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1.1
Comunicaciones Industriales Avanzadas 1
COMUNICACIONES INDUSTRIALES AVANZADASDepartamento de Electrónica y Automática
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Sadot Alexandres Fernández y José Antonio Rodríguez Mondéjar
Comunicaciones Industriales Avanzadas 2
Biblografía y referencias empleadas
ØCOMUNICACIONES Y REDES DE COMPUTADORAS Autor: WILLIAM STALLING. Edición: 7ª. Editorial: PRENTICE HALL Fecha de publicación: 06/2004.
ØCOMUNICACIONES INDUSTRIALES. Autor: Pedro Morcillo Ruiz. Editorial: Paraninfo. Fecha de publicación: 2000
ØAUTÓMATAS PROGRAMABLES. Balcells, Romeral. Marcombo 1997.
ØCOMUNICACIONES INDUSTRIALES. Sempere Payá, Silvestre Blanes, Martínez Guardiola. Universidad Politécnica de Valencia. 2002
ØDOCUMENTACIÓN TÉCNICA SOBRE BUSES INDUSTRIALES (Schneider, Siemens, Allen-Bradley, etc.)
1.2
Comunicaciones Industriales Avanzadas 3
Objetivos
Ø Introducir los fundamentos de las comunicaciones fijas y móviles con enfoque de aplicación industrial
Ø Estudiar y entender las comunicaciones a partir de la capa de física y su progresión a las capas superiores
ØComplementar la teoría con un laboratorio práctico en aplicaciones industriales basado en 485, PLC y ethernet.
Comunicaciones Industriales Avanzadas 4
Contenidos de la asignatura
TEORÍA
0. Recordando 485 y Modbus1. Las comunicaciones actuales2. Las redes de comunicaciones industriales3. La capa de enlace y de red4. Redes fijas e inalambricas5. Ethernet6. Otros buses industriales.
PARTE 1
PARTE 2
1.3
Comunicaciones Industriales Avanzadas 5
Comunicaciones industriales- Recordando 485 y MODBUS -
Comunicaciones Industriales Avanzadas 6
EIA-485
Capa física usados en Buses de Campo
± 200 mV± 200 mV± 3VSensibilidad del receptor
-7v a 12V± 7V± 15VRango de tensión en receptor
54O min.100O min.3KO a 7KOCarga del driver
10 Mbps10 Mbps20 KbpsVelocidad máxima
1200 mts.1200 mts15 mtsLongitud del cableado
32 driver32 receivers
1 driver10 receivers
1 driver1 receiver
Driver/receiver
Simétrica o DiferencialSimétrica o DiferencialAsimétricaModo de trabajo
RS485RS422RS232Estándar
1.4
Comunicaciones Industriales Avanzadas 7
EIA-485, 2 cables multidrop
TG
A
B
A
B T
R
TXEnable
RX
100O
½ w
T TransmisorR ReceptorTierra de señalTierra de chasisTG Tierra general
TG
A
100O
½ w
A
B
B
TXEnable
RX
T
R
½ w
100O
½ w
100O
A
100O
½ w
A
B
B
T
R
½ w
100O
TG
A
100O
½ w
A
B
B
TXEnable
RX
T
R
½ w
100O
Rt Rt
1.220 m
Resistencias de terminación solo en los dos extremos
Comunicaciones Industriales Avanzadas 8
MODBUS
Modbus (Modicon) Protocolo de enlace tipo Master-Slave (nivel OSI-2) y Protocolo de aplicación Cliente -Servidor (OSI-7). Se puede implementar en diferentes tipos de conexión física.
1.5
Comunicaciones Industriales Avanzadas 9
MODBUS
Ø El protocolo de línea serie MODBUS es un protocolo Maestro-Esclavo. En este protocolo están conectado al mismo bus serie con funciones principales:
§ Exclusivamente un Maestro (en el mismo instante de tiempo).§ Uno o varios nodos esclavos (hasta un máximo de 247).§ La comunicación la inicia siempre el Maestro.§ Los nodos esclavos nunca transmiten sin haber recibido una petición del nodo Maestro.§ Los nodos esclavos nunca se comunican entre ellos.§ El nodo Maestro inicia únicamente una transacción MODBUS en el mismo instante de tiempo.
Ø Existen dos modos de petición a los nodos esclavos UNICAST (punto a punto) y BROADCAST (difundido):
§ UNICAST: El nodo maestro envía una petición a UN nodo esclavo. Después de recibir la petición el nodo esclavo devuelve un “reply” al nodo maestro. En este modo, una transacción MODBUS consiste de 2 tipos de mensajes: 1 -> petición del nodo maestro y 2-> un “reply” del nodo esclavo. Cada nodo esclavo debe tener una dirección única (entre la 1 a la 247) tal que puede ser direccionada de forma independiente de otros nodos.§BROADCAST: El nodo maestro envía una petición a TODOS los nodos esclavos. No existe respuesta a esta petición. Este modo se emplea para escribir comandos en los nodos esclavos, todos los nodos deben aceptar la función de escritura en este modo. LA dirección 0 está reservada para identificar una petición tipo broadcast.
Comunicaciones Industriales Avanzadas 10
MODBUS
Ø Medio FísicoEl medio físico de conexión puede ser un bus semidúplex (half duplex) (RS-485 o Fibra óptica) o dúplex (full duplex) (RS-422, BC 0-20mA o fibra óptica). La comunicación es asíncrona y las velocidades de transmisión previstas van desde los 75 baudios a 19.200 baudios. La máxima distancia entre estaciones depende del nivel físico, pudiendo alcanzar hasta 1200 m sin repetidores.
1.6
Comunicaciones Industriales Avanzadas 11
MODBUS
Comunicaciones Industriales Avanzadas 12
MODBUS
Ø Formato de la trama de datos.La codificación de datos dentro de la trama puede hacerse en dos modos: ASCII o binario RTU (Remote Transmission Unit). En ambos casos, cada mensaje obedece a una trama que contiene cuatro campos principales. La única diferencia es que la trama ASCII incluye un carácter de cabecera (3A) y los caracteres CR + LF (carryreturn – line feed) al final del mensaje. El CRC también cambia en la forma de calculo. Mientras que el formato RTU emplea una fórmula polinómica, el formato ASCII es la simple suma en módulo 16.
1.7
Comunicaciones Industriales Avanzadas 13
MODBUS
ØCampo de dirección (address field)
Número de esclavo (1 byte): Permite direccionar un máximo de 63 esclavos con direcciones que van del 01H hasta 3FH. El número 00H se reserva para los mensajes difundidos.
Ø Campo de datos/subfunciones (n bytes):Este campo suele contener, en primer lugar, los parámetros neces arios para ejecutar la función indicada por el byte anterior. Estos parámetros podrán ser códigos de subfunciones en el caso de órdenes de control (función 00H) o direcciones del primer bit o byte, número de bits o palabras a leer o escribir, valor del bit o palabra en caso de escritura, etc.
Comunicaciones Industriales Avanzadas 14
MODBUS
Ø Campo de función. Funciones básicas y códigos de operación (Function code)
Escritura de n palabras10H16
Escritura de n bits0FH15
No utilizado0EH14
No utilizado0DH13
No utilizado0CH12
Control del contador de diagnósticos número 90BH11
No utilizado0AH10
No utilizado09H9
Control de contadores de diagnósticos número 1 a 808H8
Lectura rápida de 8 bits07H7
Escritura de una palabra06H6
Escritura de un bit05H5
Lectura de n palabras de entradas04H4
Lectura de n palabras de salidas o internos03H3
Lectura de n bits de entradas02H2
Lectura de n bits de salida o internos01H1
Control de estaciones esclavas00H0
TareaCódigoFunción
1.8
Comunicaciones Industriales Avanzadas 15
MODBUS
Comunicaciones Industriales Avanzadas 16
MODBUS
Ø Modo de transmisión RTU (Remote Terminal Unit)En modo de comunicación línea serie RTU (Remote Terminal Unit) cada byte contiene 2 caracteres hexadecimales . Esto permite un mejor manejo de caracteres en modo ASCII. Cada mensaje debe ser transmitido en un tren de caracteres.
Este formato RTU está codificado del siguiente modo: Coding System: 8–bit binaryBits per Byte: 1 start bit,
8 data bits, least significant bit sent first1 bit for parity completion1 stop bit
Se utiliza normalmente paridad par (even), otros modos ( odd parity, no parity ) también se pueden emplear. Nota: si no se usa paridad, entonces se requieren 2 bits de stop.
1.9
Comunicaciones Industriales Avanzadas 17
MODBUS
Ø Descripción y temporización de la trama
Comunicaciones Industriales Avanzadas 18
MODBUS
Ø Conexión MODBUS 2 hilos.
1.10
Comunicaciones Industriales Avanzadas 19
MODBUS
Ø Conexión MODBUS 4 hilos.
Comunicaciones Industriales Avanzadas 20
MODBUS
Ø Conexión MODBUS 485.
1.11
Comunicaciones Industriales Avanzadas 21
Comunicaciones Industriales Avanzadas 22
1.12
Comunicaciones Industriales Avanzadas 23
Comunicaciones Industriales Avanzadas 24
Comunicaciones y redes
1.13
Comunicaciones Industriales Avanzadas 25
Fundamentos: Modelo de referencia básico
Aplicación
Transporte
Red
Enlace
Físico
Medio Físico= Cableado
Enlace
Físico
Aplicación
Transporte
Red
Enlace
Físico
Enlace
Físico
Red Red
Medio Físico= aire
• Proceso de comunicación :• Intercambio de datos• Compartir recursos• Telecontrol
• En la industria:• Coordinación y automatización de procesos• Monitorización y control • Uso de redes y buses industriales
Emisor/receptor
Protocolo
Canal de com.
Emisor/receptor
Protocolo
Canal de com.
Comunicaciones Industriales Avanzadas 26
Fundamentos: Modelo de referencia
q serviciosq aplicacionesq control de flujo de datosq calidad de servicioq direccionamiento y rutado de dispositivosq localización y traspasoq autenticaciónq acceso al medioq Control de acceso al medioq multiplexaciónq encriptaciónq modulaciónq control de interferenciaq atenuaciónq frecuencia
Capa de aplicación
Capa de transporte
Capa de red
Capa de enlace
Capa Física
1.14
Comunicaciones Industriales Avanzadas 27
Fundamentos: ¿Que es una red de comunicaciones ?
Tipos de Redes (por extensión):
– LAN (Local Area Network)• Privada y reducida (en extensión)• Velocidades: 10- 100 Mbps– WAN (Wide Area Network)• Pública y expandida (RTB, ISDN, GSM,
UMTS)• Pago de derechos de uso
Comunicación punto a punto esusualmente impráctica
Por lejanía de dispositivos o el número de ellos y de conexiones
La solución es una red de comunicaciones
Comunicaciones Industriales Avanzadas 28
Fundamentos: El uso de protocolo (1)
PROTOCOLO• Usado para la comunicación y entendimiento entre diferentes entidades en un sistema. Ejemplo: El uso de un mismo lenguaje .
• EntidadesAplicaciones de un usuarioUso de e-mail
• SistemasOrdenadorTerminalDispositivos de control (p.e . sensores)
1.15
Comunicaciones Industriales Avanzadas 29
Fundamentos: El uso de protocolo (2)
Comunicaciones Industriales Avanzadas 30
Fundamentos: Protocolos y modelos
MODELO OSIØOpen Systems InterconnectionØInternational Organization for Standardization (ISO)
ØSiete capasØModelo teórico de poco usoØTCP/IP es “de facto” el estandard
Capas OSI ØAplicaciónØPresentaciónØSesión
ØTransporteØRed
ØEnlaceØFísico
1.16
Comunicaciones Industriales Avanzadas 31
Comunicaciones y redes
ØRedes de área local (LAN)ØTecnología
Comunicaciones Industriales Avanzadas 32
Aplicaciones LAN
Ø Redes Personales (BAN, PAN, LAN)q Bajo costoq Bit-rate limitado
Ø Redes terminales y de almacenamientoq Interconexión de grandes sistemas (mainframes)
Alto bit-rateInterfaces de alta velocidadAcceso distribuidoDistancia limitadaNúmero limitado de dispositovos
Ø Redes de alta velocidadq Procesamiento de imagenesq Alta capacidad de almacenamiento
Ø Redes de interconexiónq Interconectividad entre redes locales de baja velocidadq Capacidadq Costo
1.17
Comunicaciones Industriales Avanzadas 33
Arquitecturas de LAN
Ø Protocol Ø TopologíasØ Control de acceso al medio - MAC
Ø Control de enlace lógico - LLCØ Capas inferiores del modelo OSI Ø Modelo de referencia del IEEE 802:
q Physicalq Logical link control (LLC)q Media access control (MAC)
Comunicaciones Industriales Avanzadas 34
IEEE 802 versus OSI
1.18
Comunicaciones Industriales Avanzadas 35
Capas IEEE 802
Ø Físicoq Codificación/decodificaciónq Generación/análisis de cabeceraq Trasnmisión/recepción de bitq Medio de transmisión y topología
Ø Control de la capa de enlace (LLC)q Interfaz a los niveles superioresq Control de error y flujo
Ø Control de acceso al medio (MAC)q Ensamblado y empaquetado de datos dentro de la trama con campo de
direcciones y control de erroresq Desensamblado de la trama
Reconocimiento de direccionesDetección de errores
q Control de acceso al medio de transmisión
Comunicaciones Industriales Avanzadas 36
Protocolos en el contexto LAN
1.19
Comunicaciones Industriales Avanzadas 37
Topologías
Ø ArbolØ Bus
q Casos especiales de topología en árbolCamino único, sin saltos
Ø AnilloØ Estrella
Comunicaciones Industriales Avanzadas 38
Topologías LAN
1.20
Comunicaciones Industriales Avanzadas 39
Bus y árbol
Ø MultipuntoØ La transmisión se propaga a través del medioØ Todas las terminaleses“escuchan”
q Es necesario identificar cada una de las terminalesCada terminal se identifica por una única dirección
Ø Conexión full-duplex q Se permite transmisión y recepción simultánea
Ø Se necesita “regular” la transmisiónq Para evitar colisiones
Se usan bloques de datos denominados “tramas”
Ø Existe un “terminador de línea” que “absorve” las tramas al final de la línea
Comunicaciones Industriales Avanzadas 40
Transmision de trama - Bus LAN
1.21
Comunicaciones Industriales Avanzadas 41
Topología en anillo
Ø Repetición punto a punto en un lazo cerradoq Se reciben datos por un enlace y se transmiten por el otroq Enlaces unidireccionalesq Los terminales funcionan como repetidores
Ø Tramas de datosq Circulación sobre todas las terminalesq El terminal destino reconoce la trama y la copiaq Las tramas circulan de vuelta al terminal fuente en donde se elimina
Ø El control de acceso al medio determina cuando es posible insertaruna trama
Comunicaciones Industriales Avanzadas 42
Transmisión en anillo
1.22
Comunicaciones Industriales Avanzadas 43
Topología en estrella
Ø Cada terminal se conecta al nodo centralq Normalmente a través de dos enlaces punto a punto
Ø El nodo central puede “difundir”q Esto es: red en estrella y función lógica tipo busq Exclusivamente un nodo puede trasnmitir a la vez
Ø El nodo central puede actuar como un “switch” de tramas
Comunicaciones Industriales Avanzadas 44
Media Access Control (MAC) y Control de Enlace (LLC)
MACØ ¿dónde?
q CentralControl generalAccesosencillo al terminalEvita problemas de coordinaciónPunto único de falloPotential bottleneck
q Distribuido
Ø ¿cómo?q Síncrono
Especifica la capacidaddedicada a la conexión
q AsíncronoEn respuesta a la demanda
LLCØ Transmisión de PDUs entre
dos terminalesØ Debe soportar accesos
múltiples en mediocompartido
Ø Se define parte de esta capaen la capa MAC
Ø Se especifica las direccionesde destino y fuenteq Service access points (SAP)q Es un protocolo de alto nivel
1.23
Comunicaciones Industriales Avanzadas 45
Formatos MAC y LLC
MAC
Ø La capa MAC recibe los datosde la capa LLC
Ø Hace controlØ Dirección de destino MAC
Ø Dirección fuente MACØ LLSØ CRCØ La capa MAC detecta errores y
descarta frames
LLC
Ø Balanceo asíncrono quesoporta el modo LLC
Ø Lleva información no numerada en las PDUs para el reconocimiento de servicicosin conexión
Ø Multiplexa LSAPs
Comunicaciones Industriales Avanzadas 46
Formato de trama
1.24
Comunicaciones Industriales Avanzadas 47
Algunas características de la línea física
Ø Señalq Debe ser suficientemente aceptable para el receptorq Deber tener un razonable SNR (signal to noise ratio)q No deber execesivamente fuerte tal que sobrecarge el transmisorq Dividir la red en pequeños segmentos para facilitar la conexión de la
señalq Usar segmentos con amplificadores o repetidores
Ø Medios físicosq Par trenzadoq Cable coaxial en banda baseq Cable coaxial de banda anchaq Fibra ópticaq Reemplazo con UTP y fibra
Comunicaciones Industriales Avanzadas 48
Aplicaciones del coaxial
Baseband Coaxial CableØ Emplea información digitalØ Codificación Manchester o Manchester DiferencialØ Usa el espectro total del cableØ Usualmente un solo canal por cableØ Bi-direccionalØ Rango de algunos kilometrosØ Usado por Ethernet (802.3) a 10MbpsØ 50 ohm 10Base5Ø Ethernet - 802.3 con 0.4 inch de diámetro y 10MbpsØ Longitud máxima de 500mØ Distancia entre “taps” de multiplosdef 2.5m
q Asegura que las reflexiones entre taps no añaden desfasamientoq Maximo 100 taps
10Base2Ø CheapernetØ 0.25 inch cable
q Flexible y fácil de conectar al terminalq Barato y de baja resistenciaq Atenuación más grandeq Hasta30 taps y distancias cortas (185 mts)
1.25
Comunicaciones Industriales Avanzadas 49
Configuración en banda base
REPETIDOR
Ø Se transmite en ambasdirecciones
Ø Une dos segmentos de cableØ No hay bufferingØ No aisla dos segmentos
lógicosØ Dos terminales sobre dos
segmentos diferentestransmiten al mismo tiempo, los datos pueden colisionar
Ø Existe exclusivamente un camino entre segmentos y repetidores entre dos terminales conectados
Comunicaciones Industriales Avanzadas 50
Anillo
ØCada repetidor conecta a dos enlaces de forma unidireccionalØHay un camino cerrado y únicoØSe transfiere el datoa bit a bit de un repetidor a otroØEl repetidor regenera y retransmite cada bitØEl repetidor tiene las tareas de insertar , recibir y eliminar datosØEl repetidor actua como un elemento de entrada al nodoØLos datos son eliminados por el transmisor despues de dar una vuelta al anillo
1.26
Comunicaciones Industriales Avanzadas 51
Jitter
Ø Desfasamiento incluído en la señalq Por ejemplo en codificación Manchester y Manchester diferencialq El reloj se suele recuperar en los repetidores
Para saber cuando muestrear la señal y recuperar los bitsSe usa sincronización para retransmitir
q La desviación permitida suele ser medio bitDesviación debido al ruidoO también a imperfecciones en los circuitos
Ø Por tanto la retransmisión suele ser sin distrosión pero puede llevarerrores de tiempo
Ø Existen efectos acumulativos que se pueden reflejar como variacionesen la longitud de bit
Ø Existe un número limitado de repetidores en la red con configuración en anillo
Comunicaciones Industriales Avanzadas 52
Soluciones al Jitter
Ø Usar un sistema de enclavamiento en fase (phase locked loop) o PLLq Minimiza la desviación entre bits
Ø Usar buffer en uno o varios repetidoresq Mantener un número de bitsq Expander y contraer paramantener un numero constante
Ø Se incrementa el tamaño del anillo
PROBLEMAS DE LA CONFIGURACIÓN EN ANILLOØ Cualquier corte del anillo abre la redØ Un fallo en el repetidor anula la redØ Un nuevo repetidor necesita identificar la topología de sus vecinosØ JitterØ Se necesita un método para eliminar paquetes circulando en la red
q Sin respaldo en casode erroresØ Todos los anteriores se resuelven con una configuracion en anillo-estrella
1.27
Comunicaciones Industriales Avanzadas 53
Red en estrella
Ø Generalmente usa cable UTP (telefónico)q Costo reducido
Se pueden usar instalaciones ya hechasUbicuidad
Ø La conexión es a través de un HUB centralØ Dos enlaces
q Transmisor y receptor
Ø El HUB repite la información de entrada a todas las líneasØ Por lo general el límite es 100m
q Con fibra hasta 500m
Ø Bus lógico – sin colisiones
Comunicaciones Industriales Avanzadas 54
Topología en estrella de dos niveles
1.28
Comunicaciones Industriales Avanzadas 55
Hubs y Switches
Ø HUB de medio compartidoq Existe un HUB centralq Retransmite la entrada a todas las salidasq Solamente un terminal puede transmitir a la vezq A 10Mbps, la capacidad de la red es de 10Mbps
Ø HUB-Switchedq El HUB actúa como switchq La entrada conmuta “switch” a la salida correctaq Los enlaces no usados pueden ser empleados para conmutar otro tipo
de tráficoq Con dos líneas, la capacidad es de 20Mbps
Comunicaciones Industriales Avanzadas 56
Hubs y Switches
1.29
Comunicaciones Industriales Avanzadas 57
Wireless LANs
Ø MobilidadØ FlexibildadØ Areas de difícil accesoØ Sistemas inalámbrico de coste reducidoØ Sistemas de alto bit rate
Aplicaciones Wireless LAN
Ø Extensión de redes existentesØ Interconección entre diferentes mediosØ Acceso nómada (terminales móviles)Ø Redes ad-hocØ Areas abiertas, por ejemplo
q Planta, fábricas , etc.q Tiendas
Ø Edificios históricosØ PYMES y oficinas pequeñasØ Se puede usar en convivencia con sistemas de cable
Comunicaciones Industriales Avanzadas 58
Topologías simples de wireless LAN
1.30
Comunicaciones Industriales Avanzadas 59
Topologías múltiples de wireless LAN
Comunicaciones Industriales Avanzadas 60
Configuraciones Wireless LAN
1.31
Comunicaciones Industriales Avanzadas 61
Wireless LAN
CARACTERISTICASØ Throughput (bit-rate)Ø Número de nodosØ Conexión al nodo centralØ CoberturaØ ConsumoØ Robustez y seguridadØ Sin licencia (2,4 GHz)Ø RoamingØ Configuración dinámicaTECNOLOGÍAØ Infrared (IR) LANsØ Spread spectrum LANsØ Narrow band microwave
Comunicaciones Industriales Avanzadas 62
Bridges
Ø Permite expandir una LANØ Proporciona interconexión con otras LANs/WANsØ Bridge:
q Arquitectura sencillaq Conecta LANs similaresq Protocols idénticos para la capa física y de enlaceq Procedimientos mínimos
Lee todas las trama de una LAN y acepta aquellas cuyas direcciones se corresponden con alguna terminal de la otra LANHace uso del protocol MAC para la retransmisisón
Ø Router:q Arquitectectura de propósito generalq Interconexión de varias LANs y WANs
1.32
Comunicaciones Industriales Avanzadas 63
Arquitectura Bridge
Comunicaciones Industriales Avanzadas 64
Aspectos de diseño del Bridge
Ø No hay modificacion de contenido o del formato de tramaØ No hay encapsuladoØ Copia exacta bit a bit de la tramaØ Pequeño buffer para cumplir la demandaØ Tiene inteligencia (para rutado y direccionamiento)
q Debe conocer que tramas pasanq Puede haber más de un bridge entre medias
Ø Puede conectar más de dos LANsØ Este “puente” es transparente a los terminalesØ Estándar IEEE 802.1DØ Capa MAC
q Dirección de la estación en esta capaØ Bridge no necesita de la capa LLC
1.33
Comunicaciones Industriales Avanzadas 65
Conexión de LANs
Comunicaciones Industriales Avanzadas 66
Multiples LANs
1.34
Comunicaciones Industriales Avanzadas 67
Sistemas de redes de área local
Comunicaciones Industriales Avanzadas 68
Ethernet (CSMA/CD)
Ø Carriers Sense Multiple Access - Collision DetectionØ Xerox - EthernetØ IEEE 802.3
IEEE802.3 Control de Acceso al Medio
Ø Por Acceso Aleatorioq Terminales con acceso random
Ø Por Contensiónq Terminales acceden por tiempo sobre el medio
1.35
Comunicaciones Industriales Avanzadas 69
CSMA
Ø Lo primero es escuchar el medio.Ø Si el medio esta libre, entonces transmito.Ø Si hay dos terminales que transmiten al mismo tiempo, existirá
colisión.Ø Espero un tiempo razonable (para retransmitir)Ø Todos los terminales saben que se ha iniciado una transmisión
Y si la línea está ocupada ?Ø Se escucha la línea hasta que esté libre, entonces transmiteØ Si está libre, entoncestransmiteØ Si dos terminales esperan, existe posible colisión
CSMA/CDØ Si se detecta colisión, cuando termine el “atasco” transmiteØ Antes, espera un tiempo random
Comunicaciones Industriales Avanzadas 70
CSMA/CD
1.36
Comunicaciones Industriales Avanzadas 71
Detección de colisión
Ø En banda base, la colisión produce un nivel de tensión más alto quela señal
Ø La colisión se detecta si la señal de la línea es mayor que lo normalØ La señal se atenua con la distancia
Ø Sueles estar el límite en 500m (10Base5) y 200m (10Base2)Ø En TP (topología estrella) se detecta la actividad en uno o más
puertos -> entoncespuede haber colisión
Comunicaciones Industriales Avanzadas 72
IEEE 802.3 Frame Format
1.37
Comunicaciones Industriales Avanzadas 73
Especification 10Mbps (Ethernet)
<data rate> <Signaling method><Max segment length>
Ø 10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-FP
Ø Medio Coaxial Coaxial UTP 850nm fiberØ Señal Baseband Baseband Baseband ManchesterØ Manchester Manchester Manchester On/OffØ Topología Bus Bus Estrella EstrellaØ Nodos 100 30 - 33
Comunicaciones Industriales Avanzadas 74
100Mbps (Fast Ethernet)
Ø 100Base-TX 100Base-FX 100Base-T4
Ø 2 pres, STP 2 pares, Cat 5UTP 2 fibre 4 pares, cat 3,4,5Ø MLT-3 MLT-3 4B5B,NRZI 8B6T,NRZ
1.38
Comunicaciones Industriales Avanzadas 75
Configuración Gigabit Ethernet
Comunicaciones Industriales Avanzadas 76
Gigabit Ethernet – Capa física
Ø 1000Base -SXq Fibra multimodo-Short wavelength
Ø 1000Base -LXq Fibra multimod o simple-Long wavelength
Ø 1000Base -CXq STP-Copper jumpers <25m
Ø 1000Base -Tq 4 pares, cat 5 UTP
Ø Niveles de señal - 8B/10B
1.39
Comunicaciones Industriales Avanzadas 77
Token Ring (802.5)
Ø MAC q Tramas pequeñas (token) en circulación cuando no hay nadaq El terminal espera el TOKENq Cambios de un bit en el TOKEN para indicar SOF (start of frame)q La trama hace un viaje completo y es terminado por el terminal que ha
enviadoq El terminal puede insertar otro TOKEN a la redq Poco eficiente, con carga baja de comunicacionesq Roun robin, con carga alta de comunicacicones
Comunicaciones Industriales Avanzadas 78
Funcionamiento Token Ring
1.40
Comunicaciones Industriales Avanzadas 79
MAC Token Ring
Comunicaciones Industriales Avanzadas 80
Manejo de prioridades en Token Ring
1.41
Comunicaciones Industriales Avanzadas 81
802.5 Capa física
Ø Data Rate 4 16100Ø Medium UTP,STP,FiberØ Signaling Differential ManchesterØ Max Frame 4550 18200 18200Ø Access Control TP or DTR TP or DTR DTR
Ø Note: 1Gbit in development
Comunicaciones Industriales Avanzadas 82
Cronología LAN
Ø Primeraq CSMA/CD y token ringq Cliente servidorq Velocidad moderada en bit-rate
Ø Segundaq FDDIq Concentradoresq Estaciones y teminales rápidas
Ø Terceraq ATMq Alto “throughput” y tiempo real para aplicaciones multimedia. VoIP, etcq Se puede garantizar ciertos servicios
Video e imgane con unos 2Mbpsq Throughput escalableq Facilidades para internetworking LAN/WAN
1.42
Comunicaciones Industriales Avanzadas 83
ATM LANs
Ø Asynchronous Transfer ModeØ Caminos virtuales y canales virtualesØ Modo preconfigurado o tipo switched
Ø Puerta a ATM WANØ Concentrador ATM switch
q Single ATM switch or local network of ATM switches
Ø Workgroup ATMq End systems connected directly to ATM switch
Ø Sistemasmixtos
Comunicaciones Industriales Avanzadas 84
Ejemplo ATM LAN
1.43
Comunicaciones Industriales Avanzadas 85
ATM-LAN HUB
Comunicaciones Industriales Avanzadas 86
Fibra óptica - Capacidades
Ø Como canales de I/O q Punto a punto or multipuntoq Arquitectura hardware q Alta velocidadq Corta distancia
Ø Como red q Interconexión de puntos de accesoq Protocolo basado en softwareq Técnicas de control de flujo, detección y recuperación de error
1.44
Comunicaciones Industriales Avanzadas 87
Red de canales de fibra óptica
Comunicaciones Industriales Avanzadas 88
Arquitectura de un canal de Fibra (1)
Ø FC-0 Medio físicoq Fibre óptica para larga distanciaq Cable coaxial para corta distancia y alta velocidadq STP para corta distancia y baja velocidad
Ø FC-1 Protocoloq 8B/10B de codificación
Ø FC-2 Protocolo de tramaq Topologiasq Formato de tramaq Control de flujo y error
Ø FC-3 Servicios comunesq Multicasting
Ø FC-4 Mapingq De canales y servcios onto el canal de fibra
e.g. IEEE 802, ATM, IP, SCSI
1.45
Comunicaciones Industriales Avanzadas 89
Wireless LANs
Ø IEEE 802.11Ø Servicios básicos (celulara)
q Conjunto de terminales usanda el protocolo MACq Se compite por acceso al medioq Se puede hacer una red aisladaq Se puede conectar a un concentrador a través de un punto de aceso
(bridge)
Ø Servicios extendidosq Dos o más BSS conectados por un sistema disribuido
Comunicaciones Industriales Avanzadas 90
Wireless LAN – capa física
Ø Infrarojosq 1Mbps y 2Mbpsq Wavelength 850-950nm
Ø Direct sequence spread spectrum (DSSS)q 2.4GHz banda ISM q Hasta 8 canalesq Cada uno de 1Mbps or 2Mbps
Ø Frequency hopping spread spectrum (FHSS)q 2.4GHz ISM bandq Cada uno de 1Mbps or 2Mbps
Ø Otros bajo estudio
1.46
Comunicaciones Industriales Avanzadas 91
802.11 MAC Temporización
Recommended