Introducción a SIMATIC NET Ethernet Industrial ISO/OSI

Comunicación en la Automatización de la Producción Planificación - Gestión - Producción Gestión de la producción Control del proceso Sensores, actuadores, accionamientos Flujo de datos C O R S P 1 5 K 2 3 4 6 7 8 9 H I F T D E L Control local Requisitos para Automatización de la Producción Comunicación abierta con la Oficina de Ingeniería Alta disponibilidad Menores tiempos de respuesta Utilización mejorada de la máquina Lotes más pequeños Rápidos cambios de proceso Especificación flexible de recetas En la automatización de procesos se ha producido una tendencia creciente hacia la automatización distribuida de plantas. Esto significa subdividir un complejo sistema de control central en secciones menores, más manejables, posibilitando un procesamiento de la información más rápido sobre la marcha. Comunicación Un sistema de comunicación potente y amigable es esencial en una Potente estructura distribuida de planta. Ethernet, Los sistemas de bus de la familia SIMATIC NET están diseñados a PROFIBUS, medida para este propósito. AS Interface

La Pirámide de la Automatización Nivel de gestión Nivel de célula Nivel de campo Nivel actuador- -sensor Workstation, PC PLC, PC Accionamientos Válvulas Actuadores Sensores

Uso de Redes en Automatización Datos de Red Acceso a datos en diferentes lugares Carga-Compartida de Red Tareas compartidas entre varios componentes de automatización Función de Red Acceso a las funciones de otros componentes de automatización Rendimiento de Red Conectando varios componentes hasta formar una red con objeto de aumentar el rendimiento Disponibilidad de Red Disponibilidad aumentada, porque si un componente falla los otros asumen el control

Requisitos de los Distintos Niveles Cantidad Datos Tiempo Respuesta Frecuencia Transmisión Nivel de MB Minutos/ Día/Turno/ Gestión Horas Hora Nivel de Célula KB 100 ms a 1 s Segundos/Minutos Nivel de Campo Bytes 10 ms a 100 ms Segundos/ Millisegundos Nivel de Actuador- Bits Millisecos Millisegundos Sensor

La Solución de Comunicación SIMATIC NET Ethernet Industrial PROFIBUS Actuador- Sensor Interface Nivel de Gestión Nivel de Célula Nivel de Campo Nivel de Actuador- Sensor

Ventajas para los Clientes de SIMATIC NET Ahorro en Costes Ahorros en costes de instalación y cableado Flexibilidad “Recableado” rápido Máxima Fiabilidad Optimizado para uso industrial: Cables apantallados o cables de fibra óptica Protocolos especiales para requisitos de la industria Test Potente y Funciones de Diagnóstico Chequeo rápido de la configuración Arranque simplificado gracias a las funciones de diagnóstico

¿Por qué SIMATIC NET? Optimizada La red apropiada a cualquier aplicación Estandarizada Ethernet, PROFIBUS, AS Interface Abierta Los clientes no dependen de un fabricante Extendida Ya está siendo empleada por gran número de clientes Orientada al Futuro Innovación y continua mejora del producto Decisión estratégica para el futuro

Configuración de Ethernet Industrial Cable triaxial Multiplexor Acoplador estrella KYDE Cable Fibra Óptica Especificaciones Técnicas Estándar Ethernet IEEE 802.3/ISO 8802.3 Método de Acceso CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection) Velocidad 10 Mbit/sec Medio de Eléctrico: Cable coaxial con doble pantalla Transmisión (Par Trenzado Industrial) Óptico: Cable fibra óptica (vidrio) Máx. número Más de 1,000 de participantes Extensión de Eléctrico: 1.5 km la red, aprox. Óptico: 4.5 km Topología Línea, árbol, estrella, anillo redundante Aplicaciones Redes de área y célula

Configuración PROFIBUS FO RS 485 Anillo Línea SIEMENS ET200C OLM Estándar PROFIBUS en EN 50 170 Método de acceso Paso de testigo con maestro-esclavo subordinado (deterministico) Velocidad 9.6 a 1,500 Kbit/sec., 12 Mbit/sec. Medio de Eléctrico: Cable de dos hilos apantallado transmisión Óptico: Cable de fibra óptica (vidrio y plástico) Máx.número 127 de participantes Extensión de Eléctrico: Máx. 9.6 km (depende de la velocidad) la red Optical: Sobre 100 km (depende de la velocidad) Topología Línea, árbol, anillo, estrella Aplicaciones Niveles de campo y célula

Configuración AS-I CP 342-2 SIMATIC S7-300 Fuente Alimentación AS-I Módulo Pasivo (sin AS-I-ASIC) Módulo Activo (con AS-I-ASIC) Actuador / Sensor con AS-I-ASIC Distribuidor AS-I Especificaciones Técnicas Estándar AS Interface Especificación en IEC TG 178 Método de acceso Maestro-esclavo (deterministico) Velocidad Tiempo ciclo: 5 ms (con 31 esclavos) Medio de Cable de dos hilos sin apantallar transmisión Máx. número 31 esclavos (máx. 4 elementos binarios por esclavo) de participantes Extensión de Máx. longitud de cable 300 m (con repetidores) la red Topología Línea, árbol, estrella, anillo Protocols AS Interface Aplicaciones Interfase actuador-sensor AS Interface Esclavo ASIC AS Interface Cable de Bus

Modelo de Referencia ISO para Sistemas de Comunicación Abiertos Nivel de Presentación Nivel de Red Nivel de Aplicación Nivel Físico Nivel de Sesión Nivel de Transporte Nivel de Enlace de Datos Presentación de datos uniforme formatos de datos e interpretación de contenido Transporte de datos eficiente y fiable entre dos estaciones de comunicación Apoyo al usuario directo Manejo función de comunicación Control mecánico, eléctrico y funcional de la transmisión de bits Control de la comunicación, sincronización, organización y control del diálogo entre participantes Selección del camino y conmutación hacia el destino Conexión y desconexión fiable e individual de una sección de transmisión, detección y correción de errores, control del flujo Orientado a la aplicación Orientado al transporte 7 6 1 5 4 3 2 Las 7 capas del Modelo ISO/OSI Nivel de Aplicación Las tareas de comunicación ha ejecutar y las funciones y servicios - 7 - ha proporcionar se establecen aquí. Nivel de Presentación Los interlocutores necesitan que se les diga cómo se representan los - 6 - datos que van a recibir (por ejemplo, si un círculo debe interpretarse como un círculo, la letra O o la figura O). La representación “privada” de los datos de las estaciones individuales se convierte a la representación estándar del sistema de comunicación. Nivel de Sesión Esta capa proporciona las funciones necesarias para iniciar, conducir - 5 - correctamente y finalizar una sesión de comunicación. Facilitando la transmisión controlada y estructurada de grandes cantidades de datos. Nivel de Transporte Este nivel aporta la detección y corrección de errores con objeto de - 4 - asegurar el transporte correcto de mensajes entre estaciones (esto es, acuse y repetición). También incluye el control de flujo de la información acorde con la capacidad del receptor para recibirla y procesarla (control del flujo). Nivel de Red Se definen aquí los caminos a tomar y las direcciones a usar para - 3 - transmitir los mensajes a través de varias etapas en su viaje (LANs, redes de correo, etc.). Nivel de Enlace Aquí es donde se gestiona el acceso al medio de comunicación común - 2 - y se asegura la fiabilidad del nivel físico entre interlocutores. Nivel Físico Esta capa tiene está relacionada con las condiciones físicas para - 1 - transmitir mensajes, p. Ej. La velocidad (que varía en función del medio físico empleado), etc.

Arquitectura de Comunicación en Plantas de Producción Buses Campo Redes locales Redes Remotas Job Transfer Manipulation (JTM) ISO 8831 ISO 8832 Distributed Transaction Processing (DTP) ISO 10 026 Remote Database Access (RDA) ISO 9579 Manufacturing Message Specification (MMS) ISO 9506 File Transfer Management (FTAM) ISO 8571 Virtual Terminal (VT) ISO 9040 ISO 9041 Handling System (MHS) CCITT X.400 Directory Service ISO 9495 Network ISO 9596 Commitment, Concurrency and Recovery (CCR) ISO 9804, 9805 Association Control Service Elements (ACSE) ISO 8649, 8650 Remote Operations Service Elements (ROSE) ISO 9072 Reliable Transfer Service Elements (RTSE) Presentation, ISO 8822, 8823 Transfer Syntax ASN.1, ISO 8824; Basic Encoding Rules, ISO 8825 Session, ISO 8826, 8827 Transport, Connection oriented, ISO 8072 , ISO 8073, Class 2.4 connectionless, ISO AD 8073 ISO Connectionless Internet Protocol ISO 8348, 8473 RS 485 ISO 8802-3 ISO 8802-4 ISO 8802-5 X.21, X21 to V.24 ST interface I.430 or I.431 FLC + MAC CSMA, CD LLC Type1-3, ISO 8802-2 Token Bus Token Ring HDLC LAPB ISO 7776 HDLC LAPD I.440 I.441 ISDN D chann. X.25 ISO 8280 I.450 I.451 En plantas de producción los estándares internacionales Manufacturing Message Specification and File Transfer Access Management tienen una gran importancia. Estos estándares permiten el intercambio de datos estructurados entre sistemas de fabricantes completamente diferentes.

Arquitectura del Protocolo Ethernet Industrial TF MAP 7b = MMS 7a ISO ACSE 6 Presentación AP 5 Sesión 4 ISO 8073 clase 4 Protocolo de transporte 3 ISO 8473 Sin enlace, protocolo de Internet inactivo 2b IEEE 802.2 LLC clase 1 2a 1 IEEE 802.3

Estructuras de Protocolo de CPs SIMATIC S5 programa de usuario SEND HDB/RECEIVE HDB CP 143 / CP 535 Estación comunicación S5-AG Ethernet Industrial Software de configuración NCM COM 143 COM 535 CP 1430/ CP 143 Estructura protocolo CP 535 Estructura protocolo Interfase usuario MMS/STF 7b TF 7a 6 AP 5 4 ISO 8073 clase 4 Protocolo transporte 3 ISO 8473, inaktive Internetwork Protocol 2b IEEE 802.2, LLC 2a IEE 802.3 1 CSMA/CD CP Acceso Nivel 4 Bloque manejo 7b 7a 6 5 4 ISO 8073 class 4 Protocolo transporte 3 ISO 8473, inaktive Internetwork Protocol 2b IEEE 802.2, LLC 2a IEE 802.3 1 CSMA/CD Acceso Nivel 4 Bloque manejo CP

Estructura Funcional de CPs DP - RAM AG CP Backplane Bus Driver Driver módulo interfase Productive communication STF/AP: Módulo-cliente Módulo-servidor Driver módulo interfase Productive communication Acceso nivel 4 Funciones PG Chequeo y configuración DSDB Driver AS 511 Nivel 2b - 4a a ISO 8073 ISO 8473 inactivo Nivel 1 - 2a a IEEE 802.3 CP Parte Transporte CP Parte Host

Principio de Operación Según Modelo ISO/ OSI Servicios de nivel n - 1 Servicios de nivel n' - 1 Servicios de nivel n Servicios de nivel n' Unidad trabajo en nivel n' dispositivo A' en nivel n dispositivo A Nivel n + 1 Nivel n - 1 Nivel n Interfase servicio n Interfase servicio n - 1 Protocolo n Principio Una unidad de trabajo en el nivel n recibe un trabajo procedente del nivel n+1 a través de la interfase n/n+1. Para llevar a cabo el trabajo, emplea sus propios recursos y aquellos proporcionados por el nivel n-1 en respuesta a las peticiones de trabajo pertinentes. Además de comunicar con los niveles n+1 y n-1 (a través de las interfases n+1/n y n/n-1 respectivamente), el nivel n puede comunicar con el “nivel compañero” n' de otro sistema. Esta comunicación no tiene lugar directamente, sino siempre a través del camino n-1, n-2, ..., 1, 1 ... n'-2, n'- 1 , donde ' representa las capas del otro sistema. De acuerdo con la definición, sólo los niveles n y n' pueden comunicar con otro horizontalmente. La comunicación entre los correspondientes niveles n y n' también se denomina virtual.

Terminología n + 1 n n - 1 n + 1 n n - 1 Terminología Para comprender el modelo de capas, es importante conocer el significado de los siguientes términos: Protocolo Servicio Interfase Protocolo Comunicación entre niveles equivalentes de interlocutores diferentes conforme a convenciones conocidas como protocolos. Un protocolo sólo es aplicable en niveles equivalentes. Una red de ordenadores o un sistema distribuido deben por ello implementar protocolos para todos los niveles. Además del direccionamiento de las estaciones y del control del flujo de datos, uno de los propósitos principales de los protocolos en la comunicación de datos entre diferentes ordenadores es proporcionar servicios que aseguren la integridad de la transmisión de datos. Otro problema común en la comunicación de datos es que, normalmente, el emisor emite los datos más rápido de lo que el receptor puede recibirlos y procesarlos. Para prevenir la pérdida de datos, en ocasiones es necesario ”ralentizar" el emisor. Esto se conoce como control del flujo.

Tipos de Conexión Tipo Protocolo Modo de Operación Aplicación Orientada a la conexión Tres fases; Sesiones terminal, Establecer conexión, Transferencia datos Transferir datos, Deshacer conexión Sin conexión Transporte de mensajes Servicios directorio, auto-contenidos Bases datos, Transacciones Protocolos En comunicación de datos se distingue entre protocolos orientados a la Orientados a la conexión y sin conexión, es decir, protocolos que establecen una conexión Conexión y entre los interlocutores previa al intercambio de datos y protocolos Sin Conexión que se emplean sólo para enviar mensajes individuales. Los dos tipos normalmente difieren en la cantidad de funciones de seguridad, lo que, por contra, repercute en su rendimiento. Un protocolo orientado a la conexión con un gran número de funciones de seguridad presupone un mayor procesamiento en el ordenador que en el caso de un protocolo sin conexión. El intercambio de información empleando un protocolo orientado a la conexión puede compararse con una llamada telefónica: Los interlocutores se presentan ellos mismos e intercambian ciertas formalidades antes de que comience el intercambio de datos en sí. La conexión no se interrumpe hasta que ambas partes están seguras de que han comprendido correctamente la información intercambiada. Por esta razón, los protocolos orientados a la conexión se dice también que establecen ”circuitos virtuales". Los circuitos virtuales se emplean cuando el contexto de la información es importante, cuando la conexión debe mantenerse durante un tiempo relativamente prolongado, o cuando es esencial la integridad de los datos a transmitir. Una línea física (real) puede normalmente llevar varias conexiones virtuales (lógicas). Las unidades de información en protocolos sin conexión pueden ser comparadas con los telegramas porque son normalmente mensajes auto-contenidos. En ocasiones también se les da el nombre de datagramas. Los protocolos sin conexión se emplean principalmente en transacciones, como en el caso de las solicitudes en bases de datos.

Servicios n + 1 n n - 1 n + 1 n n - 1 Servicios Los servicios son las funciones de un nivel/capa en un interlocutor puede realizar para el nivel mayor más próximo. Los servicios pueden ser ejecutados por las unidades de trabajo del propio nivel o pueden ser solicitados desde la capa posterior. Establecimiento de la conexión Disolución de la conexión Transmisión de datos Direccionamiento Manejo error Segmentación Re-ensamblado Multiplexado Fragmentación Expedición Encaminamiento Sincronización Compilación Codificación Compresión : : : Examples

Puntos de Acceso al Servicio Proceso aplicación ASAP (7) Instancia NIVEL APLICACIÓN PSAP (6) Instancia NIVEL PRESENTACIÓN SSAP (5) Instancia NIVEL SESIÓN TSAP (4) Instancia NIVEL TRANSPORTE NSAP (3) Instancia NIVEL RED LSAP (2) Instancia NIVEL ENLACE Se accede a los servicio de los niveles subordinados a través de los puntos de acceso al servicio (SAP). Cada punto de acceso al servicio en una red tiene un nombre único, que es su DIRECCIÓN DEL PUNTO DE ACCESO AL SERVICIO Las indicaciones y peticiones de servicios siempre hacen uso de la dirección del punto de acceso al servicio. A cada aplicación se le asignan unos SAPs determinados, que son únicos en todo el sistema. El modelo OSI no estipula como debe implementarse en un sistema el punto de acceso al servicio. PHSAP PUNTO DE ACCESO AL SERVICIO SAP (1) Instancia NIVEL FÍSICO MAU Medio Implementación

Confirmación servicio Interfases n + 1 n n - 1 n + 1 n n - 1 Nivel n + 1 Nivel n Confirmación servicio Petición servicio Indicación servicio Interfases Las interfases el procedimiento y las estructuras de datos entre los niveles de una estación. Los protocolos y servicios para los distintos niveles están estandarizados por la ISO, pero no así las interfases! XTI X/OPEN Transport Interface publicado en la X/OPEN Portability Guide 3 (PG3) TLI Transport Layer Interface en UNIX System V Release 4.0 Socket interface en BSD 4.2 / 4.3 - UNIX Interfase con bloques de gestión en CP 1430 para PLCs S5 (Bloques de función estándares para CPs) Interfase SEND-RECEIVE en CP443-1 y CP 343-1 para PLCs S7 Examples

Información de Usuario de Camino a su Destino Proceso Datos Datos Proceso 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 Información Usuario Mientras está siendo procesado en la dirección n, n-1, ... , 1 , al mensaje a su Paso por se le va añadiendo información específica del nivel, fundamentalmente los Niveles importante para el transporte del mensaje. Cuando el mensaje se procesa en la dirección 1, ... , n-1, n, esta información adicional se ”aprovecha". Por ello, en la práctica se complementa el mensaje colocándole en cada nivel en un nuevo “envoltorio”, que se eliminará de nuevo en la capa correspondiente del interlocutor. La mayor parte de los trabajos de un nivel consisten en traspasar los datos de nuevo, con modificaciones que no afecten a su significado. Estos datos no se interpretan en el nivel. El mensaje puede ser modificado (mediante codificación o poniéndolo en paquetes) y tener uno o más envoltorios alrededor. Sólo el nivel correspondiente en la estación de destino puede retirar éste y deshacer la modificación (decodificarlo, reensamblarlo), de forma que el contenido pueda ser interpretado por el nivel superior. Emisor Receptor Medio

Estructura de Datos (N + 1) - PDU (N) - SDU (N) - PDU (N) - PCI Nivel N + 1 Nivel N Nivel N - 1 (N-1) - SDU Estructura Datos Cuando los datos se pasan de un nivel a otro reciben una nueva designación. Protocol Data Unit El protocolo de la unidad de datos del nivel N+1, (N+1) - PDU, recibe el Service Data Unit nombre de servicio de la unidad de datos ((N) - SDU) en el nivel inferior, nivel N. Protocol Control El protocolo de control de la información de este nivel ((N) - PCI) se añade Information y se coloca delante del servicio de la unidad de datos. El elemento en su totalidad se ha convertido en el protocolo de la unidad de datos ((N) - PDE) del nivel N. El bloque entero de datos se pasa entonces al nivel inferior más próximo, nivel N - 1, y recibe el nombre de servicio de la unidad de datos ((N - 1) - SDU). (N-1) - PDU PDU: Protocol Data Unit SDU: Service Data Unit PCI: Protocol Control Information

Estructura de una Unidad de Datos Cabecera ENLACE Cabecera Red Cabecera Transmisión Cabecera Protocolo Automatización Datos Usuario Cola enlace L - H DATOS N - H T - H AP - H LT

Estructura de la Cabecera Longitud campo Direcc. fuente Direcc. destino Datos IEEE 802.3 Cabecera Campo Control SAP enlace fuen. SAP enlace dest. ISO 8073 Parte Fija Parte Variable Indicador Longitud Campo CRC ISO 8473 14 6 2 3 1 v a r i b l e variable mín. 46 bytes máx. 1500 bytes 4 Nivel 2a Nivel 2b IEEE 802.2 Nivel 3 IEEE 8473 Nivel 4 IEEE 8073

TRAMA MAC (1) mín: 46 bytes máx:1500 bytes Bit transfer LSB first PREÁMBULO 7 bytes SFD 1 byte DIRECCIÓN DESTINO 6 bytes FUENTE LONGITUD 2 bytes LLC DATOS PAD FCS 4 bytes MSB LSB Bit transfer LSB first mín: 46 bytes máx:1500 bytes <46 bytes >=46 Longitud del preámbulo: 7 bytes El preámbulo consiste en la secuencia de bytes 5555 ... 55 H. La codificación Manchester del preámbulo da como resultado una secuencia de señal periódica con una frecuencia de 10 MHz, que permite al nodo receptor sincronizar con el reloj del transmisor. SFD = Start Frame Delimiter (Limitador Inicial Trama) El campo SFD consiste en el byte D5 H. El campo SFD señala el comienzo de los datos MAC actuales. Tanto el preámbulo como el campo SFD no son rigurosamente parte de la trama MAC. Cuando se especifica la longitud de las tramas MAC , el preámbulo y el campo SFD normalmente no se cuentan. Campo Preámbulo b0 b7 Campo SFD Nota

TRAMA MAC (2) mín: 46 bytes máx:1500 bytes Bit transfer LSB first PREÁMBULO 7 bytes SFD 1 byte DIRECCIÓN 6 bytes DESTINO DIRECCIÓN 6 bytes FUENTE MSB LSB Bit transfer LSB first mín: 46 bytes máx:1500 bytes <46 bytes >=46 LONGITUD 2 bytes LLC DATOS La dirección de destino especifica el receptor(-es) del mensaje Tipos de direcciones de destino: Dirección individual El mensaje va dirigido a una única estación. Dirección multicast El mensaje va dirigido a una o más estaciones. Dirección broadcast El mensaje va dirigido a todas las estaciones. Una dirección broadcast consta de 48 ”unos". La dirección fuente es siempre individual. La dirección fuente especifica el emisor de la trama MAC. Campo Dirección Destino PAD FCS 4 bytes b0 b7 Campo Dirección Fuente

TRAMA MAC (3) Una trama MAC contiene dos direcciones, la dirección de destino y la dirección de origen. Longitud de un campo de dirección: 48 bits Formato dirección: dirección 48-bit I / G = 0 Dirección individual l / G = 1 Dirección grupo U / L = 0 Control dirección global (universal) U / L = 1 Control dirección local I/G U/L 48 bits

TRAMA MAC (4) Dirección Ethernet Dirección del módulo físico en Ethernet. La dirección Ethernet está preasignada según: Hexadecimal Byte 5 (cuatro bits de la derecha) y byte 6: Número hezadecimal para cada módulo; Cada digito 0 ... 9, A ... F Byte 5 (cuatro bits de la izquierda): Sistema identificación sistemas SIEMENS; Por defecto para Simatic S5: 0. Byte 4 Número para el Grupo SIEMENS "AUT" Byte 1 ... 3 Número para SIEMENS 080006 01 0 000

Canales Básicos en una Red de Área Local Transferencia de Datos Destino Fuente Estación 1 Dir. Individual 1 Dir. Multicast 1 Broadcast Estación 0 Dir. Individual 0 Dir. Individual 1 Dir. Individual 2 Dir. Multicast 1 Dir. Multicast 2 Dir. Individual 4 Broadcast Estación 2 Dir. Individual 2 Dir. Multicast 1 Dir. Multicast 2 Broadcast Estación 3 Dir. Multicast 2 Broadcast Estaciones (nodos) accesibles desde Estación 0 Estación 4 Dir. Individual 4 Dir. Multicast 2 Broadcast

Transmisión Multicast Emisor Dirección Individual: 080006018010 Dir. Multicast: 090006010001 080006018030 080006018020 080006018040 Nota La dirección multicast 09000601FFEF se utiliza para transmitir y recibir tramas de mensaje horario con el transmisor de reloj SINEC o CP. Dicha dirección está fijada por el firmware y no puede ser configurada.

Comparación entre Especificación Ethernet e IEEE 802.3 Preámbulo Dirección destino Dirección fuente Campo tipo LLCDU Octeto cuenta Campo datos CRC El campo longitud ocupa 2 bytes del la trama MAC El campo longitud especifica el número de bytes de datos de usuario (datos LLC) en el campo de datos que viene a continuación. El byte de orden mayor es el primero transmitido. Aviso: El campo longitud tiene un significado diferente en el protocolo Ethernet original. Campo Tipo Identificador para el protocolo de nivel superior siguiente 0800H = IP 0806H = ARP Ligeras diferencias en especificaciones de cable Interpretación de los dos bytes que siguen a la dirección fuente en la trama MAC. · Interpretación diferente de la señal “Heart Beat” <-> SQE Campo Longitud Diferencias . Principales entre Ethernet e IEEE 802.3

IEEE 802 (1) IEEE 802 (1) SIMATIC NET Industrial Ethernet 2b LLC 802.2 2a MAC 1 Físico 802.1 · 802.14 SIMATIC NET Industrial Ethernet Siemens AG 1997. All rights reserved . Date : 01.08.1997 File No. : 7KE_ ei . 34 IEEE 802.2 IEEE 802 divide el nivel 2 ISO (Nivel Enlace) en dos partes Subnivel 2a (Medium Access Control) Subnivel 2b (Logical Link Control) El subnivel LLC (IEEE 802.2) se basa en el subnivel MAC y su misión es: Seguridad en la comunicación de datos Establecer los canales lógicos El subnivel MAC “maneja” los detalles del mecanismo de acceso. Estas tareas son: Creación datos (creación trama, protección errores) Control del acceso

IEEE 802 (2) Estándares IEEE 802 802.1 HIGHER LEVEL INTERFACE (HlLI) 802.1p MULTIMEDIA ENHANCEMENTS 802.1g REMOTE MAC BRIDGING 802.1q VIRTUAL LANS 802.2 LOGICAL LINK CONTROL (LLC) 802.3 CSMA/CD CARRIER SENSE MULITPLE ACCESS WITH COLLISION DETECTION 802.3x FULL DUPLEX 802.3y 100 BASE - T2 802.3z GIGABIT ETHERNET 802.4 TOKEN PASSING BUS 802.5 TOKEN RING 802.5j FIBER TRIAL STANDARD 802.5r DEDICATED TOKEN RING 802.6 METROPOLITAN AREA NETWORK 802.7 BROADBAND 802.8 FIBER OPTIC TAG (FOTAG) 802.9 INTEGRATED SEVICES LAN 802.10 INTEROPERABLE LAN SECURITY (SILS) 802.11 WIRELESS LAN (WLAN) 802.12 DEMAND PRIORITY (100 BASE - VG/ANYLAN) 802.14 CABLE TV-BASED BROADBAND COMMUNICATION NETWORK

Estructura de una Unidad de Datos LLC Dirección DLSAP Dirección SLSAP Campo control Campo datos 8 bits N x 8 bits DLSAP Destination Link Service Access Point SLSAP Source Link Service Access Point Creación y direccionamiento de los canales lógicos de transmisión. FEH en Ethernet Industrial Campo Control Tipo de trama de datos 03H = Ul Comando AFH = XID Comando/Respuesta E3H = TEST Comando/Respuesta N Entero >= 0 Nmáx: Seleccionable, pero debe ser compatible con el subnivel MAC pertinente

Ethernet Industrial L - H N - H T - H L - H Cabecera Enlace (Link Header) N - H Cabecera Red (Network Header) T - H Cabecera Transporte (Transport Header) El Nivel Red De acuerdo con el modelo de referencia ISO, la principal función del nivel 3 (Nivel red) es el encaminamiento de las tramas del mensaje. El encaminamiento comprende las siguientes tareas: Recibir tramas del mensaje. Decidir si la trama del mensaje está destinada al ordenador local (programa usuario) o si necesita ser traspasado. Si ha de traspasarse, elegir la conexión física a utilizar para tal fin. Nivel Red En SIMATIC Net Ethernet Industrial, el nivel 3 permanece inactivo: Inactivo Esto significa que se emplea, como cabecera para el nivel 3, el byte 00H en la trama del mensaje.

Datos MAC / Campo FCS mÍn: 46 bytes mÁx: 1500 bytes Longitud mínima: 46 bytes Longitud máxima: 1500 bytes Si hay menos de 46 bytes de datos de usuario, el resto se completa con bytes de relleno (PAD) , no definidos específicamente. Longitud: 32 bits FCS = Frame Check Sequence Para la detección de errores se utiliza un procedimiento CRC. (CRC = Cyclic Redundancy Checksum) Generador polinomial G(x) = X32+x26+X23+x22+x16+X12+X11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+X+1 El procedimiento CRC genera una secuencia de 32 bits que se transmiten en el orden b31, b30, b29, ..., b0. El cyclic redundancy check abarca los campos de direcciones, el campo de longitud y el campo de datos. Campo Datos LSB MSB Bit transfer LSB first b0 b7 Campo FCS

Procedimiento de Transmisión Ethernet Transmisión banda-base Frecuencia 0 ... fmax Mensaje 1 Mensaje 2 Destino 2 Destino 1 A F C E B D Banda-base Transmisión de información sin modulación Las señales se transmiten en una banda de frecuencia a partir de 0 Hz. Un canal de transmisión Código Manchester para auto-sincronización Rentable Velocidad transmisión de SIMATIC Net Ethernet Industrial: 10 Mbit/s

Código Manchester CP1 CP2 000000000 111111111 010101010 001111011 ETHERNET Interfase serie ESI/82501 Controlador Comunicación Local LCC/82586 CP1 CP2 000000000 111111111 010101010 001111011 Código Manchester para secuencia mostrada 1 Código Manchester para secuencia de "1" Código Manchester para secuencia de “0” y “1” alternativa Código Manchester para secuencia de "0" T = Ancho pulso para 1 bit T Código Manchester Propósito En la transmisión serie de una secuencia de señal digital (síncrona), el receptor debe tener una señal elemental de temporización que le permita mantener la sincronización. El pulso de tiempo puede transmitirse a través de un camino diferente de la propia línea de datos.. Sin embargo, si se hace uso de un bus serie como medio de transmisión, éste sólo posee una línea de transmisión. Es necesario, en consecuencia, codificar la información de datos y tiempo en una única señal y de modo que el receptor puede reconstruir ambas (el pulso de tiempo y los datos) en el otro extremo. Dicho procedimiento (en el extremo emisor) implica la formación de una señal (codificación de bits). Uno de los posibles códigos es el Código Manchester. Convenio Codificación En la primera mitad del ancho de pulso para 1 bit se transmite el valor invertido del estado del bit y en la segunda mitad el valor sin invertir.

CSMA/CD (1) Comprueba si la línea está desocupada, si es así transmite 1. 2. 3. CSMA/CD Si una estación desea transmitir datos, verifica si el canal de transmisión no está siendo utilizado en ese momento. (CS = Carrier Sense/Detección de Portadora) Si es así, la estación comienza a transmitir datos. Si alguna otra estación ha comenzado a transmitir datos (casi) al mismo tiempo, (MA = Multiple Access/Acceso Múltiple) se produce una colisión, que tiene que detectarse (CD = Collision Detect). Durante un breve período de tiempo se transmiten las señales “atascadas” para permitir que el resto de estaciones detecten la colisión. La estación espera, en ese caso, durante un tiempo aleatorio transcurrido el cual vuelve a intentar establecer la transmisión. Dirección reconocida por la estación * Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection

CSMA/CD (2) 1. 2. Detectada colisión 3. Mensajes cancelados Repetir intento después de esperar un tiempo aleatorio * Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection