• Redes industriais são extremamente úteis em sistemas distribuídos, permitindo que diversos elementos trabalhem de forma simultânea a fim de supervisionar e controlar um determinado processo. Tais elementos (sensores, atuadores, CLP’s, máquinas CNC, computadores, etc.) necessitam estar interligados e trocando informações de forma rápida e precisa;
• Os sistemas de comunicação são constituídos por um arranjo topológico, interligando os vários módulos processadores através de enlaces físicos (meios de transmissão) e de um conjunto de regras com a finalidade de organizar a comunicação (protocolos).
• As Redes de Computadores surgiram da necessidade evidente do estabelecimento de elos de comunicação entre os computadores e os demais equipamentos e aplicativos;
• As primeiras aplicações envolvendo a comunicação entre computadores estava voltada à utilização de periféricos, principalmente impressoras e terminais de usuários;
• A comunicação entre computadores ocorre segundo regras (protocolos) pré-definidas que permitem que a máquina receptora receba de forma inteligível os dados enviados pela máquina transmissora.
~> Década de 50 - Processamento batch
- uma única entrada de dados (cartões perfurados ou fitas) e programas (jobs) executados em lote (batch)
- Nenhuma forma de interação direta usuário-computador
Década de 60
•Surgiram os primeiros terminais interativos, e os usuários podiam acessar o computador central através de linhas de comunicação.
Sistemas distribuídos (Década de 70 e 80)
• De um computador central de grande porte, partiu-se para a distribuição do poder computacional.
• Foram desenvolvidos computadores menores (minis e micros) de bom desempenho, com pequena relação custo/benefício.
* Meios de transmissão
Analógico X Digital
* Bases numéricas
* Bases numéricas
* Redes
Protocolos diferentes para situações diferentes
* Redes
CONCEITO
Rede de computadores é definida como um conjunto de equipamentos dispersos geograficamente e conectados através de pontos de conexão que permitem a troca de dados entre suas aplicações.
Neste conjunto de equipamentos, encontram-se computadores, impressoras, terminais, base de dados, serviços de interconexão e outros periféricos computacionais.
OBJETIVO
1. Compartilhar os recursos computacionais disponíveis sem considerar a localização física do recurso e do usuário.
2. Redução do custo de processamento.
3. Propiciar a comunicação eficiente entre pessoas geograficamente distantes.
4. Acessibilidade – Os PC´s são diretamente mais acessíveis que os mainframes. Mainframes têm mais poder de processamento que os micros más são milhares de vezes mais caros.
Componentes de uma rede
• Elementos de Hardware
• Elementos de Software
Elementos necessários à Rede
Serviços de rede
Recursos compartilhados pelos computadores
Executados por uma combinação de hardware/software
Serviços diferentes podem ser oferecidos simultaneamente
Meio de transmissão
Caminho usado para comunicação entre os computadores
Inclui as tecnologias de cabo e sem cabo
Protocolos
Regras necessárias para estabelecer a comunicação entre equipamentos de rede
CONCEITOS
Cliente: Clientes são computadores que se conectam à um computador central para requisitar que este realize alguma tarefa na qual é especializado.
Servidor: Um Servidor é uma máquina que costuma ser freqüentemente acessada por outras para que ela realize algum tipo de tarefa.
* Topologia física
* Categorias de redes
• LAN (Local Area Network)
• MAN (Metropolitan Area Network)
• WAN (Wide Area Network)
LAN - Local Area Network
Rede Local
Rede que permite a conexão entre equipamentos numa pequena região (distâncias entre 100 m e 25 km)
Este limite é apenas uma mera formalidade não sendo imposto pelos limites do hardware nem pela capacidade da rede
Altas taxas de transmissão
Geralmente de propriedade privada
MAN – Metropolitan Area Network
Redes Metropolitanas
Operam em áreas maiores que as LAN e com menores velocidades
O termo surgiu com o padrão IEE 802.6.
WAN –Wide Area Network
Redes geograficamente Distribuídas;
Surgiram da necessidade de compartilhar recursos especializados por uma maior comunidade de usuários geograficamente dispersos;
Altos custos de comunicação (circuitos para satélites e enlaces de microondas)
• Geralmente financiadas pelo Serviço Público ou por operadoras de telecomunicações
• Caminhos alternativos levam às fibras óticas de longa distância, repetidoras de satélite, estações rastreadoras, etc.
* Servidores
• A maior parte das redes possui um servidor dedicado.
• Um servidor dedicado é aquele que funciona apenas como servidor e não é utilizado como estação de trabalho ou cliente.
• Os servidores são “dedicados” porque são otimizados para processar rapidamente as requisições dos clientes da rede e para garantir a segurança dos arquivos e pastas.
• As redes baseadas em servidor tornaram-se o modelo padrão para a comunicação de rede.
Servidores especializados
• Conforme o tamanho e o tráfego das redes aumentam, mais de um servidor na rede é necessário. A distribuição de tarefas entre vários servidores garante que cada tarefa seja desempenhada da maneira mais eficiente possível.
Servidores de arquivos e impressão
• Os servidores de arquivo e impressão gerenciam o acesso do usuário e a utilização dos recursos de arquivos e impressora.
• Os servidores de arquivos e impressão destinam-se ao armazenamento de arquivos e de dados.
Servidores de aplicativos
• Com um servidor de arquivo e impressão, os dados ou o arquivo são carregados para o computador que fez a requisição;
• Com um servidor de aplicativo, o banco de dados fica no servidor e apenas os resultados requeridos são carregados no computador que fez a requisição.
Peer to peer (Ponto a Ponto)
• Em uma rede par-a-par, não existem servidores dedicados ou hierarquia entre os computadores. Todos os computadores são iguais e, portanto chamados pares;
• Normalmente cada computador funciona tanto como cliente quanto como servidor, e nenhum deles é designado para ser um administrador responsável por toda rede;
• O usuário determina quais os dados que são compartilhados.
* Endereçamento
• Em uma interligação em rede, o endereço de um dispositivo é sua identificação única;
• Endereços geralmente são numéricos e seguem um formato padrão bem definido;
• O endereço deve identificar a qual rede (ou área) e a qual host (ou nó) pertence o equipamento;
• Equipamentos de uma mesma rede podem se comunicar diretamente entre si usando um protocolo comum.
*Protocolos
Conceito
Protocolos são regras e procedimentos para comunicação. Por exemplo, diplomatas de uma país aderem ao protocolo para se orientarem na interação com diplomatas de outros países. A utilização das regras de comunicação aplica-se da mesma maneira no ambiente de computadores.
Na maioria das redes, as informações enviadas são quebradas em partes menores chamadas “pacotes”
Protocolo é um conjunto de regras que definem a forma de construção do pacote;
O protocolo também identifica o momento de se enviar o pacote, quais pacotes devem ser enviados, quais devem ser reenviados devido a erro de transmissão e o que fazer para que eles sejam reconstruídos.
• TCP/IP
• SPX/IPX
• NetBIOS
• Outros ...
Protocolos Abertos: são aqueles que podem ser usados livremente, tanto pela indústria quanto por qualquer outra pessoa, eles não possuem donos específicos e portanto podem ser encontrado em praticamente qualquer sistema. O mais popular de todos, é o TCP/IP, que é o padrão mundial da internet.
Protocolos Fechados ou Protocolos Específicos: são desenvolvidos para atuar em ambientes de rede fechadas e só podem ser usados pela empresa desenvolvedora, um exemplo, é o IPX/SPX da Novell, NetBIOS da Microsoft.
TCP/IP
• Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo Internet (TCP/IP);
• Tornou-se o protocolo padrão utilizado para interoperabilidade entre muitos tipos diferentes de computadores. Essa interoperabilidade é uma das vantagens principais do TCP/IP.
• Quase todas as redes suportam o TCP/IP como protocolo. O TCP/IP também suporta e é normalmente utilizado como o protocolo de interconexão de rede;
• Devido á sua popularidade, o TCP/IP tornou-se o verdadeiro padrão para interconexão de rede.
NetBEUI
• É um protocolo rápido e eficiente.
• As vantagens do NetBEUI são a sua velocidade de transferência de dados na mídia da rede e sua compatibilidade com todas as redes baseadas em Microsoft.
• A maior desvantagem é que ele se limita às redes baseadas em Microsoft.
As principais funções de um protocolo:
• Fragmentação e Remontagem: o protocolo deve fragmentar (quebrar) uma mensagem a ser enviada e reconstruir uma mensagem no seu destino;
• Encapsular: são as informações adicionais que “viajam” junto com a mensagem (Endereçar);
• Conexão: estabelecer a “ligação” entre dois computadores. Existe a conexão dedicada entre as estações de origem e destino para posteriormente enviar a mensagem, e conexão não dedicada a
informação é disponibilizada no meio de enlace independente do caminho o qual ira caminhar para atingir o destino;
•Ordenar a entrega: se a conexão é do tipo não dedicada os pacotes podem chegar de forma desorganizada, consequentemente o protocolo deverá organizar e reconstruir a informação no destino;
• Controlar o fluxo: é o poder de controlar a taxa de transmissão;
• Controlar erro: o protocolo deve ter um dispositivo para detectar erros, como por exemplo, o bit de paridade;
• Controle de endereçamento: identificar o endereço da camada de rede (IP), e o endereço físico da máquina (MAC).
* Dispositivos de conexão
HUB
• Hubs são dispositivos utilizados para conectar os equipamentos que compõem uma LAN.
• As conexões da rede são concentradas (também chamado concentrador) onde cada equipamento fica um segmento próprio.
• O gerenciamento da rede é favorecido e a solução de problemas facilitada, uma vez que o defeito fica isolado no segmento de rede.
• Cada hub pode receber vários micros;
• Os hubs mais comuns possuem 4, 8, 16 e 32 portas (Pode-se fazer a conexão entre hubs para aumentar a capacidade final).
SWITCH
• Os switches trazem microprocessadores internos, que garantem ao aparelho um poder de processamento capaz de traçar os melhores caminhos para o trafego dos dados, evitando a colisão dos pacotes e ainda conseguindo tornar a rede mais confiável e estável;
• A diferença entre Bridge e Switch está principalmente no número de portas, além de ter um desempenho maior por permitir várias transações ao mesmo tempo.
Bridges (Pontes)
• Conectam múltiplas LANs como por exemplo a LAN da contabilidade com a LAN do departamento de Marketing.
• Isto divide o tráfego na rede, pois as informações transitam de um lado para outro apenas quando for necessário.
Roteadores
Faz o papel de direcionador, garantindo que os pacotes de mensagens sejam dirigidos a endereços certos na rede.
Repetidores
• São equipamentos utilizados quando se deseja repetir o sinal enviado por um equipamento quando a distância a ser percorrida é maior do que o recomendado (180Mts).
• Ele realiza uma ampliação no sinal já fraco dando nova força para que chegue ao ponto de destino.
* Padrões de transmissão
Ethernet
• É o mais conhecida dentre os atualmente utilizadas e está no mercado há mais tempo;
• Redução dos preços e uma relativa alta velocidade de transmissão de dados fomentaram sua ampla utilização;
• Pode ser utilizado com topologia barramento (Coaxial) ou Estrela (Par trançado com HUB).
• Neste tipo de rede, cada PC monitora o tráfego na rede e se nada detectar, eles transmitem as informações;
• Se dois clientes transmitirem informações ao mesmo tempo, eles são alertados sobre à colisão, param a transmissão e esperam um período de tempo aleatório para cada um antes de tentar novamente.
* Interfaces de comunicação
Interface serial
• Menos complexa.
• Necessita apenas de um canal de comunicação.
• Apresenta menores velocidades durante a transmissão de dados.
• Menor custo.
• Maior imunidade a ruídos.
Interface serial x interface paralela
* Padrões de interface serial
Principais padrões
• RS-232
• RS-422
• RS-485
• V.35
• USB
RS-232
• Como a comunicação é digital deve-se definir o que é o bit 0 e o que é o bit 1;
• No RS-232 o bit zero é uma tensão positiva entre +5V e + 15V para saída e entre + 3V e +15V para a entrada;
• Já o bit 1 é uma tensão negativa variando entre -5 e –15V para a saída e -3V e -15V para entrada.
• Todos esses níveis de tensão são em relação ao SG (Sinal Ground).
RS-485
• No protocolo RS-485 há apenas um par de fios para transmissão e recepção que deve ser compartilhado;
• Vantagem: possibilidade de interligar vários equipamentos que podem se comunicar entre si
através do mesmo cabo, diferente do RS-232 por exemplo;
• Muito usado em sistemas industriais onde há sistemas automatizados ligados em rede.
Qual a diferença de comunicação RS-232 e RS-485?
• RS-232 é o protocolo padrão de comunicação serial;
• Com este protocolo você poderá utilizar apenas um microterminal conectado a porta serial do PC com uma distância máxima de até 30 metros;
• Caso exista a necessidade de conectar mais de um equipamento em uma mesma porta serial utiliza-se o protocolo RS-485;
• Neste caso usa-se um conversor de protocolos denominado CP- 100;
• Esta configuração física permite utilizar até 32 equipamentos em uma única porta serial do PC e com distância máxima de até 1200 metros.
USB
Em redes industriais, hubs USB têm sido utilizados na camada física ao interligar-se CLP e redes Ethernet Industrial;
O padrão USB é (plug and play), permitindo a fácil instalação de dispositivos sem precisar desligá-los pela identificação automática e disponibilidade imediata de seus recursos, não sendo necessário a
escolha manual de endereços físicos de HW e nem de requisição de interrupção;
A versão 1.0 permite taxas de transmissão de 1,5 Mbps;
A versão 1.1 permite velocidades de 1,5 Mbps até 12 Mbps;
A versão 2.0 permite velocidades de até 480 Mbps (60 MBytes por segundo) mantendo a compatibilidade com as versões anteriores.
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