Estácio - Disciplina online aula 4

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<p>No início da criação das redes de computadores, assim como das redes de automação industrial, não existia qualquer tipo</p><p>de padronização – os padrões eram de�nidos por cada fabricante da maneira que considerassem mais interessante.</p><p>Porém com o tempo isso gerou uma série de problemas, principalmente em relação à compatibilidade de equipamentos.</p><p>Sem uma padronização, não era possível utilizar um equipamento de determinado fabricante em uma rede que tinha sido</p><p>formada com equipamentos de outro. Para superar problemas como esse, foram criados modelos padronizados de rede,</p><p>que determinavam, entre outras coisas, a maneira como os dados seriam trocados na rede.</p><p>Tomando como base a ideia de padronização de redes, posteriormente foram criados protocolos e barramentos</p><p>padronizados para serem utilizados nas redes de automação industrial. Esses protocolos e barramentos permitiram uma</p><p>otimização da criação e manutenção das redes industriais, representando um importante avanço.</p><p>Nesta aula, além dos modelos padronizados de redes e dos protocolos e barramentos desenvolvidos, apresentaremos</p><p>também alguns tipos de mensagens utilizados em redes de automação industrial.</p><p>• Analisar os modelos de rede desenvolvidos, sua necessidade de padronização e a maneira como são aplicados no</p><p>controle de processos de uma rede industrial;</p><p>• Descrever os principais protocolos e barramentos industriais;</p><p>• Discutir os métodos de trocas de dados e os tipos de mensagens enviadas em uma rede industrial.</p><p>Na época da criação das redes de computadores, cada fabricante desenvolvia suas tecnologias sem seguir qualquer</p><p>padronização, o que levava a frequentes incompatibilidades. Entretanto, em determinado momento começou a surgir uma</p><p>preocupação com o estabelecimento de um padrão internacional.</p><p>Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online</p><p> Fonte: Shutterstock.</p><p>O modelo OSI, considerado modelo de referência, é de�nido em sete camadas, as quais especi�cam e estabelecem todos os</p><p>termos e funções requeridos por um protocolo de comunicação em qualquer nível de uma rede de dados.</p><p>A redução da complexidade é feita por meio de abstrações, isto é, o que uma camada inferior realiza ou como ela é</p><p>implementada não importa à camada superior, desde que o serviço a ela determinado funcione corretamente. Para se chegar</p><p>às sete camadas desse modelo, alguns princípios são seguidos:</p><p>Seguindo esses princípios, são de�nidas como as camadas do modelo OSI:</p><p>A primeira camada é a camada física, na qual é tratada a transmissão de bits brutos por um canal de comunicação. O projeto</p><p>da rede deve garantir a transmissão correta de cada bit. Assim, quando um lado enviar um bit 1, o outro lado o receberá como</p><p>um bit 1, e não como um bit 0.</p><p>Nesse caso, as principais questões são o nível de tensão usado para representar um bit 1 e um bit 0, o espaço de tempo que</p><p>um bit deve durar, o fato de a transmissão poder ser ou não realizada nos dois sentidos simultaneamente, a forma como a</p><p>conexão inicial será estabelecida e de que maneira ela será encerrada quando os dois lados tiverem terminado.</p><p>Atenção</p><p>Além disso, é necessário ter cuidado com interferências, as quais podem alterar valores de tensão, e ainda</p><p>quantos pinos o conector de rede vai usar e qual será a �nalidade de cada pino. Nessa situação, as</p><p>questões de projeto lidam em grande parte com interfaces mecânicas, elétricas e de sincronização, e com</p><p>o meio físico de transmissão que se situa abaixo da camada física.</p><p>Após a camada física se encontra a camada de enlace de dados. A principal função dela é transformar um canal de</p><p>transmissão bruta em uma linha livre de erros de transmissão não detectados para a camada de rede. Para que seja possível</p><p>executar essa tarefa, o enlace de dados faz com que o transmissor divida os dados de entrada em quadros de dados e</p><p>transmita os quadros de forma sequencial. Se o serviço for realizado de maneira correta, o receptor con�rmará a recepção</p><p>correta de cada quadro, enviando de volta um quadro de con�rmação.</p><p> Fonte: Shutterstock.</p><p>Outra questão dessa camada é como fazer para impedir</p><p>que um transmissor com maior velocidade envie uma</p><p>quantidade excessiva de dados a um receptor lento.</p><p>Frequentemente se faz necessário um mecanismo de</p><p>regulação de tráfego para informar ao transmissor quanto</p><p>espaço o buffer do receptor tem no momento.</p><p>Em seguida, a camada de rede controla a operação da sub-rede.</p><p>Atenção</p><p>É fundamental para um projeto determinar a maneira como os pacotes serão roteados da origem até o</p><p>destino. Essas rotas costumam ser baseadas em tabelas estáticas, raramente alteradas. Outra forma é</p><p>caso elas sejam determinadas no início de cada conversação. Também podem ser dinâmicas, sendo</p><p>determinadas para cada pacote, com o objetivo de re�etir a carga atual da rede.</p><p>Caso haja uma quantidade signi�cativa de pacotes na sub-rede ao mesmo tempo, eles vão compartilhar o mesmo caminho,</p><p>provocando atrasos. O controle desse congestionamento também pertence à camada de rede. Além disso, à medida que um</p><p>pacote tem de viajar de uma rede para outra até́ chegar a seu destino, problemas podem ocorrer durante o processo, como:</p><p>• Diferenças no endereçamento utilizado pela segunda rede do empregado na primeira;</p><p>• A segunda rede pode rejeitar o pacote recebido devido ao tamanho excessivo;</p><p>• Ou os protocolos utilizados pelas redes podem ser incompatíveis.</p><p>A próxima camada é a de transporte, que tem como funções básicas aceitar dados da camada acima dela, dividi-los em</p><p>unidades menores caso necessário, repassar essas unidades à camada de rede e assegurar que todos os fragmentos</p><p>chegarão corretamente à outra extremidade. Além disso, essas funções devem ser executadas de forma que as camadas</p><p>superiores não sejam afetadas por alterações de tecnologias de hardware, as quais são inevitáveis e podem provocar falhas na</p><p>rede. Outra função dessa camada é determinar que tipo de serviço deve ser fornecido à camada de sessão e</p><p>consequentemente aos usuários da rede.</p><p>A camada de transporte pode ser de�nida como sendo uma camada �m a �m, que liga a origem ao destino. Assim, um</p><p>programa da máquina de origem mantém uma conversação com um programa semelhante instalado na máquina de destino,</p><p>para tal fazendo uso de cabeçalhos de mensagens e das mensagens de controle.</p><p>Já em camadas inferiores, os protocolos são trocados entre cada uma das</p><p>máquinas e seus vizinhos imediatos, e não entre as máquinas de origem e</p><p>de destino, que podem estar separadas por muitos roteadores.</p><p>Na camada de sessão são de�nidas permissões para que diferentes usuários de diferentes máquinas possam estabelecer</p><p>conexões. Essa camada oferece uma série de serviços, como o controle de diálogo para controlar os momentos de</p><p>transmissão, o gerenciamento de símbolos para impedir a execução de uma mesma operação por duas partes e a</p><p>sincronização.</p><p>A camada de apresentação não tem mais como principal foco a movimentação de bits, como veri�cado em camadas mais</p><p>baixas desse modelo. Ela está relacionada à sintaxe e à semântica das informações transmitidas. Para viabilizar a</p><p>comunicação entre computadores com diferentes representações de dados, as estruturas de dados a serem intercambiadas</p><p>podem ser de�nidas de maneira abstrata, juntamente com uma codi�cação padrão que será usada durante a conexão.</p><p>Essa camada tem a capacidade e a função de gerenciar tais estruturas de</p><p>dados abstratas, permitindo a de�nição e o intercâmbio de estruturas de</p><p>dados de nível mais alto.</p><p>A última camada é a de aplicação, e ela possui uma série de protocolos comumente necessários para os usuários. Desses</p><p>protocolos podemos destacar um amplamente utilizado, o HTTP (HyperText Transfer Protocol), que constitui a base para a</p><p>World Wide Web.</p><p>Quando um navegador deseja acessar uma página da Web, ele envia o nome</p><p>da página desejada ao servidor a partir do protocolo HTTP. Assim, o servidor</p><p>responde transmitindo a página de volta. Outros protocolos de aplicação são</p><p>usados para transferência de</p><p>arquivos, correio eletrônico e transmissão de</p><p>notícias pela rede.</p><p>Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online</p><p> Fonte: Shutterstock.</p><p>Outro modelo de referência utilizado, o TCP/IP, surgiu a partir de uma rede que representa os primórdios da internet, a</p><p>ARPANET, inicialmente uma rede de pesquisa patrocinada pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos. Com o passar do</p><p>tempo, centenas de universidades e repartições públicas começaram a fazer uso dessa rede, conectando-se a partir de linhas</p><p>telefônicas dedicadas.</p><p>Uma das principais preocupações do Departamento de Defesa dos Estados Unidos era que seus preciosos hosts, roteadores e</p><p>gateways de interconexão de redes fossem destruídos, perdendo com isso todas as informações neles contidas e a</p><p>capacidade de comunicação. Assim, de�niu-se que a rede deveria ser capaz de sobreviver à perda do hardware de sub-redes.</p><p>Essa necessidade levou à escolha de uma rede de comutação de pacotes, tendo como base uma camada de interligação de</p><p>redes sem conexões que foi denominada camada inter-redes. Sua tarefa é permitir que os hosts injetem pacotes em qualquer</p><p>rede e garantir que eles trafegarão de maneira independente até o destino. Assim, a camada inter-redes de�ne um formato de</p><p>pacote o�cial e um protocolo chamado IP (Internet Protocol), e sua tarefa é entregar pacotes IP onde eles são necessários.</p><p>Esse roteamento de pacotes é uma questão vital para ela, assim como a necessidade de evitar o congestionamento. Devido a</p><p>isso, pode-se dizer que a função da camada inter-redes do TCP/IP é semelhante à da camada de rede do OSI.</p><p>No modelo TCP/IP, a camada localizada</p><p>acima da camada inter-redes é chamada</p><p>de camada de transporte. Sua �nalidade é</p><p>permitir que as entidades pares dos hosts</p><p>de origem e de destino mantenham uma</p><p>conversação, exatamente como acontece</p><p>na camada de transporte OSI. Um dos</p><p>protocolos �m a �m de�nidos aqui foi o</p><p>TCP (Transmission Control Protocol –</p><p>protocolo de controle de transmissão), é</p><p>um protocolo orientado a conexões</p><p>con�ável, que permite a entrega sem erros</p><p>de um �uxo de bytes originário de uma</p><p>determinada máquina em qualquer</p><p>computador da inter-rede.</p><p></p><p>Esse protocolo fragmenta o �uxo de bytes</p><p>de entrada em mensagens discretas e</p><p>passa cada uma delas para a camada</p><p>inter-redes. No destino, o processo TCP</p><p>receptor volta a montar as mensagens</p><p>recebidas no �uxo de saída. O TCP</p><p>também cuida do controle de �uxo,</p><p>impedindo que um transmissor rápido</p><p>sobrecarregue um receptor lento com um</p><p>volume de mensagens maior do que ele</p><p>consegue manipular.</p><p>Esse modelo não possui as camadas de sessão e de apresentação. Assim, acima da camada de transporte, encontramos a</p><p>camada de aplicação, que contém os protocolos necessários em níveis mais altos. Dentre esses protocolos estão:</p><p>Inicialmente, o correio eletrônico podia ser de�nido como um tipo de transferência de arquivos, porém foi desenvolvido mais</p><p>tarde um protocolo especializado para essa função, o SMTP. Outros protocolos foram incluídos posteriormente, como o DNS</p><p>(Domain Name Service), usado para mapear os nomes de hosts para seus respectivos endereços de rede, e o HTTP, usado na</p><p>busca de páginas na World Wide Web.</p><p>O modelo utilizado na maioria das redes industriais é mais semelhante ao TCP/IP quanto à complexidade e ao número de</p><p>camadas utilizadas. Em geral, os modelos industriais utilizam apenas as camadas de aplicação, enlace e físico. Porém, apesar</p><p>de mais simples, principalmente pelo menor número de camadas implementadas, o esforço por parte do programador no</p><p>desenvolvimento pode ser maior.</p><p>Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online</p><p>Esses modelos já estão previstos nos diversos modelos de barramentos e protocolos de rede, que serão apresentados nas</p><p>próximas aulas com maior profundidade, como MODBUS, PROFBUS e CAN. Para uma comparação direta com um desses</p><p>modelos, podemos veri�car o modelo OSI e o utilizado pelo MODBUS. A primeira camada, física, é implementada em ambos os</p><p>modelos, podendo seguir padrões como EIA-485 ou EIA-232 no MODBUS.</p><p>A camada de enlace é referida no MODBUS como Modbus Serial Line Protocol, e a de aplicação como Modbus Application</p><p>Protocol. Assim, podemos veri�car que apenas três das sete camadas no modelo OSI foram utilizadas pelo MODBUS.</p><p>Elas são enviadas em uma rede na forma de bits, podendo ser eles isolados ou como um bloco ou quadro, o que é mais</p><p>utilizado. Quando usado esse bloco de bits, seus parâmetros vão depender do protocolo empregado. Além disso, alguns tipos</p><p>de mensagens podem ser citados:</p><p>Data Exchange, o tipo mais comum de mensagem, no</p><p>qual são transferidos bits para um escravo e no</p><p>mesmo comando é lida a resposta do escravo.</p><p>Write Parameter, onde é escrita uma</p><p>“palavra” de configuração do</p><p>comportamento do escravo.</p><p>Address Assign, em que é atribuído um</p><p>novo endereço a um nó.</p><p>Read I/O Configuration, onde</p><p>são lidas configurações de I/O</p><p>de um nó.</p><p>Read ID Code, no qual é lido o código de um</p><p>dispositivo.</p><p>Read Status, em que é lido o estado de</p><p>um dispositivo.</p><p>1. O modelo OSI é um modelo criado com a �nalidade de padronizar as redes de comunicação. Qual instituição desenvolveu o</p><p>modelo OSI?</p><p>a) Inmetro</p><p>b) IEEE</p><p>c) Harvard</p><p>d) ISO</p><p>e) MODICON</p><p>2. O modelo TCP/IP foi desenvolvido a partir do aprimoramento da rede que deu origem à Internet conhecida. Qual era o nome</p><p>dessa rede?</p><p>a) World Wide Web</p><p>b) HTTP</p><p>c) SMTP</p><p>d) OSI</p><p>e) ARPANET</p><p>3. O modelo OSI é baseado em sete camadas, cada uma com sua função bem de�nida. Qual das alternativas não corresponde a</p><p>uma camada do modelo OSI.</p><p>a) Aplicação</p><p>b) Rede</p><p>c) Física</p><p>d) Internet</p><p>e) Sessão</p><p>REGAZZI, R. D.; PEREIRA, P. S.; SILVA JÚNIOR, M. F. Soluções práticas de instrumentação e automação – utilizando a</p><p>programação grá�ca LabVIEW. Rio de Janeiro: KWG, 2005.</p><p>SILVEIRA, P. R.; SANTOS, W. E. Automação e controle discreto. 9. ed. São Paulo: Érica, 2007.</p><p>TANENBAUM, A. Redes de computadores. 4. ed. São Paulo: Pearson, 2003.</p><p>• Barramento e protocolo HART;</p><p>• Barramento e protocolo MODBUS.</p><p>Pesquise na internet sites, vídeos e artigos relacionados ao conteúdo visto.</p><p>Em caso de dúvidas, converse com seu professor online por meio dos recursos disponíveis no ambiente de aprendizagem.</p>