1. 1) RS-232 Tambm conhecido por EIA RS-232C ou V.24, o RS-232 um padro bastante antigo mas que continua sendo bem utilizado por sua simplicidade e confiabilidade. RS uma abreviao de Recommended Standard. Ela relata uma padronizao de uma interface comum para comunicao de dados entre equipamentos, criada no incio dos anos 60, por um comit conhecido atualmente como Electronic Industries Association (EIA) O protocolo RS-232 um conjunto de especificaes elctricas publicado pela EIA - Electronic Industries Association, e que se destina a promover a comunicao srie entre computadores. Podemos consider-lo como um conjunto de definies e regras que descrevem o interface fsico e o protocolo de comunicao de dados em comunicaes srie de relativamente baixa velocidade, e que so utilizadas normalmente entre computadores e perifricos. Exemplos concretos da utilizao deste protocolo so a comunicao entre PCs, via porta srie; a comunicao entre PCs e e alguns tipos de impressoras ou plotters; a comunicao entre PCs e modems; entre PCs e telemveis; entre PCs e PDAs. No entanto estas aplicaes mais "domsticas", esto hoje gradualmente a ser substitudas pela ligao USB - Universal Serial Bus, descrita no manual de Informtica de Manuteno. Assim as ligaes por porta srie mantm-se hoje a um nvel "mais industrial", concretamente em programao de autmatos e PLCs, em programao de centrais telefnicas, mquinas industriais de CNC, etc, etc... Abaixo exemplo de dois dispositivos so interligados em um sistema bsico de comunicao usando o protocolo RS-232 (definido pela norma EIA232). 2. CARACTERSTICAS FSICAS E ELCTRICAS DAS LIGAES RS-232 O protocolo RS-232 (normalmente) define velocidades de comunicao entre 0 a 19200 bits por segundo, mas j chegou a haver implementaes a 119200 bit/s e mesmo 1,6 Mbits por segundo (pela empresa Sangoma - www.sangoma.com) que apresenta uma srie de equipamentos para comunicaes srie. As tenses fornecidas na sada para indicao dos valores lgicos a transmitir so as seguintes: Valor lgico Valor mximo de tenso Valor mnimo de tenso 1 - 3 V - 15 V 0 + 15 V + 3 V A impedncia de carga tpica admissvel na linha de 3 a 7 K ohms. A caracterstica elctrica essencial do protocolo RS-232 consiste no facto de os sinais serem definidos como uma tenso medida em referncia ao pino 7, que a terra. A tenso dos sinais de sada duma ficha RS-232 variam +15 V e -15 V. Existe uma rea proibida entre - 3 V e + 3 V, que considerada sempre para absorver tenses de rudo. Existem no entanto variantes a esta norma que consideram outros valores de rea proibida. Este tipo de interface pressupe a existncia de uma terra comum entre os dispositivos DTE e DCE. Assume-se claro que os dispositivos DTE e DCE so interligados por um cabo curto numa mesma sala. Se os cabos forem muito longos, comea a haver problemas com flutuaes dos valores da tenso de terra. O facto de haver terras flutuantes, pode trazer graves consequncias no s comunicao, mas tambm aos equipamentos. Se tivermos um s sinal numa nica linha impossvel ser medido com exactido o nvel de rudo. No entanto se o cabo inteiro fr monitorado, possivel reduzir a influncia do rudo externo, mas o rudo gerado internamente continua a ser muito difcil de monitorar, controlar e reduzir. medida que a velocidade de transmisso (baud rate) aumenta, e o comprimento da linha de transmisso aumenta, o efeito capacitivo entre os condutores traduz-se num srio efeito de crosstalk, que pode levar mesmo a que os dados fiquem ilegveis. possvel reduzir este efeito, usando cabos com reduo do efeito capacitivo. No entanto o problema mantm-se mesmo a altas frequncias. Uma soluo controlar o "slew rate" atravs de ligeira alteraes nas formas de onda (tornando-a mais arredondada que quadrada), assim consegue-se reduzir o Crosstalk. No entanto o protocolo RS-232 no apresenta restries quanto ao "slew rate". Na norma inicial que foi definida o baud rate mximo era de 19200 bits/, mas hoje comum utilizar- se 56 Kbits/s e at mesmo 119200 bit/s, sem ocorrerem grandes quandtidades de erros de transmisso. A limitao inicial de cabos de 15 metros de comprimento que foi imposta, aquando da definio da 1 norma, hoje j foi ultrapassada e extendida at 25 m, desde que o cabo seja blindado e essa blindagem ligada massa. J foram testados cabos de 25 m a uma velocidade de transmisso de 112 Kbps, sem serem registados problemas, quer em cabo redondo quer "espalmado", com condutores paralelos e no cableados. 3. Como Funciona Como qualquer dispositivo de transmisso serial, os bit so enviados um um, sequencialmente, e normalmente com bit menos significante primeiro (LSB). Por ser um protocolo assncrono isto , sem uma linha de relgio (clock), responsabilidade do transmissor e do receptor efetuarem controles de tempo para saber quando cada bit inicia e finaliza. Na sua forma padro o RS-232 utiliza dois sinais de controle, o RTS (ready to send) e o CTS (clear to send) para efetuar o controle de fluxo via hardware. Basicamente, quando o transmissor deseja comear um envio ele sinaliza atravs do pino RTS. O receptor, ao perceber que o transmissor deseja enviar algum dado, prepara-se para recebe-lo e seta o pino CTS. Apenas depois de receber o sinal CTS o transmissor pode comear a transmisso. Para cada byte existem bit de start e stop; o mais comum utilizar-se 1 bit de incio (start bit) e 1 bit de parada (stop bit), mas possvel encontrar aplicaes que utilizam 1,5 ou 2 bit de incio/parada. A figura abaixo mostra como a transmisso de um byte ocorre: Tendo a velocidade de comunicao ajustada nos dois dispositivos inicialmente, cada um deles sabe quanto tempo um bit demora para ser transmitido, e com base nisto que a identificao dos bit possvel. No transmissor o envio basicamente resume-se enviar um bit de incio, aguardar um tempo, e enviar os prximos 8 bit + bit de parada, com o mesmo intervalo de tempo entre eles. No receptor, aps a primeira borda de descida (nvel lgico de "1" para "0") (start bit) o receptor sabe que uma sequencia de mais 8 bit de dados + bit de parada chegar. Ele tambm conhece a velocidade de transmisso, ento tudo que ele precisa fazer aguardar o tempo de transmisso entre cada bit e efetuar a leitura. Aps receber o bit de parada, a recepo encerra-se e ele volta aguardar o prximo start bit. Nos microcontroladores modernos todo este trabalho normalmente efetuado por uma UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Este perifrico encarrega-se de efetuar todo o controle e apenas gerar interrupes quando um byte recebido. No entanto, algumas vezes o microcontrolador utilizado no possui uma UART, ou mesmo ela est sendo utilizada. Nestes casos possvel implementar uma interface serial atravs de software, tratando a seqncia de transmisso e recepo descrita anteriormente. Na interface RS232 o nvel lgico "1" corresponde uma tenso entre -3V e -12V e o nvel lgico "0" uma tenso entre 3V e 12V. Valores de tenso entre -3V e +3V so indefinidos e precisam ser evitados. O estado idle da linha 1 lgico (-V). Porm a grande maioria dos perifricos que trabalham com portas seriais no utilizam o padro RS232 para nveis eltricos diretamente. Portanto sempre necessrio um circuito de converso de nvels TTL/RS232. O circuito integrado mais comum para efetuar esta converso, de baixo custo, o MAX232 que possui alimentao TTL. 4. Grande parte da confiabilidade do padro deve-se sua boa imunidade rudos, por ter nveis eltricos diferenciais em suas linhas. Mesmo assim, o padro RS-232 destinado aplicaes de curto alcance. Outras interfaces, como RS-485 so mais recomendadas quando grandes distncias so necessrias. 2) RS 485 Ele chamado normalmente de RS-485, entretanto, seu nome oficial EIA-485 que reflete o nome do comit que naquele tempo foi padronizado. Esse padro ser logo revisado e se tornar a norma TIA/EIA-485-A. O padro RS-485 baseado na transmisso diferencial de dados que ideal para transmisso em altas velocidades, longas distncias e em ambientes propcios a interferncia eletromagntica. Ele permite a comunicao entre vrios elementos participantes em uma mesma rede de dados. Suas caractersticas bsicas so: Caracterstica multipoint; Apenas uma fonte simples de +5V para alimentar os circuitos de transmisso e recepo; Transmisso de dados em modo comum com tenses de 7V at +12V. At 32 participantes (cargas); Transmisso de dados em at 10 Mbps em uma distncia mxima de 12 metros; Distncia mxima de 1200 metros em 100 Kbps. As interpretaes de suas especificaes e as caractersticas do padro variam de fabricante para fabricante, porm, essas especificaes tm que ser seguidas pelos fabricantes dos chips de implementao do padro. Podemos citar, por exem- Caracterstica multipoint; Apenas uma fonte simples de +5V para alimentar os circuitos de transmisso e recepo; Transmisso de dados em modo comum com tenses de 7V at +12V. At 32 participantes (cargas); Transmisso de dados em at 10 Mbps em uma distncia mxima de 12 metros; Distncia mxima de 1200 metros em 100 Kbps. As interpretaes de suas especificaes e as caractersticas do padro variam de fabricante para fabricante, porm, essas especificaes tm que ser seguidas pelos fabricantes dos chips de implementao do padro. Podemos citar, por exemplo, a redes Fieldbus que transmitem em RS- 485 em 12 Mbps em 100 metros. Funcionamento 485 A comunicao RS485 funciona em modo diferencial. Ou seja, a diferena entre as tenses na linha diro se o mestre est transmitindo 1 ou 0. A RS485 suporta a comunicao half-duplex e full- duplex sendo que para a primeira a necessidade da utilizao de um cabo par-tranado enquanto no segundo so necessrios dois pares de cabos. Este tipo de comunicao alcana grandes distncias de cabo. Podemos chegar at 1200m de cabo estando a mesma funcionando a 9600 bps. Conforme o baud-rate aumenta, o tamanho do 5. cabo diminui. Este meio utiliza a estrutura mestre-escravo onde h uma mquina que faz a pergunta e os escravos respondem de acordo com o frame que chegar estiver com o mesmo endereo ajustado no escravo. O cabo de comunicao 485 composto de dois fios, sendo um destes chamado de A e o outro de B. Abaixo temos uma tabela que mostra os estados lgicos da linha A e B de acordo com o dado que o transmissor quiser enviar: Quando o transmissor (INPUT D) fica em alto, a linha A fica mais positiva que a B e o inverso ocorre quando o estado inverte. Note que tambm h uma linha de controle chamada DE e quando a mesma fica em nvel lgico baixo, o barramento fica em alta-impedncia. Para que o receptor identifique um sinal vlido, a diferena entre os terminais A e B deve ser maior que 200 mV. Entre 200mV e 200mV o sinal no indefinido. HART O protocolo de comunicao HART mundialmente reconhecido como um padro da indstria para comunicao de instrumentos de campo inteligentes 4-20mA, microprocessados. O uso dessa tecnologia vem crescendo rapidamente e hoje virtualmente todos os maiores fabricantes de instrumentao mundiais oferecem produtos dotados de comunicao HART. O protocolo HART permite a sobreposio do sinal de comunicao digital aos sinais analgicos de 4-20mA, sem interferncia, na mesma fiao. O HART proporciona alguns dos benefcios apontados pelo fieldbus, mantendo ainda a compatibilidade com a instrumentao analgica e aproveitando o conhecimento j dominado sobre os sistemas 4-20mA existentes. Comunicao Analgica + Digital H vrios anos, a comunicao de campo padro usada pelos equipamentos de controle de processos tem sido o sinal analgico de corrente, o miliampre (mA). Na maioria das aplicaes, esse sinal de corrente varia dentro da faixa de 4-20mA proporcionalmente varivel de processo representada. Virtualmente todos os sistemas de controle de processos de plantas usam esse padro internacional para transmitir a informao da varivel de processo. Comunicao Digital + Sinal Analgico Simultneo 6. O HART usa a tecnologia FSK para codificar a informao digital de comunicao sobre o sinal de corrente 4 a 20 mA O protocolo de comunicao de campo HART estende o padro 4-20mA ao permitir tambm a medio de processos de forma mais inteligente que a instrumentao de controle analgica, proporcionando um salto na evoluo do controle de processos. O protocolo HART promove uma significativa inovao na instrumentao de processos. As caractersticas dos instrumentos podem ser vistas via comunicao digital que so refletidas na denominao do protocolo, HART, que significa Highway Addressable Remote Transducer. O Protocolo HART possibilita a comunicao digital bidirecional em instrumentos de campo inteligentes sem interferir no sinal analgico de 4-20mA. Tanto o sinal analgico 4-20mA como o sinal digital de comunicao HART, podem ser transmitidos simultaneamente na mesma fiao. A varivel primria e a informao do sinal de controle podem ser transmitidos pelo 4- 20mA, se desejado, enquanto que as medies adicionais, parmetros de processo, configurao do instrumento, calibrao e as informaes de diagnstico so disponibilizadas na mesma fiao e ao mesmo tempo. Ao contrrio das demais tecnologias de comunicao digitais abertas para instrumentao de processos, o HART compatvel com os sistemas existentes. Funcionamneto O Protocolo HART usa o padro Bell 202, de chaveamento por deslocamentos de frequncia (FSK) para sobrepor os sinais de comunicao digital ao de 4-20mA. Por ser o sinal digital FSK simtrico em relao ao zero, no existe nvel DC associado ao sinal e portanto ele no interfere no sinal de 4-20mA. A lgica 1 representada por uma frequncia de 1200Hz e a lgica 0 representada por uma frequncia de 2200Hz, como mostrado nas figuras 1 e 2. O sinal HART FSK possibilita a comunicao digital em duas vias, o que torna possvel a transmisso e recepo de informaes adicionais, alm da normal que a varivel de processo em instrumentos de campo inteligentes. O protocolo HART se propaga h uma taxa de 1200 bits por segundo, sem interromper o sinal 4- 20mA e permite uma aplicao tipo mestre possibilitando duas ou mais atualizaes por segundo vindas de um nico instrumento de campo. O HART sobrepe o sinal de comunicao digital ao sinal de corrente 4 a 20 mA 7. Flexibilidade de Aplicao O HART um protocolo do tipo mestre/escravo, o que significa que um instrumento de campo (escravo) somente responde quando perguntado por um mestre. Dois mestres (primrio e secundrio) podem se comunicar com um instrumento escravo em uma rede HART. Os mestres secundrios, como os terminais portteis de configurao, podem ser conectados normalmente em qualquer ponto da rede e se comunicar com os instrumentos de campo sem provocar distrbios na comunicao com o mestre primrio. O mestre primrio tipicamente um SDCD (Sistema Digital de Controle Distribudo), um CLP (Controlador Lgico Programvel), um controle central baseado em computador ou um sistema de monitorao. Uma instalao tpica com dois mestres mostrada na figura 3. - O Protocolo HART permite que dois equipamentos Mestres acessem informao de um mesmo equipamento de campo (escravo) O Protocolo HART pode ser usado de diversas maneiras para trocar informaes de/para instrumentos de campo inteligentes controles centrais ou equipamentos de monitorao. A comunicao mestre/escravo digital, simultnea com o sinal analgico de 4-20mA a mais comum. Este modo, permite que a informao digital proveniente do instrumento escravo seja atualizada duas vezes por segundo no mestre. O sinal de 4-20mA contnuo e carrega a varivel primria para controle. Exemplo de Aplicao A flexibilidade do Protocolo HART evidente no diagrama de controle da Figura 4. Essa aplicao inovadora usa a capacidade inerente ao Protocolo HARTde transmitir tanto sinais 4-20mA analgicos como sinais digitais de comunicao simultaneamente pela mesma fiao. Nessa aplicao, o transmissor HART tem um algortimo interno de controle PID. O instrumento configurado de modo que o loop de corrente 4-20mA seja proporcional sada de controle PID, executado no instrumento (e no varivel medida, como por exemplo, a presso, como na maioria das aplicaes de instrumentos de campo). Uma vez que o loop de corrente controlado 8. pela sada de controle do PID, este utilizado para alimentar diretamente o posicionador da vlvula de controle. A malha de controle executada inteiramente no campo, entre o transmissor (com PID) e a vlvula. A ao de controle contnua como no sistema tradicional; o sinal analgico de 4-20mA comanda a vlvula. Atravs da comunicao digital HART o operador pode mudar o set-point da malha de controle e ler a varivel primria ou a sada para o posicionador da vlvula. Uma economia substancial pode ser obtida atravs dessa inovadora arquitetura de controle. Alguns equipamentos HART incluem controlador PID em seus algoritmos, implementando uma soluo de controle com boa relao custo-benefcio. PROTOCOLO Modbus Modbus um protocolo de comunicao de dados utilizado em sistemas de automao industrial. Criado na dcada de 1970 pela Modicon. um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de Controladores lgicos programveis (PLC) para aquisio de sinais de instrumentos e comandar actuadores. A Modicon (atualmente parte do grupo Schneider Electric) colocou as especificaes e normas que definem o Modbus em domnio pblico. Por esta razo utilizado em milhares de equipamentos existentes e uma das solues de rede mais baratas a serem utilizadas em Automao Industrial. 1. Modicon, hoje Schneider Electric, introduziu o protocolo Modbus no mercado em 1979. A Schneider ajudou no desenvolvimento de uma organizao de usurios e desenvolvedores independentes chamada ModbusIDA. 2. Modbus-IDA uma organizao com fins no lucrativos agrupando usurios e fornecedores de dispositivos de automao que visam adoo do pacote de protocolos Modbus e a evoluo da arquitetura de endereamento para sistemas de automao distribudos em vrios segmentos de mercado. 9. 3. Modbus-IDA fornece a infra estrutura para obter e compartilha informao sobre os protocolos, suas aplicaes e a certificao dos dispositivos visando simplificar a implementao pelos usurios. TIPOS DE PROTOCOLO 1. O MODBUS TCP/IP usado para comunicao entre sistemas de superviso e controladores lgicos programveis. O protocolo Modbus encapsulado no protocolo TCP/IP e transmitido atravs de redes padro ethernet com controle de acesso ao meio por CSMA/CD. 2. O MODBUS PLUS usado para comunicao entre si de controladores lgicos programveis, mdulos de E/S, chaves de partida eletrnica de motores, interfaces homem mquina etc. O meio fsico o RS-485 com taxas de transmisso de 1 Mbps, controle de acesso ao meio por HDLC (High Level Data Link Control ). 3. O MODBUS PADRO usado para comunicao dos CLPs com os dispositivos de entrada e sada de dados, instrumentos eletrnicos inteligentes (IEDs) como rels de proteo, controladores de processo, atuadores de vlvulas, transdutores de energia e etc. o meio fs ico o RS-232 ou RS- 485 em conjunto com o protocolo mestre-escravo. Caractersticas O modbus utiliza o RS-232, RS-485 ou Ethernet como meios fsicos. O mecanismo de controle de acesso do tipo mestre-escravo ou Cliente-Servidor. A estao mestre (geralmente um PLC) envia mensagens solicitando dos escravos que enviem os dados lidos pela instrumentao ou envia sinais a serem escritos nas sadas para o controle dos atuadores. O protocolo possui comandos para envio de dados discretos (entradas e sadas digitais) ou numricos (entradas e sadas analgicas). 1. Algumas caractersticas do protocolo Modbus so fixas, como o formato da mensagem, funes disponveis e tratamento de erros de comunicao 10. 2. Outras caractersticas so selecionveis como o meio de transmisso, velocidade, timeout, bits de parada e paridade e o modo de transmisso (RTU os ASCII). 3. A seleo do modo de transmisso define como os dados sero codificados. Exemplo: Transmisso do endereo RTU: 0011 1011 ASCII: 3 = 33h B = 42h 0011 0011 0100 0010 Nos protocolos MODBUS Plus e TCP/IP as mensagens so colocadas em frames, no sendo necessrio a definio do modo de transmisso, usando sempre o modo RTU. 5. O modo ASCII permite intervalos de tempo de at um segundo entre os caracteres sem provocar erros, mas sua mensagem tpica tem um tamanho duas vezes maior que a mensagem equivalente usando o modo RTU. 6. O modo RTU transmite a informao com um menor nmero de bits, mas a mensagem deve ter todos os seus caracteres enviados em uma seqncia contnua. 7. O modo RTU tambm chamado de ModBus-B ou Modbus Binario e o modo preferencial. Todo dispositivo em uma rede Modbus deve ter a sua memria dividida em registradores de 16 bits numerados conforme o modelo apresentado. A diviso baseada na estrutura de memria de um CLP: Sadas discretas para os atuadores ON-OFF utilizam um bit. Cada registrador comporta 16 sadas. Entradas discretas para os sensores ON-OFF utilizam um bit. Cada registrador comporta 16 entradas. Entradas analgicas utilizam registradores de 16 bits para os valores obtidos por conversores A/D a partir dos sinais dos sensores analgicos. Registradores de Memria com 16 bits para os valores utilizados internamente no CLP. A identificao dos comandos (funes) de leitura e escrita so diferentes de acordo com o tipo de dado a ser lido ou escrito. A funo 1 efetua a leitura do estado das sadas discretas. A funo 5 efetua a escrita de uma nica sada discreta. 11. A funo 15 efetua a escrita de mltiplas sadas discretas. A funo 2 efetua a leitura do estado das entradas discretas. A funo 4 efetua a leitura dos valores das entradas analgicas. A funo 3 efetua a leitura dos valores dos registradores de memria. A funo 6 efetua a escrita de um valor em um registrador de memria. A funo 16 efetua a escrita de mltiplos valores em registradores de memria. Funcionamento Modbus O Mestre solicita uma leitura dos registradores 40108 a 40110 do elemento escravo 06. A mensagem especifica o endereo inicial como 0107(006Bh) SOLICITAO Nome do Campo Exemplo(HEX) ASCII RTU Cabealho : Nenhum Endereo 06 0 6 0000 0110 Cdigo da Funo 03 0 3 0000 0011 End. Inicial HI 00 0 0 0000 0000 End. Inicial LO 6B 6 B 0110 1011 N Registros HI 00 0 0 0000 0000 N Registros LO 03 0 3 0000 0011 Verificao de Erro LRC (2) CRC(2) Trailer LR CF Nenhum Total de Bytes 17 8 1. O primeiro registrador o 40001, mas endereado como 0. Portanto se precisamos da informao do endereo 40108, devemo s enderea-lo como 107, que transformado em hexadecimal ser 6B. 2. Os registradores utilizam 16 bits para codificar a informao. E stes 16 bits so enviados em dois bytes separados (HIGH BYTE e LOW BYTE). O escravo repete o cdigo da funo indicando uma resposta normal. A quantidade de bytes especifica quantos itens esto sendo retornados. RESPOSTA Nome do Campo Exemplo(HEX) ASCII RTU Cabealho : Nenhum Endereo 06 0 6 0000 0110 Cdigo da Funo 03 0 3 0000 0011 Quantidade bytes 06 0 6 0000 0110 Dado HI 02 0 2 0000 0010 Dado LO 2B 2 B 0010 1011 Dado HI 00 0 0 0000 0000 Dado LO 00 0 0 0000 0000 Dado HI 00 0 0 0000 0000 Dado LO 63 6 3 0110 0011 Verificao de Erro LRC (2) CRC(2) Trailer CR LF Nenhum Total de Bytes 23 11 1. O valor 63h enviado como um byte no modo RTU (0110 0011). 12. 2. O mesmo valor enviado no modo ASCII necessita de dois bytes, mas so contabilizados como apenas um. 6 (011 0110) e 3 (011 0011). 3. As respostas indicam: Registro 40108: 02 2Bh = 555 Registro 40109: 00 00h = 0 Registro 40110: 00 63h = 99 O TCP/ IP um conjunto de protocolos uma pilha de protocolos, como ele mais chamado. Seu nome, por exemplo, j faz referncia a dois protocolos diferentes, o TCP (Transmission Control Protocol, Protocolo de Controle de Transmisso) e o IP (Internet Protocol, Protocolo de Internet). Existem muitos outros protocolos que compem a pilha TCP/IP, como o FTP, o HTTP, o SMTP e o UDP. As principais caractersticas do protocolo TCP so as seguintes: TCP permite entregar ordenadamente os datagramas provenientes do protocolo IP TCP permite verificar a onda de dados para evitar uma saturao da rede TCP permite formatar os dados em segmentos de comprimento varivel a fim de os "entregar" ao protocolo IP TCP permite multiplexar os dados, quer dizer, fazer circular simultaneamente informaes que provm de fontes (aplicaes, por exemplo) distintas numa mesma linha TCP permite, por ltimo, o comeo e o fim de uma comunicao de maneira educada. A arquitetura do TCP/IP pode ser vista na Figura 1. Figura 1: Arquitetura do TCP/IP. 13. O TCP/IP tem quatro camadas. Os programas se comunicam com a camada de Aplicao. Na camada de Aplicao contm os protocolos de aplicao tais como o SMTP (para e- mail), o FTP (para a transferncia de arquivos) e o HTTP (para navegao web). Cada tipo de programa se comunica com um protocolo de aplicao diferente, dependendo da finalidade do programa. Aps processar a requisio do programa, o protocolo na camada de Aplicao se comunicar com um outro protocolo na camada de Transporte, normalmente o TCP. Esta camada responsvel por pegar os dados enviados pela camada superior, dividi-los em pacotes e envi-los para a camada imediatamente inferior, a camada Internet. Alm disso, durante a recepo dos dados, esta camada responsvel por colocar os pacotes recebidos da rede em ordem (j que eles podem chegar fora de ordem) e tambm verificam se o contedo dos pacotes est intacto. Na camada Internet temos o IP (Internet Protocol, Protocolo Internet), que pega os pacotes recebidos da camada de Transporte e adiciona informaes de endereamento virtual, isto , adiciona o endereo do computador que est enviando os dados e o endereo do computador que receber os dados. Esses endereos virtuais so chamados endereos IP. Em seguida os pacotes so enviados para a camada imediatamente inferior, a camada Interface com a Rede. Nesta camada os pacotes so chamados datagramas. A camada Interface com a Rede receber os pacotes enviados pela camada Internet e os enviar para a rede (ou receber os dados da rede, caso o computador esteja recebendo dados). O que est dentro desta camada depender do tipo de rede que seu computador estiver usando. Atualmente praticamente todos os computadores utilizam um tipo de rede chamado Ethernet (que est disponvel em diferentes velocidades; as redes sem fio tambm so redes Ethernet) e, portanto, voc deve encontrar na camada Interface com a Rede as camadas do Ethernet, que so Controle do Link Lgico (LLC), Controle de Acesso ao Meio (MAC) e Fsica, listadas de cima para baixo. Os pacotes transmitidos pela rede . Camadas do Protocolo TCP/IP Camada Aplicao Engloba as aplicaes standard da rede (Telnet, SMTP, FTP,) Camada situada no topo das camadas do protocolo. Assegura a interface com as aplicaes. o nvel mais prximo do usurio. Exemplos de aplicativos: FTP, navegadores(browser). Protocolos pertencentes a esta camada: FTP, TFTP, SNMP, HTTP, DNS, RIP, NFS, SMTP, POP3, Gopher etc. Nesta camada so usados os aplicativos para acessarem os recursos da rede. Esta camada no possui um padro comum, cada aplicao tem um padro para acessar os recursos. A camada converte as diferenas em um padro comum para acesso, pois no existe um padro que defina como deve ser estruturada uma aplicao. Transferncia de arquivos Nesta camada rodam o proxy, os gateways, ids, ips, antivrus, etc. Define como os dados so formatados. A camada garante que os dados so devidamente empacotados antes de serem repassados 14. para a camada de transporte. Lida com a representao, codificao e controle dos dialogos. Define como as sesses so iniciadas e terminadas. Esta camada mostra as mensagens na forma que o usurio entenda. Esta camada contm os protocolos de alto nvel. Os servios desta camada ficam por conta dos aplicativos. Esta camada usa os servios das camadas inferiores. Cada protocolo possui o seu modo de estabelecer as requisies. Depois de codificado passado para a prxima camada. Cada protocolo codifica ao seu modo a informao para esta ser passada para a camada de transporte. Assim voc deve estudar o funcionamento de cada protocolo e como eles funcionam nesta camada. Camada de Transporte Esta camada responsvel por pegar os dados enviados pela camada de aplicao e transform-los em pacotes, a serem repassados para a camada de Internet. responsvel pelo endereamento, roteamento dos pacotes, controle de envio e recepo (erros, bufferizao, fragmentao, seqncia, reconhecimento, etc.), etc. Prov a comunicao entre as aplicaes, chamadas de fim a fim, isto , uma entidade desta camada s se comunica com a sua entidade-par do host destinatrio.. O servio confivel, tendo controle de erro e seqncia com mecanismos de identificao dos processos de origem e de destino recebendo dados da camada de aplicao e os dividindo em unidades menores, com o endereo de destino para a camada de rede (IP). Orientado a conexo (ponto a ponto), e pode controlar o fluxo de informaes. A camada de transporte utiliza dois protocolos: o TCP e o UDP. O primeiro orientado conexo e o segundo no orientado conexo . Ambos os protocolos podem servir a mais de uma aplicao simultaneamente. O acesso das aplicaes camada de transporte feito atravs de portas que recebem um nmero inteiro para cada tipo de aplicao, podendo tambm tais portas serem criadas ao passo em que novas necessidades vo surgindo com o desenvolvimento de novas aplicaes. A maneira como a camada de transporte transmite dados das vrias aplicaes simultneas por intermdio da multiplexao, onde vrias mensagens so repassadas para a camada de rede (especificamente ao protocolo IP) que se encarregar de empacot-las e mandar para uma ou mais interface de rede. Chegando ao destinatrio o protocolo IP repassa para a camada de transporte que demultiplexa para as portas (aplicaes) especficas. Principais funes : Transferncia de dados: Atravs de mensagens de tamanho varivel em full-duplex; Transferncia de dados urgentes: Informaes de controle, por exemplo; Estabelecimento e liberao de conexo: Antes e depois das transferncias de dados, atravs de um mecanismo chamado three-way-handshake; Multiplexao As mensagens de cada aplicao simultnea so multiplexadas para repasse ao IP. Ao chegar ao destino, o TCP demultiplexa as mensagens para as aplicaes destinatrias; Segmentao Quando o tamanho do pacote IP no suporta o tamanho do dado a ser transmitido, o TCP segmenta (mantendo a ordem) para posterior remontagem na mquina destinatria; 15. Controle do fluxo Atravs de um sistema de bufferizao denominada janela deslizante, o TCP envia uma srie de pacotes sem aguardar o reconhecimento de cada um deles. Na medida em que recebe o reconhecimento de cada bloco enviado, atualiza o buffer (caso reconhecimento positivo) ou reenvia (caso reconhecimento negativo ou no reconhecimento aps um timeout); Controle de erros Alm da numerao dos segmentos transmitidos, vai junto com o header uma soma verificadora dos dados transmitidos (checksum), assim o destinatrio verifica a soma com o clculo dos dados recebidos). Precedncia e segurana Os nveis de segurana e precedncia so utilizados para tratamento de dados durante a transmisso. UDP (User Datagram Protocol) O UDP um protocolo mais rpido do que o TCP, pelo fato de no verificar o reconhecimento das mensagens enviadas. Por este mesmo motivo, no confivel como o TCP. O protocolo no-orientado conexo, e no prov muitas funes: no controla o fluxo podendo os datagramas chegarem fora de seqncia ou at mesmo no chegarem ao destinatrio. Opcionalmente pode conter um campo checksum, sendo que os datagramas que no conferem este campo ao chegarem no destino, so descartados, cabendo aplicao recuper-lo. Camada de Rede A camada de rede trata da comunicao entre mquinas. Fornece funes necessrias para interconectar redes e gateways formando um sistema coerente . responsvel pela entrega de dados desde a origem at o destino final. Contm os protocolos IP e ICMP, e os protocolos de roteamento. Efetua tambm o mapeamento de endereos (ARP) . Esta aceita uma requisio de envio de pacote, vinda da camada de transporte, com a identificao da mquina para onde o pacote deve ser transmitido. Encapsula o pacote em um datagrama IP, preenche o cabealho do datagrama, usa um algoritmo de roteamento para determinar se o datagrama deve ser entregue diretamente, ou enviado para um gateway. Finalmente, o datagrama passado para a interface de rede apropriada, para que este possa ser transmitido. A camada de rede a primeira (normatizada) do modelo. Dentre os protocolos da Camada de Rede, destaca-se inicialmente o IP (Internet Protocol), alm do ARP, ICMP, RARP e dos protocolos de roteamento (RIP ,IGP, OSPF, Hello, EGP e GGP). A camada de rede uma camada no orientada conexo, portanto se comunica atravs de datagramas. Camada de Interface de Rede ou Fsica a primeira camada. Tambm chamada camada de abstrao de hardware, tem como funo principal a interface do modelo TCP/IP com os diversos tipos de redes (X.25, ATM, FDDI, Ethernet, Token 16. Ring, Frame Relay, sistema de conexo ponto-a-ponto SLIP,etc.) e transmitir os datagramas pelo meio fsico, sinais fsicos, tem a funo de encontrar o caminho mais curto e confivel. Como h uma grande variedade de tecnologias de rede, que utilizam diferentes velocidades, protocolos, meios transmisso, etc. , esta camada no normatizada pelo modelo, o que prov uma das grandes virtudes do modelo TCP/IP: a possibilidade de interconexo e inter- operao de redes heterogneas. Esta camada lida com os meios de comunicao, corresponde ao nvel de hardware, ou meio fsico, que trata dos sinais eletrnicos, conector, pinagem, nveis de tenso, dimenses fsicas, caractersticas mecnicas e eltricas etc. Os protocolos da camada fsica enviam e recebem dados em forma de pacotes, que contm um endereo de origem, os dados propriamente ditos e um endereo de destino. Os datagramas j foram construdos pela camada de redes. responsvel pelo endereamento e traduo de nomes e endereos lgicos em endereos fsicos. Ela determina a rota que os dados seguiro do computador de origem at o de destino. Tal rota depender das condies da rede, prioridade do servio e outros fatores. Tambm gerencia o trfego e taxas de velocidade nos canais de comunicao. Outra funo que pode ter o agrupamento de pequenos pacotes em um nico para transmisso pela rede (ou a subdiviso de pacotes grandes). No destino os dados so recompostos no seu formato original. Ela estabelece e encerra as conexes. Notificao e correo de falhas. Podem ser guiados, atravs de cabos. Podem ser no guiados, sem fio: rdio, microondas. Pode usar o sinal analgico ou digital. Permite a transmisso de mais de um sinal em um mesmo meio fsico. Esta camada no define protocolos, mas diz como usar os protocolos j existentes. Mapea os endereos lgicos em fsicos, ou seja, transforma os endereos lgicos em fsicos. Os bits so codificados por Manchester Enconding ou Differencial Manchester Enconding Pode ser considerada uma das mais importantes, pois permitem que os dados cheguem ao destino da forma mais eficiente possvel. O protocolo IP situa-se nessa camada. Trs funes importantes: determinao do caminho: rota seguida por pacotes da origem ao destino. Algoritmos de roteamento. comutao: mover pacotes dentro do roteador da entrada sada apropriada. 17. estabelecimento da chamada: algumas arquiteturas de rede requerem determinar o caminho antes de enviar os dados. Mais Caractersticas: - Traduo de endereos - Converso de endereos IP em endereos fsicos - Encapsulamento - Transporte de datagramas IP em quadros da rede fsica - Multi-Tecnologia - Suporte a diversas tecnologias de redes - Ethernet - Frame Relay - Token Ring - ATM - FDDI - Linhas Seriais - X.25 - Nvel de interface de rede - Aceita datagramas IP para transmisso sobre uma rede especfica - Encapsulamento de datagramas IP em quadros da rede - Geralmente implementado atravs de Device Drivers - Permite a implantao de TCP/IP sobre qualquer hardware de rede ou subsistema de comunicao - Aceita datagramas IP para transmisso sobre uma rede especfica - Encapsulamento de datagramas IP em quadros da rede - Geralmente implementado atravs de Device Drivers - Permite a implantao de TCP/IP sobre qualquer hardware de rede ou subsistema de comunicao - Converte os pacotes em frames compatveis com o tipo de rede que est sendo utilizada. Alguns protocolos nesta utilizados nesta camada so: Protocolos com estrutura de rede prpria: X.25, Frame-Relay e ATM Protocolos de Enlace OSI: PPP, Ethernet, Token-Ring, FDDI, HDLC, Slip, etc. Protocolos de nvel fsico: V.24, X.21 Protocolos de barramento de alta velocidade: SCSI, HIPPI Protocolo de mapeamento de Endereos: ARP