Le attività aziendali richiedono sempre di più una soluzione di networking industriale omogenea che permetta l’integrazione di dati di processo e diagnostica con la rete IT.
L’industrial Ethernet ha permesso di dare una nuova impostazione organizzativa alla fabbrica con l’obiettivo di integrare vari componenti con i propri impianti in un sistema di rete industriale efficiente ed efficacie.
Che cos’è il protocollo Ethernet?
Il protocollo Ethernet è un insieme di tecnologie atte alla connessione di dispositivi diversi tra di loro. Grazie a questa rete è possibile trasmettere dati tra i vari dispositivi anche attraverso media di collegamento quali i cavi di rame in fibra ottica e le onde radio. La comunicazione dei dati tra PC e dispositivi avviene tramite una serie di layer che contribuiscono in modo sequenziale al funzionamento di questa trasmissione di informazioni.
Anie Automazione all’interno della sua “Guida per il Networking industriale” descrive i vari layer che riportiamo qui di seguito insieme alle rispettive funzioni:
- “Layer 7 – Application layer: gestisce le comunicazioni tra le applicazioni a indirizza i dati all’applicazione corretta. Esempio di protocolli gestiti: HTTP, FTP, TFTP, DHCP, DNS, SMTP, POP3, Telnet, SSH;
- Layer 6 – Presentation layer: converte i dati nei differenti formati in modo da renderli leggibili come dati, caratteri, immagini, audio. Esempio di formati gestiti: GIF, JPEG, MPEG, Quicktime, ASCII, EBCIDIC;
- Layer 5 – Session Layer: apre, mantiene e chiude le comunicazioni tra i dispositivi e le applicazioni. Questo layer identifica il tipo di dato e a quale sessione appartiene assicurando che tutte le richieste di dati siano aperte, inviate e chiuse nel modo corretto. Esempio di controlli eseguiti: Password Authentication Protocol (PAP); Remote Procedure Call (RPC);
- Layer 4 – Transport layer: trasferisce i dati da un dispositivo all’altro senza errori, controlla il flusso dati e la corretta sequenza di invio per il protocollo UDP invio e ricezione nel caso del protocollo TCP. Protocolli gestiti: UDP, TCP;
- Layer 3 – Network Layer: è responsabile degli indirizzi logici e instradamento dati in una rete. I router possono operare a questo livello. Protocolli gestiti: IP, Routing Information Protocol (RIP), Open Shortest (OSPF), EIGRP, IS-IS, IPSEC, GRE
- Layer 2 – Data Link layer: definisce come i dispositivi comunicano nella rete, ed è responsabile della gestione degli indirizzi fisici schede di rete e della loro comunicazione. Il Media Access Control (MAC address) è gestito dal Data Link Layer, gli switches gestiti e non gestiti operano a questo livello. Protocolli gestiti: Ethernet, Frame Relay, Token Ring, Point-to-Point (PPP), Cisco Discovery Protocol (CDP), L2TP, PPTP
- Layer 1 – Physical Layer: definisce come la comunicazione dati passi nel media, il mezzo di trasmissione scelto. I bit di dati possono essere trasmessi elettricamente, otticamente, o attraverso segnale radio. Viene inoltre fissato lo standard meccanico dei connettori. Standard e dispositivi gestiti: Media (coaxial cable, twisted-pair copper cable, fiber-optic cable), Connectori (RJ45), NICs, HUBs, Repeater.”
A livello industriale vengono utilizzate le basi Ethernet ma con profili personalizzati per garantire il determinismo nella trasmissione dei dati. Pensiamo ad esempio alla capacità di fornire prestazioni in tempo reale. Questo meccanismo è fondamentale per una realtà industriale che necessita di un tempo di risposta molto breve! Il termine corretto per descrivere questa interconnessione di dispositivi è Industrial Ethernet. L’ambiente in cui viene configurata la rete, infatti, è più avverso alle comunicazioni dei dati: condizioni ambientali gravose, ampia escursione delle temperature di esercizio, disturbi radio e EMC generati dai dispositivi di potenza.
Come è organizzata l’infrastruttura di rete Industrial Ethernet?
I dispositivi che compongono l’infrastruttura di rete Industrial Ethernet devono adattarsi ad ambienti particolari. Per questo motivo, non sempre è possibile utilizzare i componenti che vengono impiegati per la gestione del network IT/Office, in quanto essi potrebbero non rispondere a determinate esigenze dettate dagli ambienti industriali in cui si trovano! Ecco perché è importante scegliere i componenti più adeguati al proprio ambiente industriale.
Switch/Router Industriali
Gi switch sono il componente base che permette la creazione di reti locali (LAN). Agiscono sul livello dati (Layer 2) del protocollo sfruttando gli indirizzi fisici (MAC) contenuti nell’intestazione dei frame Ethernet inviati sulle porte. Grazie a questo sistema quando uno switch riceve un’informazione, legge l’indirizzo a cui è destinata e inoltra il frame sulla porta a cui è connesso il dispositivo destinatario. Se quest’ultimo fosse già impegnato nella trasmissione di un altro pacchetto, lo switch salva questi dati in memoria fino a quando l’interfaccia non sarà tornata disponibile per la trasmissione.
Componenti di sicurezza industriale
Si tratta sempre di switch e router industriali che però presentano caratteristiche intrinseche di sicurezza capaci di garantire la protezione delle reti industriali, dei dati sensibili e degli accessi non autorizzati.
Wireless industriali
A supporto di questi dispositivi è necessario avere delle tecnologie basate sul trasporto delle informazioni tramite microonde che permettano alle reti industriali di comunicare attraverso l’etere. Ancora una volta ci viene in aiuto la “Guida per il Networking industriale” di Anie Automazione che descrive due tipologie di tecnologie:
- Tecnologia per l’accesso remoto: permette di dare accesso ai dispositivi Industrial Ethernet ad internet. In genere vengono definiti Modem
- Tecnologia per la creazione di reti industriali Wireless locali (o IWLAN): questa tecnologia viene utilizzata da dispositivi in grado di generare e gestire una rete Wireless, detti Access Point, e dispositivi, detti Client/Bridge, in grado di garantire solo il semplice accesso alle reti Wireless gestiti da Access Point o al più una comunicazione Peer-to-Peer
Altri componenti
In aggiunta è bene ricordarsi di tutti i componenti passivi, quali i cavi, i connettori, gli adattatori e tutti gli accessori necessari per il buon funzionamento delle reti.
Tra i principali cavi indichiamo: cavo ethernet, cavo di rete lan, cavi in fibra ottica, cavi in rame.
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