O que são Redes Industriais? (Parte II)

Bom, como foi comentado na primeira parte desta série, as Redes de Computadores são sistemas de comunicação responsáveis por interligar dispositivos eletrônicos de forma que eles possam trocar informações. Por exemplo, no caso da Internet, esses dispositivos podem ser computadores, smartphones, tablets etc. Com qualquer um desses dispositivos todas as pessoas que tenham acesso à Internet conseguem se comunicar e trocar informações, independente do lugar onde cada uma delas esteja.

Também foi comentado no artigo anterior que as informações “caminham” de um lugar pra outro através dos meios físicos e que o “meio de transporte” utilizado são os chamados Protocolos de Comunicação. Agora, será abordado o que acontece, de fato, quando uma mensagem sai de um dispositivo e chega em outro.

Obs.: a Internet não é o único tipo de Redes de Computadores, porém, é a mais comum entre todas, já que está presente no dia-a-dia de muita gente. Por isso foi usada como exemplo.

Em uma rede de computadores as mensagens percorrem “caminhos” denominados Camadas, que são organizadas de acordo com o modelo OSI, da ISO (International Standards Organization). Este modelo é composto de sete camadas, que, com exceção da primeira, que é a Física, são implementadas em software. Na primeira parte, estas camadas foram chamadas de “andares da padaria”. Lembram?

Veja na Figura 1 um exemplo da arquitetura e organização dessas camadas:

A implementação de todas as camadas varia de acordo com a necessidade da aplicação. Quanto maior a complexidade da aplicação, maior será a quantidade de camadas implementadas e vice-versa. Por exemplo, quando falamos de Internet, que utiliza o protocolo TCP/IP, são implementadas apenas cinco delas, que são: Física, Enlace, Rede, Transporte e Aplicação.

Já em vários protocolos de redes industriais são implementadas apenas três, que são: Física, Enlace e Aplicação. Cada uma das camadas “enxerga” e trata a mensagem de uma maneira diferente. Veja na Tabela 1 como é feita esta interpretação:

Cada vez que a mensagem passa por uma camada ela é “embalada” com um conteúdo que apenas poderá ser interpretado pela mesma camada do destino final. Este processo é chamado de Encapsulamento. Para exemplificar, vamos a mais uma história. Imagine que vamos iniciar uma conversa pelo MSN com alguém. A mensagem inicial enviada é a palavra “OI!!!”. Então quer dizer que, quando digitamos a mensagem e a enviamos, estamos solicitando à Camada de Aplicação que a mensagem “OI!!!” seja enviada para algum lugar.

Então, esta camada insere um cabeçalho contendo as informações que serão necessárias para a Camada de Aplicação do receptor da mensagem. Cada vez que uma mensagem+cabeçalho chega à camada inferior ela é vista como dado pela camada atual e, esta insere seu cabeçalho e envia esse “conjunto” de cabeçalhos+mensagem para a próxima camada. Esse processo se repete até que a Camada de Enlace seja atingida.

Neste ponto, além do cabeçalho referente à Camada de Enlace, também é adicionado um outro cabeçalho, denominado Trailer, que é um conjunto de informações que serão inseridas após os dados. Assim, o frame está pronto para ser transmitido. Então, na Camada Física são gerados sinais elétricos, por exemplo, que são os responsáveis pela transmissão deste frame até o destino final.  Esse frame será “recebido” pela Camada de Enlace do destinatário.

Em seguida, o cabeçalho referente à Camada de Enlace será retirado e o que sobrar será enviado para a camada superior. Cada camada retira do frame o cabeçalho referente à mesma camada da origem, e esse processo é realizado até que a mensagem original chegue à Camada de Aplicação e, por fim, “apareça” na tela do computador de destino.

Na Figura 2 podemos ver que cada quadro colorido representa o cabeçalho de cada camada. Nesta figura foram implementadas apenas cinco camadas, que são as necessárias quando se fala de Internet:

Agora que foi explicado como é realizado o “transporte” de uma mensagem através das camadas, vamos explicar, resumidamente, qual é a função de cada uma delas:

• Camada Física – esta camada descreve a tecnologia de transmissão dos dados, a pinagem dos conectores e os parâmetros técnicos e elétricos que devem ser cumpridos [4]. É nesta camada que ocorre o transporte dos dados representados por um conjunto serial de bits entre dois dispositivos [3], via um suporte de transmissão, que são os meios físicos. A camada Física não interpreta os dados; ela somente passa os dados para a Camada de Enlace [2].
• Camada de Enlace – aqui é feita a detecção e correção de erros, controle do fluxo de dados e controle de acesso ao meio [1], por exemplo, quando há passagem de token. Isso significa que apenas terá direito de acessar o barramento quem possuir o token….isso garante que não haverá nenhuma colisão entre os pacotes que trafegam pelo barramento.
• Camada de Rede – cuida da rota que os dados devem seguir e fazem um controle de congestionamento dos meios de transmissão [1].
• Camada de Transporte – sua função é garantir que a transferência dos dados seja feita de forma segura e econômica, entre origem e destino [1].
• Camada de Sessão – cuida da sincronização entre máquinas para que se possa fazer longas transferências de dados [1].
• Camada de Apresentação – esta camada cuida do conteúdo dos dados, sendo possível alterá-los [1].
• Camada de Aplicação – é nesta camada que é feita a interface entre a máquina e o usuário.

É isso aí. Agora que detalhes importantes foram explicados, poderemos partir para a explicação sobre Redes Industriais. Esse tema será, finalmente, tratado na última parte desta série.

Até mais!

Referência Bibliográficas:

[1] ALBUQUERQUE, P. U. B., ALEXANDRIA, A. R. (2009). Redes Industriais – Aplicações em Sistemas Digitais de Controle Distribuído. Ensino Profissional Editora.
[2] BERGE, J. (2002). Fieldbuses for Process Control: Engeneering, Operation and Maintenance. ISA – The Instrumentation, Systems and Automation Society, 2002.
[3] TANEMBAUM, A. S., STEEN, M. V. (2002). Distributed Systems – Principles and Paradigms. Prentice Hall, 2002.
[4] Profibus Installation Guideline for Commissioning. Version 1.0.2. November 2006.
[5] TEOTÔNIO, I. D.. http://www.slideshare.net/italodiego12/13-encapsulamento-camadas-osi. Acesso realizado em: 29 de maio de 2012.