STRATEGIC COMPUTER HOST COMPUTER HOST COMPUTER Section Control Computer Section Control Computer Section Control Computer Section Control Computer Equipment.

Prezentacja na temat: "STRATEGIC COMPUTER HOST COMPUTER HOST COMPUTER Section Control Computer Section Control Computer Section Control Computer Section Control Computer Equipment."— Zapis prezentacji:

1

2 STRATEGIC COMPUTER HOST COMPUTER HOST COMPUTER Section Control Computer Section Control Computer Section Control Computer Section Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer Equipment Control Computer KORPORACJA Przedsiębiorstwo WZRASTAJĄCA WAGA INFORMACJI WZRASTAJĄCE WYMAGANIA CZASU RZECZYWISTEGO

3 KOMPUTER KORPORACYJNY WAN HOST PRZEDSIĘBIORSTWA HOST PRZEDSIĘBIORSTWA LAN KOMPUTER SEKCJI KOMPUTER SEKCJI KOMPUTER SEKCJI PLCCNC PLC Fieldbus

4 LAN (Local Area Networks) Duże prędkości transmisji (0.1 do 100 Mbps) Małe odległości (0.1 do 25 km) Niski współczynnik błędów (10 -8 do 10 -11 ) LAN CSMA/CD Token Bus Token Ring Fibre optic

5 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 ODLEGŁOŚCI PRĘDKOŚCI H-S LAN LAN MAN WAN System wieloprocesorowy

6 Physical Layer Data-link layer Network layer Wyższe warstwy Physical Media Dependent Layer Physical Protocol Layer Medium Access Control (MAC) Logical Link Control (LLC) Internetwoking IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.6 IEEE 802.7 IEEE 802.2 IEEE 802.1 STANDARDY IEEE

7 802.3 CSMA/CD 802.4 TOKEN BUS 802.5 TOKEN RING basebandbroadbandbasebandbroadbandcarrierband 10Mbps 10Mbps Twisted Pair (10BaseT) 10Mbps Ethernet 10Mbps Cheapernet 1Mbps StarLAN 10Mbps 5Mbps 5 lub10Mbps 1Mbps (nie używane) 4Mbps 16Mbps

8 Typy LLC 1 UNACKNOWLEDGED CONNECTIONLESS SERVICE bez potwierdzeń, bez obsługi detekcji i korekcji błędów (typowo stosowany w sieciach ethernetopodobnych) 2 CONNECTION-ORIENTED SERVICE wirtualny obwód, preferowany w sieciach typu IBM Token Ring 3 ACKNOWLEDGED CONNECTIONLESS SERVICE preferowany w aplikacjach sterujących procesami w przemyśle, następne ramki są wysyłane dopiero po potwierdzeniu poprzednich, po przekroczeniu czasu oczekiwania następuje retransmisja

9 CSMA/CD CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS COLLISION DETECTION 1976 Metcalfe, Boggs (Xerox) - ETHERNET 1981 Ethernet standard opublikowany przy udziale Xerox, DEC, Intel 1985 IEEE 802.3 Ethernet standard dla CSMA/CD LAN Ethernet10 Mbit/s Fast ethernet100 Mbit/s Gigabit ethernet1Gbit/s

10 AB A zaczyna transmitować ramkę AB B zaczyna transmitować ramkę AB B rozpoznaje kolizję AB A rozpoznaje kolizję

11 0.20.40.60.81.00.0 2 4 6 8 10 Token RingToken Bus CSMA/CD 0.20.40.60.81.00.0 2 4 6 8 10 CSMA/CD Token Ring Token Bus Średnie opóźnienie [ms] obciążenie 10 Mbit/s ramka 512 bit 2.5 km 100 stacji 10 Mbit/s ramka 12000 bit 2.5 km 100 stacji

12 TRANSCEIVER ETHERNET CONTROLLER BOARD CHEAPERNET CONTROLLER BOARD

13 Token Bus LAN CSMA/CD jest szeroko używana w biurach Jednakże ze względu na probabilistyczny charakter stacja może bardzo długo oczekiwać na możliwość wysłania ramki. (teoretycznie może czekać nawet nieskończenie długo) Ramki Ethernetowe nie posiadają priorytetów, co stawia pod znakiem zapytania zastosowanie tego typu sieci do systemów czasu rzeczywistego gdzie ważne ramki nie powinny być przetrzymywane w oczekiwaniu na mniej ważne.

14 ZALETY WADY PROSTY ALGORYTM POWSZECHNIE UŻYWANY RÓWNOUPRAWNIONY DOSTĘP DOBRE OSIĄGI PRZY MAŁYM OBCIĄŻENIU POTRZEBA WYKRYWANIA KOLIZJI PROBLEMY DIAGNOSTYCZNE OGR. MINIMALNY ROZMIAR PAKIETU SŁABE OSIĄGI PRZY DUŻYM OBCIĄŻENIU BARDZO DOBRA PRZEPUSTOWOŚĆ DOSTĘP Z PRIORYTETAMI MAŁA WRAŻLIWOŚĆ NA OBCIĄŻENIE SKOMPLIKOWANY ALGORYTM TECHNOLOGIA NIEZBYT SZEROKO STOSOWANA CSMA/CD Token Bus CSMA/CD Token Bus

15 SYNCHRONOUS (6) ASYNCHRONOUS URGENT (4) ASYNCHRONOUS NORMAL (2) ASYNCHRONOUS TIME - AVAILABLE (0) TOKEN BUS CLASSES OF SERVICE

16 Token Ring LAN Dostęp: Połączenie stacji: Prędkość transmisji: Max. odległość pomiędzy stacjami: Częstość błędów: Ilość stacji: Przekazywanie tokena Gwiazda przy wykorzystaniu MAU (Multistation Access Unit) 1 - 16 Mbps (typowo - 4 Mbps) Do 100 m (max 200 m - światłowód) Mniej niż 1 na 100 mln Max 260

17 TOPOLOGIA WIRE CENTER POPRAWA NIEZAWODNOŚCI UPROSZCZONE ADMINISTROWANIE

18 Kiedy nikt nie transmituje 3-bajtowy TOKEN ciągle krąży w sieci. Stacja, która chce wysłać ramkę czeka na free token, zmienia go na busy token i dołącza dane. Wysyłający usuwa ramkę którą nadał. Wysyłający generuje free token.

19 Nadawca oczekuje na token. Zmienia free token na busy token oraz dołącza dane. free token

20 Nadawca transmituje wiadomość. Odbiorca ustawia bity odbioru i transmituje dalej odebraną wiadomość. busy token dane Pozostałe stacje przekazują wiadomość.

21 Nadawca generuje free token po zakończeniu transmisji i otrzymaniu własnej wiadomości z busy tokenem. dane free token

22

23 Klasyfikacja połączeń Physical station interconnectivity: Definiuje w jaki sposób stacje będą połączone poprzez przewody i karty sieciowe. (poziomy napięć, interfejsy analogowo / cyfrowe, kontrola przepływu danych, itp.) Network interconnectivity: Definiuje w jaki sposób stacja S1 podłączona do sieci NET1 może się komunikować ze stacją S2 podłączoną do sieci NET2 (internetworking) Application interconnectivity: Definiuje w jaki sposób dane z aplikacji A1 na stacji S1 mogą być przesłane do aplikacji A2 na stacji S2.

24 REPEATER Używamy do połączenia segmentów rozległej sieci z identycznymi protokołami i prędkościami w warstwie fizycznej. Repeatery regenerują sygnały cyfrowe i operują na warstwie 1 (physical layer) i są przezroczyste dla innych warstw. Użycie repeaterów jest ograniczone gdyż nie filtrują ruchu sieciowego oraz nie zmieniają atrybutów czasowych sieci (np. dla standardu 802.3 wartość time slot ogranicza dlugość przewodu do 2,5km. RR Max 2,5km

25 BRIDGE Mostki (bridges) łączą dwie takie same lub inne sieci LAN z których tworzą większą sieć. Operują na warstwie Data-link layer i nie potrafią kierować pakietów (routing) i kontrolować sesji. Wymagają aby sieci które łączą miały takie same schematy adresowania i rozmiary pakietów. Typowe zastosowania: Łączenie sieci o różnych technologiach warstwy 1 (np. broadband LAN z baseband LAN, 10Mbps z 5Mbps, itp.) Podział dużej sieci na segmenty ze względu na kontrolę ruchu w sieci. (podział na podsieci stacji często komunikujących się)

26 heterogeneous bridging Token Ring Ethernet homogeneous bridging

27

28 NET1NET2 AdresatNadawcaDane Nadawca1 Nadawca2 Nadawca5 Nadawca

29 NET1NET2 Adresat1NadawcaDane Nadawca1 Nadawca2 Nadawca5 Nadawca NET1NET2 Adresat3NadawcaDane Nadawca1 Nadawca2 Nadawca5 Nadawca

30 ROUTER Router operuje na warstwach 1,2 i 3 - tak więc posługuje się adresami sieciowymi a nie adresami kart sieciowych. Router można postrzegać jako bridge który zna alternatywne scieżki w sieci i używa ich jeżeli podstawowa ścieżka nie jest dostępna. Router musi więc znać topologię sieci. Multiple protocols router - pozwala na podłączenie sieci o różnych protokołach do tego samego przewodu (np. backbone net) takich jak np. TCP/IP, OSI, SNA, DECnet, Appletalk, Novell, Token Ring

31

32 GATEWAY Gateway łączy dwie niekompatybilne sieci. Gateway może konwertować protokoły na dowolnej warstwie. W praktyce gatewaye operują na Application layer. Np. konwesja poczty elektronicznej z różnych formatów

33 1 1 77 1 1 22 1 1 22 33 1 1 22 33 44 55 66 REPEATERBRIDGEROUTERGATEWAY WARSTWY

34 HUB STANDARDOWY HUB ETHERNETOWY pakiety wchodzą jednym portem i wychodzą wszystkimi innymi każda stacja wysyła pakiet który widzą wszystkie inne stacje ale odbiera tylko jedna (tworzą się kolizje) ETHERNETOWY SWITCHING (SWITCH) kiedy pakiet wchodzi do portu jest rozpoznawany jego MAC adres (w ethenecie - adres fizyczny karty) następuje wybór portu przeznaczenia i połączenie następuje tylko pomiędzy dwoma zainteresowanymi stacjami SWITCH HUB SWITCH

35 FDDI Fiber Distributed Data Interface FDDI oferuje dużą prędkość przesyłu 100Mb/s używając do tego celu światłowodów jako medium komunikacyjnego w topologii RING FDDI zapewnia połączenie dla 1000 stacji dla całkowitej długości światłowodu do 200 km Physical - medium - dependent PMD Physical PHY Medium - access control MAC IEEE 802.2 LLC Station management SMT

36 Physical PHY * Optyczne przekazywanie * Kodowanie / dekodowanie * Obsługa wymagań czasowych Medium - access control MAC Station management SMT * Generowanie i weryfikacja ramek * Rozpoznawanie adresów * Wstawianie i usuwanie stacji z logicznego ringu * Inicjalizacja stacji * Rozpoznawanie błędów

37 Pojedynczy i podwójny RING

38

39

40

41 NAJWAŻNIEJSZE WYMAGANIA: JEDEN TYP SIECI - RÓŻNORODNOŚĆ MEDIÓW KOMUNIKACYJNYCH Dane i zasilanie w jednej wiązce / przewodzie. Proste i tanie rozwiązania warstwy fizycznej. MOŻLIWOŚĆ UŻYCIA ISTNIEJĄCEJ SIECI 4 - 20 mA Użycie istniejącej sieci obniża koszty implementacji. Dostosowanie szybkiej transmisji do niezbyt wyrafinowanego osieciowania. REDUNDANCJA ZREDUKOWANA ARCHITEKTURA WARSTWOWA Zwykle usuwa się warstwy 3-6. DIAGNOSTYKA I LOKALIZOWANIE USZKODZEŃ Np. self-testy sieci

42 TYPOWE STANDARDY TRANSMISJI RS 485 IEC 118-58 Fiber Optic

43 RS 485 Ekranowana miedziana skrętka Rozwiązanie tanie o wysokiej prędkości transmisji Okablowanie nie wymaga specjalnych umiejętności / wiedzy Struktura magistralowa umożliwia proste dodawanie / usuwanie stacji Prędkość transmisji może być dobrana z przedziału 9.6kbit/s - 12Mbit/s Dla wszystkich urządzeń - ta sama prędkość transmisji

44 Topologia Ilość stacji Rodzaj złącz Medium Magistrala (linear bus) z terminatorami 32 stacje bez repeaterów 127 z repeaterami Zwykle 9 - pin D Skrętka dwuprzewodowa ekranowana lub nie

45 IEC 118 - 58 Stosowana w przemyśle chemicznym i petrochemicznym Zapewnia niezbędne bezpieczeństwo i możliwość zasilania poprzez sieć Każdy segment posiada tylko jedno zasilanie (zasilacz) Każdy element sieci pobiera stałą ilość prądu w stanie ustalonym Topologia: magistrale, drzewa lub gwiazdy Możliwość zastosowania segmentów redundancyjnych

46 Transmisja Prędkość Ilość stacji Zabezpieczenia Synchroniczna cyfrowa 31,25kbit/s (tryb napięciowy) 32 stacje w segmencie całkowicie max. 126 stacji Tryb bezpieczny przeciwwybuchowy

47 Fiber Optic Używane gdy: Istnieją silne zakłócenia elektromagnetyczne Istnieją duże odległości przy wymaganiach wysokiej prędkości transmisji (100 km)

48 PROFIBUS

49 PROFIBUS - DP Tania, szybka transmisja Komunikacja pomiędzy systemami sterowania a rozproszonymi I/O 24 V lub 0-20 mA PROFIBUS - PA Do automatyzacji procesów Podłączenie dla czujników i elementów wykonawczych Połączenie dwuprzewodowa zgodne z IEC1158-2 PROFIBUS - FMS Do komunikacji na poziomie zespołów wykonawczych (cell level) Bardziej złożone zadania komunikacyjne

50 WARSTWY FIEDLBUS

51 WorldFIP Połączenia na poziomie: LEVEL 0- czujniki / elementy wykonawcze LEVEL 1- PLC, regulatory, itp. WorldFIP powstał w oparciu o następujące założenia: EKONOMICZNEzredukowane koszty okablowania oszczędności przy projektowaniu i instalacji TECHNICZNEprosta modyfikacja i administrowanie uproszczenie tradycyjnych instalacji (point-to-point) pomiędzy czujnikami i procesorami gwarantowany czas odpowiedzi bezpieczeństwo dostępność odczytu zmiennych

52 STRUKTURA WARSTWOWA PRĘDKOŚCI 31,25 kbps 1 Mbps2,5 Mbps S1S2S3 5 Mbps FIBER OPTIC

53 PORÓWNANIE

54 PORÓWNANIE FIELDBUSÓW