Основы Ethernet Automation Business 11 - 1

Automation Business
Основы Ethernet
11 - 1
Automation Business
Ethernet
Hub
Laptop
Offices
Ethernet Backbone
Plant
Floor
Quantum
Ethernet
Quantum
Ethernet




Открытая сеть, которая допускает взаимодействие всех уровней предприятия
от рабочих мест в офисе до модулей ввода-вывода на контроллере в составе
АСУ ТП завода.
Наиболее популярная технология локальных сетей, используемая сегодня.
Schneider has chosen to standardize on TCP/IP as its networking protocol.
Основа – кабель, который соединяет сегменты сети в единое целое.

Может быть медный или волокно-оптический кабель
11 - 2
Automation Business
Представление Протоколов
“Hello PC 2”
1

2
Protocol - Стандарт, позволяющий компьютерам осуществлять соединение






#$%@&**)(%
Узлы должны уметь работать с одинаковыми протоколами
Определяет, каким образом компьютеры идентифицируют друг друга в сети
Каким образом происходит процесс передачи данных
Как полученная информация должна быть обработана
Обработка сообщений об ошибках
TCP/IP - (transmission control protocol/Internet Protocol)


Преобладающее в Ethernet программное обеспечение использует TCP/IP
Стандарты, которые определяют и передачу данных и протоколы сети.
11 - 3
Automation Business
Другие протоколы – Протокол FTP
A
FTP из A в B
B
или из B в A

FTP (File Transfer Protocol)



FTP работает по принципу клиента/сервера


Протокол, позволяющий передавать файлы между ПК
Часть набора из TCP/IP
Программа «Клиент» позволяет Вам взаимодействовать с FTP-сервером
Файлы на FTP-серверах, как правило, сжимаются


Больше файлов может быть сохранено
Уменьшается время передачи файла
11 - 4
Automation Business
Протокол Modbus
Все мы говорим на Modbus’е

Протокол, используемый всеми ПЛК от
Modicon


Brand X

Я нет…

Многие другие устройства также говорят
на Modbus’е
Определяет структуру сообщения,
которую ПЛК понимают и используют,
независимо от типа применённой сети
Описывает процесс использования
контроля доступа к другому устройству,
как устройство ответит, каким образом
будут обнаружены и переданы
возможные ошибки
Modbus-сообщения вставляются в пакеты
или фреймы, используемые в данной
сети


Modbus TCP/IP
Modbus Plus
11 - 5
Automation Business
Протокол X-Way

Основной протокол,
используемый ПЛК от
Telemecanique



Как Modbus от Modicon
X-way сообщения
вставляются в пакеты или
фреймы, используемые в
данной сети
Сети Telemecanique,
использующие X-Way:

Unitelway, Ethway, Fipway,
Mapway
11 - 6
Automation Business
SNMP (Simple Network Management
Protocol)

SNMP – Протокол, позволяющий локальное и удаленное
управление узлами на сети


Серверы, Рабочие станции, Маршрутизаторы, Коммутаторы …
Включает в себе агентов (agents) и менеджеров (managers)


Agent – процесс, выполняющийся на каждом управляемом узле,
собирающий информацию об управляемом устройстве
Manager – процесс, выполняющийся на автоматизированном рабочем
месте управления, который запрашивает информацию об устройствах в
сети через агентов
11 - 7
Automation Business
IEEE 802.3 Packet Framing

IP
46 to 1500
Data
4
Frame
Check

2
Length

6
Source
Preamble
LLC
6
Destination
Bytes 8
TCP
IEEE 802.3 Frame – Различные поля содержат различную информацию
802.3 framing – Наиболее общие поля на данный момент
поля TCP и IP – наиболее значимая часть поля данных


IP - Инициализация связи, завершение связи, признание узла, контроль за
пакетами и управление действиями
TCP – Передача запрашиваемых данных и работа с пакетами
11 - 8
Automation Business
Ethernet II Packet Framing


IP
46 to 1500
Data
4
Frame
Check

2
Type

6
Source
Preamble
LLC
6
Destination
Bytes 8
TCP
Ethernet II Frame – Четвёртое поле это поле типа (“Type” field)
Содержит уникальный протокол ID (PID), которого нет в структуре 802.3
Модули Modicon NOE поддерживают стандарт Ethernet II.
ПЛК M1E не поддерживают формат 802.3

Системы в ПЛК всех типов должны быть настроены как Ethernet II
11 - 9
Automation Business
Half Duplex Communications
Запрос
Приёмник
Источник
Ответ



Half Duplex - Сигналы могут проходить в любом направлении, но не
в обоих одновременно
Walkie-talkie - половина устройства, потому что только один элемент
может говорить в единицу времени
Half Duplex – простая связь использующая для передачи и приёма
один и тот же канал

Волоконная оптика не поддерживает Half Duplex
11 - 10
Automation Business
Full Duplex Communications
Запрос
Приёмник
Источник
Ответ


Full Duplex - Сигналы могут проходить в любом направлении,
одновременно.
Телефон - пример устройства со связью Full Duplex
11 - 11
Automation Business
MAC и IP адреса
Адрес IP


MAC Address – 48-битовый уникальный идентификатор, который назначен
каждому устройству в сети Ethernet изготовителем этого устройства (здесь
не показан)
IP Address – Уникальный адрес для узла или устройства в сети Ethernet,
Internet или Intranet.


Записывается как 4 числа, отделенные точками (192.158.125.202)
Показан экран конфигурации Concept 2.2 NOE
11 - 12
Automation Business
Адресация IP – Классы адресов
Номер сети
Номер устройства

198.168.45.249
Четыре десятичных числа,
отделенных точками


11000110.10101000.00101101.11111001
В двоичном представлении, каждое
число представлено 8-ю битами

Класс Адреса *
A
B
C
1 - 126
128 - 191
192 - 223
* Прим. – первый октет определяет класс сети


Номер сети
Номер устройства
Три класса сетей по адресации


Используются числа от 0 до 255
Классы A и B полностью использованы
Показан типичный адрес из сети
класса C


Три числа для адреса сети
Четвёртое – адреса узла
11 - 13
Automation Business
Как устройства получают свои IP-адреса

000054101518






SA-Устройствам IP-адрес может
быть назначен различными
способами
Он может быть вручную
сконфигурирован из программы,
например из Concept’а
Он может быть назначен через
BOOTP-сервис (след. слайд)
Адрес может быть взят из
значений по умолчанию,
привязанных к MAC-адресу
Может быть использовано
последние 4 октета из адреса
MAC (напр. 54 10 15 18)
Можно рассмотреть MAC-адрес,
как шестнадцатеричный –
декодировать в десятеричный
IP-адрес NOE «по-умолчанию»:

84. 16. 21. 24
11 - 14
Automation Business
BOOTP (Bootstrap Protocol)
Device
PC
‘bootplt 198.202.138.77 000054000001 198.222.100.101 200.100.000.000’


BOOTP – Протокол, который позволяет устройству получать его IP-адрес от
сервера центрального управления
Более эффективный чем RARP, потому что единственное BOOTP-сообщение
определяет множество пунктов, необходимых, когда устройство запускается.




IP-адрес, gateway-адрес, server-адрес
We distribute BOOTP Lite
NOE 771 10 содержит встроенный BootP-Сервер
Используется в M1E, NOE771 и ENT Comm Adapter чтобы получить
информацию о конфигурации


Server должен быть ПК в одной сети с устройством
Типовой синтаксис команды:
bootplt ip_addr target_mac_addr default_router subnet_mask
11 - 15
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Специальные типы IP адресов
Сетевой адрес. (Маршруты, определение сетей)
«Моя сеть». Destination – NO!
«Я». Destination – NO!
«Я в моей сети». Destination – NO!
Широковещательный адрес. Source – NO!
Ограниченный широковещательный адрес. Source – NO!
Групповые адреса. (Class D)
Адрес loopback.
Зарезервированные адреса. (Class E)
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 16
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Специальные типы IP адресов



10.0.0.0/8 — сеть класса А. Занимает пространство адресов 10.0.0.0 —
10.255.255.255.
172.16.0.0/16 — 172.31.0.0/16 — 16 сетей класса B. Занимают пространство
адресов 172.16.0.0 — 172.31.255.255.
192.168.0.0/24 — 192.168.255.0/24 — 256 сетей класса С. Занимают
192.168.0.0 — 192.168.255.255.
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 17
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Протоколы: ARP





ARP - поиск аппаратного адреса по IP адресу.
ARP - реализация кэширования в Ethernet-сетях.
Reverse ARP - поиск IP адреса по аппаратному.
ARP-представитель.
Утилита arp.
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 18
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Протоколы: IP
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 19
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Протоколы: TCP





Любой сетевой уровень.
Контроль доставки («сессии») и управление потоком («окно»).
Контроль целостности.
Поддержка многопотоковых и многозадачных сред.
Сложность.
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 20
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Протоколы: UDP





Только IP-протокол в качестве транспортного.
Нет контроля.
Необязательный контроль целостности.
Поддержка многопотоковых и многозадачных сред.
Простота.
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 21
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Разрешение имен
•Широковещание (NetBIOS)
•Файлы локального разрешения имен (host).
•DNS.
•WINS (NetBIOS).





HOSTS - разрешение имен хостов в IP адреса.
LMHOSTS - разрешение имен NetBIOS в IP адреса.
NETWORKS - разрешение имен сетей в сетевые адреса.
PROTOCOL - разрешение имен протоколов в номер протокола RFC.
SERVICES - разрешение имени сервиса в номер порта и имя протокола.
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 22
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Разрешение имен с помощью DNS








Internet-стандарт (RFC1034, RFC1035, RFC974).
Имеет иерархическую структуру.
Клиент-серверная архитектура - централизованное управление и децентрализованное
использование.
Рекурсивное разрешение имен.
Возможность репликации зон.
Кэширование.
Статические данные, изменяемые вручную. Имеются расширения для динамического
изменения.
Прямое и обратное разрешение имен.
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 23
Automation Business
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Разрешение имен с помощью DNS
Итеративный
Mail.iiat.ru? 
Рекурсивный
Mail.iiat.ru? 
IDC
1.1.1.1
.ru = 2.2.2.2
IDC
Итеративный
mail.iiat.ru = 212.83.0.34
Mail.iiat.ru? 
DNS-сервер
.iiat.ru = 3.3.3.3
2.2.2.2
Список корневых серверов:
1.1.1.1
…
3.3.3.3
Итеративный
Mail.iiat.ru? 
mail.iiat.ru = 212.83.0.34
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
IDC
IDC
DNS-сервер
(корневой)
Ссылки на TLD:
.ru – 2.2.2.2
…
DNS-сервер
(.ru)
Ссылки на:
iiat.ru – 3.3.3.3
…
DNS-сервер
(.iiat.ru)
Записи:
Mail A 212.83.0.34
…
11 - 24
ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Automation Business
Разрешение имен с помощью DNS
Роли серверов:




Основной сервер имен (Primary Server).
Дополнительный сервер имен (Secondary Server).
Главный сервер имен (Master Server).
Кэширующий сервер имен.
ПРАКТИКУМ НА ЭВМ
К
11 - 25
Automation Business
ARP и RARP
Router X
ARP
Сообщение
не для нас
Сообщение
для одного из нас
System B
answer
System A
Каков ваш адрес MAC?




System D
System C
Это - для меня,
Мой MAC-адрес ….
ARP – Address Resolution Protocol

Протокол, который IP-адресу ставит в соответствие физические MAC-адреса.
В этой сети сообщение от C к A: Система C распространяет ARP
Отвечает только A

MAC-адрес возвращен и запасен таким образом, чтобы в следующий раз система С
могла «говорить» с системой B без того, чтобы использовать ARP
Different LAN (A to C) – All systems receive ARP



Router knows C is on different LAN (routing table)
Router X sends its MAC address to A and acts as a Proxy Server to system C
A stores X’s address and uses when needs to talk to C
11 - 26
Automation Business
ARP и SA модули

После старта NOE и ETY передают
без запроса ARP
192.168.125.202


Hello
192.168.125.202,
you there?



192.168.125.202

Должны иметь правильные IPадреса
Выбрасывают в сеть собственный
MAC-адрес, добавляют IP и
смотрят, отвечает ли любой другой
модуль с адресом MAC
Если нет, то IP-адрес нового ПЛК
уникален
Если другой модуль отвечает, то
IP-адрес не уникален.
Для того, чтобы указать на
невозможность работы
применяются различные форматы
мигания
Приведён пример совпадения IPадресов
11 - 27
Automation Business
Маска подсети


Маска подсети
Используется в системе, чтобы определить, предназначено ли сообщение
Ethernet для местной сети или требуется передача его в удаленную сеть.
Эта тема будет объясняться на следующем слайде.
11 - 28
Automation Business
Маска подсети
198.168.45.32
Адрес источника
198.168.45.3
Приёмник
11000110.10101000.00101101.00000011 Приёмник
Маска
11111111.11111111.11111111.00000000
11000110.10101000.00101101.00000000 Результат
В одной сети

Маска подсети для сетей класса C
255.255.255.0

198.168.44.4
11000110.10101000.00101100.00000101 Приёмник
Маска
11111111.11111111.11111111.00000000
11000110.10101000.00101100.00000000
В разных сетях


Адрес приёмника складывается с
маской, результат сравнивается с
исходным адресом сети
Если результат = исходный адрес
сети, тогда приёмник в
локальной сети
Если результат <> исходный
адрес сети, тогда приёмник в
удалённой сети
•
Different network messages are
directed to “Default Gateway”
11 - 29
Automation Business
Default Gateway
Gateway


Устройства
Gateway – Маршрутизатор. Иногда
называют “Default Gateway”
Если результат сложения (ANDing)
адреса приёмника и маски подсети
не совпадает с исходым адресом
сети, то сообщение направляется
в “Default Gateway”
11 - 30
Automation Business
Среда передачи – Витая пара




UTP - изолированные пары медного
провода, которые свиты вместе.
Многоканальные, цвето-кодированные
пары, заключенные в пластиковую
трубку-изоляцию
Быстрее чем коаксиальный кабель
Категория 5 (cat 5) - наиболее типичный
кабель в компьютерных сетях



Неэкранированная витая пара известна
как UTP
Cat 5 UTP используется в 10BaseT,
100BaseT, gigabit и token ring
Cat 6 разработана для следующего
поколения сетей
Использует RJ45 розетки и гнезда
Cat 5 = 100 Mbps
Cat 3 = 10 Mbps
Экранированная витая пара - витая
пара, обернутая в фольгу
В настоящее время доступна в 5-ти из 7-ми различных
категориях (Сat от 1 до 5)
Cat 5 - наиболее популярный выбор на данный момент
времени
Максимальная длина сегмента без повторителей - 100
метров
Overbending the cable increases cross-talk between
the 8 wires
11 - 31
Automation Business
Типы кабелей (Internal Wiring)
Прямые кабели
DTE
Прямой кабель
«Перевёртыш»



Концентратор,
Коммутатор, …
ПЛК,
Компьютеры …
Прямой кабель используется для подключения ПК <–> Hubs, Switches …
«Перевёртыш» используется для соединения 2-x ПК или ПК <-> NOE
DTE – Data Terminal Equipment – Любое приёмо-передающее устройство
11 - 32
Automation Business
Волоконно-оптический кабель

Состоит из трёх частей:








Носитель (стекло или пластик)
Отражатель
Защитный кожух
Core – Обеспечивает прохождение
света
Cladding - Стеклянная трубка,
которая отражает любой
«заблудившийся» свет назад в
русло носителя
Protective Sheath – Защищает
носитель и отражатель
Использование волоконной
оптики позволяет защитить
систему от вмешательства и
существенно увеличить
дальность передачи сообщений
Часто используется как основная
среда передачи данных
11 - 36
Automation Business
Соединителя для волоконной оптики
ST Connector


Оборудование ConneXium
использует оба типа
соединителей ST и SC
Соединители ST имеют
замок типа штыка
SC Connector
11 - 39
Automation Business
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
11 - 40