Technologies Ethernet

(1)

Technologies

Ethernet

(2)

fundamentals N° 2 2

1 Physique 1 Physique

7 Application 7 Application

6 Présentation 6 Présentation

5 Session 5 Session

4 Transport 4 Transport

3 Réseau 3 Réseau

2 Liaison de données

2 Liaison de données Accès au médium,

Emission et réception des trames Accès au médium,

Emission et réception des trames

Couches Application

Couches Transport Couches Transport

Ethernet est conforme au modèle ISO/OSI

Couches

Applications Applications

Services

§ Une procédure de communication est divisée en composants logiques qui se connectent via des interfaces bien définies

Génération de signaux électriques Génération de signaux électriques

Formatage et codage de l ’information

Synchronisation et contrôle des communications

Liaisons entre équipements,

mise en paquets, gestion d ’erreurs Liaisons entre équipements,

mise en paquets, gestion d ’erreurs Assemblage des paquets en trames et routage à travers le réseau

Assemblage des paquets en trames et routage à travers le réseau

(3)

6 Presentation 6 Presentation

5 Session 5 Session

3 Réseau 3 Réseau

2 Liaison de données 2 Liaison de données

Les composants de réseaux IE

Routeurs Routeurs

Hub, switch Hub, switch 1 Physique

1 Physique

Passerelles Passerelles

Equipement A Equipement B

Répéteurs Répéteurs

6 Presentation 6 Presentation

5 Session 5 Session

3 Réseau 3 Réseau

2 Liaison de données 2 Liaison de données

1 Physique 1 Physique

(4)

Hub ou switch ?

§ Un switch transmet les données directement au destinataire

§ Chaque trame est filtrée et

commutée uniquement sur le port du destinataire èè réduction de la charge sur le réseau

§ Pas de collisions lors des échanges

Réseau partagé

§ Un hub transmet

l‘information à toutes les stations

§ Chaque échange de données concerne tout le réseau

è

è Réseau très chargé

§ Collisions possibles lors des échanges

Hub

Switch

Réseau commuté

(5)

Topologies de réseaux

Hub ou switch

Etoile Anneau

Linéaire

Hub ou switch

Structure arborescente

(6)

Architectures de réseaux Ethernet

BD

F D F D F D SD

M D M D

D T E D T E D T E D T E

BD BD

F D F D

SD

BD

SD = site distributor FD = floor distributor

BD = building distributor MD = machine distributor DTE = data terminal

Bureautique (EN 50173) Industrie

Site

Building

Floor, hall

(7)

Topologies Ethernet (aujourd’hui)

MD

BD SD

MD

MD Câblage primaire

Câblage secondaire Câblage

tertiaire

SD = Site distributor, BD = Building distributor; MD = Machine distributor Distributors sont des switchs ou des routeurs en mode full-duplex

BD

§ Topologie arborescente selon IEC 11801 (en bureautique)

§ Câblage informatique indépendant des applications dans les batiments et complexes

Bâtiment

(8)

Topologies Ethernet avec PROFInet

BD

BD SD

Câblage primaire

Câblage tertiaire

§ PROFInet prend en compte les applications, les coûts, et les aspects de performance liés au monde de l’automatisation industrielle

§ ex.: topologies de bus linéaires au niveau cellule et terrain (pour des raisons de coûts)

Batiment de production Câblage secondaire

Câblage tertiaire

MD ^Câblage MD

tertiaire MD

SD = Site distributor, BD = Building distributor; MD = Machine distributor Distributors sont des switchs ou des routeurs en mode full-duplex

(9)

Ethernet en bureautique

Large bande passante

– Transmission de données multimédia (Gbit et 10-Gbit Ethernet) Composants de réseau avec un grand nombre de ports

– Câblage point-à-point

– Faible coût par port de communication

Niveau de disponibilité moyen

– Quelques secondes de disfonctionnement acceptables

– Temps de réponse le plus rapide possible sans réelle garantie Conditions environnementales

– Température ambiante 0 - 45 °C

Niveau de qualification des installateurs – Spécialistes réseaux

(10)

Ethernet dans l’ industrie

Bande passante moyenne

– Transmission de données de process (Ethernet 100-Mbit à Gbit) Composants de réseaux avec un nombre réduit de ports

– Architecture distribuée Taux de disponibilité élevé

– Pas d’ arrêt de production dû à une défaillance réseau

– Temps de basculement du système de redondance < 300 ms – Temps de réponse très courts

Conditions environnementales difficiles

–Température ambiante 0 - 60 °C, vibrations, ……

Simplicité de mise en œuvre (installation) – Réalisée par des techniciens

(11)

Ethernet dans l’ automatisation

Exemple de réseau redondant au niveau contrôle

Anneau redondant à commutation rapide

– Temps de reconfiguration du réseau avec 50 switches < 300 ms

Câble F O

Anneau optique

Ethernet

Switch

Switch Switch

Poste opérateur

P L C P L C P L C

(12)

l Ethernet commuté 10/100 Mbit/s automatique

l Gestionnaire de redondance intégré l Commutation rapide (<300ms)

l Fonction “Standby”

l Entrées TOR de diagnostic

l Management réseau via SNMP ou le Web l 4 à 8 ports ITP, RJ45 ou FO

l Réseau étendu (jusqu’à 150Km)

l Technologies de câblage simplifié

Points forts des Switches industriels au niveau

Contrôle

(13)

Ethernet dans l’ automatisation

Exemple d’installation au niveau terrain

Câblage au niveau terrain

– Topologie multipoint (linéaire avec des branches) – Installation simple, système FastConnect

– Connecteurs et câbles adaptés aux environnements industriels Directives du standard PROFInet pour la couche physique

FO

Ethernet Ethernet

Switch

Lean switch Lean switch A r m o i r e

M achine unit 1 M achine unit 2 M achine unit 3

(14)

Exemple de switch de terrain

Câblage simple avec prises

“vampires”

Technologie FastConnect Prises RJ45 avec fonction

“ autocrossing”

Diagnostic simple à LED

(15)

Ethernet dans l’ automatisation

Directives PROFInet pour la couche physique

Connecteurs IP 20

– Connecteur RJ45 destiné à la bureautique – Industry-compatible (connectable à AWG22) – Peut être confectionné sur le terrain

Cables

– Twisted pair selon IEC 11801, CAT5 (details IEC 61156) – V ersion Hybride (données + alimentation)

– Fibre optique en verre selon IEC 11801 Connecteurs IP 65 installés dans les armoires – connecteur compatible avec la version IP20 – Peut être confectionné sur le terrain

– V ersion hybride données + alimentation – Connecteur circulaire M12 (4 contacts)

P I di r ec tive

(16)

n Confection rapide des câbles.

n Câbles standard

n Câbles chaîne porte -câbles n Câbles marine

n Outil à dénuder préréglé.

n Boîte de connexion RJ45 avec prises vampires

n Cordons TP et TP XP (croisés) pré-confectionnés avec prises RJ45

Câblage facile pour Industrial Ethernet

(17)

Management réseau via SNMP

• SNMP : Simple Network Management Protocol

(18)

§ Accès aux composants réseaux

§ au moyen de navigateurs Web

Management réseau basé sur le Web

avec les composants Industrial Ethernet

§ Diagnostics en cas d‘erreurs

§ Les composants peuvent envoyer des e-mails

§ Affichage des états des composants

• Web-Based Network Management

(19)

Résumé des Protocoles de communication

Couche Application

Couche TCP

Transport UDP

Avec connexion

FTP SMTP DCOM

Couche IP Internet

Ethernet

Couche

Accès Réseau

Sans connexion

SNMP TFTP NFS

ARP

(20)

The TCP/IP protocol suite

§ IP: Internet Protocol

§ Protocole chargé de l’adressage des trames à travers les sous- réseaux locaux ou distants

§ TCP: Transmission Control Protocol

§ Protocole de Transport pour une communication avec connexion entre stations, chargé de la transmission sécurisée des paquets

§ UDP: User Datagram Protocol

§ Protocole de Transport pour une communication sans connexion entre stations

§ Contrairement à TCP, UDP n ’est pas sécurisé. UDP ne fournit aucune garantie d ’intégrité des données transmises

§ ARP: Address Resolution Protocol

§ Protocole qui associe les adresses MAC à chaque adresse Internet logique définie

(21)

The TCP/IP applications

§ SMTP

Simple Mail Transfer Protocol Echange d’ e-mail

§ HTTP

Hypertext Transfer Protocol

Utilisé par les navigateurs du WWW

§ FTP

File Transfer Protocol

Utilisé pour le transfert de fichiers entre ordinateurs

§ DCOM

Distributed Component Object Model Echanges d’objets COM sur un réseau

§ SNMP

Simple Network Management Protocol

Utilisé pour la gestion centralisée des composants de réseaux

§ Autres

DHCP, TFTP, TELNET, SOAP, Microsoft .NET

(22)

Encapsulation de protocoles

§ Les informations de la couche application sont encapsulées dans la zone de données des paquets TCP/IP

§ Chaque paquet TCP/IP est une partie de la zone de données de la trame Ethernet

En-tête Ethernet (Adresses Ethernet)

En-tête Ethernet

(Adresses Ethernet) Zone de données EthernetZone de données Ethernet Suffixe Ethernet (FCS)

Suffixe Ethernet (FCS)

Données de lapplication Données de lapplication

En-tête IP (Adresses IP)

En-tête TCP (numéros de ports)

En-tête TCP

(numéros de ports) Zone de données TCPZone de données TCP

Zone de données IP Zone de données IP

(23)

Organisation des adresses réseau

§ L‘adresse Ethernet (MAC address)

§ Adresse physique unique (au niveau mondial) par carte

§ Code fournisseur et numéros consécutifs

§ Adresse sur 6 octets (6 valeurs hexadecimales) e.g. C0-10-A4-00-17-AC

§ Adresse Internet (IP address)

§ Adresse unique sur le réseau

§ Identifiant de réseau (network ID) et Identifiant utilisateur (host ID)

§ Adresse 32-bit (4 nombres decimaux) e.g. 142.0.1.3

142.0.1.2

142.0.1.4

Sous-Réseau 142.0.1

142.0.1.1 142.0.1.3

Sous-Réseau 142.0.2

142.0.2.1 142.0.2.3

142.0.2.2 142.0.2.4

Total network 142.0...

§ Masque de sous réseau

§ Partie commune des adresses IP des équipements d‘un même sous-réseau

§ Adresse 32-bit, e.g. 255.255.255.0