ethernet
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Descripcion de la red EthernetTRANSCRIPT
Universidad Don Bosco.
Facultad de Ingeniería.
Departamento de Electrónica
“PROTOCOLO INDUSTRIAL ETHERNET”
Asignatura:
Redes de Comunicación Industrial Docente:
Ing. Francisco Ramos Alumnos:
Héctor Jaime Peña Linares PL100875 Henry Alberto Orellana OA090041 Max Leonel Turcios Bermúdez TB100173
Soyapango, Sábado 28 de Marzo del 2015
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ÍNDICE
CONTENIDO ÍNDICE ...................................................................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................................... 2
PROTOCOLO INDUSTRIAL ETHERNET .......................................................................................................... 3
DEFINICIÓN ........................................................................................................................................................ 3
CARACTERÍSTICAS DEL PROTOCOLO ....................................................................................................... 4
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE ETHERNET ...................................................................................... 4
TIPOS DE ETHERNET ...................................................................................................................................... 4
ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL PROTOCOLO ........................................................................ 5
TRAMA DEL PROTOCOLO ETHERNET ....................................................................................................... 6
VENTAJAS QUE OFRECE EL PROTOCOLO INDUSTRIAL ETHERNET ............................................... 6
APLICACIÓN DE LA RED ETHERNET........................................................................................................... 6
MEDIOS DE TRANSMISIÓN ............................................................................................................................ 7
GLOSARIO DE TÉRMINOS ................................................................................................................................. 8
BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA ....................................................................................................................... 10
ANEXOS ................................................................................................................................................................. 11
REDUNDANCIA ................................................................................................................................................ 11
DATOS TÉCNICOS ETHERNET ................................................................................................................... 11
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INTRODUCCIÓN
Las redes están integradas por diversos componentes que trabajan juntos para crear un sistema
funcional. Los componentes de red son fabricados por lo general por varias compañías por el fin de que
exista entendimiento y comunicación entre los fabricantes en relación con la manera en que cada
componente desea interactuar con los demás componentes de la red. Por esta razón se han creado
estándares que definen la forma de conectar componentes de hardware y los protocolos de uso cuando
se establecen comunicaciones.
El protocolo Ethernet nace para solucionar el problema de que dos o más host utilicen el mismo medio
y que las señales no se interfieran, ya que al enviar alguna información o dato a través de este tipo,
primero escucha y se da cuenta si algún otro nodo está transfiriendo información; de no ser así, el nodo
transferirá la información a través de la red. Todos los otros nodos escucharán y el nodo seleccionado
recibirá la información, permitiendo una comunicación eficiente y sin problemas.
Muchos equipos periféricos con tarjetas de interfaz de red Ethernet se introducen cada vez más en el
control de procesos industriales, con una aceptación que va en aumento, en la misma medida del uso
creciente de enrutadores y conmutadores inteligentes.
El documento comprende las especificaciones del protocolo industrial Ethernet de forma general,
abordando su estructura, características de transmisión, algunas funciones importantes del protocolo
necesarias para ayudar a comprender el funcionamiento de dicho protocolo industrial.
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PROTOCOLO INDUSTRIAL ETHERNET
DEFINICIÓN
SURGIMIENTO DE ETHERNET
El centro de investigación de Xerox en Palo Alto (California) diseñó la red Ethernet en los años setenta,
principalmente como tecnología de red de área local (LAN) para entornos de oficina. En 1979, Digital
Equipment Corporation e Intel establecieron una alianza con Xerox para promocionar esta red, y en
1980 publicaron la primera especificación de Ethernet.
Ethernet/IP, abreviatura de “Ethernet™ Industrial Protocol” (Protocolo Industrial Ethernet), es una
solución abierta estándar para la interconexión de redes industriales que aprovecha los medios físicos y
los chips de comunicaciones Ethernet comerciales. Si tenemos en cuenta que la tecnología Ethernet se
utiliza desde mediados de los años setenta y su gran aceptación en todo el mundo, no es de extrañar
que Ethernet brinde la mayor comunidad de proveedores del mundo.
Fig. 1 Proceso industrial con comunicación Ethernet
Desde la perspectiva del modelo OSI, Ethernet opera en las dos capas inferiores de este modelo: la
capa de enlace de datos (capa II) y la capa física (capa I).
Fig. 2 Ethernet y el Modelo OSI
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CARACTERÍSTICAS DEL PROTOCOLO
Ethernet/IP proporciona una solución estándar para la interconexión de redes, admitiendo la transmisión
de mensajes implícita (transmisión de mensajes de E/S en tiempo real) y la transmisión de mensajes
explícita (intercambio de mensajes).
Este protocolo brinda una red abierta que utiliza tecnología como:
El estándar de vínculo físico y de datos IEEE 802.3
Usa el método de transmisión de datos llamado Acceso múltiple con detección de portadora y
detección de colisiones (CSMA/CD)
El conjunto de protocolos Ethernet TCP/IP (Protocolo de control de transmisión/Protocolo
Internet), estándar del sector para Ethernet.
Protocolo de control e información (CIP), el protocolo que permite la transmisión de mensajes de
E/S en tiempo real e información/transmisión de mensajes entre dispositivos similares.
Basado en los protocolos estándar TCP/IP, establece un nivel de protocolo para configurar,
acceder y controlar dispositivos de automatización industrial.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE ETHERNET
Cada paquete enviado contiene la dirección de la estación destino, la dirección de la estación de envío
y una secuencia variable de bits que representa el mensaje transmitido. El dato transmitido procede a
10 millones de bits por segundo y el paquete varia en una longitud de 64 a 1518 bytes, así el tiempo de
transmisión de un paquete en la Ethernet está en un rango de 50 a 1200 microsegundos dependiendo
de su longitud.
Posee una tecnología basada en la topología bus, utilizando una variedad de medios tales como:
Cable coaxial.
Fibra óptica.
Par trenzado.
Además, posee gran variedad de dispositivos de interconexión como los siguientes:
Conmutadores (switches).
Puentes.
Routers.
TIPOS DE ETHERNET
Las velocidades de envío de paquetes utilizando la tecnología Ethernet son de 10 Mbps (Ethernet
estándar), 100 Mbps (Fast Ethernet – 100BASEX) y de 1000 Mbps utilizando el Gigabit Ethernet cuya
especificación se encuentra respaldada por la IEEE con número 802.3z, el cual cumple los siguientes
objetivos:
Permite realizar operaciones de envío y recepción de datos a una velocidad de 1000 Mbps.
Usa el formato de frame Ethernet 802.3.
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Usa el método de acceso CSMA/CD con soporte para un repetidor por dominio de colisión.
Las direcciones de retorno son compatibles con las tecnologías 10BASE-T y 100Base-T.
Fig. 3 Dispositivos físicos que implementan Ethernet
ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL PROTOCOLO
El protocolo Ethernet utiliza TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión) para enviar mensajes
explícitos en los que cada paquete no solo tiene datos de aplicación, sino que incluye el significado de
los datos y el servicio a realizar sobre los datos.
Con mensajes explícitos los nodos deben cumplir las siguientes tareas:
Interpretación de cada mensaje.
Ejecutar la tarea requerida y generar respuestas.
Este tipo de mensajes se usan para configurar dispositivos y para realizar diagnósticos y son muy
variables en tamaño y frecuencia.
Las redes Ethernet tienen un direccionamiento de 48 bits, asignado a cada computadora conectada; a
esto se le conoce como dirección Ethernet. Para asignar una dirección, se adquieren bloques de
direcciones Ethernet y las asignan en secuencia conforme fabrican el hardware de interfaz, de manera
que no existan dos unidades de hardware de interfaz que tengan la misma dirección Ethernet.
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TRAMA DEL PROTOCOLO ETHERNET
La trama de Ethernet es de una longitud variable pero no es menor a 64 bytes ni rebasa los 1518 bytes
(encabezado, datos y CRC), cada trama contiene un campo con la información de la dirección de destino.
Fig. 4 Formato de la trama Ethernet
Además de la información que identifica la fuente y el destino, cada trama transmitida contiene un
preámbulo, un campo tipo, un campo de datos y un campo para verificación por redundancia cíclica
(CRC- Cyclic Redundancy Check). El preámbulo consiste en 64 bits que alternan ceros y unos para
ayudar a la sincronización de los nodos de recepción. El CRC de 32 bits ayuda a la interfaz a detectar
los errores de transmisión: el emisor calcula el CRC como una función de los datos en la trama y el
receptor calcula de nuevo el CRC para verificar que el paquete se reciba intacto. El campo de tipo de
trama contiene un entero de 16 bits que identifica el tipo de dato que se está transfiriendo en la trama.
VENTAJAS QUE OFRECE EL PROTOCOLO INDUSTRIAL ETHERNET
Protocolo apto para fábricas de gran potencia: Altas prestaciones aún en el caso de existir muchos
participantes y grandes distancias.
Amplia superficie de cobertura y alcanza grandes distancias: Mediante la combinación de las
técnicas eléctrica y óptica.
Transferencia de datos segura: Aún en el caso de la existencia de perturbaciones electromagnéticas
mediante componentes idóneos para la industria.
Ahorro de costos: Mediante una disminución de los costes de montaje y cableado.
Líder universal dentro de las redes industriales: Se utiliza en múltiples industrias.
APLICACIÓN DE LA RED ETHERNET
Grandes distancias: hasta 4,3 Km.
Múltiples tipos de dispositivos: comunicación entre aparatos de ingeniería, ordenadores y dispositivos
de control.
Múltiples tipos de comunicaciones: permite una Interconexión entre la oficina técnica y el mundo de
la automatización.
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Fig. 5 Múltiples tipos de una red Ethernet
MEDIOS DE TRANSMISIÓN
Par trenzado:
Versión hibrida
Máximo longitud del cable 100m.
Fibra óptica:
Separación de potencial.
Inmune a interferencias electromagnéticas.
Seguro anti-escuchas.
Grandes distancias (multimodo 4.5km, monomodo 42km).
Fig. 6 Cable de par trenzado y fibra óptica
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GLOSARIO DE TÉRMINOS
Bus
Topología LAN en la que todos los nodos se conectan a un solo cable. Todos los nodos son considerados
iguales y reciben todas las transmisiones del medio.
Byte
Unidad de los datos de ocho bits.
Channel (canal)
El camino de los datos entre dos nodos.
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) o, en español, acceso múltiple con escucha
de portadora y detección de colisiones, es un protocolo de acceso al medio compartido. Su uso está
especialmente extendido en redes Ethernet donde es empleado para mejorar sus prestaciones. En
CSMA/CD, los dispositivos de red escuchan el medio antes de transmitir, es decir, es necesario
determinar si el canal y sus recursos se encuentran disponibles para realizar una transmisión. Además,
mejora el rendimiento de CSMA finalizando el envío cuando se ha detectado una colisión.
Data Link (enlace de datos)
Conexión lógica entre dos nodos en el mismo circuito.
Ethernet
La tecnología de LAN más popular actualmente. La norma IEEE 802.3 define las reglas para configurar
una red Ethernet. Es una red CSMA/CD de banda base a 10 Mbps., que funciona con cableado coaxial
fino y grueso, par trenzado y fibra óptica.
Full-Dúplex
Transmisión bidireccional independiente, simultáneamente en ambas direcciones, en contraposición a
la transmisión Half-Duplex.
IP
El Internet Protocol (protocolo de Internet) transporta los paquetes de un nodo a otro sin tener en cuenta
su contenido. IP envía cada paquete en función de una dirección de destino de cuatro bytes (la dirección
IP).
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Dirección IP
La dirección IP es un número de 32 bits que identifica a un dispositivo de red. Se compone de cuatro
partes. En primer lugar, el identificador de una red concreta, y en segundo lugar, un identificador del
dispositivo determinado dentro de la red. Dado que el número de direcciones IP formadas por un número
de 32 bits es finito, actualmente se está implementando un nuevo método: el de las direcciones IPv6.
LAN
Una red de área local es un grupo de ordenadores o dispositivos Ethernet que comparte una estructura
de comunicaciones. El tamaño de las redes LAN oscila entre un par de dispositivos y varios cientos.
WAN
Una Network o Red de Área Extendida es una red de comunicaciones geográficamente dispersa.
Hub
Dispositivo sencillo que permite conectar segmentos de red. Cuando se recibe un paquete en un puerto,
se envía a todos los puertos del hub
OPC Open Process Control
(OLE para control de procesos.) Estándar abierto que permite a los dispositivos comunicarse entre sí de
forma totalmente abierta con independencia de quién haya fabricado cada uno de ellos.
TCP
El Transmission Control Protocol o protocolo de control de transmisión se encarga de entregar y
verificar los datos transmitidos de un dispositivo a otro. El protocolo detecta los errores o datos perdidos
y puede activar una retransmisión hasta que los datos se hayan recibido completos y sin errores.
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BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA
Libros:
Charles Spurgeon, Joann Zimmerman, “Ethernet: The Definitive Guide”, O'Reilly Media, Inc,
Estados Unidos, 2014.
Sitios Web:
Ethernet, http://www.monografias.com/trabajos-pdf2/ethernet/ethernet.pdf, consultado el 28 de Marzo
de 2015.
Ethernet/IP,
http://www.etitudela.com/entrenadorcomunicaciones/downloads/ethertnetipdescripciondelsistema.pdf,
consultado el 26 de Marzo de 2015.
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ANEXOS
REDUNDANCIA
Las redes Ethernet IP deben ser altamente confiables y seguir en funcionamiento durante duras
condiciones ambientales, interrupciones accidentales de red y fallas de los equipos. La caída de una red
puede ser peligrosa y cara.
La confiabilidad de la red es en gran medida conseguida por el uso de Redundancia para todos los
vínculos críticos. Hay cuatro esquemas de redundancia populares para Ethernet: Spanning Tree Protocol
(STP), Rapid Spannig Tree Protocol (RSTP), Link Aggregation (Trunking) y topología de anillos
propietaria.
Fig. I Redundancia Ethernet
DATOS TÉCNICOS ETHERNET
TABLA I: Algunos datos técnicos de Ethernet