Tema 2 - Arquitetura Das Redes Industriais

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Arquitetura das redes industriais
A evolução histórica das redes industriais e as topologias aplicadas na comunicação dos elementos dos
processos produtivos.
Prof. Raphael de Souza dos Santos
1. Itens iniciais
Propósito
Conhecer as topologias que podem ser empregadas nos processos produtivos, assim como os elementos que
compõem as arquiteturas das redes, é fundamental para compreender e projetar a comunicação nos
processos produtivos.
Objetivos
Reconhecer a evolução histórica das redes industriais.
Listar as principais topologias e os sistemas do tipo cliente-servidor e Web Server.
Identificar os diferentes serviços de arquitetura de rede.
Introdução
Antes de começarmos, assista ao vídeo para entender a importância de uma rede industrial. 
Conteúdo interativo
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1. Processo evolutivo das redes industriais
Vamos começar!
A evolução das redes de computadores
Neste vídeo, o especialista aborda os principais conceitos e aspectos que devem ser observados durante a
leitura deste módulo.
Conteúdo interativo
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Redes Industriais
Uma rede industrial consiste em um conjunto de equipamentos interligados de maneira a permitir a troca de
dados e/ou o compartilhamento de recursos.
A próxima imagem ilustra uma rede industrial, possibilitando a comunicação entre as diversas partes que
compõem um sistema industrial:
Ilustração de uma rede industrial.
A comunicação entre os diversos elementos da rede é definida por um conjunto de normas denominado 
protocolo.
Protocolos diferentes são utilizados em situações diferentes:
TCP/IP;
Profibus;
RS-232 etc.
Vale destacar que as atribuições de protocolos nos níveis não são regras, podendo variar de acordo com os
processos produtivos.
Na próxima imagem, é possível observar um exemplo de atribuições de protocolos em diferentes níveis de um
processo industrial:
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Exemplo de protocolos de comunicação em uma rede industrial.
Conceitos fundamentais
Uma rede industrial é definida pelos parâmetros a seguir.
Taxa de transmissão
É relacionada à velocidade com a qual uma mensagem é transferida de um ponto para outro de uma
rede de comunicação de dados.
Topologia física
Descreve como os elementos de uma rede são interligados.
Meio físico
Define como os elementos que compõem a rede são interligados (por cabo, sem fio etc.).
Tecnologia de comunicação
É responsável pelo gerenciamento de comunicação de dados.
Forma de acesso ao barramento
Especifica a maneira como se dá o acesso às informações circulantes no barramento.
Largura de banda (bandwidth)
Define a medida da capacidade de transmissão de uma rede ou conexão. Ela é medida em bits por
segundo (quilobits/segundo = kbps; megabits/por segundo = Mbps).
Camadas de uma rede
As camadas que formam uma rede de comunicação são responsáveis por permitir as trocas de dados
entre os mais diversos endereços e dispositivos da rede.
Um exemplo bastante completo, referência da Organização Internacional de Normalização (ISO), é o modelo
OSI (modelo Interconexão de Sistemas Abertos), formado por sete camadas, como pode ser visto a seguir.
 
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Equipamentos que integram uma rede industrial
A seguir, veremos alguns equipamentos que integram uma rede industrial.
Repetidor
Consiste em um equipamento que realiza a cópia de dados de uma rede para outra. Isso permite que
as duas redes diferentes se comportem logicamente como uma única. Os repetidores são utilizados
para suprir limitações nas redes, como o comprimento dos cabos e a necessidade de expansão.
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Distribuidores de conexões (hubs)
Permitem a conexão entre os equipamentos que formam uma rede de área local (local area network
ou LAN). Os equipamentos ligados a um distribuidor pertencem a uma mesma rede ou segmento de
rede, ou seja, os usuários dividem a rede de comunicação entre si. Por exemplo, suponha que uma
rede possua dez usuários, utilizando equipamentos com a mesma velocidade de acesso e uma largura
de banda de 100 Mbps. Cada usuário poderá utilizar em média 10 Mbps dessa banda.
Ponte (bridge)
Divide uma rede local em redes menores, denominadas sub-redes, com o intuito de reduzir o tráfego
local de informações ou permitir a conversão entre padrões de diferentes camadas.
Roteador (router)
Utilizado para permitir a comunicação entre duas ou mais redes com protocolos de comunicação
iguais, mas caminhos diferentes. É o roteador que define qual caminho os dados devem seguir.
Gateway
Usado para dar acesso aos dispositivos que não são OSI.
Switch
Permite a conexão entre todos os elementos da rede (servidores, computadores, controladores etc.).
Veja uma ilustração do uso de um switch:
Ilustração do uso de um switch.
Um breve histórico das redes industriais
A evolução das redes industriais acompanhou a evolução dos controladores. Após o desenvolvimento dos
controladores, e sua transformação de elementos eletromecânicos para dispositivos microprocessados, houve
a necessidade de uma adequação dos meios produtivos de maneira a permitir as comunicações entre
controladores e computadores industriais.
Com isso, foi dado aos controladores a capacidade de receber informações oriundas de sensores e enviar
comandos para os mais diversos periféricos.
Contudo, para que essas características pudessem ser exploradas e os elementos localizados em pontos
distintos fossem incorporados à malha de controle, foi necessário o desenvolvimento dos meios de
comunicação por meio das redes industriais.
A transmissão de dados
Para que os instrumentos fossem capazes de trocar informações através das redes de comunicação, a
transmissão digital passou a substituir o padrão de transmissão analógico (4mA a 20mA) e os instrumentos
foram adaptados com certo nível de inteligência.
O padrão HART
O protocolo HART foi desenvolvido para permitir que os sinais digitais pudessem ser transmitidos em
cima dos sinais analógicos, representando a primeira evolução nos protocolos de comunicação dos
sistemas industriais.
Sensorbus
Posteriormente, foram desenvolvidos barramentos específicos para a conexão entre sensores e
elementos finais discretos (atuadores discretos, como válvulas “abre e fecha” e motores “liga e
desliga”), permitindo a transmissão de bits.
Fieldbus
Por fim, foram desenvolvidos os modelos do tipo fieldbus, que abrangem padrões de rede DeviceNet,
Profibus, Interbus, Fieldbus Foundation, permitindo a evolução dos sistemas de controle distribuído e
o desenvolvimento dos sistemas SCADA.
Tipos de comunicação
Os tipos de comunicação compreendem o sentido da transmissão, a ligação física e a cadência de
transmissão.
Sentido da transmissão
O sentido de transmissão define se a transmissão é feita apenas em um sentido ou em ambos. Dessa forma, a
transmissão é dividida das formas que veremos a seguir.
Simplex
Transmissão unilateral, ou seja, a comunicação é feita a partir de um dispositivo A para um dispositivo
B, mas nunca no sentido oposto.
Half-Duplex
A comunicação pode ser feita em ambos os sentidos. Entretanto, não ocorre de maneira simultânea,
ou seja, pode ocorrer de um dispositivo A para um dispositivo B e vice-versa. Porém, para que ocorra
a reversão do sentido, a comunicação no sentido oposto precisa ser finalizada.
Full-Duplex
A transmissão é bilateral e simultânea. Por esse motivo, são necessários dois meios de comunicação
(dois caminhos) para a transmissão de dados.
Número de vias
Quanto ao número de vias, a transmissão pode ser paralela ou serial. Veja mais sobre esses tipos de
transmissão a seguir.
Transmissão paralela
Por exemplo, suponha que se deseje transmitir uma informação com 1
byte (8 bits). Nesse tipo de transmissão, todos os bits são transmitidos
com apenas um comando, sendo enviados ou recebidos lado a lado,
como pode ser visto na imagem a seguir. É adequada para curtas
distâncias. Entretanto, para transmissõesa distâncias maiores, não é
recomendável, tendo em vista o custo elevado.
Transmissão serial
A transmissão serial representa uma alternativa para longas distâncias,
tendo em vista que todos os bits da informação são transmitidos pelo
mesmo meio. Contudo, todos os bits são transmitidos com um atraso
entre si, como pode ser visto na imagem a seguir.
Tipo de ligação física
A ligação física representa a conexão por cabeamento ou sem fio entre os diversos componentes. Veja mais
sobre as configurações ponto a ponto e multiponto a seguir.
Ponto a ponto
Nessa configuração, existem apenas dois dispositivos localizados nos
extremos de cada meio de comunicação (um de cada lado):
Multiponto
Essa configuração contempla a conexão de dois ou mais dispositivos
através de um único barramento de comunicação, como pode ser visto
na imagem a seguir:
Cadência de transmissão
Uma transmissão pode ser síncrona ou assíncrona. O sincronismo em uma transmissão de dados é a
característica que faz com que os componentes conectados em na mesma rede tenham o mesmo ritmo.
Dessa maneira, dois equipamentos são ditos sincronizados quando um equipamento coloca um bit no
barramento, e o outro dispositivo lê esse bit ao mesmo tempo.
Além disso, nas transmissões seriais, o intervalo de tempo entre os bits é respeitado por ambos os
equipamentos de forma sincronizada. Veja mais sobre os tipos de transmissão a seguir.
Transmissão assíncrona
Nesse tipo de transmissão, os dados são enviados com intervalos aleatórios, ou seja, sem que os
equipamentos possuam um sincronismo entre si.
Algumas técnicas são utilizadas para esse tipo de transmissão, como veremos a seguir.
Recurso Listas não-ordenadas - start 
Overhead – Apresenta uma quantidade-padrão de bits necessária para que a mensagem
chegue corretamente ao destino.
Paridade – É o tipo de transmissão na qual um bit adicional é inserido na transmissão de
maneira a permitir que sejam detectados erros de transmissão.
Transmissão síncrona
É o tipo de transmissão na qual os dados são transferidos em agrupamentos de caracteres de
maneira sequencial. Os intervalos entre os grupamentos são padronizados ou nulos.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
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A importância dos elementos de uma rede industrial
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Sentido de tráfego de dados
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Verificando o aprendizado
Questão 1
As redes industriais são essenciais para que os processos industriais sejam implementados de maneira
adequada, permitindo a comunicação entre os diversos periféricos utilizados no processo produtivo. Entre as
características das redes industriais, aquela que relaciona a velocidade com que as mensagens são
transmitidas entre os diversos pontos da rede é denominada:
A
Acesso ao barramento
B
Topologia física
C
Meio físico
D
Taxa de transmissão
E
Camada de rede
A alternativa D está correta.
A taxa de transmissão de uma rede faz menção à velocidade com que as informações são trocadas entre
um ponto e outro da rede de comunicação.
Questão 2
Diversos equipamentos podem ser necessários para implementar as redes industriais em um sistema com
vários periféricos. Em alguns casos, para que a rede possa ser expandida, faz-se necessário que duas ou mais
redes se comportem como uma única. Para isso, pode-se utilizar um(a):
A
Repetidor
B
Distribuidor
C
Ponte
D
Roteador
E
Gateway
A alternativa A está correta.
Os repetidores são os dispositivos utilizados para realizar a cópia de dados de uma rede para outra,
possibilitando suprir as limitações de uma rede em relação ao comprimento dos cabos ou a necessidade de
expansão.
2. Aspectos topológicos das redes industriais
Vamos começar!
As topologias das redes industriais.
Neste vídeo, o especialista aborda os principais conceitos e aspectos que devem ser observados durante a
leitura deste módulo.
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Topologias de redes
De maneira simplificada, topologia é a maneira como os equipamentos (denominados elementos) que
compõem uma rede estão conectados.
Os elementos são chamados de nós e podem ser representados por controladores, instrumentos,
computadores, switches, roteadores etc.
Pode-se dividir as topologias em: ponto a ponto e difusão.
Ponto a ponto
A rede ponto a ponto é formada por diversas linhas de comunicação ligadas a um par de estações de cada
vez. É importante destacar que cada computador de uma rede ponto a ponto funciona tanto como cliente
quanto servidor.
Por esse motivo, quando se deseja estabelecer a comunicação entre estações que não sejam adjacentes, faz-
se necessário utilizar estações intermediárias, em uma estratégia denominada comutação de pacotes.
Essa estratégia divide os dados transmitidos durante a comunicação em pequenos pedaços gerenciáveis
denominados pacotes. Assim, grandes pacotes de dados são transmitidos como vários pacotes pequenos,
minimizando a probabilidade de erros de transmissão.
É interessante notar que os equipamentos de uma rede ponto a ponto não estão ligados diretamente
entre si, podendo utilizar outros nós como roteadores. Nesse tipo de topologia, pode-se utilizar
comunicações full-duplex e/ou simplex.
A maior parte das redes de longa distância é do tipo ponto a ponto. Veja a seguir algumas das vantagens e
desvantagens desse tipo:
Vantagens
Todos os computadores são independentes, ou seja, podem executar diversas atividades sem
depender de um servidor ou outros dispositivos conectados;
Todo computador funciona como cliente e servidor, podendo enviar e receber arquivos
dependendo da necessidade dos usuários;
Os custos de implementação são menores, tendo em vista a não necessidade de um
computador atuando como servidor;
São mais facilmente implementáveis; e
Como os computadores já armazenam arquivos, quase todas as máquinas podem ser
facilmente adaptáveis para essa topologia.
Desvantagens
Há um menor nível de segurança, na medida em que cada computador localizado na rede pode
apresentar um nível de segurança diferente do outro;
A organização e a configuração podem ser mais complicadas, devido à sua diversidade;
Como cada computador armazena seus próprios dados, caso um deles se encontre
corrompido, todos os dados acessados a partir dele estarão inacessíveis; e
Como os dados estão localizados individualmente em cada máquina, o backup de todas as
informações é mais complexo.
Vejamos, a seguir, as quatro topologias ponto a ponto:
Topologia em anel
Essa topologia consiste em equipamentos ligados em série através de um circuito fechado em formato de
anel. Os equipamentos são ligados em repetidores e não diretamente entre si, como pode ser visto na próxima
imagem.
Ligação ponto a ponto em anel.
Uma restrição dessa topologia e que fez com que caísse em desuso foi o fato de um dano em um dos
computadores promover a falha (queda) de toda a rede, por estarem conectados em série (quebra do anel).
Topologia em árvore
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Essa topologia é composta por concentradores encarregados de receber informações e transmitir para todas
as estações subsequentes.
É muito comum esse tipo de topologia ser formado por um grande número de equipamentos, como pode ser
visto na imagem a seguir.
Ligação ponto a ponto em árvore.
Como grande vantagem, apresenta a facilidade na identificar erros, já que cada laço pode ser diagnosticado
individualmente. Também não apresenta a limitação da topologia em anel.
Como desvantagem, há uma grande dependência do hub central, sendo que toda a rede depende desse único
elemento (também denominado origem).
Topologia em malha
Na topologia em malha, os computadores e toda a rede local são conectados entre si, como pode ser visto na
próxima imagem:
Ligação ponto a ponto em malha.
Cada conexão representa um nó da malha, e os nós são conectados uns aos outros,permitindo a
comunicação entre todos os elementos da rede.
Como maior vantagem, pode-se destacar a confiabilidade e a estabilidade desse tipo de rede. Entretanto, a
complexidade nas conexões faz com que um planejamento considerável seja necessário para sua execução.
Entre as vantagens da topologia de malha, pode-se destacar que:
a falha em um único dispositivo não interrompe a rede;
não há problemas de tráfego de informações;
a identificação de falhas é simples;
a topologia oferece múltiplos caminhos para o sucesso da comunicação; e
a adição de novos dispositivos não interrompe o fluxo de dados.
As desvantagens da topologia de malha são estas:
implementação cara em comparação com outras topologias;
instalação difícil;
maior consumo energético;
custo elevado; e
difícil manutenção.
Espinha dorsal
Redes muito complexas geralmente precisam ser divididas em partes menores (segmentos), tornando mais
fácil identificar os diferentes trechos da rede. Ainda assim, a topologia é vista como uma única rede.
A espinha dorsal (backbone) é a parte em que todos os segmentos estão conectados e que providencia a
estrutura para toda a rede. Como todos os servidores estão dentro de segmentos e, por sua vez, os
segmentos estão conectados diretamente na espinha dorsal, a localização de cada um deles se torna muito
mais fácil.
Difusão
Nas topologias por difusão, as redes são compostas por uma única linha de comunicação, que é
compartilhada por todas as estações.
As mensagens são difundidas no canal e podem ser lidas por qualquer estação. Assim, é possível enviar
mensagens para todas as estações (broadcasting) ou para um conjunto delas (multicasting), utilizando
endereços reservados para essa finalidade.
Os destinatários são identificados por endereços codificados em cada mensagem.
Topologia em estrela
Quando o número de equipamentos conectados na rede é pequeno, essa topologia é a mais utilizada. Um
equipamento central, denominado concentrador, é utilizado no centro da estrela e os demais são conectados
a ele. 
Os concentradores mais utilizados são do tipo hub ou switch. 
Malha completa 
Todos os nós
estão conectados
uns aos outros.
Assim, se houver
um número n de
nós em uma rede,
existirão n-1
conexões.
 Uma vantagem da
malha completa é a 
redundância do
sistema. Contudo, esse
tipo de topologia
geralmente apresenta
um elevado custo de
implementação.
Malha parcial 
A malha parcial é
mais prática e fácil de
ser implementada do
que a malha
completa. Em uma
malha parcial, nem
todos os nós estão
conectados aos
outros na rede.
 Geralmente, as
malhas
periféricas são
conectadas por
meio de malhas
parciais e
ligadas à
espinha dorsal
em malha
completa.
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O concentrador se encarrega de retransmitir os dados para as estações a ele conectadas, como pode ser
visto na imagem a seguir.
Ligação por difusão em estrela.
Na imagem anterior, é possível observar que, nessa topologia, um nó central gerencia a comunicação entre as
máquinas. Quando os nós entram em falhas, nenhum dos outros é afetado, exceto no caso de o nó central
provocar uma falha generalizada.
Como vantagem, a identificação dos problemas é bastante simples, e o isolamento da máquina defeituosa
também não apresenta grandes dificuldades.
Como desvantagem, tem-se a dependência do hub central. Contudo, diferentemente da topologia em árvore,
caso o hub central caia, os equipamentos ligados diretamente a ele serão impactados, mas os secundários
(conectados a esses equipamentos) não.
Topologia em barramento (bus)
Nessa topologia, o meio físico (barramento) é compartilhado por todos os equipamentos.
Assim, os equipamentos são ligados ao barramento por conectores, que permitem-lhes trocar informações
com o barramento e permanecer conectados ao restante dos equipamentos, como pode ser visto na próxima
imagem:
Ligação por difusão em barramento.
Vale destacar que, nessa topologia, a codificação dos sinais é realizada nas próprias máquinas. O barramento
comum apenas serve para o tráfego da informação. As mensagens são recebidas apenas pelo destinatário.
Nas extremidades dos barramentos, são instalados os terminadores, para evitar a dissipação do sinal.
Embora a maioria das topologias seja denominada de topologia física, algumas, como as por difusão, são
denominadas de topologia lógica. Essa distinção é feita na maneira como as informações são extraídas da
rede pelos computadores.
Sendo assim, embora os dados trafeguem pela rede, e todos os computadores sejam capazes de detectar
que existem dados circulando, apenas o computador destinatário é capaz de recolher esses dados e utilizá-
los.
Comentário
Vale observar que as topologias por anel também podem ser do tipo por difusão. Isso ocorre na medida
em que os dados podem ser colocados na rede e circular por todos os equipamentos conectados a ela.
Contudo, quando recebe um dado que não é para ele, o equipamento o retransmite para outro
computador até que o destinatário seja localizado. 
Ainda existem algumas topologias denominadas de híbridas, na medida em que misturam conceitos das
topologias ponto a ponto e difusão, buscando explorar as vantagens de cada topologia.
Sistema cliente-servidor
Esse conceito remete à noção de prestação de serviço. A ideia é que o servidor presta serviços aos
equipamentos conectados a ele por meio de uma rede.
Assim, o conceito cliente-servidor refere-se a um modelo de comunicação em que diversos equipamentos são
interligados por meio de uma rede. O cliente faz a solicitação dos serviços ao servidor, que é responsável pelo
atendimento ao cliente.
Dois processos independentes podem trocar informações entre si a partir de uma conexão dedicada
utilizando um protocolo de comunicação predefinido.
Nas diferentes topologias existentes, as tarefas podem ser distribuídas entre diversos servidores
(fornecedores de serviços) para atendimento aos clientes (solicitantes dos serviços). Essa é uma das
vantagens desse tipo de arquitetura: a possibilidade de divisão das tarefas entre diversos servidores
(equipamentos e/ou programas). Ou seja, mais de um equipamento/programa pode executar determinado
serviço.
Em redes estruturadas do tipo cliente-servidor, os solicitantes (clientes) podem centralizar as diferentes
solicitações em determinado servidor que, por sua vez, precisa garantir que esses recursos estejam
disponíveis aos solicitantes, como pode ser visto na imagem a seguir.
Vantagem 
Como vantagem, pode-se destacar o baixo
custo de implementação e a baixa
complexidade. 
Desvantagem 
A desvantagem é a identificação e,
consequentemente, o isolamento dos
erros, pois o fluxo é unidirecional. 
Estrutura cliente-servidor.
Dependendo do tipo de serviço prestado, o sistema cliente-servidor pode ser denominado servidor web (Web
Server).
Funções como troca de e-mails, acesso às páginas da web e acesso ao banco de dados são construídas no
modelo cliente-servidor.
Exemplo
Por exemplo, no serviço bancário, os usuários que acessam tais serviços a partir de um computador (ou
celular) usam um cliente (navegador da web) para enviar uma solicitação a um servidor web em um
banco. 
Entre as vantagens no uso de um sistema cliente-servidor, podemos destacar:
o conteúdo do servidor é seguro, pois o servidor permite que o cliente use apenas as informações que
o servidor deseja;
se um usuário apagar um recurso compartilhado do servidor, um sistema de backup está sempre
disponível;
as redes de servidor-cliente também tendem a ser muito mais estáveis.
Web Server
Um servidor web pode fazer referência a um hardware e um software trabalhando juntos.
O hardware pode ser considerado um computador que armazena os arquivos e os entrega quando solicitado
pelo cliente, desde que conectados a ele através de uma rede.
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Comentário
Nesse caso, o software faz menção ao componente que é responsável pelo controle de acesso dos
usuários às informações disponíveis no hardware. 
Em um nível simplificado, o cliente (navegador, por exemplo)faz uma solicitação por meio de um protocolo de
comunicação sempre que desejar um arquivo que esteja hospedado em um servidor web. Quando a requisição
chega ao servidor (hardware) que contém o arquivo desejado, o software do servidor enviará o arquivo.
Por exemplo, um servidor do tipo HTTP corresponde a um software que armazena diversos endereços de
internet (páginas da web). HTTP corresponde a um protocolo que os navegadores de internet (Mozilla,
Chrome, Internet Explorer etc.) utilizam para visualizar essas páginas.
Ilustração de funcionamento de um web server.
Para ser possível publicar um website, é necessário um servidor web estático ou dinâmico.
Servidor web estático
Consiste em um hardware (computador) que possui um servidor (software), o qual envia os arquivos
solicitados da maneira que foram criados e armazenados no navegador.
Servidor web dinâmico
Os servidores dinâmicos são essencialmente os servidores estáticos com um software de aplicações
e um banco de dados, denominados application server e database, respectivamente. A denominação 
dinâmico é dada ao servidor tendo em vista a atualização dos arquivos hospedados antes de enviá-
los ao solicitante.
De forma resumida, para carregar uma página da internet, o navegador envia uma solicitação ao servidor web.
O servidor fará a busca pelo arquivo solicitado em seu espaço de armazenamento de arquivos. Uma vez
encontrado o arquivo, o servidor fará o processamento e envio dos dados solicitados.
Armazenamento dos arquivos
Um servidor web precisa ser capaz de armazenar os arquivos dos sites (textos, imagens, códigos etc.). Esse
armazenamento pode ser feito em um computador próprio.
Contudo, a utilização de um servidor dedicado apresenta vantagens, como:
o servidor está sempre ligado e rodando os programas;• 
o servidor está sempre on-line;
há um endereço IP fixo.
Protocolo de comunicação
Um protocolo consiste em um conjunto de regras para a comunicação entre dois ou mais computadores.
A escolha de um protocolo de comunicação adequado é essencial para o bom funcionamento do servidor
web. Por exemplo, um servidor web do tipo HTTP (protocolo de transferência de hipertexto) especifica como
é feita a transferência de arquivos hipertexto entre dois computadores.
A vantagem no uso do protocolo HTTP consiste no fato de ser um protocolo textual sem estado.
Textual
Todos os comandos são de textos simples.
Sem estado
Os servidores e os clientes não armazenam as informações de comunicações anteriores.
Assim, o protocolo HTTP fornece as regras sobre como um cliente e um servidor se comunicam.
Os clientes fazem as requisições e os servidores respondem às solicitações dos clientes.
Os clientes fornecem o Localizador de Recursos Uniforme (Uniform Resource Locator – URL). Caberá
ao servidor HTTP confirmar se a URL corresponde a um arquivo existente.
Caso não seja possível confirmar o endereço, uma mensagem de erro é exibida.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
As diferentes topologias de uma rede de dados
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Acesse a versão digital para assistir ao vídeo.
A importância de um servidor web (Web Server)
Conteúdo interativo
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Verificando o aprendizado
Questão 1
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3. 
As diferentes topologias utilizadas em uma rede de comunicação tornam possível a troca de dados entre os
diversos equipamentos. Quando os equipamentos são conectados em série por meio de um circuito fechado e
utilizando repetidores, trata-se da topologia:
A
Anel
B
Estrela
C
Árvores
D
Malha regular
E
Malha irregular
A alternativa A está correta.
A topologia em anel consiste na conexão dos equipamentos em série através de um circuito fechado com o
formato de um anel.
Questão 2
Os solicitantes dos serviços que enviam seus pedidos ao servidor, podendo centralizar diferentes solicitações
em determinado servidor e ser navegadores ou aplicativos, são denominados:
A
Auxiliares
B
Clientes
C
Hardware
D
Software
E
Protocolo
A alternativa B está correta.
Os clientes (como os navegadores da web ou aplicativos de bancos) enviam suas solicitações aos
servidores e recebem os dados solicitados ou mensagens de erro, na inexistência do conteúdo.
3. Redes de Comunicação
Vamos começar!
As diferentes características de uma rede de comunicação
Neste vídeo, o especialista aborda os principais conceitos e aspectos que devem ser observados durante a
leitura deste módulo.
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Definições de uma rede de comunicação
As redes de comunicação passaram por diversas mudanças com os avanços tecnológicos.
As primeiras redes de comunicação eram utilizadas para a comunicação entre os elementos de chão de
fábrica: sensores, atuadores e controladores. Essas instalações demandavam quilômetros de cabos e um
elevado custo e mão de obra em larga escala.
Os avanços tecnológicos permitiram o uso de novas topologias, a integração de dispositivos inteligentes,
controladores e computadores. A adoção dessas novas práticas levou a mudanças como:
aumento da competitividade, isto é, redução de custos na implementação e manutenção;
integração de circuitos em larga escala;
substituição dos controladores lógicos baseados em relés pelos controladores microprocessados; e
troca dos painéis de controle pelos sistemas supervisórios computadorizados.
Essas mudanças possibilitaram a economia de cabos, mas levaram a uma grande dependência dos sistemas
digitais.
Características de uma rede de dados
Entre as características mais importantes de uma rede de comunicação de dados, vejamos alguns destaques.
Taxa de transmissão de dados
Consiste na velocidade com a qual os bits da informação trafegam pelos meios de comunicação
(cabos ou sem fio) quando transmitidos de um dispositivo para outro (unidade quilobits por segundo –
Kbps, megabits por segundo – Mbps).
Eficiência do protocolo
É definida pela relação entre os bytes de dados e o total de bytes de uma rede.
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Topologia da rede
Deve-se levar em consideração informações fundamentais, tais como:
o fluxo de informações;
o número de mensagens;
a frequência com que as mensagens são trocadas.
Classificação de uma rede de controle
A classificação de uma rede de controle depende:
do tipo de controle (de processo e lógico);
da complexidade dos instrumentos (simples ou complexos).
Um exemplo dessa classificação pode ser visto na próxima imagem.
Ilustração da classificação de uma rede.
Alguns tipos de redes
As redes de comunicação são as denominações dadas às conexões dos equipamentos e que possibilitam as
trocas de informações entre esses elementos. Veja mais sobre isso a seguir.
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Rede sensorbus
As redes do tipo sensorbus permitem o tráfego de bits. Essas conexões incluem:
poucos equipamentos;
equipamentos simples;
conexões simples e diretas.
Entre as características das redes de sensorbus pode-se destacar:
comunicação rápida e discreta (digital ou bits);
elementos de baixo custo.
Essas redes são amplamente utilizadas em pequenas distâncias (poucos metros) e em sistemas de
baixo custo. Podemos citar como exemplo de rede sensorbus a AS-I (Interface Atuador – Sensor ou
Actuator-Sensor Interface).
Rede devicebus
As redes desse tipo permitem a troca de dados em bytes. Permitem cobrir distâncias de até 500
metros com instrumentos predominantemente discretos.
Apresentam características similares às redes sensorbus, porém são capazes de lidar com um
quantitativo maior de equipamentos e dados.
Como exemplo, podemos citar as redes Device-Net e Profibus DP.
Rede fieldbus
As redes do tipo fieldbus são consideradas mais inteligentes, podendo conectar equipamentos a
distâncias mais longas.
Os equipamentos conectados a uma rede fieldbus possuem certo nível de inteligência e são capazes
de executar funções específicas. Esses equipamentos podem lidar com sinais digitaise analógicos,
bem como ser parametrizados a distância.
As taxas de transferência são menores que as das redes sensorbus e devicebus. Como exemplo de
utilização desse tipo de rede, podemos destacar Fieldbus Foundation e Profibus PA.
Configurações de comunicação
As configurações de comunicação ou tipos de comunicação definem a maneira como os equipamentos de
uma rede de comunicação são relacionados.
Enquanto a topologia define a ligação entre os equipamentos, o tipo de comunicação define como os
equipamentos conectados serão relacionados entre si. Veja mais sobre isso a seguir.
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Mestre/escravo
A metodologia mestre/escravo envolve um dispositivo configurado como mestre e os demais como 
escravos. Os dispositivos definidos como escravos trocam dados apenas com o mestre.
Multimestre
Nas configurações do tipo multimestre, mais de um mestre está conectado a uma rede.
Cada mestre tem um conjunto próprio de escravos.
Cada conjunto de escravos troca mensagens apenas com seus respectivos mestres.
Ponto a ponto
Os dispositivos possuem certo nível de inteligência e tomam a iniciativa de se comunicar com os
dispositivos que se encontram livres.
Podem, ainda, trocar dados com múltiplos dispositivos ou múltiplas vezes com um mesmo dispositivo,
desde que os equipamentos estejam livres para comunicação.
Métodos de troca de dados
As trocas de dados em uma rede de comunicação podem ser realizadas entre a origem e um destino (redes
do tipo ponto a ponto) ou entre a origem e múltiplos destinatários simultaneamente (multicast ou broadcast
multiplexado).
Contudo, a maneira como esses dados são trocados depende dos equipamentos e das configurações
utilizadas. Veja mais sobre isso a seguir.
Polling
Os dados são enviados pelos dispositivos assim que os recebem.
Por exemplo, quando um sensor detecta uma alteração na variável monitorada, ele envia essa nova
leitura prontamente.
Esse tipo de método de troca de dados é compatível com as configurações do tipo mestre/escravo e
multimestre. Ocasionalmente, pode ser utilizado na configuração ponto a ponto, embora não seja
comum.
Cíclico
A produção de dados pelos dispositivos é realizada em uma taxa especificada previamente pelo
usuário.
Uma das vantagens nesse tipo de metodologia é a transferência de dados, tendo em vista que ocorre
a uma taxa adequada aos dispositivos utilizados na instalação.
Essa metodologia é compatível com as configurações mestre/escravo, ponto a ponto e multimestre.
Mudança de estado
Os dados são transmitidos apenas quando solicitados (mudança de estado). Nesse tipo de
configuração, um sinal em segundo plano é transmitido ciclicamente para confirmar que o dispositivo
se encontra operacional, tendo em vista que pode permanecer sem comunicação durante um período
razoável de tempo.
Boas práticas de segurança e conectividade
Algumas boas práticas de segurança e conectividade são utilizadas e recomendadas para garantir a
segurança para o usuário e para toda a rede a que está conectado.
Destacamos, a seguir, exemplos de boas práticas.
Segurança física
O limite de acesso físico de pessoas aos dispositivos conectados à rede é uma recomendação de segurança
para toda rede e quaisquer dispositivos a ela conectados. Por limitação física entende-se:
controle de acesso às áreas em que estão instalados os equipamentos;
limite de acesso aos painéis;
controle de conexão de dispositivos na rede;
isolamento do cabeamento utilizado na instalação da rede;
monitoramento contínuo por meio de uma sala de controle.
Segurança de rede
A segurança da rede difere da segurança física na maneira como é feita a atuação sobre o processo.
Diferentemente da proteção física, a segurança de rede se preocupa com o acesso virtual, por meio de
malwares (vírus etc.) ou atividades de invasão (hackeamento).
Como técnicas de proteção de segurança da rede entende-se:
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utilização de firewalls;
proteção da integridade dos equipamentos da rede como switches e roteadores.
Manuseio de tecnologia
Os equipamentos que são empregados na rede de forma secundária (como alimentadores de dados,
computadores, entre outros) também precisam de proteção para garantir que não venham a produzir qualquer
tipo de contaminação. Para proteção, podemos adotar técnicas como:
patchs, que consistem em atualizações e reconfigurações recomendadas pelos fabricantes;
antivírus;
remoção constante de aplicativos não fundamentais;
procedimentos de trabalho;
protocolos de segurança.
Em alguns casos também são adotados os softwares de auditorias, autenticação e controle de acesso.
Comentário
Nas boas práticas de conectividade, a maior preocupação é com a redução da latência, que consiste no
tempo entre a saída de um dado do equipamento e a resposta do servidor para o qual o dado foi
enviado. Quanto menor a latência, menor é o tempo entre o envio do dado e a resposta. 
Essa preocupação se deve aos efeitos que uma elevada latência pode apresentar sobre a rede, tais como:
redução na disponibilidade, a queda constante do servidor por excesso de informação (latência muito
elevada);
perda de integridade, devido à péssima qualidade de conexão;
confidencialidade de dados.
Entre as estratégias de conectividade encontramos segmentação e priorização. Veja mais sobre isso a seguir.
Segmentação
Utilização de redes do tipo multissegmentos, ou seja, múltiplos caminhos para o tráfego da
informação.
Priorização
Mediante a priorização, implementada por meio do Quality of Service (QoS), é possível definir quais
dispositivos terão prioridade no acesso à rede e na troca de dados. Dessa maneira, é mais fácil
determinar as prioridades e garantir um acesso de qualidade aos dispositivos prioritários.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
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As redes fieldbus foundation
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Boas práticas para segurança da rede
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Verificando o aprendizado
Questão 1
As redes de comunicação vivenciaram evoluções tecnológicas significativas. A integração de dispositivos
inteligentes e controladores nas redes levou a mudanças como:
A
Aumento do custo na implementação.
B
Aumento do custo de manutenção.
C
Intensificação do uso de controladores baseados em relés.
D
Integração de circuitos em larga escala.
E
Utilização dos painéis de grande porte para controle.
A alternativa D está correta.
O desenvolvimento dos dispositivos tecnológicos, integrados às redes de comunicação, permitiu um
desenvolvimento significativo nas instalações e a ampliação das redes com a vasta integração de circuitos.
Questão 2
Diversos tipos de redes de comunicação podem ser utilizados nos processos industriais de maneira a permitir
a comunicação entre os diversos equipamentos de um processo produtivo. Um exemplo é a rede sensorbus,
que, entre as características de suas conexões, inclui:
A
Poucos equipamentos.
B
Muitos equipamentos.
C
Equipamentos complexos.
D
Elementos de elevado custo.
E
Comunicação lenta e analógica.
A alternativa A está correta.
As redes sensorbus possuem diversas vantagens na utilização em processos de dimensões reduzidas.
Contudo, a rede apresenta algumas limitações que fazem com que a utilização de poucos equipamentos
seja essencial para o bom funcionamento da rede de troca de dados.
4. Conclusão
Considerações finais
As redes industriais consistem em um conjunto de equipamentos interligados, permitindo a troca de dados e o
compartilhamento de recursos. Diferentes tipos de protocolos e topologias são utilizados para permitir a
comunicação e transmissão de dados.
No módulo 1, os conceitos fundamentais de uma rede industrial foram definidos. Os diferentes equipamentos
que integram uma rede industrial foram descritos e discutidos em detalhes. Um breve histórico dos sistemas
de comunicação foi ilustrado, bemcomo os tipos de comunicação.
No módulo 2, foram apresentadas as topologias de redes, além das configurações utilizadas na topologia
ponto a ponto, suas vantagens e desvantagens. De maneira similar, as configurações da topologia por difusão
foram detalhadas. Vimos em detalhes os sistemas do tipo cliente-servidor e a importância dos servidores, de
hardware e software utilizados na troca de dados conectados à rede. Por fim, examinamos a importância dos
protocolos HTTP e dos servidores estático e dinâmico.
No módulo 3, foram detalhados os tipos de comunicação, assim como as características de uma rede de
dados e a classificação de uma rede de controle. As redes do tipo sensorbus, devicebus e fieldbus foram
discutidas e as especificidades de cada rede foram tratadas. Também foram apresentadas as configurações
de comunicação do tipo mestre-escravo, multimestre e ponto a ponto. As aplicações de cada uma foram
discutidas. Por fim, os métodos de troca de dados foram tratados e suas aplicações nas configurações de
comunicação foram apresentadas. Algumas boas práticas de segurança e conectividade foram destacadas,
de maneira a ilustrar para o leitor a importância de alguns cuidados na implementação das redes de trocas de
dados.
Podcast
Agora, o especialista encerra o tema falando fazendo um breve resumo dos principais tópicos que foram
abordados ao longo dos módulos.
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Leia o artigo Redes industriais, de César Cassiolato.
 
Consulte os sites da Profinet e da Profibus para entender melhor como funcionam as redes industriais de
automação.
 
O site Automação Industrial disponibiliza vídeos e materiais sobre infraestrutura e conectividade de redes na
indústria 4.0.
Referências
LUGLI, A. B.; SANTOS, M. M. D. Redes industriais para automação industrial. São Paulo: Saraiva Educação SA,
2010.
 
MARTINS, J. S. B. Redes industriais: o estado da arte da tecnologia. In: SEMINÁRIO SOBRE REDES DE
COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL, 1., São Paulo, p. 1-10, 1990. Anais [...] São Paulo: Sobracon, 1990.
 
RIBEIRO, M. A. Automação industrial. Salvador: [s.n.], 1999.
 
ROGGIA, L.; FUENTES, R. C. Automação industrial. Santa Maria: E-tec Brasil, 2016.
 
SALAZAR, A. O. et al. Automação, controle e supervisão de uma planta industrial utilizando tecnologias em
redes industriais. CEP, v. 59072, p. 970, 2006.
 
SOUZA, V. A. Princípios de automação industrial com CLP. Joinville: Clube de Autores, 2013.
	Arquitetura das redes industriais
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