Modelo_OSI

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FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
O Modelo OSI – Open Systems Interconection
Redes Industriais Semestre 02/2015
Engenharia de Controle e Automação
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Introdução
 Dentro de uma rede, a comunicação entre controladores e estações é possível pela utilização 
de um protocolo, que são regras de comunicação.
 No intuito de uniformizar os padrões e modelos adotados pelos protocolos de rede, foi 
desenvolvido o Moledo OSI. Um modelo é um padrão que organiza conceitos gerais e 
fornece diretrizes como uma descrição facilmente compreendida. No caso de redes, o 
modelo descreve os serviços necessários para mover os dados de um lugar para outro.
 O OSI, criado pela Intenational Organization for Standardization(ISO) em 1977, é o modelo 
de referência para desenvolver padrões de comunicação de dados.
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Introdução
 O modelo de Referência do OSI é formado por sete camadas:
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Introdução
 As camadas se comunicam enviando parâmetros chamados service
primitives de uma para as outras através de endereços predefinidos 
chamados pontos de acesso aos serviços.
 Embora dois protocolos possam endereçar as mesmas camadas do Modelo 
de Referência do OSI, eles não podem trabalhar juntos. A melhor utilização 
do modelo é categorizar tecnologias de rede e suas implementações de 
protocolos.
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Regras das Camadas do Modelo OSI
 O caminho de comunicação entre o usuário e o canal de transmissão passa 
através das sete camadas.
 Cada camada realiza uma função limitada de comunicação.
 As interfaces entre camadas são específicas. A interface define quais 
operações e serviços existem.
 Cada camada oferece serviços específicos para a próxima camada. As 
camadas mais altas enviam um pacote contendo dados e demandas para 
serviços.
 Um serviço representa a operação que uma camada pode realizar para a 
camada superior. Os serviços são realizados de acordo com um protocolo. 
Para o usuário de um serviço o protocolo executado não é importante.
 Um sistema de comunicação não é obrigado a implementar as sete camadas 
do Modelo.
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Forma de Transmissão
 Primeiramente as camadas implementam as 
funções que são importantes para assegurar a 
transmissão da informação, distribuição para os 
endereços, controle da comunicação e serviços 
gerenciados para o usuário.
 O processo de comunicação entre camadas 
iguais é realizado com um protocolo próprio. O 
protocolo especifica o formato e o significado dos 
dados e informação de controle, e os algoritmos 
de acordo com os serviços executados. Assim, 
há sete protocolos distintos para as sete 
camadas do Modelo OSI.
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Forma de Transmissão
 Se o transmissor e o receptor 
estão localizados em sistemas 
de comunicação diferentes 
(Ethernet/IP vs. Modbus
TCP/IP), então um bridge deve 
ser inserido. O bridge adapta 
protocolos diferentes, 
permitindo a interação e 
atuando sobre as camadas do 
Modelo OSI.
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Forma de Transmissão
 Quando há diferenças entre os 
protocolos na camada de Rede 
(Ex. Profibus DP vs. 
DeviceNet), uma transformação 
deve ser realizada nesta 
camada através de um roteador 
ou gateway.
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Forma de Transmissão
 Modelo OSI 
entre dois 
sistemas 
abertos
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Exemplo de compatibilidade entre 
Protocolos com padrão OSI
Compatibilidade entre Ethernet TCP/IP (Ethernet Comercial) e a 
Ethernet/IP (Ethernet Industrial não modificada).
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Exemplo de compatibilidade entre 
Protocolos com padrão OSI
 CIP is the common 
application layer and 
Device Profiles for 
EtherNet/IP, ControlNet, 
and DeviceNet
Common Industrial Protocol (Source: ODVA)
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Exemplo de compatibilidade entre 
Protocolos com padrão OSI
 EtherNet/IP
 ControlNet
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Arquitetura das Camadas
 Cada camada de operação introduz um cabeçalho
e, eventualmente, um trailer, com informações de 
controle, além dos próprios dados para operação.
 Este conjunto de dados de controle mais dados do 
usuário é conhecido como PDU –Protocol Data 
Unit.
 Dados no nível transporte:
 SAP (Services Acess Point) destino;
 Número da seqüência
 Código de detecção de erros.
 Dados no nível de acesso:
 Endereço destino;
 Conjunto de facilidades requeridas.
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PDUs–Protocol Data Unit
 Cada nível de atuação (camada) 
usualmente trata os dados de forma 
particular.
 Cada camada forma uma PDU.
 Uma PDU é constituída usualmente 
por um segmento de cabeçalho mais 
um segmento de dados.
 É possível ainda que a PDU possua 
um segmento conhecido como trailer 
ou rabeira.
 Cada PDU é vista pela camada inferior 
como um segmento simples de dados.
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PDUs–Protocol Data Unit
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Camadas do Modelo OSI
 Conhecendo as camadas do modelo OSI
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Camada Física
 Tópicos específicos da camada física: Tipos de Conexão; Topologia Física; Sinalização Digital; 
Sinalização analógica; Sincronização de bits; Uso da banda passante; Multiplexação.
 Coordenam as regras para a transmissão de bits:
 Non return to Zero –Level(NRZ-L)
 0  nível alto; 1  nível baixo;
 Non return to Zero Inverted(NRZ-I)
 0  nenhuma transição no início do intervalo; 1  transição no início do intervalo;
 Bipolar –AMI (Alternate Mark Inversion) 
 0  sem sinal na linha; 1  nível positivo ou negativo, alternados um a um;
 Pseudoternário
 0  nível negativo ou positivo, alternando para zeros sucessivos; 1  sem sinal na linha;
 Manchester
 0  transição de nível alto para baixo no meio do intervalo;
 1  transição de nível baixo para alto no meio do intervalo;
 Manchester diferencial
 Sempre com transição no meio do intervalo;
 0  transição no início do intervalo;
 1 sem transição no início do intervalo.
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Camada Física
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Camada Física
 Definições básicas sobre as questões mecânicas 
e elétricas e qual será a interface entre o 
terminal e o dispositivo da rede.
 Os hardwares de conectividade de rede a seguir 
são normalmente associados à camada Física 
do OSI: concentradores, hubs, switches, 
repetidores, conectores do meio de transmissão 
e modems.
 Em ambientes industriais orienta-se o uso de 
switches industriais no caso da Ethernet.
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Camada de Link de Dados ou Enlace
 Tópicos específicos da camada de Link de Dados:
 Topologia lógica: descrevem a maneira como a rede transmite informações de um 
nó para outro nó seguinte.
 Acesso ao meio de transmissão: utilizam regras específicas que controlam o 
momento em que os dispositivos da rede podem transmitir os sinais de dados.
 Endereçamento: define a diferenciação entre os vários dispositivos da rede. Se 
refere a endereços de dispositivos físicos (endereços MAC), que são endereços 
de hardware exclusivos, normalmente atribuídos pelo fabricante. 
 Sincronização de transmissões de Serviços: a sincronização de bits comunica 
somente intervalos de tempo no nível do bit enquanto a estruturação e a 
organização dosbits em grupos denominados frames, caracteres, octetos e bytes, 
é realizada pelo controlador da rede.
 Conexão: 
 Serviços sem conexão não confirmados –enviam e recebem frames com controle de fluxo, erros 
ou seqüência de pacotes.
 Serviços orientados por conexões –oferecem controle de fluxo, erros e seqüência de pacotes 
através de confirmações.
 Serviços sem conexões confirmados -usam confirmações para fornecer controle de fluxo e erros 
entre transmissões ponto-a-ponto.
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Camada de Rede
 A Camada de Rede define a rota e o processo pelo qual os 
dados se movem pela rede
 É a camada em que a rede decide como realizará certas funções 
de gerenciamento, tais como enviar mensagens de status para 
os nós e regular o fluxo de pacotes.
 A função principal da camada é mover os dados para 
localizações específicas.
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Camada de Rede
 Tópicos específicos da camada de Rede:
 Endereçamento: existem dois métodos de endereçamento:
 Endereço de rede lógico–usado para enviar dados em rede.
 Endereço de serviço –determina o endereço do sistema (hardware e software), de modo que ele possa enviar e 
receber dados.
 Comutação: As redes interligadas extensas podem ter diversos caminhos ligando os dispositivos 
emissor e receptor. As informações podem ser enviadas através de diversos canais de 
comunicação.
 Descoberta de Rota: é o serviço de determinar e usar o caminho correto para o grupo de dados, 
esta tarefa é chamada de roteamento.
 Serviços de Conexão: utilizam as mesmas confirmações fornecidas na subcamada de Link de 
Dados. As confirmações fornecem os serviços de Controle de fluxo da camada de Rede, 
Controle de erro e Controle de seqüência do pacote.
 Serviços de Gateway: freqüentemente as redes independentes utilizam endereço, descoberta 
de rota, seleção de rota e regra de serviços de conexão diferentes. Para que essas redes sejam 
combinadas em uma rede interligada, as diferenças devem ser eliminadas. Essa função é 
implementada em um gateway, que interpreta e converte as regras em duas redes separadas. 
Os gateways podem ser implementados em qualquer camada do Modelo OSI.
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Camada de Transporte
 A camada de Transporte oculta a complexidade da estrutura da rede para o 
processo da camada superior. Ela organiza mensagens de nível mais alto em 
segmentos e entrega-os à camada de Sessão ou aos processos superiores 
da própria camada.
 Nesse nível, é configurado a distribuição dos endereços dos nós, bem como 
os métodos de detecção de erros e recuperação.
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Camada de Transporte
 Tópicos específicos da camada de transporte:
 Endereçamento: Identificam os processos de software específicos executados 
nos dispositivos conectados à rede. Além desses endereços os fornecedores de 
serviços acompanham as diferentes conversações que fazem com os 
solicitantes de serviços.
 Desenvolvimento de segmentos: realiza a divisão de mensagens grandes ou 
a combinação de mensagens pequenas.
 Serviços de Conexão: usa a sincronização para reordenar os segmentos, o 
que envolve a anexação de um número a cada segmento antes de passá-lo às 
camadas inferiores. Quando todos os segmentos de uma determinada 
mensagem chegam ao destino, a mensagem é reestruturada colocando os 
segmentos na ordem correta.
 Resolução de Endereço/nome: muitos protocolos de rede de computadores 
fornecem aos usuários nomes de linguagens humanas simples para endereços 
alfanuméricos complexos ou difíceis de serem lembrados. A resolução de 
endereço/nome é a função de identificar ou mapear a relação entre endereços 
de nome e alfanuméricos.
FENG – ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Camada de Sessão
 A camada de sessão define como as conexões são estabelecidas 
e desfeitas e como os dados são trocados na rede, facilitando a 
comunicação entre fornecedores e solicitantes de serviços. As 
sessões de comunicação são controladas através de 
mecanismos de estabelecem, mantêm, sincronizam e gerenciam 
o diálogo entre dispositivos de comunicação.
 Esta camada também ajuda as camadas superiores a identificar 
e se conectar aos serviços disponíveis na rede.
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Camada de Sessão
 Tópicos específicos da camada de Sessão:
 Controle de Diálogo: possui três modos que definem a direção 
dos dados :
 Simplex: transmissão ocorre em apenas uma direção. Enquanto um 
dispositivo transmite, outros recebem os dados.
 Half-duplex: cada dispositivo pode receber e transmitir, mas apenas 
um de cada vez pode transmitir.
 Full-duplex: permite que todos os dispositivos transmitam e recebam 
simultaneamente.
 Administração da sessão: aqui estão as tarefas de 
Estabelecimento da conexão, Transferência de dados e 
Liberação da conexão, estas, estabelecem e mantêm a 
comunicação.
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Camada de Apresentação
 Define a sintaxe, transformações e formatação de dados.
 Quando a sintaxe e o formato de uma aplicação diferem da sintaxe e 
formatação do pacote conforme ele trafega através da rede, esta camada 
define como as diferenças são traduzidas.
 Tópicos específicos da camada de Apresentação:
 Conversão: Os processadores usam várias regras para fazer com que 
0 e 1 binários representem dados. Quando dois processadores que 
usam diferentes regras tentam se comunicar, eles devem realizar 
algum tipo de conversão. Tipos de conversão: Ordem de bits, Ordem 
de Bytes, Código de caracteres e Sintaxe de arquivos.
 Criptografia: é um termo geral que descreve os métodos de misturar 
dados de modo a protegê-los contra o uso indevido. Pode ser realizada 
por hardware ou software. A mistura dos dados é realizada usando os 
métodos de Transposição, Substituição e Algébrico.
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Camada de Aplicação
 A camada de Aplicação inclui todos os tópicos e funções específicas para cada 
serviço de rede. Logo, as seis camadas inferiores incluem tarefas e tecnologias 
de suportam os serviços de rede, enquanto a camada de Aplicação fornece os 
protocolos necessários para realizar as funções específicas dos serviços de 
rede.
 Este é o nível final que define como os aplicativos entram no Modelo OSI para 
a transmissão.
 Tópicos relacionados com a camada de Aplicação:
 Divulgação de Serviços: Dois tipos: Ativo (anuncia a sua disponibilidade) 
e Passivo (registram o serviço e o endereço em um local).
 Uso do serviço: Executa a interpretação de chamada do Sistema 
Operacional; Operação remota e Computação colaborativa.
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Objetivo do Modelo de Referência OSI
Fieldbus
Internet
Automation
Network
Enterprise
Network
Device
Network
Discrete Safety PowerMotion Process
Ethernet
Programmable
Controllers
Programmable
Automation
Controllers
Robots
Motion
Controllers
Servo
Drives
Encoders
I/O
Drives
Cameras Voice
Asset
Management
HMI
Operator
Consoles
Historian
Energy
Management
Instruments
Valves
Safety
Controllers
Safety
I/O
Drives
w/ Safety
Light
Curtains
Drives
Starters
Overloads
Smart
Motor
Controllers
Process
Controllers
Barcode
Scanners
Email
Secure 
Remote
Access
EtherNet/IP
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Objetivo do Modelo de Referência OSI
IoE
IoT
IIoT
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