de modo vertical Isto fica claro por exemplo quando a camada de Transporte emissora recebe um dado da camada de Sess o ela insere um cabe alho de transporte e envia a mensagem camada de Rede emissora Este processo portanto para a camada de Transporte n o mais do que um detalhe t cnico Um exemplo an logo aquele de um diplomata de um pa s fazendo um discurso na sua pr pria l ngua nas Na es Unidas Este considera estar se diri
287. nternet Protocol um protocolo n o orientado a conex o cujas fun es correspondem aproximadamente s da camada de rede mas engloba algumas fun es pertencentes a subcamada LLC da camada de enlace do modelo ISO OSI Este par de protocolos adquiriu uma grande import ncia pois hoje a base de funcionamento da INTERNET Em fun o disto veremos um pouco mais em detalhes os servi os oferecidos Estes protocolos costumam ser utilizados em uma arquitetura de rede diferente da proposta pela ISO conforme veremos a seguir O TCP IP se estabeleceu como um padr o de fato para liga es de redes heterog neas O TCP IP foi originalmente desenvolvido para interconectar m quinas de diversos fabricantes ou seja se tornar um protocolo universal Para tanto foram disponibilizados os seguintes servi os Gerenciamento de redes e DNS Domain Name System um esquema de gerenciamento de nomes hier rquico e distribu do que define a sintaxe dos nomes usados na Internet Os endere os TCP IP s o num ricos com uma forma o dividida em classes compostos uma parte destinada a endere amento de rede e uma parte destinada a endere amento de hosts m quinas O DNS cont m um banco de dados distribu do mantido por um conjunto de Servidores de Nomes Name Servers que permite fazer a resolu o de endere os IP num ricos para o nome de uma m quina Cada n vel hier rquico de um nome denominado um dom nio domain Ex atlas l
288. num padr o bem definido ASCII EBCDIC etc Esta camada pode ainda suprir outras fun es associadas compress o dos dados se utilizando do conhecimento do significado da informa o para reduzir a quantidade de informa o enviada inclusive para implementar fun es de confidencialidade e de autentica o prote o de acesso 21 A Camada de Aplica o implementa um conjunto de protocolos bastante diversificado e orientado a aplica es bem definidas Um exemplo disto o protocolo de terminal virtual que permite a utiliza o de um determinado programa por exemplo um editor de textos de forma independente do tipo de terminal conectado rede Outro servi o importante o de transfer ncia de arquivos que permite adaptar o tipo do arquivo transferido forma implementada pelo sistema de arquivamento do sistema considerado Na parte dedicada a esta camada veremos al m destas outras classes de servi os implementados a este n vel 2 2 3 A COMUNICA O NO RM OSI A forma como os dados s o transferidos ao longo do modelo OSI ilustrada na figura 2 2 2 Como se pode ver o processo emissor vai enviar uma certa quantidade de dados ao processo receptor Ele envia ent o os dados camada de Aplica o que introduz a estes um cabe alho de aplica o AH e envia a mensagem resultante camada de Apresenta o Esta camada por sua vez introduz mensagem recebida um cabe alho de aprese
289. o composta de uma s rie de entidades de aplica o Application Entities AE conhecidas como elementos de servi o de aplica o Application Service Elements ASE e elementos de usu rio User Elements UE Um UE fornece uma interface entre o usu rio e os diversos servi os de processamento de informa o da camada de aplica o O UE pode ser visto como uma biblioteca de procedures e functions a ser linkada com os processos de aplica o APs e n o costuma ser padronizado Cada AE ter usualmente uma nica UE Por outro lado normalmente uma AE ser composta de diversos ASEs Existem ASEs que oferecem servi os gerais que propiciam a transfer ncia de informa es entre APs independentemente da natureza da aplica o ex defini o de contexto sincroniza o entre APs etc Tais ASEs de uso geral s o denominados Common Application Service Elements CASE Exemplos de servi os providos pelos CASEs atualmente dispon veis s o e servi os de estabelecimento de conex es entre APs ACSE Association Control Service Element e servi os de disparo de opera es em ASEs remotos ROSE Remote Operation Service Element e servi os de implementa o de a es at micas CCR Commitment Concurrency and Recovery Outros ASEs oferecem servi os espec ficos para determinadas aplica es em particular e por isso s o denominados Specific Application Service Elements SASE Exemplos de servi os prov
290. o compor os campos de uma APDU reagrupando os inclusive num m dulo de biblioteca para cada aplica o t pica Desta forma poss vel a uma aplica o enviar uma estrutura de dados camada de Apresenta o dando a ela o nome da estrutura ASN 1 correspondente A camada de Apresenta o poder ent o conhecer o tipo e o tamanho de cada campo compondo a estrutura de dados e desta forma codifica los para a transmiss o A entidade de Apresenta o receptora por sua vez conhecendo a estrutura ASN 1 dos dados recebidos pode fazer todas as convers es que sejam necess rias para adaptar m quina receptora O interesse da exist ncia de ASN 1 que esta nota o serve como uma linguagem comum para todas as m quinas Isto evita que todas as m quinas tivessem de conhecer todas as poss veis formas de representa o de cada uma das m quinas com as quais elas teriam de se comunicar Com ASN 1 basta apenas que cada m quina conhe a como codificar seus dados nesta nota o A norma ISO 8824 define a nota o de sintaxe abstrata ASN 1 cujos principais pontos ser o apresentados a seguir Em um primeiro exemplo de como um dado pode ser descrito em ASN 1 vamos fazer um paralelo entre uma estrutura de dados Pascal e uma estrutura de dados ASN 1 Vamos considerar que pretendemos representar por uma estrutura em Pascal as principais caracter sticas dos dinossauros Isto poderia ser feito atrav s de uma estrutura do tipo record onde c
291. o da rede Uma forma de 148 faz lo permitir que os usu rios possam ser identificados por nomes ou cadeias de caracteres em lugar de endere os num ricos dif ceis de memorizar Isto significa que os n s da rede devem manter tabelas que efetuem o mapeamento entre os nomes dos processos usu rios da rede e os seus endere os efetivos Entretanto quando duas ou mais subredes s o interconectadas os padr es de endere amento podem ser distintos e um meio de identificar de maneira transparente os processos situados nas diferentes subredes deve ser implementado Al m disso no caso de ado o de nomes para os processos usu rios como os nomes locais podem se repetir em subredes diferentes necess rio um esquema que os diferencie A pol tica adotada para resolver esta quest o aquela do endere amento hier rquico como por exemplo a definida pelo CCITT recomenda o X 121 onde cada endere o apresenta tr s componentes um c digo de pa s 3 d gitos um c digo da rede 1 d gito e um campo para o endere o dentro da rede 10 d gitos Isto significa que cada pa s pode definir at 10 redes cada rede tendo 10 d gitos para definir seus endere os o formato dependendo de cada rede Um outro exemplo deste tipo de solu o o esquema de endere amento oferecido pelo DNS Domain Name System Cada usu rio identificado de forma univoca na rede por um nome na forma userOdom niol dom nio2 que convertido
292. o de barramento 20 metros e Codifica o de bits Manchester ou NRZ Na subcamada MAC temos as seguintes caracter sticas e M todo de acesso ao meio Forcing Headers como CAN e Controle de erros assumido pela subcamada MAC que usa a t cnica de CRC A subcamada LLC tem as seguintes particularidades e Quadro de dados 8 bytes ou 28 bytes vers o FullVAN Apesar das semelhan as com a rede CAN n o se conhecem aplica es da rede VAN em automa o industrial Os chips dispon veis est o implementados na forma de ASICs projetados especificamente para a ind stria automobil stica Existem v rias outras redes concebidas para aplica o em ve culos tais como J1850 definida nos Estados Unidos pela SAE C D Chrysler Collision Detection MIL STD 1553B para avi nica militar mas todas com uso restrito eletr nica embarcada 3 5 5 5 DEVICENET DeviceNet uma rede industrial de baixo custo para conectar dispositivos como chaves fim de curso c lulas fotoel tricas v lvulas motores drives displays de CLP e PC etc DeviceNet foi desenvolvida tendo CAN como base DeviceNet oferece manipula o robusta e eficiente de dados e baseada na t cnica produtor consumidor 254 A ODVA open DeviceNet Vendor Association uma organiza o independente que supervisiona e gerencia as especifica es da DeviceNet Seu objetivo promover a ado o mundial de DeviceNet como rede aberta
293. o de informa es bin rias num sinal modulado ou reconstitu lo a partir do sinal modulado o modem modulador demodulador O modem normalmente inserido entre o equipamento inform tico e o meio de transmiss o d T cnicas de sincroniza o em n vel de bits Para a correta leitura do sinal digital transmitido o receptor precisa conhecer a frequ ncia adotada pelo emissor e amostrar o sinal recebido em pontos adequados A amostragem deve ocorrer o mais pr ximo poss vel do centro do sinal uma vez que a transi o de uma tens o ou fregii ncia que representa o sinal O para outra que representa o sinal 1 leva na pr tica um tempo diferente de zero Para tal necess rio conhecer o tempo m dio de dura o de cada sinal O ou 1 que depende da fregii ncia de transmiss o adotada e denominado tempo bit identificar o flanco de transi o de O para 1 ou de 1 para O e ler o valor da tens o ap s metade do tempo bit isto no centro do intervalo como ilustrado na figura 2 3 6 tempo bit instante de amostragem A 0 tempo de subida tempo de descida Figura 2 3 6 Tempo bit e amostragem de sinal Na transmiss o s ncrona um sinal de temporiza o clock enviado por meio de um par separado de fios e define os momentos corretos de amostragem no receptor O inconveniente est justamente na necessidade de adotar um segundo par de condutores al m daquele usado para o envio dos dados
294. o de um determinado servi o s camadas superiores utilizando se tamb m dos servi os oferecidos pelas camadas inferiores de forma a evitar que estas necessitem conhecer certos aspectos da implementa o destes servi os 14 A camada n assume a comunica o com a camada n de uma outra m quina Para faz lo ela se serve de um conjunto de conven es e regras que v o permitir gerir esta comunica o A este conjunto de regras e conven es d se o nome de protocolo da camada n ou simplesmente protocolo n As entidades representando camadas correspondentes em diferentes sistemas s o denominadas processos pares ou entidades pares Os processos pares v o se comunicar ent o atrav s dos protocolos como foi visto na parte 1 deste documento Como se pode ver na figura n o existe meio de comunica o f sico entre as diferentes camadas apenas o Meio de Transmiss o entre as entidades pares da camada 1 o que significa que n o existe transfer ncia direta de dados entre a camada n de uma m quina camada n de outra m quina Na realidade cada camada transfere os dados camada imediatamente inferior at a camada mais baixa o dado ent o transmitido outra m quina atrav s do Meio de Transmiss o A comunica o entre as camadas vista ent o como uma comunica o virtual e representada na figura 2 1 7 pelas linhas ligando cada par de processos de uma camada Sistema A Sistema B Camada Pro
295. o deve ser transferido o computador verifica o n mero da conta e bloqueia o c digo correspondente pela mesma raz o j apresentada e o propriet rio finalmente emite um terceiro comando informando o montante a ser transferido o computador efetiva ent o a transfer ncia para a conta destinat ria Um caso t pico deste cen rio aquele em que uma pane falta de energia por exemplo ocorre no terminal sendo utilizado pelo cliente propriet rio da conta imediatamente ap s o primeiro comando O computador vai bloquear o c digo correspondente conta mas os demais comandos n o ser o efetuados A aplica o do conceito de atividade via camada de Sess o permite solucionar este problema garantindo a atomicidade da opera o A opera o completa pode ser vista como uma atividade Assim ap s a recep o de uma primitiva S ACTIVITY START indication o computador do banco ficaria armazenando as mensagens de comando at a recep o de uma primitiva S ACTIVITY END indication S neste momento os comandos seriam efetivados pelo computador Uma outra propriedade interessante das atividades a capacidade de ser interrompida e retomada sem a perda das informa es Isto pode ser feito atrav s da primitiva S ACTIVITY INTERRUPT que permite iniciar uma nova atividade e retomar aquela ao final desta segunda atividade a partir do ponto onde ela tinha sido interrompida Um exemplo t pico aquele da transfer ncia de um arquivo d
296. o e transfer ncia de arquivos FTAM Em 1987 foi publicada pela ISO a vers o definitiva da norma de servi os de acesso e transfer ncia de arquivos FTAM File Transfer Access and Management com o n mero ISO 8571 A norma cobre um dos assuntos mais importantes da interconex o de sistemas uma vez que ela normaliza o protocolo que permite oferecer os servi os de acesso e transfer ncia de arquivos FTAM permite a transfer ncia do todo ou de parte de um arquivo ao destinat rio ou a uma esta o sistema distante oferecendo ainda servi os de controle de erros retomada imediata ou n o controle de acesso a arquivos acesso seletivo prote o etc e modifica o dos atributos de um arquivo O tratamento de arquivos via FTAM baseado no conceito de arquivo virtual que permite representar para os servi os FTAM o arquivo real A rela o entre estes elementos apresentada na figura 2 3 8 3 A no o de arquivo virtual permite tornar transparente ao usu rio as diferentes formas de armazenamento e os m todos de acesso dos sistemas de arquivo real FTAM permite estabelecer as rela es entre o sistema de arquivos real e os sistemas de arquivos virtuais Um servidor virtual de arquivos reagrupa todas as informa es relativas aos arquivos permitindo conhecer o estado de um arquivo num dado instante O modelo definido para o servidor de arquivos virtuais cont m atributos os mais gen ricos poss veis quanto representa
297. o meio no qual ele havia sido introduzido Desta forma a luz poder ser propagada ao longo do meio em dist ncias de v rios quil metros fonte de NI a Sil cio 31 Figura 2 3 3 Princ pio da transmiss o em fibras ticas Atualmente os suportes de comunica o base de fibra tica s o utilizados em redes de comunica o em longa dist ncia substituindo sistemas mais antigos base de cabos coaxiais Isto dever continuar a ocorrer nos pr ximos anos contribuindo para que se tenha num futuro pr ximo em dist ncias relativamente grandes sistemas de comunica o oferecendo altas taxas de transmiss o garantindo assim o envio de grandes volumes de informa o Em redes locais industriais tamb m se v m procurando adotar a tecnologia das fibras ticas nos ltimos anos Um problema por m associado s caracter sticas das redes locais o da defini o dos n s de rede particularmente no que diz respeito s deriva es uma vez que estas frequentemente t m topologia em barramento Uma alternativa a constru o de redes em anel constitu das de liga es ponto a ponto A realiza o das deriva es em fibra tica pode se basear em duas diferentes t cnicas A primeira consiste da defini o de uma deriva o passiva composta de uma bifurca o simples do filamento tico O inconveniente desta t cnica a perda de intensidade do sinal luminoso em cada bifurca o o que limita
298. o n mero m ximo de n s a serem implementados A segunda t cnica baseia se no repetidor ativo onde a luz proveniente do suporte a base de fibra tica convertida novamente em sinal el trico em cada deriva o Estes s o transmitidos ao computador ou equipamento considerado e em seguida reconvertidos em sinal luminoso para a continuidade da transmiss o ao longo da rede Uma desvantagem desta t cnica que no caso de pane de um destes repetidores o funcionamento da rede como um todo tamb m ser comprometido Outro inconveniente o aumento do custo de realiza o das bifurca es que passam a exigir um pequeno circuito eletr nico em cada repetidor Por outro lado uma vez que os sinais s o reconstitu dos em cada repetidor a dist ncia entre cada n da rede pode ser grande assim como o n mero de pontos da rede sem limite te rico constituindo assim uma vantagem sobre os outros sistemas apresentados b transmiss o de dados sem guia f sico Como visto nas se es anteriores a transmiss o de dados utilizando guias f sicos altamente dependente da tecnologia de concep o do suporte de comunica o considerado Um outro problema ligado utiliza o de guias f sicos a necessidade dependendo da aplica o e da extens o da rede da instala o de sistemas de canaliza o para passagem do suporte de transmiss o Isto pode elevar consideravelmente o custo de uma rede em certas situa es Nestes casos
299. o pedidos de servi o desta e repassando os dados recebidos DTE e Subcamada MDS Medium Dependent Sublayer codifica os dados a enviar para um formato compat vel com o meio f sico a ser adotado Por enquanto somente foi especificada a subcamada MDS para o par tran ado onde se adota a codifica o tipo Manchester bif sico DCE e Subcamada MAU Medium Attachment Unit descreve o transceptor propriamente dito para o meio f sico DCE Para a camada f sica foram inicialmente propostos dois tipos de meio e meio H1 para aplica es em controle de processos em reas de seguran a intr nseca usando par tran ado com taxa de transmiss o de 31 25 Kbps cabo de at 1900 metros que tamb m utilizado para a alimenta o dos dispositivos de campo As topologias propostas s o barramento e estrela 234 e meio H2 para processos de controle de alta velocidade com taxa de transmiss o de 1 Mbps ou 2 5 Mbps topologia em barramento e dist ncia de 750 m para 1 Mbps ou 500 m para 2 5 Mbps com 32 esta es por segmento Propostas alternativas utilizando fibra tica e sinais de r dio est o sendo estudadas Camada de Enlace DIS Data Independent Sublayer MDS Medium Dependent Sublayer MAU Medium Attachment Unit Meio F sico Figura 4 7 A camada f sica do SP 50 3 4 4 3 A CAMADA DE ENLACE A camada de Enlace oferece quatro classes de fun es a serem implementados nas esta es de acordo co
300. o pino 4 RT S Request To Send A resposta do modem dada atrav s do sinal CTS Clear To Send pino 5 o que significa que o DTE pode iniciar a transmiss o Os dados s o ent o enviados pela linha TD Transmitted Data pino 2 No caso de uma transmiss o em duplex o DTE pode receber os dados de forma simult nea ao envio atrav s da linha RD Received Data pino 3 O pino 2 do DCE deve ser ligado ao pino 3 do DTE e vice versa terra de prote o 1 TD transmiss o de dados 2 RD recep o dos dados 3 RTS pedido de envio 4 Computador Modem ou CTS pronto para envio 5 Terminal DTE DCE DSR dados prontos 6 terra de sinaliza o comum 7 CD detec o do sinal da linha 8 DTR equip terminal de dados pronto 20 43 Figura 2 3 10 Sinais t picos da interface RS 232 C A liga o mais simples entre dois equipamentos utiliza apenas as linhas RD pino 3 para DB25 ou 2 para DB9 TD pino 2 para DB25 ou 3 para DB9 e terra pino 7 para DB25 ou 5 para DB9 onde o TD de um equipamento deve estar ligado ao RD do outro conforme ilustrado na figura 2 3 11 Figura 2 3 11 Conex o m nima via R 232 C 2 3 3 A CAMADA DE ENLACE DE DADOS A camada de Enlace de Dados tem por fun o oferecer um caminho para o transporte das informa es entre entidades da Camada de Rede que ser estudada na parte seguinte do documento Dentre os fatores com os qua
301. o que encarece o cabo Na transmiss o ass ncrona usado apenas um par de fios mas uma forma de sincroniza o a n vel de bits se faz necess ria para a determina o do momento de amostrar o sinal J que aqui n o h um sinal separado de sincroniza o necess rio garantir que o trem 39 de sinais contenha muitas transi es que podem ser detectadas facilmente por circuitos eletr nicos adequados e fazer a amostragem em um instante pr determinado ap s estas Para garantir a presen a de transi es suficientes no sinal de modo a permitir uma correta sincroniza o s o adotadas t cnicas alternativas de codifica o dos sinais O e 1 Uma destas t cnicas a codifica o RZ Return to Zero que usada em conjunto com a codifica o bipolar j vista anteriormente Aqui o sinal sempre retorna a zero entre dois d gitos consecutivos como ilustrado na figura 2 3 7 Isto tem o efeito de garantir a presen a de transi es mesmo que o sinal contenha uma longa segii ncia de sinais l gicos O ou 1 seguidos e que normalmente n o apresentariam transi es em uma codifica o bipolar simples A amostragem feita no meio do tempo bit contado a partir da detec o da transi o logicamente tanto o emissor quanto o receptor devem usar o mesmo tempo bit isto devem operar na mesma frequ ncia 1 1 0 0 1 12V 0V 12V tempo bit Figura 2 3 7 Codifica o RZ Outra t cnica a chamada codifica o N
302. o requeridos aqui n s a um custo da ordem de U 50 ou inferior Componente Pre o m dio Elemento Pre o m dio MAP Campo Cabo Coaxial U 2 5 m CLP US 3 000 Controlador U 5 000 Controle Rob 20 000 Demodulador U 1 500 PC U 2 000 Componente Pre o m dio Sensor Atuador U 50 a 1000 Ethernet IBM N CSMA CD US 500 1500 T O Bin ria U 50 a 1000 N Token Ring US 750 1500 Tabela 4 1 Pre os m dios de componentes de rede O Fieldbus deve atender igualmente aos requisitos impostos pelos sistemas discretos Manufatura e os sistemas cont nuos de produ o Controle de Processos Podem se considerar em principio tr s classes distintas de aplica o e sistemas Stand Alone nos quais as transa es ocorrem somente entre dispositivos ligados em um mesmo segmento de rede Aqui ter amos por exemplo sensores e atuadores ligados a um CNC dentro de uma m quina e sistemas em cascata nos quais dispositivos conectados a segmentos distintos podem trocar informa es por meio de um bridge Situa o t pica a encontrada em um SDCD Sistema Distribu do de Controle Digital e sistemas hier rquicos nos quais o segmento Fieldbus esta interligado via gateway a uma rede interligando dispositivos de um n vel hier rquico superior da automa o fabril o tipo de situa o encontrado em uma estrutura CIM O fluxo de dados nestas aplica es pode se dar em
303. olador ao atuador e ao terminal de v deo do operador simultaneamente A maioria dos dados transmitidos pelo barramento representada por objetos vari veis Cada objeto representado por um nome nico no sistema Um objeto por defini o elaborado por um nico transmissor produtor e levado em conta por qualquer n mero de receptores consumidores Devido ao uso da difus o os endere os de transmissores e receptores n o precisam ser conhecidos pelas aplica es A comunica o transcorre da seguinte forma figura 4 4 ID DAT rbitro Lo C P C RP_DAT rbitro Y C P C Figura 4 4 M todo de acesso ao meio do FIP a rbitro difunde identificador b Produtor difunde dados pedidos e Em uma primeira fase o rbitro difunde na rede o nome da vari vel objeto a ser transmitida quadro de identifica o e O produtor da vari vel difunde em seguida a informa o ligada ao identificador quadro de dados 225 e todos os consumidores interessados passam a copia la na fase final Cada esta o completamente aut noma O nico requisito imposto s esta es o de difundir por solicita o do rbitro de barramento a vari vel ou vari veis por elas produzidas Naturalmente as esta es devem tamb m ac
304. olis o pode ser ativada ao enviar um 1 e desativada ao enviar um 0 A transmiss o em uma dada esta o interrompida quando um 1 for enviado por ela e um O for lido Desta forma se todos os bits do identificador s o O a prioridade considerada m xima Se o cabe alho for transmitido at o fim sem colis o porque aquela mensagem era a mais priorit ria dentre as envolvidas na colis o e o resto da mensagem enviado Assim a mensagem mais priorit ria atropela as demais O m todo determinista e sendo conhecida a prioridade de uma mensagem pode se calcular o tempo de entrega da mesma no pior caso Um exemplo de opera o deste protocolo pode ser visto 175 na figura 2 10 No caso ali representado 5 esta es est o envolvidas na colis o inicial n s O at 4 sendo que as mensagens enviadas por cada uma delas tem headers com valores 000 mais priorit ria 001 010 011 e 100 menos priorit ria respectivamente Header do frame N 3 Figura 2 10 Conten o n o destrutiva Ap s o envio do primeiro bit do header de cada mensagem 0 0 0 O e 1 respectivamente a esta o de numero 4 desiste enviou um 1 e leu um O resultante de O AND O AND O AND 0 AND 1 Ap s o envio do segundo bit os n s 2 e 3 desistem ambos enviaram 1 e leram 0 Ap s o envio do terceiro bit o n 1 desiste enviou 1 e leu 0 e o n O transmite seus dados at o fim mais priorit rio Em tentativas sucessivas por part
305. olos de transporte particularmente do ponto de vista do modelo OSI 2 3 5 1 O servi o oferecido camada de Sess o 85 Segundo o modelo OSI os usu rios da camada de Transporte s o as entidades de Sess o s quais deve ser oferecido o servi o confi vel de transporte dos bits de informa o fim a fim este servi o sendo fornecido atrav s de uma entidade de software ou de hardware denominada entidade de transporte De maneira similar camada de Rede a de Transporte pode fornecer duas classes de servi o ou seja sem conex o e orientados conex o Os servi os de Transporte orientados conex o s o caracterizados pelas tr s etapas j descritas para outros n veis do modelo OSI isto estabelecimento de conex o transfer ncia de dados e libera o da conex o Estes servi os s o bastante similares aos servi os oferecidos pela camada de Rede o que poderia colocar em d vida a necessidade desta camada No entanto a sua exist ncia se justifica pela necessidade de servi os de supervis o da camada de Rede do ponto de vista das entidades efetivamente envolvidas na comunica o Trata se aqui de uma supervis o fim a fim uma vez que at o n vel de Rede as comunica es se fazem ponto a ponto Outra contribui o importante da camada de Transporte que ela permite a utiliza o de primitivas de servi o padr o pelas diversas aplica es constru das sobre a rede efetuando um perfeito isolamento em r
306. on Program Interfaces e RPC uma parte do protocolo TCP IP que providencia uma interface de aplica o que permite a comunica o entre dois programas os quais s o executados em dois hosts diferentes processamento cooperativo processamento cliente servidor Transferencia de arquivos e FTP File Transfer Protocol uma parte do protocolo TCP IP que providencia uma maneira de realizar a transfer ncia de arquivos entre hosts UNIX O usu rio tem que se identificar para o host de onde o arquivo ser transferido ou seja tem que ser um usu rio conhecido no host servidor e TFTP Trivial File Transfer Protocol um simples protocolo para transferir arquivos entre dois hosts N o leva em considera o nenhuma prote o e autentica o de usu rio Aplica es gr ficas e XWINDOW X Window System uma parte do protocolo TCP IP o qual providencia apresenta o em forma gr fica Impress o remota e LPR Line Printer Redirection executa o redirecionamento de arquivos de impress o para um host atrav s de uma rede TCP IP e LPD Line Printer Daemon servidor de impress o para hosts remotos em uma rede TCP IP Execu o remota e RSH Remote Shell Protocol executa um shell remotamente em outro host atrav s de uma rede TCP IP e REXEC Remote Execution Command Protocol um servidor o qual permite a execu o de um comando REXEC de um host remoto atrav s de uma rede TCP IP 246
307. onectar um n mero relativamente grande de redes de uma forma transparente ao usu rio do servi o Em aplica es onde haja necessidade de interliga o de mais de duas subredes um roteador dever certamente ser o elemento escolhido para realizar a conex o em lugar de uma ponte Em aplica es industriais por exemplo um bom n mero de empresas se caracteriza por possuir suas usinas fornecedores dep sitos lojas de venda etc em locais geogr ficamente dispersos A fim de trocar informa es entre estes setores a conex o das diversas redes locais a uma rede de longa dist ncia pode ser viabilizada atrav s de um roteador Um papel importante desempenhado pelos roteadores est na interconex o de redes heterog neas Quando um pacote pertencente a uma subrede implementando um protocolo X deve ser encaminhado a uma subrede implementando um protocolo Y o roteador dever realizar as convers es de formato necess rias para que o pacote seja encaminhado respeitando os requisitos impostos pelo protocolo Y A interconex o entre subredes atrav s de um roteador ilustrada nas figuras 2 4 7 2 4 8 AS PASSARELAS GATEWAYS Os gateways s o os elementos de interconex o de concep o mais complexa A sua import ncia no que diz respeito s necessidades de interconex o das redes o fato de que nem todas as redes de comunica o implantadas e em funcionamento atualmente foram constru das com base no modelo OSI muitas solu es
308. onsultar uma secund ria Desta forma o ltimo quadro de uma sequ ncia de quadros de resposta enviados por uma esta o secund ria conter o bit F a 1 No segundo modo resposta ass ncrona e balanceada ABM o 66 recebimento de um quadro com o bit P a 1 indica que a esta o secund ria deve enviar o pr ximo quadro com o bit F tamb m a 1 Os bits S s o utilizados para identificar comandos de supervis o particularmente para comandos de reconhecimento e de controle de fluxo A tabela abaixo mostra as poss veis combina es dos bits S e os comandos respostas associados S S C digo Comando Resposta 0 0 RR Receiver Ready Receptor Pronto 1 0 RNR Receiver Not Ready Receptor N o Pronto 0 1 REJ Reject Rejeitado 1 1 SREJ Selective Reject Recusa Seletiva Os bits M s o utilizados para identificar comandos e respostas n o numeradas Eles permitem nos quadros sem numera o representar 32 diferentes comandos e respostas entre os quais DISC para terminar uma conex o de enlace previamente estabelecida FRMR para indicar a rejei o de um quadro SNRM Set Normal Response Mode Connect SABM Set Asynchronous Balanced Mode UA Unnumbered ACK UP Unnumbered Poll usado pelo mestre em NRM etc A opera o do protocolo pode ser ilustrada como segue e Inicio de opera o e ajuste do modo de opera o e estabelecimento de uma conex o frame SNRM ou SABM e parceiro respon
309. ontrole de erros de transmiss o de quadros Neste caso o quadro deve ser retransmitido para garantir a integridade da informa o transferida Por outro lado deve se tamb m evitar m ltiplas retransmiss es de um mesmo quadro o que pode provocar a sua duplica o por exemplo se o quadro de reconhecimento perdido Uma outra fun o desta camada evitar uma alta taxa de envio de dados da parte do emissor no caso do sistema receptor n o ter capacidade de absorver a informa o mesma 19 taxa Este mecanismo deve permitir informar ao emissor a necessidade de armazenamento dos dados a transmitir controle de fluxo de quadros A Camada de Rede respons vel pela gest o de sub redes ela define a forma como os pacotes de dados ser o encaminhados do emissor ao receptor roteamento Os caminhos a serem utilizados podem ser definidos em fun o de tabelas est ticas ou determinados dinamicamente no momento de cada di logo em fun o das condi es de tr fego da rede Esta camada deve ainda efetuar a gest o dos problemas de congestionamento provocados pela presen a de uma quantidade excessiva de pacotes de dados na rede Ela deve finalmente resolver todos os problemas relacionados interconex o de redes heterog neas particularmente e incompatibilidades no endere amento incoer ncias em rela o aos tamanhos das mensagens etc A Camada de Transporte representa uma interface entre as camadas orientada
310. ora n o envia o quadro de reconhecimento esperado e a esta o emissora tenta a emiss o novamente ap s um determinado tempo O protocolo CSMA 1 persistente altamente influenciado pelo tempo de propaga o dos quadros no suporte de transmiss o Isto ilustrado pelo exemplo de duas esta es A e B querendo emitir um quadro Vamos supor que A detecta o meio livre e emite um quadro em seguida B vai escutar o meio para ver o seu estado se o atraso de propaga o do quadro emitido por A tal que o sinal ainda n o pode ser detectado a n vel da esta o B ent o esta vai considerar o meio livre e emitir o seu quadro gerando naturalmente uma colis o Isto significa que quanto maior o tempo de propaga o no suporte de comunica o pior o desempenho do protocolo devido ocorr ncia de colis es Na verdade embora as probabilidades n o sejam muito grandes as colis es podem ocorrer mesmo se o tempo de propaga o considerado nulo Vamos supor agora as esta es A e B com quadros a transmitir mas que uma terceira esta o C est utilizando o meio Neste caso as duas esta es v o aguardar a libera o do meio e quando este estiver liberado ambas v o emitir seus quadros caracterizando a colis o Outro exemplo de protocolo CSMA o CSMA n o persistente Segundo este protocolo as esta es comportam se de maneira menos afoita para o envio de mensagens Assim uma esta o que deseje emitir um quadro vai escutar o
311. orma a exemplificar como os tempos de entrega de mensagens podem ser calculados No CSMA DCR o determinismo garantido atrav s de busca em rvore bin ria balanceada As prioridades s o atribu das a cada esta o e n o s mensagens recebendo aqui o nome de ndices Para operar corretamente cada esta o deve conhecer e o status do barramento que pode ser e livre e ocupado com transmiss o e ocupado com colis o e seu pr prio ndice prioridade e n mero total de ndices consecutivos alocados fontes de mensagens Q O tamanho da rvore bin ria q a menor pot ncia de 2 maior ou igual a Q ex Q 12 q 16 O protocolo opera como CSMA CD at a ocorr ncia de uma colis o Em caso de 2 colis o iniciado um per odo de resolu o por busca em rvore bin ria denominado poca Todas as esta es envolvidas na colis o se auto classificam em dois grupos os vencedores ou Winners W e os perdedores ou Losers L e W ndices entre 0 q 2 e L ndices entre q 2 q As esta es do grupo W tentam nova transmiss o Se ocorrer nova colis o realizada uma nova divis o em grupos e W 0 q 4 e L q 4 q 2 Se n o ocorrer nova colis o s sobrou uma esta o no grupo W a esta o restante transmite seu quadro de dados 178 As esta es do grupo L desistem e aguardam termino de transmiss o bem sucedida de outro n seguida de meio livre
312. orrer o anel tempo de um ciclo de varredura depende do n mero de esta es escravas e determin stico O n mero m ximo de entradas e sa das suportadas pelo Interbus S de 2048 que podem ser varridas em 7 2 ms A dist ncia entre esta es consecutivas no anel pode chegar at 400 metros O n mero m ximo de esta es 256 de modo que o anel do INTERBUS S pode chegar a ocupar 13 Km sem repetidores A taxa de transmiss o de 500 Kbps As informa es que o mestre envia para os escravos podem ser dados de processo tais como comandos a executar ou valores a colocar em uma sa da ou par metros de configura o do escravo Os dados de processo s o em geral sujeitos restri es temporais opera o em tempo real ao passo que os par metros de configura o em geral s s o necess rios no inicio de opera o ou em alguns instantes de tempo posteriores n o sendo em geral sujeitos restri es temporais Os par metros de configura o s o enviados em time slots reservados para este fim no quadro somado 261 A n vel da camada de aplica o o Interbus S define um conjunto de servi os denominado PMS Peripherals Message Services que consiste de um subconjunto dos servi os do MMS da rede MAP Os servi os PMS incluem e gerenciamento de conex es e identifica o e verifica o de status e gerenciamento de objetos e acesso a vari veis read write update etc e gerenciamento de programas dow
313. os tipos SET OF conjunto n o ordenado de elementos de um mesmo tipo CHOICE escolha de um tipo entre uma lista de tipos O construtor SEQUENCE permite construir uma estrutura de dados cujos campos sejam de tipos diferentes Ele bastante similar a um record em Pascal como j foi visto no exemplo anteriormente apresentado SEQUENCE OF permite construir vetores de elementos de um mesmo tipo O construtor SET similar ao SEQUENCE com uma diferen a apenas 126 os elementos de um SET n o s o ordenados como no caso do SEQUENCE Da mesma forma SET OF similar a SEQUENCE OF a mesma diferen a sendo v lida para este caso O construtor CHOICE permite especificar um dado cujo formato pode assumir diversas op es Um exemplo da utiliza o deste construtor mostrado abaixo PDU Comando CHOICE Comando local Comando remoto Al m dos tipos primitivos e construtores existem ainda os tipos pr definidos de ASN 1 como por exemplo e NumericString que define uma lista de numerais de O a 9 mais os brancos e PrintableString que define uma lista cujos elementos podem ser as letras mai sculas as min sculas os n meros e os caracteres seguintes e GeneralizedTime para definir datas e horas Existe ainda em ASN 1 a possibilidade de expressar estruturas de dados onde alguns dos campos possam ou n o estar presentes em tempo de execu o s o os campos opcionais Isto representado atrav s da
314. ostra a figura 2 3 44 APRESENTA O SSAP ENTIDADE DE SESSAO servi os oferecidos camada de apresen ta o servi os oferecidos camada de sess o COSAP 4 COFSAP TRANSPORTE protocolo de TRANSPORTE sessao Figura 2 3 43 Posi o da camada de Sess o no modelo OSI Em 2 3 44 a mostrada uma correspond ncia de 1 a 1 entre uma conex o de Sess o e uma de Transporte Por outro lado como mostrado em 2 3 44 b pode se utilizar uma mesma conex o de Transporte para suportar diferentes sess es consecutivas Ainda pode se ter o quadro inverso onde pela quebra de uma conex o de Transporte a abertura de uma nova providenciada para garantir a continuidade de uma mesma sess o Este ltimo cen rio ilustrado em 2 3 44 c se caracteriza por exemplo quando as entidades de Transporte assumem a tarefa de retomada de di logo ap s uma pane Sess o O Sess o O Sess o 90 Ceea Transporte ecra a b c Figura 2 3 44 Diferentes rela es entre conex o de Sess o e de Transporte a correspond ncia 1 a 1 b v rias conex es de Transporte para uma nica sess o c uma conex o de Transporte para v rias sess es 2 3 6 2 Sess o x Transporte similaridades e diferen as 107 Da mesma forma como foi visto para camadas inferiores o di logo via esta camada caracterizado pelas tr s etapas a seguir estabelecimento de sess o transfer ncia de
315. ote encaminhado ao equipamento considerado Caso contr rio este ser despachado pela ponte para a outra sub rede Normalmente as pontes implementam um algoritmo de aprendizagem utilizado para inicializar a tabela de endere amento existente em cada uma delas 154 Do ponto de vista do desempenho as pontes s o elementos de interconex o que apresentam um tempo de resposta relativamente curto uma vez que em grande parte de sua opera o os pacotes n o sofrem nenhum processo de reformata o para serem despachados Um caso bastante comum encontrado nas empresas a necessidade de interconex o de redes Ethernet com as redes do tipo Token Ring Anel com Ficha Um primeiro problema a resolver neste caso a grande diferen a estrutural dos pacotes utilizados por cada um destes tipos de rede Uma rede Ethernet utiliza pacotes cujo tamanho n o deve ultrapassar os 1 500 bytes uma rede Token Ring a 4 Mbit s pode transmitir pacotes de at 4 000 bytes Uma ponte orientada interconex o destes dois tipos de rede deve ent o oferecer a possibilidade de segmenta o dos pacotes de grandes dimens es das redes Token Ring em pacotes menores da Ethernet Dado que no modelo OSI a independ ncia de redes uma das caracter sticas enfatizadas bem poss vel que as duas subredes utilizem suportes de transmiss o camada f sica distintos Um exemplo disto a possibilidade do estabelecimento de interconex es por pontes nas arqui
316. pat vel com o padr o MAP e SINEC Ll1 sistema fieldbus propriet rio da Siemens e SINEC I2 rede fieldbus compat vel com a norma alem PROFIBUS oferecida em 3 vers es e SINEC L2 DP sistema desenvolvido para aplica es que exijam respostas r pidas especialmente aquelas envolvendo sistemas remotos de I O como CLPs ligados a sensores e atuadores Utiliza o padr o RS485 ou fibra tica na camada f sica Com a interface RS485 pode se ter um cabo de 1200 metros com uma taxa de transmiss o de 93 75 Kbps 1000 metros com taxa de 187 5 Kbps 200 metros com taxa de 1 5 Mbps ou 100 metros com taxa de 12 Mbps Suporta at 127 esta es em 4 segmentos de rede ligados por repetidores Prev uma opera o com mestre nico single master e escravos adotando portanto somente o protocolo 248 Mestre Escravos na subcamada MAC Usa somente servi os sem conex o e sem reconhecimento LLC tipo 1 Os servi os de aplica o s o basicamente voltados para leitura e escrita de vari veis remotas READ WRITE e SINEC L2 FMS sistema concebido para a troca de dados entre sistemas inteligentes aut nomos em sistemas de manufatura como CNCs CLPs RCs PCs etc ver figura 5 3 Utiliza tamb m o padr o RS485 ou fibra tica na camada f sica Como as esta es podem ser aut nomas utiliza na subcamada MAC os protocolos Token Passing conjuntamente com Mestre Escravos conforme previsto na norma PROFIBUS Tamb m suporta 127 esta
317. plexa o A multiplexa o um mecanismo muito utilizado na transmiss o de dados pois ela permite otimizar a utiliza o de um suporte de comunica o 41 Duas t cnicas de multiplexa o s o mais utilizadas a t cnica de Multiplexa o em Fregii ncia ou FDM Frequency Division Multiplexing e a t cnica de Multiplexa o no Tempo ou TDM Time Division Multiplexing A t cnica FDM consiste em permitir o compartilhamento da faixa de frequ ncias oferecida pelo suporte de comunica o entre diferentes usu rios Assim cada faixa de fregii ncias deve estar permanentemente alocada a um usu rio de forma exclusiva Um exemplo de aplica o desta t cnica consiste na transmiss o de ondas de r dio em ondas m dias onde a banda passante situa se entre 500 kHz e 1 500 MHz Diferentes portadoras situadas nesta faixa de fregii ncia s o atribu das a esta es de radiodifus o mantendo por m entre estas um espa o suficiente para evitar interfer ncias A mesma t cnica pode ser usada em redes para a transmiss o simult nea de v rios sinais sobre o mesmo guia f sico broadband A t cnica TDM consiste em permitir o compartilhamento da capacidade de transmiss o do suporte de comunica o entre as diversas esta es durante um curto espa o de tempo isto cada esta o disp e do meio s para si durante um intervalo de tempo Esta t cnica bastante utilizada em telecomunica es particularmente na telefonia on
318. podem existir diversas maneiras de conect los o que conduz a diferentes caminhos de envio de dados No exemplo mostrado na figura 2 1 5 os n s 1 e 5 podem ser conectados por pelo menos 10 caminhos diferentes e a escolha de qual caminho utilizar dever ent o ser realizada o que n o uma tarefa t o simples quanto possa parecer A fun o de escolha de uma caminho adequado recebe o nome de Roteamento 4 O Figura 2 1 5 Configura o com v rios computadores e terminais Ainda se a rede da classe ponto a ponto ou comuta o de pacotes o sistema de comunica o deve assegurar a correta transmiss o transporte da informa o de um ponto a outro Particularmente ser necess rio garantir que as mensagens enviadas ser o recuperadas e reconstitu das na ordem correta no ponto de chegada Um requisito tamb m importante o aspecto da codifica o das mensagens de modo a evitar o acesso a informa es de parte de usu rios alheios ao sistema considerado A esta fun o pode se eventualmente acrescentar t cnicas de compress o de dados necess ria se a informa o enviada demasiadamente redundante e o custo da comunica o alto 2 1 4 2 Quest es organizacionais Uma vez listadas as diferentes necessidades relacionadas a uma rede de comunica o a quest o que se coloca a da viabilidade de um projeto de rede dada a quantidade de fun es a implementar 12 2 Uma outra quest o
319. propriet rias e padr es de fato sendo adotados na forma de redes locais Isto significa que est longe do incomum a necessidade de interliga o de redes baseadas no modelo OSI com redes n o OSI Isto requer ent o a constru o de um equipamento de interconex o que seja capaz de compatibilizar as diferen as estruturais e de protocolo existentes entre as duas redes Este equipamento o gateway 156 SUBREDE A SUBREDE B Camada 1 ROTEADOR mao mena SUBREDE B SUBREDE A ROTEADOR SUBREDE D SUBREDE C Figura 2 4 7 Roteador interligando subredes n vel OSI 3 Os gateways s o elementos que devem possuir dois stacks de protocolos um sendo baseado na arquitetura a 7 camadas do modelo OSI e o outro baseado na arquitetura propriet ria considerada figura 2 4 8 Normalmente os gateways s o constru dos com uma orienta o a uma dada aplica o como por exemplo a interconex o entre uma rede propriet ria e uma rede MAP Um exemplo disto a interconex o de uma rede com arquitetura SNA propriet ria da IBM na qual um mainframe IBM est interconectado com uma rede MAP O gateway a ser constru do para realizar esta conex o deveria possuir as 7 camadas OSI like definida pela arquitetura MAP um programa de aplica o para realizar a transfer ncia de arquivos e um conjunto de protocolos necess rios para a comunica o dentro da rede SNA 2 4 9 CONCENTRADORES Apes
320. ra 2 3 46 a comunica o full duplex b comunica o half duplex com ficha 2 3 6 4 A sincroniza o A camada de Sess o deve cobrir igualmente os problemas relacionados sincroniza o Esta tarefa til para a manuten o da coer ncia do estado entre dois usu rios interlocutores em caso de erro ou outro problema Apesar de que a camada de Transporte tenha por princ pio a fun o de cobrir todos os problemas relacionados retomada ap s erros ou panes esta camada cobre unicamente os problemas relacionados transmiss o de dados propriamente dita n o levando em conta os problemas que podem ocorrer nas camadas superiores Estes erros podem ocasionar perdas de dados que a camada de Transporte incapaz de detectar uma vez que esta n o a sua fun o A camada de Sess o vem ent o ao socorro do sistema efetuando a tarefa de sincroniza o atrav s da inser o a n vel dos dados de pontos de sincroniza o que permitem manter a sess o num estado correspondendo a um antigo ponto de sincroniza o A figura 2 3 47 a ilustra o procedimento de inser o de pontos de sincroniza o Um exemplo disto pode ser ilustrado na transmiss o de um documento via rede no qual este pode ser decomposto em p ginas s quais se pode associar os pontos de sincroniza o Neste caso a resincroniza o vai consistir na retransmiss o do documento a partir de uma dada p gina que estava sendo transmitida quando o problem
321. ra 2 9 Controle de acesso por passagem de ficha Token Ring variantes determin sticas do CSMA Recentemente uma s rie de trabalhos de pesquisa e desenvolvimento tem se preocupado com a defini o de protocolos determin sticos baseados em CSMA devido as vantagens decorrentes da n o necessidade de uma entidade controladora de acesso como a esta o mestre no m todo mestre escravos ou o token no m todo Token Passing Cada esta o pode tentar transmitir sempre que tiver mensagens pendentes configurando assim um sistema de comunica o com comando distribu do e com elevada autonomia dos n s O problema b sico est em como resolver o problema decorrente das colis es Alguns exemplos de solu es s o apresentados a seguir e Cabe alhos For antes Forcing Headers Neste m todo de acesso ao meio cada mensagem iniciada por um cabe alho header composto de uma s rie de bits que definem sua prioridade N o podem haver duas mensagens com prioridades id nticas em uma mesma aplica o A transmiss o de um quadro inicia sempre pelo cabe alho que enviado bit a bit em velocidade relativamente baixa de modo a permitir que o sinal se propague pelo barramento e retorne ao emissor Ap s o envio de cada bit o n vel de sinal do barramento lido Os bits s o codificados de forma que uma colis o tem efeito equivalente a executar uma opera o l gica AND sobre cada bit enviado ao barramento para isto a detec o de c
322. res ativos ou Comutadores Switchers tem intelig ncia local e podem chavear mensagens simult neas para destinos diferentes em alta velocidade figura 2 4 10 Permitem uma melhora significativa de desempenho da rede uma vez que subdividem o sistema em v rias sub redes que podem operar de forma independente Figura 2 4 9 HUB 158 Figura 2 4 10 Switcher 3 AS REDES LOCAIS INDUSTRIAIS 3 1 INTRODU O A fabrica o de produtos ou o fornecimento de um servi o da parte de uma empresa p e em jogo uma s rie de atividades e etapas dedicadas manuten o e ao aprimoramento do produto ou do servi o A implementa o destas etapas atrav s de processos com maior ou menor grau de automatiza o fica a crit rio da empresa A tend ncia de informatiza o crescente das empresas e outras organiza es por um lado permite acelerar cada processo fazendo parte das atividades de fabrica o de um produto ou do oferecimento de um servi o e por outro lado cria uma nova necessidade no que diz respeito ao modo como as informa es ser o trocadas As redes locais industriais permitem levar em conta as particularidades de um processo de fabrica o do ponto de vista das necessidades de comunica o tais como o compartilhamento de recursos evolutividade gerenciamento da heterogeneidade e os diversos tipos de di logo podendo ocorrer no ambiente industrial Ainda a n vel de um processo d
323. res e instrumentos de medi o O Bitbus um concorrente comercial largamente difundido para os sistemas atualmente propostos para padroniza o do Fieldbus e apresenta a exemplo destes sistemas uma arquitetura de apenas tr s camadas Na camada f sica utilizada a interface padr o RS 485 com par tran ado e taxas de transmiss o de 62 5 Kbps at 2 4 Mbps modo s ncrono com 4 fios No modo ass ncrono a rede requer apenas 2 fios e opera com taxas de transmiss o de at 1 Mbps Cada segmento da rede suporta no m ximo 28 esta es mas atrav s de repetidores podem ser conectados at 250 elementos na rede Para a camada de enlace o Bitbus emprega o protocolo SDLC Synchronous Data Link and Control um sub conjunto do protocolo HDLC padronizado pela ISO O processador Intel 8044 implementa este protocolo a n vel de hardware permitindo assim uma execu o extremamente r pida do mesmo A n vel da camada de aplica o a INTEL definiu um conjunto de servi os denominados RAC Remote Access and Control especialmente concebidos para atender aplica es envolvendo sensores e atuadores que s o apresentados na tabela 5 3 Servi o Fun o de Acesso Fun o de Comando Reset Slave X Create_Task Delete_Task Get_Function_ID RAC Protect Read_IO Write IO Update TO Upload Memory XIX IX Download Memory OR IO AND TO XOR TO Status Read Status Write lt lt XIX x
324. resenta as primitivas de servi o dispon veis pela camada de Rede do modelo OSI tanto para os servi os orientados conex o como para os sem conex o SERVI O ORIENTADO CONEX O N_CONNECT request called calling acks wanted exp wanted gos user data N CONNECT indication called calling acks wanted exp wanted gos user data N CONNECT response responder acks wanted exp wanted gos user data N CONNECT confirm responder acks wanted exp wanted gos user data N DISCONNECT request source reason user data responding address N DISCONNECT indication source reason user data responding address N DATA request user data N DATA indication user data N DATA ACKNOWLEDGE request N DATA ACKNOWLEDGE indication N EXPEDITED DATA request user data N EXPEDITED DATA indication user data N RESET request source reason N RESET indication source reason N RESET response N RESET confirm SERVI O SEM CONEX O N UNITDATA request source address dest address qos user data N UNITDATA indication source address dest address gos user data 71 N FACILITY request gos N FACILITY indication dest address gos reason N REPORT indication dest address gos reason N CONNECT request a primitiva utilizada para requisitar o estabelecimento de uma conex o de Rede e atrav s de seus par metros deve se indicar o endere o ao qual se deseja conectar calli
325. resenta elevada sensibilidade ru dos perturba es eletromagn ticas Na transmiss o serial mais adequada a comunica o entre equipamentos separados por grandes dist ncias os bits s o encaminhados serialmente atrav s de uma nica linha de comunica o usualmente com 2 ou 4 condutores Pode se considerar outros par metros para a classifica o dos modos de transmiss o como por exemplo a forma de sincronia entre emissor e receptor associada temporiza o No caso particular das transmiss es seriais a forma de delimitar os bits pode levar em conta duas diferentes filosofias a transmiss o s ncrona e a transmiss o ass ncrona Na transmiss o s ncrona os bits de dados s o enviados segundo uma cad ncia pr definida obedecendo a um sinal de temporiza o clock O receptor por sua vez conhecendo os intervalos de tempo que permitem delimitar um bit poder identificar a sequ ncia dos bits fazendo uma amostragem do sinal recebido Na transmiss o ass ncrona n o existe a fixa o pr via de um per odo de tempo de emiss o entre o transmissor e o receptor A separa o entre os bits feita atrav s de um sinal 35 especial com dura o vari vel Um caso t pico de transmiss o ass ncrona a transmiss o de caracteres neste caso a cada grupo de bits constituindo um caracter s o adicionados bits especiais para representar o in cio start bit e final deste stop bit Neste tipo de comunica o
326. ria como e complemento 1 valor negativo computado por simples invers o de bits 127 0111 1111 msb 0 gt 127 1000 0000 msb 1 gt e complemento 2 valor negativo computado por invers o de bits e somando 1 ao resultado 127 0111 1111 127 1000 0001 que seria 126 em complemento 1 118 e sinal magnitude msb define sinal demais bits definem valor 127 0111 1111 msb 0 gt 127 11111111 msb 1 gt e caracteres alfanum ricos podem ser representados em ASCII ou EBCDIC 534 em ASCII 0011 0101 0011 0011 0011 0100 534 em EBCDIC 1111 0101 11110011 1111 0100 e IBM 370 usa BCD para decimais 534 em BCD 0000 0101 0011 0100 e Decimal bin rio Motorola x Intel 534 bin rio Intel 0001 0110 0000 0010 534 bin rio Motorola 0000 0010 0001 0110 Isto significa que quando dois ou mais computadores devem ser conectados via uma rede um trabalho de convers o dever ser realizado No caso de arquiteturas de comunica o que adotem como refer ncia o modelo OSI a solu o situa se a n vel da camada de Apresenta o Para compatibilizar diferen as de representa o de dados necess rio realizar uma convers o do formato local de cada equipamento para um formato padr o com as caracter sticas seguintes e o mecanismo deve permitir a descri o de estruturas de dados complexas a serem intercambiadas tais como arrays records structs unions etc e o mecanismo deve supor
327. ribu da pelo campo e favorece o surgimento de dispositivos com capacidades locais de processamento cada vez mais sofisticadas A integra o total dos equipamentos permitir altera es nos procedimentos de opera o das plantas industriais O Fieldbus dever tamb m propiciar a intercambiabilidade a n vel de sensores atuadores transmissores e controladores trazendo ao usu rio uma maior flexibilidade na compra de produtos e abrindo espa o para novos fabricantes 239 3 5 AN LISE DE ALGUNS PRODUTOS COMERCIAIS 3 5 1 Introdu o Discutiremos brevemente neste cap tulo algumas solu es de mercado Como existe uma imensa variedade de produtos comerciais nos limitamos aqui a citar alguns dos mais difundidos sem pretens es de apresentar uma lista completa 3 5 2 Redes para Instrumenta o A interface de rede dominante na rea de instrumenta o mult metros oscilosc pios e outros instrumentos hoje microprocessados a GPIB General Purpose Interface Bus barramento de interface de prop sito geral A origem deste sistema um produto da Hewlett Packard denominado HP IB Hewlet Packard Interface Bus que passou a ser norma americana sob a designa o IEEE 488 1 e posteriormente norma internacional sob a designa o IEC 625 1 GPIB opera como um barramento paralelo constitu do de 16 linhas com sinal ativo baixo referenciado a um terra comum Sinais com tens o acima de 2V s o considerados como l gico 0 e abai
328. ridade maior Isto ilustrado na figura 2 11 onde 5 esta es emitem mensagens simultaneamente com pre mbulos de comprimentos diferentes Preambulo do frame Frane a enviar Figura 2 11 N s enviando mensagens com pre mbulos de comprimento diferente O diagrama da figura 2 12 mostra as mensagens lado a lado Mensagem do n 4 Mensagem do n 3 Mensagem do n 2 Mensagem don 1 Mensagem do n O Instantes de in cio de detec o de colis o em cada esta Figura 2 12 Situa o no instante de rein cio de detec o de colis o Como vemos na figura 2 12 a mensagem do n 4 possui o pre mbulo mais curto e desiste ap s reiniciar a detec o de colis o O mesmo acontece com as esta es 3 2 e 1 nos instantes seguintes Quando a esta o O reativa a detec o de colis o j n o h mais nenhuma outra esta o transmitindo e ele termina de enviar sua mensagem Em novas tentativas sucessivas as esta es 1 2 3 e por ltimo 4 ter o sucesso respectivamente 177 e CSMA DCR CSMA with Deterministic Collision Resolution neste protocolo realizada uma busca em rvore bin ria balanceada quando ocorrem colis es O protocolo id ntico ao usado na Ethernet at o momento em que ocorre uma colis o A partir deste momento o conflito resolvido de forma determinista como veremos a seguir Sua opera o ser descrita em mais detalhes que os protocolos anteriores de f
329. rvado pelo protocolo O campo TIPO permite identificar o tipo do pacote enviado o bit CM estando a 1 nos pacotes de controle e a O nos pacotes de dados O cabe alho de fato comum a todos os pacotes do X 25 J os campos a seguir s o espec ficos ao pacote CALL REQUEST Os dois campos seguintes TAM END INIC e TAM END RESP representam os tamanhos dos endere os do iniciador e do respondedor respectivamente Eles s o codificados na forma de d gitos decimais em 4 bits por campo O sistema de endere amento do X 25 similar ao do sistema telef nico onde cada usu rio identificado por um n mero decimal formado pelo c digo do pa s um c digo de rede e um endere o interior da rede correspondente este endere o podendo conter at 14 d gitos decimais O campo TAM FACILIDADES permite indicar o tamanho do campo seguinte FACILIDADES que por sua vez permite ao usu rio requisitar servi os especiais facilidades necess rios comunica o Um exemplo destas facilidades pode ser a chamada a cobrar PCV Finalmente o campo DADOS USU RIO permite ao DTE enviar at 16 bytes de informa o com o pacote CALL REQUEST O pacote de dados do X 25 mostrado figura 2 3 32 O bit Q indica dado qualificado Este bit n o tem grande utilidade no protocolo de Rede mas ele permite aos 82 protocolos das camadas superiores fazer a distin o entre suas mensagens de controle e suas mensagens de dados O campo CM sempre O p
330. rvi o de Aplica o FTAM que oferece estes servi os As tabelas a seguir apresentam uma s ntese das diferentes classes de servi os do MMS 215 Classe Primitivas de Servi o Coment rios Gest o de TakeControl s o encarregados da Sem foros RelinquishControl sincroniza o e do controle DefineSemaphore do acesso aos recursos de um DeleteSemaphore VMD pelos processos de ReportSemaphoreStatus aplica o ReportPoolSemaphoreStatus ReportSemaphoreEntryStatus Esta o Input controlam a entrada e sa da de Operador Output informa es via esta es de operador Gest o de DefineEventCondition permitem a defini o e o Eventos DeleteEventCondition tratamento de eventos via GetEventConditionAttribute servi os MMS A ReportEventConditionStatus possibilidade de associar a AlterEventConditionMonitoring execu o de um servi o MMS TriggerEvent aocorr ncia de um evento DefineEventAction um aspecto interessante DeleteEventAction implementado pelo GetEventActionAttributes Modificador AttachToEvent ReportEventActionStatus DefineEventEnrollment DeleteEventEnrolIment GetEventEnrolIment ReportEventEnrolIment AlterEventEnrolIment EventNotification AcknowledgeEventNotification GetAlarmSummary GetAlarmEnrolImentSummary AttachToEventModifier Gest o de ReadJournal permitem o salvamento de Jornal WriteJournal informa es sobre a execu o InitializeJournal de um VMD particularmente ReportJournalStatus
331. s comunica o 1 2 e 3 e as camadas orientadas aplica o 5 6 e 7 Ela recebe os dados enviados da camada de sess o devendo decomp los se for o caso em unidades de dados menores parti o e garantir que todas as partes da mensagem v o ser transmitidas corretamente outra extremidade Esta fun o deve ser suprida de maneira eficiente inclusive sem que a camada de Sess o tome conhecimento de poss veis altera es na tecnologia da parte material da rede Esta camada cria normalmente uma conex o de rede para cada conex o de transporte requerida pela camada de Sess o embora se as necessidades de velocidade de transmiss o s o justificadas ela possa estabelecer diversas conex es de rede para uma mesma conex o de transporte Por outro lado se o custo da manuten o de uma conex o de rede considerado elevado esta camada pode efetuar a fun o inversa ou seja a multiplexa o de v rias conex es de transporte sobre uma mesma conex o de rede esta tarefa sendo feita de modo transparente para a camada de Sess o Ela deve determinar tamb m o tipo de servi o oferecido camada de Sess o e conseqgiientemente aos usu rios da rede Uma conex o de transporte t pica aquela de um canal ponto a ponto livre de erros de transmiss o transmitindo as mensagens na mesma ordem em que elas foram enviadas Por outro lado outras classes de servi os podem fornecer uma conex o capaz de enviar as mensagens de mo
332. s Springer Verlag Sep 1995 23 Diversos autores Feldbus Edi o especial da revista Elektronik Plus Franzis Verlag GmbH Miinchen Alemanha 1992 24 Echolon LonTalk protocol specification Version 3 0 USA 1994 276
333. s os protocolos determin sticos e os n o determin sticos Os protocolos de acesso determin sticos s o caracterizados pela concess o do direito ao acesso independentemente das necessidades de transmiss o de cada n da esta o Dentre os protocolos conhecidos desta classe podemos destacar o protocolo TDMA Time Division Multiple Access onde o acesso dado a cada esta o considerando faixas de tempo bem definidas Este m todo apresenta um baixo desempenho uma vez que muito tempo pode ser perdido no caso de esta es que n o tenham mensagens a transmitir Outro exemplo de protocolos de acesso determin sticos s o aqueles baseados na passagem de ficha token passing onde uma ficha correspondendo ao direito de transmiss o passada de esta o a esta o da rede Ao receber a ficha uma esta o que n o tenha mensagens a transmitir repassa a ficha esta o seguinte na lista de esta es compondo a rede Vamos analisar alguns destes protocolos mais adiante nesta se o Os protocolos de acesso n o determin sticos podem ser tamb m denominados protocolos de competi o uma vez que as esta es querendo transmitir v o competir pelo meio de transmiss o Estes protocolos s o mais adaptados s condi es de transmiss o da rede local Um exemplo desta classe s o os protocolos de tipo CSMA cujas varia es ser o estudadas nos par grafos a seguir a Os protocolos n o determin sticos CSMA persistente e n o p
334. s poder amos identificar at 2140 livros No entanto n o existem bibliotecas no mundo que possuam esta quantidade de livros Assim se ao inv s de identificarmos os livros pelo seu t tulo escolhermos um sistema de numera o poderemos diminuir em muito a quantidade de bits necess ria para a identifica o de um livro de qualquer biblioteca b Codifica o dependente da fregii ncia Em determinadas aplica es muitos s mbolos de um alfabeto s o muito mais utilizados que outros Nos textos em Ingl s por exemplo a letra E aparece 100 vezes mais frequentemente que a letra Q a palavra THE aparecendo 10 vezes mais que BE Baseados nestas informa es os dados podem ser codificados de tal forma que s mbolos ou sequ ncias de s mbolos sabidamente mais frequentes que outros sejam representados de uma forma especial simplificada no que diz respeito quantidade de informa o necess ria As t cnicas consistem normalmente em codificar os s mbolos mais frequentes por c digos curtos e os menos frequentes por c digos mais longos c Codifica o baseada no contexto A t cnica apresentada acima baseada na ocorr ncia de s mbolos ou determinadas sequ ncias de maneira isolada como se a probabilidade de ocorr ncia dos s mbolos ou sequ ncias fosse independente daquela que os precede Na verdade estas probabilidades podem ser altamente dependentes da informa o precedente Por exemplo no caso
335. s requer cerca de 5 ms ASI Master 263 Figura 5 7 Configura o t pica de um segmento ASI Os 4 bits de par metros recebidos do mestre podem ser enviados para 4 portas de sa da adicionais podendo ser utilizados para configurar um dispositivo mais sofisticado conectado ao escravo como ilustrado na figura 5 8 Esta configura o permite conectar sensores e atuadores inteligentes rede ASI Figura 5 8 Sensor ou Atuador inteligente conectado a um escravo ASI O cabo de rede ASI composto de 2 condutores n o blindados e utilizado tamb m para a alimenta o dos escravos 24V DC 100 mA por escravo Um segmento de rede ASI pode ter at 100 metros de comprimento A grande vantagem de ASI sobre outras rede tipo fieldbus o custo baixo e simplicidade de implementa o opera o e manuten o Sua aplica o em automa o industrial vem crescendo muito desde seu lan amento em 1993 3 5 5 10 FAIS A rede FAIS Factory Automation Interconnection System foi desenvolvida no Jap o por um cons rcio de mais de 30 empresas e o International Robotics and Factory Automation Center IROFA Os primeiros produtos foram lan ados no mercado em 1992 FAIS consiste basicamente em uma vers o atualizada da rede Mini MAP e foi concebida para uso em automa o fabril no n vel hier rquico de c lula FMC Neste n vel encontram se subsistemas como m quinas ferramenta com CNC Rob s Sistemas de transporte CLPs etc
336. s anteriormente definidas sejam respeitadas Ao conjunto das camadas compondo uma rede d se o nome de arquitetura da rede e as especifica es da arquitetura devem conter informa es suficientes para permitir o correto desenvolvimento da rede tanto do ponto de vista do software quanto do hardware Por outro lado os detalhes de implementa o dos mecanismos a implementar em cada camada assim como as especifica es detalhadas das interfaces n o fazem parte da defini o da arquitetura da rede A figura 2 1 8 permite ilustrar o processo da comunica o no contexto de uma arquitetura multicamadas O processo da camada 7 gera uma mensagem m que ser transmitida desta camada inferior segundo o que estiver definido pela interface das camadas 6 7 TRANSMISS O RECEP O tocolo da pro 5 camada 7 interface 4 interface 6 7 6 7 ae A camada 6 7 interface 4 4 interface 5 6 e protocolo da q O 4 ji n camada 4 4 4 camada 3 PRPMAGDLAA E camada 2 SISTEMA SISTEMA FONTE DESTINO Figura 2 1 8 Ilustra o da comunica o virtual numa arquitetura de rede Considera se que esta transmiss o introduz algumas modifica es na mensagem por exemplo uma compress o de dados o que justifica uma nova representa o desta por M Esta mensagem por sua vez transmitida camada 5 atrav s da interface das camadas 5 6 No exemplo considerado na figura a mensagem n o sofre modifica es mas esta camada efetua
337. s as principais caracter sticas dos sistemas Fieldbus atualmente propostos para padroniza o internacional 3 4 2 A proposta FIP Factory Instrumentation Protocol 223 3 4 2 1 INTRODU O O projeto FIP foi elaborado por um conjunto de empresas europ ias Telemecanique CEGELEC CGEE Alsthom rg os do governo franc s e centros de pesquisa conglomerados em torno do chamado Club FIP A proposta procurou levar em considera o as restri es de tempo real impostas por um grande n mero de aplica es a n vel de ch o de f brica Definiu se um modelo de transmiss o produtor consumidor que difere das solu es mais usualmente encontradas em redes locais Para este fieldbus existem chips integrados que implementam as fun es das tr s camadas FIPART FULLFIP 3 4 2 2 A CAMADA F SICA FIP oferece opcionalmente como meios de transmiss o a fibra tica e o par tran ado blindado ou n o Para o par tran ado s o previstas tr s velocidades de transmiss o de dados e S1 31 25 Kbps dist ncia at 2000 m e S2 1 Mbps dist ncia at 500 m par tran ado blindado e S3 2 5 Mbps dist ncia at 200 m par tran ado blindado A velocidade padr o a S2 A velocidade S1 utilizada em reas sujeitas a explos o seguran a intr nseca S3 utilizadas para aplica es que requerem elevado desempenho temporal Para uso com fibra tica prevista uma velocidade adicional de 5 Mbps Os bits a serem enviado
338. s com topologia em barramento e m todo de acesso ao meio baseado em token passing Token Bus IEEE 802 5 descri o da sub camada MAC e camada F sica para as redes com topologia em anel e m todo de acesso ao meio baseado em token passing Token Ring IEEE 802 6 descri o da sub camada MAC e camada F sica para as redes metropolitanas com DQDB Distributed Queue Dual Bus ou barramento dual com filas distribu das IEEE 802 7 cont m recomenda es do IEEE para LANs usando Broadband Na vers o da ISO IEC define uma subcamada MAC com slotted ring e a camada f sica correspondente IEEE 802 9 IS Integrated Services para integrar LANs com RDSI Rede Digital de Servi os Integrados ISDN em ingl s e FDDI Fiber Distributed Data Intarface IEEE 802 10 aborda quest es de seguran a na interopera o de LANs e MANSs atualmente define o padr o SDE Secure Data Exchange IEEE 802 11 padroniza LANs com MAC sem fio Wireless e a camada f sica correspondente transceivers de r dio IEEE 802 12 m todo de acesso com demanda priorizada DPA Demand Priority Access e camada f sica correspondente Analisaremos mais em detalhes as propostas mais relevantes para aplica es em automa o industrial nas subse es seguintes A norma IEEE 802 3 CSMA CD Esta norma define um protocolo pertencente fam lia CSMA CD 1 persistente onde uma esta o desejando emitir escuta o cabo para verifica
339. s dados seja inferior a 46 bytes o quadro deve ser 190 completado atrav s do campo PAD de preenchimento de quadro cujo tamanho poder ser menor ou igual a 46 bytes Isto necess rio para garantir a detec o de colis o O ltimo campo do quadro cont m uma palavra de 32 bits para o controle de erros utilizando a t cnica de redund ncia c clica CRC Cyclic Redundancy Check O polin mio 10 gerador utilizado G x x2 x x 4x 24x x 2x x xx x xtX O funcionamento deste protocolo baseado ent o no que foi apresentado anteriormente onde duas ou mais esta es que detectem a disponibilidade do suporte de transmiss o v o emitir os seus quadros respectivos gerando uma colis o Toda esta o que detecte a ocorr ncia de colis o deve interromper imediatamente a sua emiss o gerando uma sequ ncia de interfer ncia para advertir as outras esta es da ocorr ncia da colis o As esta es dever o ent o esperar um per odo de tempo aleat rio para recome ar o ciclo de emiss o O tempo de espera dividido em intervalos de tempo que correspondem a duas vezes o tempo de propaga o entre as duas esta es mais distantes da rede este intervalo de tempo sendo definido como time slot Ap s a primeira colis o cada esta o vai esperar O ou 1 time slot antes de tentar novamente a emiss o Caso duas esta es escolham o mesmo n mero de time slots elas ser o envolvidas mais uma vez numa colis o Ap s a seg
340. s de base da camada de Rede A segunda subcamada representada por 3b em 2 4 2 respons vel de todas as adapta es entre servi os necess rias entre as subredes interconectadas Caso uma das subredes n o for compat vel com o modelo OSI caso nada raro seus servi os ter o nomes fun es e par metros diferentes que precisam ser adaptados de forma a obter uma uniformiza o de sintaxe e sem ntica entre as subredes envolvidas 150 sistema A sistema B subrede 1 subrede 2 Figura 2 4 2 Estrutura interna da camada de rede do ponto de vista da interconex o segundo o modelo OSI Finalmente a terceira subcamada 3c em 2 4 2 a que implementa efetivamente a interconex o das subredes responsabilizando se pelo roteamento entre as subredes As diferen as entre as subredes interconectadas podem ser de diferentes naturezas No caso de subredes em conformidade com o modelo OSI a interconex o feita apenas atrav s da transmiss o via subcamada de interconex o dos pacotes s subcamadas de acesso subrede da subrede considerada Neste caso a fun o da subcamada de adapta o inexistente e esta camada fica ent o vazia Por outro lado se uma rede n o OSI deve ser interconectada a uma baseada no modelo OSI as adapta es dever o ser implementadas isto sendo fun o daquela subcamada A tarefa de roteamento dentro de uma grande rede composta de diversas subredes similar quela a n vel de uma nica s
341. s oferece um overhead que passa a ser indesej vel nos n veis mais baixos das atividades de uma empresa Uma primeira solu o a este problema foi a defini o de uma vers o simplificada da arquitetura MAP denominada MAP EPA Enhanced Performance Architecture A figura 3 2 apresenta a proposta MAP EPA Esta proposta foi baseada na defini o de duas pilhas de protocolos a pilha normal Full MAP e a pilha MAP EPA desprovida das camadas de Rede Transporte Sess o e Apresenta o Do ponto de vista das camadas baixas o protocolo IEEE 802 4 continuava sendo adotado por m sobre um suporte de transmiss o em banda de base baseband a 5 Mbit s Nesta arquitetura um processo de aplica o tem a op o de enviar seus dados atrav s da pilha normal ou em casos onde o requisito seja um tempo de resposta r pida pela pilha MAP EPA Evidentemente o fato das camadas 3 a 6 estarem ausentes acarreta a perda dos servi os oferecidos por estas 209 Aplica es Aplica es DO co ENLACE LLC tipos 1e3 MAC IEEE 802 4 TOKEN BUS F sica Figura 3 2 Arquitetura MAP EPA convencionais com tempos de resposta O cr ticos 3 3 4 A arquitetura Mini MAP Uma terceira op o relacionada com a norma MAP foi a arquitetura Mini MAP baseada igualmente na supress o das camadas 3 a 6 para eliminar o overhead dos protocolos daquelas camadas A arquitetura Mini MAP composta unicamente do segmento simplific
342. s pacotes duplicados ap s um certo per odo de tempo Isto pode ser implementado de diferentes maneiras e atrav s da limita o do tamanho da subrede diminuindo o risco de que pacotes fiquem circulando na rede e reduzindo consegiientemente os riscos de congestionamento 94 e a associa o de um contador de saltos um salto sendo a passagem por um n intermedi rio a cada pacote de tal modo que quando o contador ultrapassa um determinado valor o pacote destru do e a associa o de uma data de envio a cada pacote de modo que o pacote ser destru do no momento em que a sua idade tiver ultrapassado um certo valor Esta terceira solu o apresenta uma dificuldade relativamente grande que a manuten o da sincroniza o dos rel gios ao longo das diferentes esta es da rede Uma das solu es mais frequentemente adotadas para a solu o deste problema o chamado three way handshake cuja opera o a seguinte duas TPDUs com numera o id ntica n o podem estar pendentes esperando confirma o ao mesmo tempo A numera o das TPDUs n o pode se repetir dentro de um intervalo de tempo T A opera o se d em 3 passos three way e n A envia pedido de conex o com n mero de sequ ncia inicial x e n B envia confirma o do pedido contendo valor de x e seu pr prio n mero de segii ncia inicial y e n A envia primeira TPDU contendo confirma o do valor y Nenhuma nova TPDU com n
343. s s o codificados em Manchester que permite o envio simult neo do sinal de sincroniza o e dos dados propriamente ditos A camada f sica do FIP suporta segmentos com comprimento de at 2000 m e at 256 esta es O barramento principal pode ser decomposto em v rios segmentos que s o ligados a este por meio de taps Os segmentos podem ser interligados por meio de repetidores que fortalecem e reconstituem o sinal A camada f sica oferece os seguintes servi os de comunica o PHY data request pedido de transmiss o de dados PHY data indication indica o de servi o conclu do Al m disso a camada f sica oferece servi os de gerenciamento que s o PHY Reset reinicializa o do n vel f sico PHY SetValue ajuste de par metros da camada f sica PHY ReadValue leitura de par metros ajustados PHY Event comunica o de eventos do n vel f sico 3 4 2 3 A CAMADA DE ENLACE 224 A camada de enlace do FIP n o faz uma distin o formal entre subcamadas LLC e MAC como proposto na norma IEEE 802 O m todo de acesso ao meio da rede FIP baseado na difus o Broadcasting A difus o organizada por uma entidade centralizada denominada rbitro de barramento O projeto FIP baseou se no fato de que nas redes industriais uma informa o gerada em um determinado ponto pode interessar a v rias outras esta es por exemplo o dado gerado por um sensor de temperatura pode interessar ao contr
344. s s o resolvidos com a ado o da sintaxe abstrata ASN 1 que serve de linguagem comum s diferentes formas de representa o dos dados caracter sticas de cada equipamento Dentre as fun es oferecidas aos processos de aplica o foram definidas na camada de Aplica o as seguintes normas e MMS para a troca de mensagens entre equipamentos de produ o que ser visto em detalhes mais a frente e FTAM para o acesso e a transfer ncia de arquivos e ROS para a gest o de nomes diret rio e fun es de gerenciamento de rede para a gest o dos recursos medi o de desempenho e modifica o dos par metros da rede A figura 3 1 apresenta as escolhas efetuadas a n vel do projeto MAP incluindo as vers es EPA e Mini MAP Como a partir da vers o 3 0 ocorreu uma unifica o dos projetos MAP e TOP a figura apresenta tamb m as normas adotadas para a arquitetura TOP 208 Especifica o eo tor mar manera mimar ACSE MMS Aplica o FTAM FTAM VTS ROS ISO 8822 ASN 1 ISO 8326 e 8327 VAZIO POTEET Figura 3 1 Especifica o MAP TOP 3 0 3 3 3 A arquitetura MAP EPA Dadas as necessidades espec ficas de cada n vel hier rquico de uma empresa verificou se que a proposta MAP original n o permitia cobrir todos os n veis considerados sendo mais adequada aos n veis superiores Uma raz o principal disto que apesar da excelente qualidade dos servi os oferecidos a arquitetura a sete camada
345. segii ntemente n o existe libera o desta ao final do di logo Se um quadro de dados perdido no suporte de transmiss o como consegii ncia de um ru do n o existe nenhum mecanismo que permita 2 solucionar o problema Esta classe de servi os adequada quando implantados sobre um suporte de comunica o cuja taxa de erros muito baixa ou que a corre o dos erros prevista nas camadas superiores Eles podem ser empregados em algumas aplica es tempo real e em redes locais A segunda classe de servi os embora ainda n o defina o estabelecimento pr vio de conex o prev a exist ncia de quadros de reconhecimento de modo que a m quina fonte ser notificada pela m quina destinat ria da recep o do quadro previamente enviado Um mecanismo que pode ser implantado no caso de perda do quadro o que corresponde n o recep o do quadro de reconhecimento ap s um certo tempo timeout a reemiss o daquele Num servi o sem conex o existe a possibilidade da reemiss o de quadros provocando a recep o m ltipla do mesmo quadro duplica o de mensagem A terceira classe de servi os a mais sofisticada uma vez que ela define a necessidade do estabelecimento pr vio de conex o e a libera o destas ao final do di logo Neste caso cada quadro enviado numerado e a camada de Enlace garante que cada quadro enviado ser recebido uma nica vez e que o conjunto de quadros enviados ser recebido ordenado
346. sentido de se resolver os problemas de comunica o entre os computadores Estes novos tipos de aplica es exigiam uma velocidade e uma capacidade de transmiss o muito mais elevadas que no caso da conex o de terminais a um computador central Assim com a utiliza o de minicomputadores interconectados obtinha se uma capacidade de processamento superior quela poss vel com a utiliza o dos mainframes Outro aspecto interessante que as redes podiam ser estendidas em fun o das necessidades de processamento das aplica es Al m disso a modularidade natural das redes de computadores era tal que uma falha num minicomputador ou na comunica o via rede tinha um efeito bastante limitado em rela o ao processamento global Atualmente as vantagens dos sistemas distribu dos e interconectados uma evid ncia reconhecida para as aplica es mais diversas desde a automa o de escrit rios at o controle de processos passando por aplica es de gerenciamento banc rio reservas de passagens a reas processamento de texto correio eletr nico etc 2 1 2 IMPORT NCIA DAS REDES DE COMUNICA O Um grande n mero de empresas possui atualmente uma quantidade relativamente grande de computadores operando nos seus diversos setores Um exemplo deste fato aquele de uma empresa que possui diversas f bricas contendo cada uma um computador respons vel das atividades de base da f brica controle de estoques controle da produ o
347. ser conduzido particularmente se o transporte utiliza um servi o de Rede n o confi vel T DATA request T DATA T DATA indication request T DISCONNEC request T DISCONNECT request Figura 2 3 5 4 Perda de dados no caso de uma libera o de conex o A libera o pode ser mais eficiente se um procedimento em tr s etapas definido three way handshake como mostrado na figura 2 3 5 5 Em 2 3 5 5 a mostrado o caso normal onde o usu rio que quer liberar a conex o envia um DR Disconnect Request para indicar a sua inten o Ap s o envio este dispara um temporizador simbolizado na figura por t O usu rio receptor responde com um DC Disconnect Confirm disparando tamb m um temporizador Quando o DC chega ao usu rio iniciador este emite finalmente um ACK e se desconecta Na segii ncia o usu rio que recebe o ACK vai tamb m se desconectar J em 2 3 5 5 b mostrado como o protocolo vai se comportar em caso da perda do ACK Neste caso o temporizador disparado pelo usu rio da direita vai resolver o problema efetuando a desconex o na sua expira o DR t DR t DR DR DC t DC t DC DC ACK ACK perda fim con ACK fim con l fim con timeout fim con a b 96 Figura 2 3 5 5 Libera o de conex o em tr s etapas a caso normal b caso de perda do reconhecimento d O controle de fluxo e o armazenamento Um problema que deve ser tratado durante a manuten o de uma con
348. servi o de comunica o escalonado pela LAS Esta o qualquer LM Token de escalonamento Token circulado LM LM Token delegado Figura 4 8 Opera o dos tokens no SP 50 Funcionalmente a camada de Enlace est subdividida em quatro subcamadas conforme mostrado na figura 4 9 236 Camada de Aplica o Subcamada de gerenciamento de ponte Subcamada de gerenciamento de conex es Subcamada de escalonamento Subcamada de acesso a enlace a Camada F sica J r Figura 4 9 A camada de Enlace do SP 50 e Subcamada de acesso a Enlace estabelece a interface com a camada f sica gerencia o token e servi os de resposta imediata e Subcamada de escalonamento de Enlace providencia as fun es de escalonamento de atividades na pr pria entidade de enlace Esta subcamada mais complexa em esta es com as funcionalidades de Linkmaster e que podem assumir a fun o de LAS e Subcamada de gerenciamento de conex es executam todas as fun es referentes ao estabelecimento e rompimento de conex es e Subcamada de gerenciamento de Ponte s existe em esta es com funcionalidades de Bridge A camada de enlace oferece quatro classes de servi os s entidades da camada de aplica o e Servi os de gerenciamento de Buffers e filas atrav s deles usu rios da camada de enlace podem alocar permanentemente buffers ou filas com profundidade especificada a serem us
349. si As formas mais usuais de realizar isto na pr tica s o as seguintes e Uso de um Servidor de Processos Process Server ou logger cada n tem um logger cujo TSAP conhecido e todo pedido de servi o encaminhado a ele O Logger cria uma inst ncia de um processo servidor cujo servi o foi requisitado d a ele um TSAP e estabelece conex o entre este e o processo cliente que requisitou o Servi o 93 e Uso de um Servidor de Nomes Name Server todos os processos servidores s o cadastrados no Name Server que contatado pelos clientes e devolve TSAP do servidor para o servi o requisitado como um servi o de informa o da telef nica O TSAP do Name Server fixo b O estabelecimento de uma conex o Este um processo relativamente complexo particularmente se o servi o de Rede fornecido relativamente pobre tipo C por exemplo e n o se resume no envio de uma primitiva de pedido de conex o Connection Request CR e na recep o de uma confirma o Connection Confirm CC O problema est simplesmente associado ao fato que num servi o de rede pobre pode ocorrer perda ou duplica o de pacotes Numa rede onde ocorrem problemas de congestionamento os reconhecimentos podem n o chegar nunca em tempo h bil provocando a retransmiss o dos pacotes duas ou mais vezes Ainda se o servi o de rede do tipo datagrama os pacotes v o seguir caminhos diferentes alguns deles ficando presos em caminhos
350. similaridade entre as camadas de Sess o e Transporte o endere amento Da mesma forma que no Transporte a n vel de Sess o necess rio indicar um SSAP Ponto de Acesso ao Servi o de Sess o ou Session Service Access Point na fase de estabelecimento de sess o Normalmente um endere o de SSAP nada mais que um endere o de TSAP enriquecido com outras informa es Ainda uma diferen a entre Sess o e Transporte est nos tipos de dados transmitidos Como foi visto no caso da camada de Transporte existem dois tipos de fluxos de dados os dados normais e os dados expressos ou urgentes J na camada de Sess o al m destes dois tipos de dados podem ocorrer outros dois os dados tipados typed data e os dados de capacidade capacity data Estes tipos de dados ser o explicados mais adiante neste documento S DATA request S RELEASE T DATA S RELEASE request request POA T DISCONNECT indication S DATA dado request indication T DISCONNEGT S RELEAS indication TESponSe S RELEASE confirm a b Figura 2 3 45 a libera o abrupta b libera o negociada 2 3 6 3 A gest o do di logo Segundo o modelo OSI todas as conex es estabelecidas s o a princ pio do tipo full duplex ou seja bidirecionais simult neas conforma mostrado na figura 2 3 46 a Por outro lado existem muitas aplica es nas quais a possibilidade de opera o em half duplex pode ser mais interessante Este servi o implementado a
351. sitivos e links e a tabela de roteamento que est ativa Correio e SMTP Simple Mail Transfer Protocol uma parte do protocolo TCP IP que providencia um correio eletr nico entre os usu rios UNIX Este correio permite a troca de mensagens e notas entre dois ou mais hosts As notas s o guardadas no SPOOL do UNIX Compartilhamento de arquivos e NFS Network File System uma parte do protocolo TCP IP que providencia uma maneira de se compartilhar arquivos do sistemas atrav s de uma rede TCP IP Ele realiza um mapeamento dos discos de um determinado servidor na rede TCP IP permitindo que os hosts desta rede enxerguem estes arquivos como locais Comunica o e SLIP Serial Line IP um protocolo muito simples utilizado para conectar se dois hosts atrav s de uma linha serial configurando se uma liga o ponto a ponto N o providencia endere amento cada um dos hosts tem que ser conhecido pelo outro n o identifica pacotes e n o possui corre o de erros e PPP Point to Point Protocol protocolo que foi desenvolvido para substituir o SLIP e cont m as implementa es que n o s o oferecidas pelo SLIP Emula o de terminais e Telnet uma parte do protocolo TCP IP que providencia um interface padr o atrav s do qual um programa em um HOST cliente Telnet acessa recursos em outro HOST servidor Telnet como se fosse um terminal local conectado ao servidor de terminais 245 APIs Applicati
352. ss rio Os m todos criptogr ficos podem ser subdivididos em M todos Sim tricos onde a chave de codifica o igual a chave de decodifica o e M todos Assim tricos onde a chave de codifica o diferente da chave de decodifica o 130 espi o passivo espi o ativo aN O Pd criptograma M Processo de Processo de M codifica o decodifica o chave de chave de codifica o k decodifica o Figura 2 3 51 O processo de criptografia Os m todos de criptografia podem ser organizados em duas principais classes os m todos por substitui o e os m todos por transposi o cujos princ pios ser o vistos a seguir a A criptagem por substitui o Nestes m todos cada letra ou grupo de letras literalmente substitu do por outra letra ou outro grupo de letras A t cnica mais antiga de criptagem atribu da a J lio C sar que definiu uma t cnica onde cada letra do alfabeto seria substitu da por uma letra que estivesse 3 passos sua frente ou seja a seria codificada em D b seria codificada em E c seria codificada em F etc e isto de maneira rotativa de modo que z seria codificado em C Desta forma a palavra REDE ficaria UHGH portanto irreconhec vel exceto talvez para um homem das cavernas Esta t cnica poderia ainda ser generalizada pelo deslocamento do alfabeto de k passos ao inv s de 3 A esta t cnica generalizada d se o nome de permuta o circular Uma ou
353. sso ao meio n o determin stico existem para ela muitas instala es industriais em opera o principalmente em aplica es com requisitos de tempo relaxados A rede Token Ring a mais popular entre os produtos da IBM Apresenta como desvantagem um alto custo de instala o e baixa flexibilidade Em contrapartida trabalha com elevada taxa de transmiss o e inclui um grande n mero de solu es entre os produtos IBM Devido ao m todo de acesso ao meio determinista uma boa op o para aplica es industriais 3 5 4 Softwares para rede Quanto aos Softwares para redes existe tamb m uma s rie de alternativas Os mais difundidos s o LAN Manager Microsoft LAN Server IBM PC LAN IBM Netware NOVELL NetBIOS IBM TCP IP entre outros 3 5 4 1 NOVELL NETWARE O sistema operacional para rede da NOVELL era at bem recentemente o mais difundido no mercado e pode operar sobre diferentes bases de hardware para rede suporta as 242 redes ARCNET Ethernet e Token Ring Oferece servi os a n vel das camadas de sess o e apresenta o 3 5 4 2 LAN MANAGER O Sistema operacional para redes da Microsoft o maior concorrente de mercado do Novell Netware Na versao original devia operar sobre o sistema operacional OS 2 no servidor H vers es para MVS IBM e VMS DEC O pacote foi integrado posteriormente no sistema operacional Windows 95 O LAN Manager a exemplo do Netware oferece servi os a n vel da cama
354. stas primitivas permitem indicar a a o a ser executada pelo servi o ou ainda um pedido de informa o sobre uma a o executada previamente No modelo OSI as primitivas de servi o s o divididas em quatro classes as primitivas de pedido request as primitivas de indica o indication as primitivas de resposta response e as primitivas de confirma o confirm A tabela a seguir mostra o significado de cada uma destas primitivas no que diz respeito execu o de um servi o Primitiva Significado REQUEST Pedido enviado por uma entidade que solicita um servi o INDICATION Atrav s dela a entidade par informada de uma solicita o de servi o RESPONSE A entidade par responde ao pedido de servi o CONFIRM A entidade solicitante informada do resultado do servi o Um exemplo da utiliza o das primitivas de servi o o pedido de um estabelecimento de conex o Para requisitar o estabelecimento de uma conex o a entidade que quer iniciar o di logo envia uma primitiva de servi o de pedido de abertura de conex o CONNECT request que vai se refletir na entidade destinat ria por uma primitiva de indica o CONNECT indication A entidade que recebeu a indica o vai enviar uma primitiva de resposta CONNECT response para informar se esta aceita ou n o a conex o Finalmente a entidade emissora vai saber do resultado do seu pedido pela recep o de uma primitiva de ser
355. stica dom tica automa o de escrit rios e mesmo automa o industrial O protocolo de comunica o da rede LON conhecido pelo nome LonTalk que implementado em firmware em um processador dedicado denominado NeuronChip produzido pelas empresas Motorola e Toshiba O NeuronChip composto dos seguintes elementos e Tr s processadores de 8 bits dos quais um executa o controle de acesso ao meio outro respons vel por servi os gerais de comunica o e o terceiro dedicado a aplica es do usu rio em um n de rede e Porta de conex o ao transceiver atrav s do qual o NeuronChip se conecta ao meio e Pinos de entrada e sa da reset clock e alimenta o 5V e Acesso a um n mero de s rie de 48 bits definido pelo fabricante 265 Um timer program vel Sistema completo de mem ria contendo 10 Kbyte ROM 1 Kbyte RAM e 512 Bytes EEPROM para par metros de rede 3 temporizadores tipo Watch Dog 1 para cada processador O protocolo LonTalk baseado no modelo de refer ncia OSI e implementa todas as 7 camadas previstas pela ISO Para implementar uma rede LON necessita se de um conjunto de ferramentas de software e componentes denominado LonWorks que incluem NeuronChip Protocolo LonTalk Transceivers que permitem ligar o NeuronChip ao meio f sico LonBuilder Developer s Workbench que um sistema de desenvolvimento orientado a objetos para projeto implementa o e teste de n s LON A n v
356. ta o para cada m quina Sint abs FORTRA Wa Sint abs APASCAL contexto 1 gt lt contexto 3 sintaxe de transf ASN 1 BER sintaxe de transf ASN 1 BER entidade de apresenta o A entidade de apresenta o B contexto 2 contexto 1 Figura 2 3 7 1 Contextos de apresenta o A camada de apresenta o amplia os servi os de sess o com uma negocia o das sintaxes de transfer ncia a usar No estabelecimento de uma conex o de apresenta o s o 120 definidos os Identificadores de Contexto de Apresenta o PCI Presentation Context Identifier Cada PCI relaciona uma sintaxe abstrata a uma sintaxe de transfer ncia define um Contexto de Apresenta o Observe que pode se ter v rios contextos de apresenta o em uso em uma mesma conex o como no exemplo visto anteriormente O conjunto de contextos negociados no estabelecimento da conex o formam um DCS Defined Context Set Novos contextos podem ser inclu dos no DCS durante a opera o A camada de apresenta o converte a representa o abstrata de dados vista pela aplica o por ex um texto com figuras e recebida na forma de PSDU em uma seqii ncia de bytes na forma de SSDU Esta transforma o de representa o realizada conforme a sequ ncia mostrada na figura 2 3 7 2 Ta Sintaxe Abstrata do Aplicativo Aplica o ex C Sintaxe Concreta local Sintaxe Abstrata Comum ex
357. ta o seguinte a esta no anel l gico Apenas as esta es cujos endere os estiverem entre os dois endere os indicados poder o candidatar se participa o no anel l gico Isto permite que seja respeitada a ordem de composi o do anel Se nenhuma esta o apresenta interesse a esta o propriet ria da ficha retoma a evolu o normal do anel Se apenas uma esta o apresenta se como candidata ela passa a compor o anel l gico e torna se a pr xima destinat ria da ficha Caso duas ou mais 196 esta es estejam se candidatando ocorrer colis o dos seus quadros pelas mesmas raz es da norma IEEE 802 3 o que requer que a esta o propriet ria da ficha resolva o conflito Neste caso ela emite um quadro Resolu o de Conflito destinada a inicializar o processo de resolu o de conten o Ao receber um quadro de resolu o de conflito todas as esta es que tinham se candidatado a entrar no anel l gico esperam por um tempo aleat rio entre O e 3 time slots ap s o que verificam se o meio est livre Se o meio estiver ocupado ap s o t rmino do tempo de espera escolhido as esta es desistem e aguardam uma nova oportunidade para entrar no anel l gico Se houver nova colis o o processo repetido at que somente uma esta o responda a busca de sucessor J o abandono do anel mais simples Se uma esta o X situada entre duas esta es A e B quer abandonar o anel ela envia esta o A um quadro ind
358. tamente e o retransmite A opera o repetida pelo n mero de vezes que sejam necess rias para que um quadro de reconhecimento seja enfim recebido de B figura 2 3 3 11 61 ES aS dado1 a reconhecimento 7 Eca dado2 m reconhecimento dE idades EE temporiza o interrompida temporiza o esgotada Figura 2 3 3 11 Protocolo considerando controle de erro por quadro de reconhecimento com temporiza o Esta solu o por m apresenta uma grave defici ncia no caso da entidade em B receber corretamente o dado e enviar o quadro de reconhecimento e este ltimo for perdido no canal de comunica o a entidade emissora ap s a expira o da temporiza o vai reemitir o quadro de dados gerando um problema de duplica o de mensagem figura 2 3 3 12 Isto significa que o receptor deve ser capaz de reconhecer os quadros recebidos de modo a saber se estes s o duplicados ou n o Para isto ser preciso introduzir um campo contendo um n mero de segii ncia um bit no caso do quadro de modo a permitir esta distin o Se uma entidade receptora recebe sucessivamente dois quadros contendo o mesmo n mero de segii ncia o segundo ser rejeitado Outro ponto importante a ser destacado no caso deste terceiro tipo de protocolo a escolha do valor da temporiza o no emissor para espera do reconhecimento Uma temporiza o muito longa pode conduzir a atrasos indesej veis na comunica o Um
359. tar uma codifica o n o amb gua para as inst ncias destas estruturas Para tratar o problema a ISO definiu os conceitos de sintaxe abstrata sintaxe concreta e sintaxe de transfer ncia Por Sintaxe Abstrata entende se a especifica o da organiza o de uma estrutura de dados de forma independente da codifica o interna utilizada pela m quina Uma Sintaxe Abstrata torna poss vel a defini o de tipos de dados e atribui o de valores Por exemplo em C a defini o de n meros inteiro int n meros reais de ponto flutuante float e estrutruras complexas struct s o sintaxes abstratas que correspondem em PASCAL as sintaxes abstratas integer real e record respectivamente Em lugar da adotar a sintaxe abstrata de uma linguagem j existente a ISO optou por definir uma linguagem pr pria para a especifica o de estruturas de dados conhecida como ASN 1 Abstract Sintax Notation One da qual veremos exemplos mais a frente J a Sintaxe Concreta a especifica o de um formato para a codifica o de inst ncias de estruturas de dados a partir de uma sintaxe abstrata Os exemplos vistos anteriormente BCD ASCI EBCDIC Complemento 1 Complemento 2 BCD etc representam sintaxes concretas 119 A exemplo do que ocorreu com a sintaxe abstrata a ISO definiu sua pr pria sintaxe concreta sob o padr o ASN 1 BER Basic Encoding Rules O padr o ASN 1 BER adota uma abordagem denominada TLV com 3 campos e Tag r tulo
360. te e cujos servi os e protocolos est o relacionados com a transmiss o dos dados propriamente dita 28 e as camadas altas que compreendem desde a camada de sess o at a camada de aplica o cujos servi os e protocolos s o mais orientados a resolver quest es envolvendo as aplica es que ir o utilizar o suporte de comunica o considerado 2 3 2 A CAMADA F SICA O objetivo da camada F sica assegurar o transporte dos dados representados por um conjunto de bits entre dois equipamentos terminais via um suporte de transmiss o Abordaremos nesta parte do documento os principais aspectos e problemas relacionados transmiss o de dados como os suportes de transmiss o os modos de transmiss o a multiplexa o e a comuta o Ainda nesta se o ser o vistos alguns exemplos de interfaces f sicas padronizadas e adotadas em muitas aplica es e arquiteturas de comunica o 23 2 1 Os Suportes de Transmiss o Os suportes de transmiss o podem se caracterizar pela exist ncia ou n o de um guia f sico para o envio do sinal Na primeira classe est o os cabos el tricos as fibras ticas e na segunda classe as ondas de r dio as ondas de luz etc a Transmiss o com guia f sico O par de fios tran ados twisted pair Em diversas aplica es necess rio se manter uma conex o direta e permanente entre dois computadores O suporte de transmiss o mais cl ssico utilizado at o momento o par
361. tema para uso como rede local industrial e formaram uma entidade chamada CiA CAN in Automation constitu da de usu rios e fabricantes de produtos baseados no protocolo At abril de 1993 a CIA j contava com 64 associados n o ligados a industria automobil stica CAN tem as seguintes caracter sticas a n vel da camada f sica padr o ISO DIS 11898 e Topologia barramento ou estrela com concentrador e Taxa de transmiss o 125 Kbps ou 1 Mbps e Comprimento m ximo do barramento 40 m para 1 Mbps at 1 Km para 125 Kbps e N mero m ximo de n s 16 e Codifica o de bits NRZ Non Return to Zero e Meio de transmiss o n o especificado na norma mas usualmente usado par tran ado ou fibra tica A n vel da subcamada MAC temos e M todo de acesso ao meio Forcing Headers ver se o 2 2 1 3 com prioridades para mensagens 251 A n vel da subcamada LLC temos e Comprimento m ximo dos quadros de dados 8 Bytes e Controle de erro por CRC Cyclic Redundancy Check As camadas 3 at 6 do RM OSI foram suprimidas a exemplo do que ocorre com as redes tipo fieldbus CSMA NBA Carrier Sense Multiple access with Non destructive Bitwise Arbitration Forcing Headers Frame CAN IDENTIFIER Oto 8 bytes Data CRC ERA Data Field SOF Start of Frame i EOF End of Frame ACK Acknowledgment CRC Cyclic Redundancy Check CRC 16 Qualquer n pode acessar o
362. teturas MAP TOP Por utilizar a mesma camada de enlace IEEE 802 2 as duas arquiteturas podem ser interconectadas apesar de uma MAP utilizar o suporte de transmiss o em banda larga e a outra TOP utilizar banda b sica Na filosofia do modelo OSI uma ponte pode interconectar duas redes quaisquer desde que estas sejam totalmente compat veis em suas camadas de enlace de dados e da para cima principalmente no endere amento Ainda deste ponto de vista dois usu rios finais n o precisam tomar conhecimento da exist ncia de uma ponte na rede esta vista como um equipamento observador nas redes s quais ela est conectada Sua fun o monitorar todo pacote que circula em cada uma das redes qual ela est associada 2 4 7 OS ROTEADORES ROUTERS Como foi dito acima as pontes s o equipamentos que permitem interconectar as subredes duas a duas Apesar de sua grande utilidade neste caso bastante comum as pontes apresentam limita es que impedem outras maneiras tamb m importantes de interconex o Os roteadores s o elementos operando ao n vel de Rede que se utilizam do endere amento definido a este n vel para transferir e rotear as mensagens de uma rede a outra Ao contr rio das pontes que interligam as subredes duas a duas os roteadores podem interligar duas ou mais subredes sendo que a escolha de que linha utilizar feita com base na execu o de um algoritmo de roteamento como j discutido anteriormente cam
363. tilizado as fun es associadas a cada pino e a maneira como as conex es s o estabelecidas para a inicia o de um di logo e como feita a desconex o ao final deste e o modo de transmiss o adotado unidirecional bidirecional e o modo de conex o adotado ponto a ponto multiponto o modo de tratamento dos erros detec o tratamento etc A concep o desta camada deve se relacionar defini o das interfaces el tricas e mec nicas seus modos de funcionamento o suporte de comunica o adotado etc A Camada de Enlace de Dados tem por fun o principal a transforma o do meio de comunica o bruto em uma linha livre de erros de transmiss o para a camada de Rede Ela efetua esta fun o atrav s da decomposi o das mensagens em unidades de dados denominadas quadros Frames que correspondem a algumas centenas de bytes Estes quadros s o transmitidos segiiencialmente e v o gerar quadros de reconhecimento enviados pelo receptor Nesta camada as unidades de dados s o enriquecidas com um conjunto de bits adicionais no in cio e fim de cada quadro de modo a permitir o reconhecimento destes e a defini o de um endere o para o destinat rio da mensagem Um problema t pico deste n vel o da ocorr ncia de uma perturba o sobre a linha de transmiss o que provoque a deturpa o ou destrui o perda do quadro enviado Esta deturpa o ou perda deve ser reconhecida e tratada c
364. tipo de servi o a ser oferecido s camadas superiores particularmente relacionado exist ncia ou n o de conex o 69 Aqueles que defendiam a proposta de um servi o sem conex o estabeleciam que a fun o desta camada era garantir o transporte dos pacotes e nada mais que isso as outras fun es como o controle de erro controle de fluxo etc devendo ficar a cargo das camadas superiores da arquitetura de comunica o Desta forma a camada de Rede deveria ent o oferecer unicamente dois tipos de primitivas de servi o SEND PACKET e RECEIVE PACKET Por outro lado outro grupo defendia a proposta de um servi o confi vel orientado conex o com comunica o bidirecional O resultado desta discuss o foi a defini o a n vel do modelo OSI de duas classes de servi o sem conex o e orientado conex o sendo que uma certa liberdade foi dada no sentido de se definir a que n vel o servi o com conex o seria implantado ou mesmo se este seria implantado Abriu se assim a possibilidade de se ter nos diferentes n veis as duas classes de servi o como ilustrado pela figura 2 3 24 servi o orientado servi o sem nex conex o APLICA O APRESENTA O SESS O TRANSPORTE REDE ENLACE SAP F SICA Figura 2 3 24 Ilustra o das classes de servi o do modelo OSI Os SAPs s o localizados na interface entre duas camadas permitindo que uma camada tenha acesso aos servi os oferecidos pela camada infer
365. titu das mas de fato transpostas de tal forma a esconder o verdadeiro significado do texto Uma t cnica de criptagem mostrada na figura 2 3 52 denominada transposi o por colunas Nesta t cnica as linhas ser o trocadas pelas colunas numeradas em fun o de uma chave que normalmente uma palavra n o contendo nenhuma letra repetida No exemplo a chave considerada a palavra PESCAR onde a ordem das colunas associadas a cada uma das letras vai ser 4 3 6 2 1 5 Assim um texto como TRANSFERIR UM MILH O PARA A CONTA DE COLLOR vai ficar SUAADONRHAALRRIANOTEMPOCFMOCERAILRTL P R 6 Texto original Ei E Lele Texto codificado o SUAADONRHAALRRIANOTEMPOC Paler lla le FMOCERAILRTL o o ole uol Figura 2 3 52 Exemplo da transposi o por colunas Seguem alguns exemplos de sistemas criptogr ficos muito difundidos na pr tica e DES Data Encryption Standard m todo sim trico desenvolvido pela IBM com 19 est gios envolvendo transposi o e substitui o Padr o adotado pelo governo dos EUA 132 e RSA Rivest Shamir amp Adleman m todo assim trico desenvolvido pelo MIT onde as chaves de codifica o e decodifica o diferentes s o obtidas a partir de opera es com n meros primos grandes A codifica o feita sobre o valor bin rio de cada s mbolo e PEM Privacy Enhanced Mail permite realizar a autentica o da origem de uma mensagem recebida via mail na Internet Trata se aqui d
366. tocolo da camada 7 Camada V D 7 Interface Interface camadas t k camadas 6 7 6 7 Camada Protocolo da camada 6 Camada 6 6 Interface Interface camadas camadas 5 6 camada Protocolo da camada 5 Camada 5 6 gt 5 Interface 5 Interface camadas t t camadas 4 5 4 5 Camada Protocolo da camada 4 Camada Interface Interface camadas camadas a Camada Protocolo da camada 3 Camada 34 b 3 Interface 3 Interface camadas camadas 2 3 2 3 Protocolo da camada 2 Camada 4 gt Camada 2 2 Interface Interface camadas t camadas ye Camada Protocolo da camada 1 Camada 1 1 f Meio de Transmiss o Figura 2 1 7 Modelo hierarquizado em 7 camadas Cada camada comunica se com as camadas adjacentes atrav s de uma interface que define as opera es elementares e os servi os que a camada inferior oferece camada considerada No momento da defini o do n mero de camadas que vai compor uma rede e do papel que cada uma delas deve cumprir uma tarefa importante ser a defini o completa das 15 interfaces entre as camadas isto vai implicar na defini o do servi o oferecido por cada camada Uma vantagem da correta defini o das interfaces a facilidade de introdu o de modifica es nas implementa es das diferentes camadas os mecanismos podem ser implementados de forma diferente desde que as interface
367. tor de Distancia Distance Vector Routing Cada n tem que conhecer o custo de transmiss o para cada um dos seus vizinhos imediatos Para decidir a rota a esta o emissora soma o custo de transmiss o at o vizinho imediato com custo estimado dali at destino final A opera o deste tipo de algoritmo ilustrada na figura 2 3 29 11 recebido das demais esta es O Y Origens A I H K J A 0 24 20 21 8 B 12 36 31 28 c 25 is 19 36 e D 40 ar 8 20 0 s E 14 7 30 22 F 23 20 19 40 i o i8sll3ar 6 31 n y 17 20 0 19 12 21 er o a pe 6 J 9 11 7 10 0 K 2 22 22 0 6 L 29 33 9 9 0 a subrede b tabelas do n J Figura 2 3 29 Roteamento din mico distribu do No exemplo acima uma mensagem do n J para o n B ser roteada atrav s do n A enquanto uma mensagem destinada ao n C passar pelo n I ver ltima tabela a direita na figura 2 3 39 Vale lembrar que esta escolha de rota pode mudar pois o roteamento din mico isto as tabelas s o periodicamente atualizadas Um algoritmo baseado neste principio denominado RIP Routing Information Protocol foi implementado originalmente na ARPANET e posteriormente na Internet parte do protocolo IP at 1990 quando foi substituido pelo protocolo OSPF Open Shortest Path First e na rede novell protocolo IPX 2 3 4 3 O controle de
368. tra t cnica a substitui o monoalfab tica uma extens o permuta o circular mas desta vez as letras podem ser substitu das por qualquer outra Por exemplo se o alfabeto abcdefghijklmnopq rstuvwxyz substitu do por NBVCXWMLKJHGFDSQPOIUYTREZA a palavra REDE torna se agora OXCX Com esta t cnica existem 26 26 fatorial 4 1026 chaves poss veis Mesmo que o espi o conhe a a t cnica como ele n o conhece a chave ele teria dificuldade para descobrir o significado do criptograma No entanto esta 131 dificuldade pode ser diminu da se forem consideradas as propriedades naturais da l ngua utilizada Na l ngua inglesa por exemplo existem letras que s o mais frequentemente utilizadas como por exemplo as letras e t o os digramas mais freq entes s o th in er e os trigramas mais utilizados s o the ing and e ion E o trigrama mais utilizado da l ngua portuguesa Nos ltimos tempos deve ter sido CPI Desta forma a decodifica o de um criptograma obtido com a substitui o monoalfab tica feita associando se a letra mais fregiiente letra mais frequente da l ngua considerada os digramas mais frequentes aqueles mais frequentes da l ngua considerada etc b A criptagem por transposi o Na criptagem por substitui o apesar da substitui o das letras os c digos mant m a ordem correta das letras nas palavras e frases Na codifica o por transposi o as letras n o s o subs
369. transmitir as unidades perdidas O TCP deve ainda tratar o problema de sequenciamento das unidades uma vez que n o garantida a chegada na ordem correta a n vel de Rede Cada unidade transmitida via TCP tem um n mero de seqii ncia particular de 32 bits permitindo tratar o problema de segii ncias id nticas O TCP trata tamb m o problema de unidades atrasadas no estabelecimento de conex o implementando um procedimento a tr s etapas O TCP utiliza um cabe alho fixo para as unidades de dados o formato sendo apresentado na figura 2 3 5 10 cujos campos t m as fun es seguintes e porta fonte e porta destino realizam o endere amento em TCP endere os dos TSAPs e n mero de segii ncia e reconhecimento efetuam as fun es de sequenciamento e reconhecimento respectivamente eles ocupam cada 32 bits pois cada byte numerado no TCP e tamanho cabe alho permite indicar o n mero de palavras de 32 bits que far o parte do cabe alho necess rio pois o campo op o vai ser composto de um n mero vari vel de palavras e URG URGent pointer bit setado a 1 se o apontador de prioridades est ativado este ser explicado mais tarde PORTA ORIGEM PORTA DESTINO N MERO SEQU NCIA RECONHECIMENTO TAMANHO CABE ALHO JANELA APONTADOR PRIORIDADE CONTROLE ERRO OP ES DADOS A Figura 2 3 5 10 Formato do cabe alho da TPDU do TCP 103 e ACK ACKnowledge serv
370. tratamento do dado recebido para informar ao emissor que ele pode enviar o quadro de dados seguinte Isto significa que apesar da comunica o ser considerada unidirecional o canal conectando as duas camadas de Enlace 60 deve permitir a comunica o bidirecional para permitir que a entidade de Enlace receptora emita os quadros de reconhecimento Este protocolo denominado send wait stop and wait ou envia espera ilustrado pela figura 2 3 3 10 O terceiro caso a ser analisado aqui torna se muito mais pr ximo do real uma vez que consideraremos aqui a hip tese nem t o hipot tica assim de que os dados possam chegar outra extremidade do canal corrompidos ou que estes sejam perdidos ao longo do canal Vamos por m considerar a possibilidade de detectar a ocorr ncia de quadros incorretos atrav s de uma das t cnicas apresentadas na se o 2 3 3 3 A B dados reconhecimento cade E o reconhecimento aun dados Figura 2 3 3 10 Protocolo envia espera Uma primeira solu o aquela em que o receptor emite um quadro de reconhecimento somente no caso em que o quadro de dados recebido esteja correto Do lado do receptor estabelecido um mecanismo de temporiza o que disparado ap s o envio de cada quadro de dados Se ap s a expira o da temporiza o um quadro de reconhecimento n o recebido o emissor considera que o quadro de dados foi perdido ou que foi recebido incorre
371. tual parecido A ISO prop s um conjunto de servi os de terminal virtual que visa atender as necessidades de acesso a terminais para aplica es relativamente simples ex edi o de texto intera o com o sistema operacional entrada de dados etc Estes servi os s o parte de um SASE denominado VTS Virtual Terminal Service que inclui tamb m um protocolo denominado VTP Virtual Terminal Protocol Este SASE define uma s rie de objetos b sicos cujos m todos primitivas de servi o permitem a execu o das opera es indicadas na tabela a seguir Primitiva Opera o VT ASSOCIATE estabelece conex o entre terminais ou entre um terminal e um processo de aplica o AP via ACSE VT RELEASE desfaz conex o de forma ordenada via ACSE VT U ABORT desfaz conex o de forma abrupta pelo User via ACSE VT P ABORT desfaz conex o de forma abrupta pelo Provider via ACSE VT CONTEXT SWITCH altera contexto sem ntica e sintaxe dos dados VT START NEG inicia negocia o de par metros com parceiro VT END NEG termina negocia o de par metros com parceiro VT NEG INVITE convida parceiro a sugerir par metros de negocia o VT NEG OFF ER oferece uma sugest o de par metros ao parceiro VT NEG ACCEPT aceita par metros sugeridos pelo parceiro VT NEG REJECT rejeita par metros sugeridos pelo parceiro VT DATA transfere dados estruturados de forma sequenciada VT DELIVER possibilita controlar
372. ubrede o que significa que as t cnicas discutidas na se o referente camada de rede podem ser utilizadas 2 4 4 AS DIFERENTES POSSIBILIDADES DE INTERCONEX O A figura 2 4 3 ilustra diferentes possibilidades de interconex o de redes locais ou de longa dist ncia Em cada caso necess rio introduzir um elemento intermedi rio ou relay respons vel das adapta es de protocolo que sejam necess rias podendo ser uma ponte ou bridge ou passarela gateway dependendo do tipo de interconex o 151 F Jan an P man man B Jones RN E av wvan Lan ue parema Figura 2 4 3 Possibilidades de interconex o de redes Saindo um pouco do contexto do modelo OSI no caso mais geral a tarefa efetuada pelos relays pode ser implementada em qualquer camada os quatro tipos de relays mais comuns sendo os repetidores repeaters implementados no n vel f sico que permitem unicamente amplificar e retransmitir os sinais el tricos representando os bits de dados entre dois segmentos de cabo e as pontes bridges implementadas no n vel enlace que efetuam o armazenamento e retransmiss o dos quadros entre 2 redes locais a retransmiss o do quadro pode ser caracterizada por algumas modifica es nos formatos dos quadros se necess rio e os roteadores routers implementados no n vel rede que retransmitem pacotes entre v rias redes e as passarelas gateways implementadas ao n vel aplica o cuja tarefa bem ma
373. ue como j foi dito muitas aplica es podem comunicar se diretamente atrav s do uso direto das primitivas de servi o de Transporte n o fazendo uso dos servi os de Sess o de Apresenta o ou de Aplica o As poss veis rela es entre as primitivas de servi o da camada de Transporte s o apresentadas na figura 2 3 5 1 As duas extremidades das ilustra es caracterizam os usu rios do servi o de Transporte o fornecedor sendo representado pelo espa o separando os dois usu rios Em 2 3 5 1 a ilustrada um estabelecimento normal de conex o onde o usu rio da esquerda envia uma primitiva T CONNECT request camada de transporte O usu rio da direita vai receber ent o uma primitiva T CONNECT indication cujos par metros v o conduzir os valores particularmente da qualidade de servi o a serem negociados Este aceita o estabelecimento da conex o retornando camada de Transporte uma primitiva T CONNECT response que ser refletida via servi o de Transporte no usu rio da esquerda na forma de uma primitiva T CONNECT confirm 88 T CONNECT T CONNECT T CONNECT request request request T CONNECT T CONNECT indication indication T CONNECT T DISCONNECT response request T CONNEC T DISCONNE T DISCONNEGT confirm indication indication a b c T_DISCONNEC T_DISCONNEC T_DISCONNECT request request request T_DISCONNE T_DISCONNECT T_DISCONNECT indication indication indication d e f T_DATA T_EXPEDITED_DAT r
374. ue para um anel operando a 1Mbps e utilizando 1000 metros de suporte f sico este s poder suportar 5 bits a cada instante Uma rede em anel consiste de um conjunto de liga es ponto a ponto em modo unidirecional como mostra a figura 2 23 Cada n do anel equipado de um acoplador que permite conectar duas extremidades do cabo Cada bit chegando na entrada de um acoplador 197 copiado numa mem ria de espera antes de ser retransmitido ao n seguinte Este bit pode ser inspecionado e mesmo ter o seu valor modificado antes da retransmiss o Num anel com ficha uma segii ncia bin ria particular denominada ficha fica circulando em perman ncia quando n o existe transmiss o de quadro Quando uma esta o quer emitir um quadro ela deve adquirir a posse da ficha e substitu la pelo quadro a enviar Uma vez que apenas uma ficha est circulando no anel a emiss o de um quadro uma a o exclusiva a uma nica esta o do anel o que significa que os conflitos s o assim eliminados Esta o Repeater e interface anel unidirecional para anel Ed A Figura 2 23 Anel com ficha Token Ring A opera o do protocolo IEEE 802 5 relativamente simples Quando n o existem quadros sendo transferidos sobre a rede uma ficha de 3 bytes fica circulando Quando uma esta o deseja transmitir um quadro ela captura a ficha posicionando um dos bits do segundo byte a 1 o que permite transformar os dois primeiros bytes d
375. ue as usadas com um c digo apenas detetor de erros Veremos a seguir exemplos de ambas as t cnicas a Os c digos de corre o de erro forward error control Os c digos corretores s o utilizados para as transmiss o de dados em casos particulares como por exemplo quando os canais s o unidirecionais ou quando imposs vel ou indesej vel requisitar a retransmiss o de um quadro Um exemplo extremamente simplificado de c digo corretor de erros pode ser visto a seguir sendo este composto de apenas 4 palavras de c digo 0000000000 0000011111 1111100000 e 1111111111 Este c digo apresenta uma dist ncia de Hamming de 5 o que significa que ele pode corrigir at 2 erros em cada palavra de c digo Se o receptor detecta uma palavra de c digo igual a 0000000111 ele capaz de reconhecer a palavra original como sendo 0000011111 pois esta a palavra v lida mais pr xima da recebida Por outro lado se um erro triplo ocorre modificando por exemplo a palavra 0000000000 em 0000000111 o receptor ser incapaz de corrigi lo Um c digo corretor de erros bastante usado na pr tica foi proposto pelo pr prio Hamming em 1950 Este c digo s pode corrigir erros simples de 1 bit Nele o n mero m nimo de bits de controle dado por m r 1 12 onde m o n mero de bits de dados e r o n mero de bits de controle No c digo de Hamming cada palavra composta por uma mistura de bits de dados e de controle numerados da esqu
376. uinte na lista de esta es compondo a rede aloca o controlada Vamos analisar alguns destes protocolos mais adiante nesta se o 167 Os protocolos de acesso n o determin sticos s o frequentemente caracterizados pela competi o entre esta es pelo direito de acessar o meio de transmiss o Um exemplo desta classe o protocolo CSMA CD Analisaremos a seguir alguns dos protocolos de acesso ao meio mais conhecidos procurando destacar o aspecto de comportamento temporal 3 2 2 1 3 Os protocolos MAC n o determin sticos CSMA persistente e n o persistente Estes protocolos pertencentes classe de protocolos ditos de detec o de portadora carrier sense baseiam se no conceito de escuta do meio de transmiss o para a sele o do direito de acesso a este Um primeiro exemplo deste protocolo o CSMA 1 persistente Carrier Sense Multiple Access ou Acesso M ltiplo por Detec o de Portadora Neste protocolo quando uma esta o est pronta a enviar um quadro de dados ela escuta o que est ocorrendo no suporte de transmiss o No caso em que o canal j est sendo ocupado por alguma transmiss o a esta o aguarda na escuta at que o meio esteja livre para a sua emiss o da o nome persistente quando isto ocorre ela pode ent o emitir um quadro O m todo chamado 1 persistente porque quando a linha esta livre a esta o enviar os dados com 100 de probabilidade Ap s a transmiss o dos da
377. um conjunto de terminais era conectado a um computador central atrav s de linhas de comunica o de baixa velocidade o que permitia aos usu rios interagir com os seus programas A necessidade de conex o de terminais para o processamento interativo foi o ponto de partida para o estabelecimento de necessidades de comunica o nos computadores A t cnica de time sharing permitia a um grande conjunto de usu rios o compartilhamento de um nico computador para a resolu o de uma grande diversidade de problemas e as aplica es desenvolvidas foram cada vez mais se multiplicando e se diversificando c lculos complexos produ o de relat rios ensino de programa o aplica es militares etc Este aumento na demanda implicava numa necessidade crescente de atualiza es e incrementos nas capacidades de armazenamento e de c lculo na unidade central o que nem sempre era vi vel ou poss vel dado que os computadores do tipo mainframe nem sempre eram adaptados para suportar determinadas extens es Nos anos 70 com o surgimento dos minicomputadores foi poss vel adaptar as capacidades de processamento s reais necessidades de uma dada aplica o Al m disso dado que em uma empresa um grande n mero de usu rios operavam sobre conjuntos comuns de informa es a necessidade do compartilhamento de dados de dispositivos de armazenamento e de perif ricos entre os v rios departamentos de uma empresa deu um novo impulso aos trabalhos no
378. um n mero par de bits foi distorcido o m todo n o capaz de detectar o erro Assim o bit de paridade permite detectar unicamente erros simples Uma variante melhorada deste m todo a paridade longitudinal conhecida como BSC Block Sum Check usada para o conjunto de palavras de c digo que comp em um quadro Aqui al m de acrescentar um bit de paridade para cada palavra calculada uma palavra completa adicional da forma mostrada no exemplo seguinte caracter ASCH bin rio bit paridade R 52H 01010010 1 sE 45H 01000101 1 D 44H 01000100 O E 45H 01000101 1 BSC 00010110 1 A palavra BSC enviada no final do quadro ap s as palavras que fazem parte dos dados a enviar O receptor a exemplo da t cnica de paridade simples calcula o BSC dos dados a medida que s o recebidos e compara o resultado com a ltima palavra enviada que o BSC calculado pelo emissor se houver diferen a houve erro de transmiss o Nesta variante erros que n o foram detectados pela paridade simples provavelmente ser o detectados pela paridade longitudinal Esta t cnica largamente utilizada em protocolos de rede mais simples mas tem uma efici ncia limitada Um m todo de detec o de erros ainda melhor e largamente utilizado em redes locais a defini o de um c digo polinomial tamb m denominado CRC cyclic redundancy code 57 Nos c digos polinomiais considera se que os bits de uma cadeia de caracteres s o os coeficientes d
379. uma USART simples ass ncrona As taxas de transmiss o propostas na norma original s o 9 6 19 2 e 93 75 kbps para dist ncias at 1200 m 187 5 kbps para dist ncias at 600 m e 500 kbps at 200 m A camada f sica oferece duas primitivas de servi o acess veis camada de enlace PHY_DATA request requisi o de envio de dados e PHY DATA indication indica o da presen a de dados 3 4 3 3 A CAMADA DE ENLACE A exemplo da norma IEEE 802 o PROFIBUS define duas subcamadas para a camada de Enlace de Dados a subcamada de controle de acesso ao meio MAC e a subcamada de controle de liga o l gica LLC Na subcamada MAC o PROFIBUS combina dois m todos determin sticos de acesso ao meio as esta es ditas ativas encontram se em um anel l gico no qual o direito de acesso ao meio repassado ciclicamente por passagem de token baseado na especifica o IEEE 802 4 enquanto as esta es ditas passivas comportam se como escravas isto s tem acesso ao meio por requisi o da esta o ativa detentora do token O PROFIBUS representa assim uma combina o dos m todos Master Slave e Token Passing figura 4 6 O token s repassado entre as esta es ativas Esta es ativas podem entrar e sa r do anel l gico de forma din mica como previsto na norma IEEE 802 4 O token repassado na ordem ascendente de endere os seguindo uma lista de esta es ativas LAS List of Active Stations Esta lista ger
380. unda colis o cada uma delas vai escolher de maneira aleat ria um tempo de espera compreendido entre O e 3 time slots antes de tentar a emiss o Caso uma terceira colis o ocorra a faixa de escolha de intervalos de tempo vai aumentar para O a 23 1 Em geral ap s i colis es o intervalo de escolha ser de O a 2i 1 Assim se 10 colis es consecutivas ocorrem as chances para isto s o m nimas mas reais a faixa de tempo de espera vai atingir um m ximo de 1023 time slots Ap s a d cima sexta colis o a tentativa de emiss o desabilitada e a esta o de trabalho ser informada da situa o ficando uma camada mais acima como respons vel pela decis o sobre a melhor forma de tratar o problema A escolha deste algoritmo se justifica pela possibilidade de adapta o do tempo de espera em fun o do n mero de colis es ocorridas Por outro lado o algoritmo CSMA CD n o fornece nenhuma informa o sobre o destino de quadros que tenham sido transmitidos sem a ocorr ncia de nenhum incidente Isto significa que a aus ncia de colis o n o garante que o quadro foi recebido pela esta o ou esta es destinat ria s sem nenhuma modifica o devido por exemplo a sinais parasitas Para que a transmiss o seja considerada correta preciso que a esta o receptora verifique o bloco de controle de redund ncia c clica e em caso positivo transmita um quadro de reconhecimento Isto ser feito se for escolhido um servi o con
381. unica o o acesso aos dados num computador fica bastante facilitado apesar dos esfor os de bloqueio como por exemplo as senhas passwords Que o digam os computadores do Pent gono que j foram visitados por adolescentes em microcomputadores Assim uma s rie de cuidados devem ser tomados no que diz respeito seguran a ou confidencialidade das informa es armazenadas num computador e mesmo daquelas trocadas entre computadores dentre elas e a prote o contra leitura de dados por pessoas n o autorizadas e a prote o contra a inser o de mensagens por elementos n o autorizados e a verifica o da identidade do emissor da mensagem e tornar poss vel o envio de documentos com assinatura eletr nica 122 2 A t cnica de criptografia a solu o que permite implementar os pontos acima mencionados Algumas das diversas t cnicas de criptografia conhecidas ser o apresentadas ao longo deste cap tulo 2 3 7 2 As primitivas de servi o da camada de apresenta o A tabela a seguir apresenta a lista de primitivas de servi o de Apresenta o Como se pode notar quase todas as primitivas s o id nticas quelas apresentadas na parte anterior relativa camada de Sess o No caso dos servi os orientados conex o por exemplo os usu rios desta camada ou seja as entidades da camada de Aplica o podem abrir uma sess o utilizando a primitiva P_CONNECT request que se reflete na camada de
382. urante um intervalo de tempo pr destinado e este fim ex CRMA Cyclic Reservation Multiple Access e H bridos consistem de 2 ou mais das categorias anteriores Com rela o ao seu comportamento temporal podemos organizar os protocolos de acesso ao meio em duas principais classes os protocolos determin sticos e os n o determin sticos Os protocolos ditos determin sticos s o caracterizados pela possibilidade de definir um tempo limite para a entrega de uma dada mensagem mesmo que somente em pior caso enquanto os protocolos n o deterministicos n o oferecem tal possibilidade Muitos dos atuais protocolos de acesso determin sticos s o caracterizados pela concess o do direito ao acesso independentemente das necessidades de transmiss o de cada n da esta o aloca o fixa Dentre os protocolos conhecidos desta classe podemos destacar o protocolo TDMA Time Division Multiple Access onde o acesso dado a cada esta o considerando faixas de tempo bem definidas Este m todo apresenta um baixo desempenho uma vez que muito tempo pode ser perdido no caso de esta es que n o tenham mensagens a transmitir Outros exemplos de protocolos de acesso determin sticos s o aqueles baseados na passagem de ficha token passing onde uma ficha correspondendo ao direito de transmiss o passada de esta o a esta o da rede Ao receber a ficha uma esta o que n o tenha mensagens a transmitir repassa a ficha esta o seg
383. ver representar um passo meramente formal Ao lado das quest es de normaliza o permanecem ainda abertas discuss o quest es referentes ao espectro de aplica es a ser atendido pelo Fieldbus Por um lado desejada uma boa compatibilidade e interconectabilidade com os n veis hier rquicos superiores de automa o por outro devem ser considerados os requisitos t cnicos e econ micos para a conex o de componentes inteligentes simples e de baixo custo Enquanto solu es que permitam uma compatibilidade com a defini o da camada de aplica o adotada no sistema MAP atrav s da defini o de Subsets do MMS s o nitidamente preferidas permanece aberta a quest o da adequa o de tais sistemas para o acoplamento direto de sensores e atuadores em processos com din mica elevada como o caso de sistemas de controle em malha fechada na fabrica o A forma de estrutura o f sica de uma tal malha de controle com Fieldbus mostrada na Figura 4 3 Contr va ERES Atuador Ermo E LI am ES sensor Processador central sistema de controle digital convencional Fieldbus Processador Mestre Sistema de controle com Fieldbus Contr Seng Sen Sensor Figura 4 3 Malha Fechada de Controle com Fieldbus Nos itens seguintes apresentaremo
384. vi o de confirma o CONNECT confirm Este procedimento ilustrado na figura 2 2 4 26 SISTEMA A SISTEMA B CAMADA N 1 CAMADA N 1 CONNECT request CONNECT response CONNECT confirm CONNECT indication CAMADA N CAMADA N Figura 2 2 4 Ilustra o da troca de primitivas de servi o confirmado Par metros podem ser associados s primitivas No caso do servi o de conex o por exemplo os par metros podem especificar os seguintes aspectos relacionados conex o desejada e a m quina com a qual se deseja dialogar e o tipo de servi o desejado e o tamanho m ximo das mensagens e etc Se a entidade invocada n o est de acordo com os par metros contidos na primitiva de indica o recebida esta pode fazer uma contraproposta atrav s dos par metros da primitiva de resposta que ser transmitida entidade emissora atrav s dos par metros da primitiva de confirma o Os servi os no modelo OSI podem ser de dois tipos confirmados ou n o confirmados No caso dos servi os confirmados as quatro classes de primitivas s o definidas ou seja pedido request indica o indication resposta response e confirma o confirm Isto significa que a entidade que requisitou o servi o ter sempre uma informa o sobre as condi es de realiza o deste at mesmo se este foi realizado com sucesso ou n o Nos servi os n o confirmados apenas as duas primeiras classes de primitivas s o utiliza
385. xo de 0 8V como l gico 1 A interface permite portanto o envio de bits em s rie e de bytes em paralelo Das 16 linhas que comp e o cabo 8 s o para os dados propriamente ditos 3 servem para opera es de handshake e 5 para gerenciamento da interface A pinagem descrita na tabela 5 1 Categoria Linha Nome 8 Data lines DIO 1 8 Data I O DAV Data Valid 3 Handshake lines NRFD Not Ready For Data NDAC Not Data Accepted REN Remote Enable IFC Interface Clear 5 Interface Management lines SRQ Service Request EOI Endo or Identify ATN Attention Tabela 5 1 Pinagem do GPIB As linhas de controle NRFD e NDAC operam no modo wired OR de modo que s assumem o valor l gico TRUE no barramento quando todas as esta es ligadas ao GPIB setam a linha correspondente local em TRUE ativo baixo 240 GPIB requer a exist ncia de uma esta o controladora mestre do barramento que define em cada instante quem ser a esta o emissora fonte dos dados aqui chamada de talker ou falante e quem ser o as esta es receptoras destino dos dados aqui chamados listeners ou ouvintes A linha ATN distingue mensagens de dados ATN 0 de mensagens dedicadas de gerenciamento da interface ATN 1 como por exemplo mensagens para definir o talker e os listeners Ap s a defini o pela esta o controladora de quem ser o o talker e os listeners s o executados os seguintes passos 1
386. zadas nos sistemas A e B Esta troca realizada numa nica dire o de A para B sem a ocorr ncia de perdas dada a considera o de que o canal de comunica o perfeito O segundo caso indo do imagin rio ao mais realista leva em conta o fato de que a camada de Rede do sistema receptor n o tem capacidade de tratar os dados com a mesma velocidade em que eles s o gerados pela camada de Rede emissora Por outro lado a hip tese de que o canal perfeito e que os dados circulam numa nica dire o ainda verdadeira O problema que se coloca neste caso o de impedir que o emissor envie os quadros numa velocidade superior quela que o receptor pode consumi los trat los e retransmiti los Uma forma de faz lo estabelecer um mecanismo de temporiza o do lado do emissor de modo a provocar um pequeno espa o de espera pelo tratamento do dado previamente enviado antes do envio do seguinte Esta solu o n o evidentemente a melhor uma vez que uma m escolha do limite de espera pode conduzir a atrasos indesej veis na comunica o A B dados dados dados Figura 2 3 3 9 Troca de quadros considerando um protocolo onde a comunica o unidirecional e sem corrup o nem perda de quadros Uma forma mais eficiente de faz lo determinar uma maneira de informar ao emissor do estado corrente do receptor Isto conduz defini o de quadros de reconhecimento que ser o enviados pelo receptor ap s o
387. zar a varredura c clica e pelos escravos para responder pode se determinar a dura o de um ciclo de varredura completo questionamento por parte do mestre de todas as esta es escravas e respectivas respostas Este tempo corresponde ao pior caso de tempo de resposta de uma esta o qualquer Naturalmente este tempo aumenta quando s o adicionadas novas esta es escravas rede Mestre Escravo Escravo Escravo Escravo Figura 2 7 M todo de acesso mestre escravos O protocolo Token Passing Os sistemas com comando distribu do permitem a defini o de mais de uma esta o com direito de acesso ao meio f sico Uma das t cnicas mais conhecidas nesta categoria o chamado Token Passing passagem de ficha ou de bast o como nas corridas de revezamento Nela o direito de acesso ao meio definido pela posse do token transmitido ciclicamente entre as v rias esta es que podem livremente trocar dados entre si sem a intromiss o de um mestre ou outro intermedi rio qualquer A figura 2 8 ilustra a configura o usual da rede conhecida como Token Bus barramento com passagem de ficha Este sistema no entanto bem mais complexo do que o Mestre Escravos visto anteriormente j que provid ncias especiais tem que ser tomadas no caso da perda do token ou da entrada ou sa da de uma das esta es da rede durante a opera o Veremos como isto feito em uma sess o posterior quando discutirmos a norma IEEE 802 4
388. zenas de quil metros Os sat lites de comunica o s o uma outra op o para a transmiss o de dados em uma larga gama de aplica es Estes podem ser vistos como esta es repetidoras instaladas no c u dotadas de um certo n mero de emissores receptores capazes de receber sinais numa certa faixa de frequ ncia amplific los e em seguida retransmit los em outra faixa de fregii ncia Dependendo do sat lite os feixes de onda difundidos para a terra podem cobrir uma zona geogr fica relativamente grande ou mais restrita Um sat lite utiliza em geral uma faixa de frequ ncia em torno de 500 MHz distribu da entre 10 a 12 repetidores cada um deles utilizando uma faixa em torno de 36 MHz dentro da qual este pode transmitir um fluxo de dados a uma taxa de 50 Mbit s 33 2 3 2 2 Aspectos da Transmiss o de Dados O meio de transmiss o consiste geralmente de um conjunto de recursos e regras que permitem a transmiss o de informa es de um ponto a outro numa rede de comunica o Este processo ilustrado pela figura 2 3 4 a onde podemos observar os seguintes elementos e a fonte de informa o que pode ser um computador ou um terminal por exemplo que gera as informa es que dever o ser transmitidas estas sendo representadas usualmente por um conjunto de d gitos bin rios ou bits e O transmissor que respons vel da adapta o ou convers o do conjunto de informa es de bits para sinal el trico ou eletromag

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