1

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ETHERNET INDUSTRIALJavier Snchez LobnHIRSCHMANN AUTOMATION AND CONTROL

2

NDICE: Qu es Ethernet ? Modelo Osi Hardware Topologas: arquitecturas tolerantes a fallos Redes Virtuales: VLANs

Multicast Gestin de red: SNMP y OPC Protocolos industriales: Profinet, Ethernet -IP, Modbus-TCP

2

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Qu es Ethernet?

4

Qu es Ethernet?

Ethernet es un sistema para transmitir informacinentre dos o ms dispositivos empleando un mediocompartido.

Especifica el medio utilizado, la seal que se utilizay la forma que la informacin debe tener.

Desarrollada por Digital, Intel y Xerox en los 70s. Ethernet se convirti en estndar del IEEE en 1985.

La inmensa mayora de las LAN se basan en Ethernet.

3

5

Evolucin Ethernet Ancho de banda

0 . 0 1 M b p s

1 0 M b p s

1 Mbps

100 Mbps

1 0 0 0 M b p s

1978

1988

1993

0 . 1 Mbps

A L O H An e t w o r k r u n s

i n Hawa i i

B o b M e t c a l fi n v e n t s

E t he rne t a tP A R C

D I X E t h e r n e tv2 .0

spec i f i ca t ion

I E E E 8 0 2 . 31 0 B A S E 5s tanda rd

I E E E 8 0 2 . 31 0 0 B A S E - T

s t a n d a r d

I E E E 8 0 2 . 3 z1 0 0 0 B A S E - T

s t anda rd

1968

1973

I E E E 8 0 2 . 3 c1 B A S E 5S t a r L A Ns tanda rd

I E E E 8 0 2 . 31 0 B A S E 2s tanda rd IEEE 802 . 3 i

1 0 B A S E - Ts t a n d a r d

1998

10-gigabit Ethernet (XGbEo 10GbE) es el ms reciente (ao 2006) y ms rpido de los estndares Ethernet

Estndares

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Modelo OSI

4

7

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application

1

6

5

4

3

2

7

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application

1

6

5

4

3

2

7

ComunicacinVirtual

Agrupadas en una en el Modelo TCP/IP

Qu es Ethernet?. Modelo OSI.

ComunicacinVirtual

8

Transceiver HubConversor de Medio

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application

1

6

5

4

3

2

7

Qu es Ethernet?. Modelo OSI. Fsico

Resposable de las seales, la informacin de ms bajo nivel.

Convierte los bits en seales pticas/Elctricas Es la parte que ms problemas causa en la operacin de red

5

9

Physical

Network

Transport

Session

Presentation

Application

1

6

5

4

3

2

7

Data Link

Switches

Qu es Ethernet?. Modelo OSI. Enlace

Se encarga de el validar los trenes de pulsos recibidos(Tramas), de identificar y filtrarlos por destino, CRC y control de acceso al medio.

Maneja Tramas, las unidades mnimas de informacinen Ethernet.

10

Routers

Physical

Data Link

Transport

Session

Presentation

Application

1

6

5

4

3

2

7

Network

Qu es Ethernet?. Modelo OSI. Red

Maneja conjuntos de tramas (paquetes) y se encarga de que sigan el camino adecuado al atravesar redes.

Bsqueda de la mejor ruta y conversin de direcciones.

6

11

Qu es Ethernet?. Capas 1 y 2

La capa 2 (Enlace) esta dividida en dos subcapas

12

Qu es Ethernet?. Ejemplo OSI.

WorldFip 1Mbps

WorldFip

X-Way

Uni-Te

RS-485 19,2Kbps

Uni-Telway

X-Way

Uni-Te

1

6

5

4

3

2

7

802.3 10Mbps

802.3

X-Way

Uni-Te

802.3

802.3

IP

TCP

ModBus

Uni-Telway FipIO/FipWay EthWay ModBus/TCP

7

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Hardware

14

Hardware Industrial

Entorno IndustrialAutomatizacin en Fbrica

OficinaAutomatizacin en Oficina

Voltaje 24V DC 115V AC / 230V AC

InstalacinCarri DIN 19"Montaje en pared

Mdulo de sobremesaMontaje en Pared, Rack 19"

Temperatura 0C - 60C -20C - 75C

5C - 40C

Vibracin/Impactodurante Funcionamiento

2 g / 15 g -

Sistema de Refrigeracin Conveccion natural Ventilador

Tipo de Proteccin IP20 / IP30 / IP67 IP20 / IP30

Resistencia Polvo, Aceite, Disolventes, etc. Polvo

Approvaciones EN60950 (Seguridad) EN50081-2 (EMC, Industria) EN50082-2 (EMC, Industria)

EN60950 (Seguridad) EN50081-1 (EMC, Oficina) EN50082-1 (EMC, Oficina)

Tiempo de reconfiguracin < 0.5 seg > 30 seg aceptable

Operatividad > 7 Aos > 3 Aos

Disponibilidad 15 Aos (Repuestos) 4 Aos (Repuestos)

8

15

Hardware Ethernet. Conversores de medio

Conversin del nivel fsico. Transparentes Half / Full Duplex Se utilizanpara aumentar distancias de alcance Capa 1

16

A

B C

D

Hardware Ethernet. Hubs o repetidores

Conecta varios equipos a un punto comn. Entorno de colisin

Half Duplex only Repite elctrica u pticamente todo lo que recibe Capa 1

9

17

A

B C

D

Hardware Ethernet. Switches

Cada enlace es un entorno de colisin. Definen dominios de difusin

Half / Full Duplex Capa 2

18

Hardware Ethernet. Routers o encaminadores

Cada puerto puede ser una red diferente Enlazandominios de difusin Capa 3

10

Estndares

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Formacin

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Conferencias

TOPOLOGAS

20

ARQUITECTURA EN BUS

cc

ER-14

ER-06

ER-15

ER-05

ER-04

ER-03

ER-13

ER-09

ER-08

ER-16

ER-07

ER-17

ER-12

ER-11

ER-10

ER-18

100 BASE FX. Fibra Multimodo2 unid. RS2 4TX/FX

15 unid. RS2 3TX/2FX

11

21

ARQUITECTURA EN ESTRELLA/RBOL

cc

ER-14

ER-06

ER-15

ER-05

ER-04ER-03

ER-13

ER-09

ER-08

ER-16

ER-07

ER-17

ER-12

ER-11

ER-10

ER-18

100 BASE FX. Fibra Multimodo4unid. RS2 4TX/FX (ER14,15,16,18)

12 unid. RS2 3TX/2FX

22

cc

1000 BASE LH+. Fibra Monomodo

ER-14

ER-13

ER-03

ER-04

ER-05

ER-06

ER-15

ER-07 ER-08

ER-16

ER-09

ER-10

ER-11

ER-12

ER-17

ER-18

ARQUITECTURA EN ANILLO HIPER-RING MRP

12

23

SOLUCIN OFIMTICA ESTNDAR SPANNING TREE Se eliminan los Bucles de forma automtica Los enlaces redundantes se quedan dormidos a la espera de rotura de otros Mensajera de control de redundancia Lento, apropiado para redes ofimticas Tamao de red pequeo

24

C.C.

ER-17

ER-18

ER-09ER-10

ER-11

ER-12

DOBLE ACOPLAMIENTO

13

25

ER-09 ER-11

ER-12

ACOPLAMIENTO ENTRE ANILLOSER-13

ER-14

26

ENLACE AADIDO

Dos modos de funcionamiento:

Esttico: Manualmente se definen los puertos que pertenecen al enlace.

Dinmico: Mediante LACP (link Aggregation Control Protocol) se configuran automticamente los puertos asociados al enlace dinmico.

14

27

VRRP. ENRUTAMIENTO REDUNDANTE

Estndares

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Redes Virtuales: VLAN

15

29

Redes Compartidas. Dominios de Colisin

Tan solo un equipo final puede transmitir a la vez

- Mal rendimiento- Prdida de ancho de banda

Las tramas defectuosas son retransmitidas

Dimensiones limitadas

Shared MediaLAN

30

Solucin: Redes Conmutadas

Todos hablan a la vez Mejor rendimiento Menor tiempo de respuesta

Los errores no son difundidos

Enlaces redundantes

Puede crecer con facilidad

SwitchedLAN

16

31

Redes Conmutadas. Problema Broadcast

AB

DC

Ethernet A:Datos_A=15%Broadcast _A=2%

Ethernet B:Datos_B=35%Broadcast_B=4%

Ethernet C:Datos_C=45%Broadcast _C=5%

Ethernet D:Datos_D=25%Broadcast _D=3%

Ancho de banda de la red: 4 x 10 Mbit/s = 40 Mbit/sCarga media por enlace: 120 / 4= 30%Ancho de banda ocupado por broadcast: 14 %

Switch

32

Redes Conmutadas. Broadcast. Efecto en CPU

0

10

20

30

40

50

60

70

80

100 1000 3000

SPARC 2SPARC 5Pentium 120MHz

CPU %

Broadcast/sec

17

33

Redes Conmutadas. VLANs

Definido en estndar: 802.1Q. Compatibilidad Aislamiento del trfico entre redes virtuales Manejado por switches, no por routers Aislamiento de problemas en VLANs Fcil de configurar Menores costes que los routers

34

Redes Conmutadas. VLANs (Basadas en Puerto)

VLAN 3

VLAN

3

VLAN 3VLAN

3

VLAN 2

VLAN 2

VLAN 1

VLAN 1

Port1

Port2Port3

Port4

Port5

Port6

Port7

Port8

Switch

18

Estndares

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Formacin

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Conferencias

Multicast

36

Multicast. Comunicaciones 1 a varios

Sistemas de control: Arquitecturas productor-consumidor, marter-slave

Mdulos I/O

Video sobre IP Automatizacin de Procesos y Fbricas: Videovigilancia de

fbricas, centrales elctricas, centrales nucleares, plantassolares, parques elicos

Automatizacin del transporte: Autopistas, tneles, peajes, puntos de acceso

19

37

Multicast. Tipos de direcciones IP

Unicast Destinatario nico

Broadcast Destinado a todos

Multicast Destinado a unos pocos

38

Multicast. Por qu preocuparse por el Multicast?

VLAN 1

VLAN 2

T

T

R

R

Las direcciones Multicast son siempre de destino, nunca de origen Los switches/routers jams aprendern dichas direcciones Dentro de cada VLAN llegarn a todos los equipos finales

20

39

Multicast. IGMP Snooping

Permite a un switch (capa 2) cotillear un protocolo de capa 3

Cotillea todos los paquetes IGMP Report/Query/Leave que pasanpor l

As aprende (L2) qu dispositivo se apunta a qu grupo

REQUIERE DE UN EQUIPO QUE ACTE COMO QUERIER!

QuerierQueryPort

QueryPort

Grupo 1 RepuestaQuery

Query

Snooping ON Snooping ONSnooping ON

X

Estndares

Certificaciones

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Conferencias

Gestin de redes: SNMP y OPC

21

41

Gestin de Fallos

Gestin de Prestaciones

Funcionalidades de la Gestin de Redes

Gestin de la Configuracin

Gestin de la Seguridad

42

SI, si la red incorpora switches gestionables que soportenMonitorizacin Remota (RMON)

Se puede medir el rendimiento de mi red?

22

GestorNMS

NMS Estacin de Gestin de Red, MIB Base de Informacin de Gestin, SNMP Protocolo Simple de Gestin de Redes, SAI Sistema de Alimentacin Interrumpida

AGENTEMIB

Equipo TerminalAGENTEMIB

Router

AGENTEMIB

Switch

AGENTEMIB

SAI

SNMP

Herramientas de Gestin. Software de Gestin de Redes - SNMP

44

El sofware de Gestin puede:

Reclamar a los Agentes de Red informacin en tiempo-real del estado de la red.

Ajustar valores en los Agentes de Red.

Proporcionar un interface grfico al usuario de la red, mostrando alarmas de red, arquitectura de la red, etc.

Qu es un software de Gestin de Redes?

23

45

NIC

PLC Communication Driver

Base de datos HMI

Historian GUI Alarmas

Supervisin de Planta

NIC

SNMP / RMON Communications Drivers

Historian GUI Alarm Log

Base de datos de Gestin

Componentes Ethernet

Componentes de Control de Planta

Gestin de Red

Tecnologa actual Distintos Cuadros de Instrumentos

46

NIC

PLC Driver

HMI Base de datos

Histrico GUI ALarmas

OPC

Ethernet Components

Plant Control Components

OPC incorpora indicadores del estado de la red Ethernet en tiempo real y de administracinen el entorno de un HMI

Esto permite el control de los datos del sistema desde un nico tablero de instrumentos.

OPC. Solucin para Redes Ethernet industrialSupervisin de Planta

24

Estndares

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Protocolos Industriales

48

Perfiles Industriales = Protocolos Industriales

PROFINET, EtherNet/IP, Modbus/TCP

Propsito:- Herramienta de SW familiar para los dispositivos de automatizacin

(RSLOGIX, STEP 7..)- Mismo metodo para asignar direcciones IP- Recoger datos directamente desde el switch- Reducir esfuerzos para formacin- El switch pasa a formar parte de la aplicacin como un PLC o un

sensor

Perfiles Industriales

25

49

Startup configuracin .

Status de dispositivo Status de enlace por puertos Accesos no autorizados por puerto ..

Protocolos Industriales

50

Declaracin de independencia Hirschmann

PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP,mismos switches, solo diferente software

Sin coste adicional

Posibilidad de carga a posteriori Standard profiles

Posibilidad de cambio PROFINET EtherNet/IP

Posible con equipos OpenRail Compactos y modulares

Otros PerfilesIndustriales

En resumen