Mạng truyền thông công nghiệp ethernet công nghiệp

Mạng truyền thông Công Nghiệp

Ethernet công nghiệp
ThS: Nguyễn Ngọc Sơn
Nhóm 9


Nội dung chính
1.
2.
3.
4.
5.

Giới thiệu về mạng EtherNet/IP.
Kiến trúc giao thức mạng Ethernet.
Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn.
Cấu trúc bức điện.
Ứng dụng mạng EtherNet/IP trong công
nghiệp.


Giới Thiệu EtherNet/IP
EtherNet/IP (Ethernet Industrial
Protocol ) là mạng Ethernet được
sử dụng trong công nghiệp,được
phát triển bởi Rockwell Automation.
Thiết kế để sử dụng trong các ứng
dụng tự động hóa công nghiệp.
Được chuẩn hóa và quản lý bởi
hiệp hội OVDA quản lý các giao

thức công nghiệp thông thường.


Giới Thiệu EtherNet/IP
EtherNet / IP là một giao thức lớp ứng dụng tương tự là một
"giao thức Internet tiêu chuẩn để quản lý các thiết bị trên IP
mạng “ hoạt động trên giao thức TCP/IP tương thích với mạng
ControlNet và DeviceNet.
Xuất Xứ: Mạng Ethernet công nghiệp phát xuất từ mạng
Ethernet, mạng được đề xuất bởi IEEE (Institute of Electrical
and Electronic Engineers) năm 1985 gọi là chuẩn IEEE 802.3.
Engineers)
Mạng Ethernet là sản phẩm kết hợp của ba công ty Xerox, DEC
và Intel năm 1976.


Giới Thiệu EtherNet/IP
Mạng EtherNet/IP dùng giao thức tương tự mạng
Ethernet.

Bức phác họa Ethernet của Bob Metcalfe, người sáng lập ra Ethernet

Ether: môi trường truyền sóng ánh sáng theo quan niệm xưa,
Net: mạng.


Kiến Trúc Giao Thức EtherNet

Mô Hình OSI
Trong mô hình OSI mạng Ethernet hoạt

động ở hai tầng của mô hình OSI là:
Tầng 1: Tầng vật lý (Physical Layer)
Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data Link
Layer)


Kiến Trúc Giao Thức EtherNet
• EtherNet / IP cũng giống mạng Ethernet sử
dụng công nghệ tiêu chuẩn IEEE 802.3 ở lớp
vật lý và liên kết dữ liệu.
• Mạng Ethernet truyền dữ liệu theo từng frame
• Sử dụng phương pháp truy cập bus CSMA/CD
“Đa truy cập nhận biết sóng mang phát hiện
sung đột”.


Kiến Trúc Giao Thức EtherNet

Mạng Ethernet theo tiêu chuần IEEE 802.3


Kiến Trúc Giao Thức EtherNet

• Lớp liên kết dữ liệu được chia thành 2
lớp con là lớp LLC và MAC. như vậy phạm
vi của Ethernet/IEEE 802.3 chỉ bao gồm
lớp vật lý và MAC
• Chuẩn 802.3 đưa ra 1 họ các hệ thống
mạng trên cơ sở CSMA/CD với tốc độ
đường truyền từ 1-10MBit/s

Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn


Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn


Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn

• Đầu nối này có 8 tiếp điểm, nối hai cáp mạng
với nhau theo kết nối thẳng hay chéo.Dùng kết
nối thẳng khi nối máy tính với hub, kết nối
chéo được dùng khi nối hai máy tính trực tiếp
hay nối hai hub với nhau.
• Chiều dài cáp nối tối đa từ máy tính đến hub
hay hub- hub là 100m, tối đa 3 hub được sử
dụng.


Cấu trúc mạng và kỹ
thuật truyền dẫn
Cách kết nối giữa thiết bị trên Mạng
Ethernet


Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn

Cách đấu nối cáp thẳng và cáp chéo dùng RJ-45

Cấu trúc mạng và cáp truyền dẫn
• Phương pháp truy nhập bus của Ethernet dùng CSMA/CD.
• Theo phương pháp này, khi một trạm muốn truyền một gói tin,
trước tiên nó sẽ lắng nghe xem trên đường truyền có sóng mang
hay không, nếu không có, nó sẽ thực hiện truyền gói tin.
• Sau khi truyền gói tin, nó vẫn tiếp tục lắng nghe để xem có máy
nào định truyền tin hay không. Nếu không có xung đột, máy tính
sẽ truyền gói tin cho đến hết. Nếu phát hiện xung đột, nó sẽ gửi
thông báo bằng một gói tin báo hiệu cho các máy trên mạng không
nên gửi tin để tránh làm nhiễu đường truyền, và sẽ tiến hành gửi
lại gói tin.


Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn
Tiến trình gửi bức điện theo phương pháp CSMA/CD
• Một thiết bị có frame cần truyền sẽ lắng nghe đường truyền cho đến khi
nào đường truyền Ethernet không còn bị chiếm.
• Máy gửi cũng bắt đầu lắng nghe để đảm bảo rằng không có xung đột xảy
ra.
• Nếu có xung đột, tất cả các máy trạm đã từng gửi ra frame sẽ gửi ra một
tín hiệu nghẽn để đảm bảo tất cả các máy trạm đều nhận ra collision.
• Sau khi tín hiệu nghẽn là hoàn tất, mỗi máy gửi của của những frame bị
xung đột sẽ khởi động một bộ định thờI timer và chờ hết khoản thời gian
này sẽ cố gắng truyền lại.
• Những máy không tạo ra collision sẽ không phải chờ.Khi đường truyền
Ethernet không còn bị chiếm, máy gửi bắt đầu gửi frame.
• Sau khi các thời gian định thời là hết, máy gửi có thể bắt đầu một lần nữa
với bước 1.

Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn

• Ưu điểm: Của CSMA/CD là tính chất đơn giản, linh hoạt.
Khác với các phương pháp tiền định, việc ghép thêm hay bỏ đi
một trạm trong mạng không ảnh hưởng gì tới hoạt động của hệ
thống. Chính vì vậy, phương pháp này được áp dụng rộng rãi
trong mạng Ethernet.
• Nhược điểm: Của CSMA/CD là tính bất định của thời gian
phản ứng. Các trạm đều bình đẳng như nhau nên quá trình chờ
ở một trạm có thể lặp đi lặp lại, không xác định được tương
đối chính xác thời gian. Hiệu suất sử dụng đường truyền vì thế
cũng thấp.


Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn
• Khi số trạm tăng lên nhiều, hoạt động giao tiếp trong mạng sẽ bị tắc
nghẽn.
• Để khắc phục ta sử dụng mạng Ethernet tốc độ cao hoặc/và sử dụng
cơ chế chuyển mạch (mục đích là để phân vùng xung đột và vì thế hạn
chế xung đột).
• Có 2 kiểu phân vùng xung đột:
▫ Theo từng module
▫ Theo từng cổng


Cấu trúc bức điện
• IEEE 802.3/EtherNet chỉ quy định lớp MAC và lớp vật
lý, vì vậy một bức điện còn được gọi là một khung
MAC

Cấu trúc bức điện
• Preamble (7byte): là phần đầu dùng để thiết lập sự
đồng bộ, nó là dãy bit luân phiên 1 và 0 kết thúc là 0.
• SFD(Start Frame Delimiter): là dãy bit 10101011 để
chỉ sự bắt đầu thực sự của khung truyền.
• DA (Destination Address) 2 byte hoặc 6 byte: địa chỉ
trạm đích, có thể lựa chọn thống nhất địa chỉ là 16
byte hoặc 48 bit
• SA (Source Address): địa chỉ trạm nguồn, có chiều dài
tương ứng với địa chỉ trạm đích.


Cấu trúc bức điện
• Length (2 byte): Chỉ độ dài của phần LLC data. LLC
data: Đơn vị dữ liệu của LLC.
• PAD: Phần dữ liệu thêm vài với mục đích phát hiện
xung đột.
• FCS (Frame Check Sequence) Mã kiểm tra lỗi CRC 32
bit cho tất cả các vùng trừ Preamble,SFD và FCS

Đa thức nhị phân là:
G={100000100110000010001110110110111}


Ứng Dụng

• Mạng EtherNet/IP được sử dụng rộng rãi trong
các thiết bị điều khiển tự động hóa, nhà máy,…

• Các nhà sản xuất hiện đang sản xuất các thiết
bị tự động hóa lập trình có các cổng I/O có khả
năng giao tiếp Ethernet.