Hola, soy Steve Wenner, arquitecto de redes de la unidad de negocios de redes y
seguridad.
en Rockwell Automatización. Y yo soy Akshath Srinivasan, un producto
propietario de Emerging Network Technologies. Hoy estaremos hablando de la
Fundamentos de las redes EtherNet/IP en un sistema industrial.
Primero vamos a hablar
Tecnología de red industrial estándar y algunas tecnologías IIoT. Iremos a
Introducir el modelo de referencia de 7 capas OSI.
Vamos a hablar sobre cómo se aplican CIP y EtherNet/IP además de ese OSI.
modelo y luego hablaremos sobre algunos aspectos industriales.
Arquitecturas de IoT y algunas conclusiones clave.
Así, la primera tecnología de red industrial estándar.
En el pasado, teníamos todas estas funciones diferentes.
trabajando por separado. Ahora buscamos converger todos estos
y alinearlos, para que no tengamos redes dispares
tecnologías, sino una única industria
red. Aquí hay un ejemplo
de que todo funcione en alineación.
Así que primero puedes verlo aquí. tenemos discreto
control.
control de procesos
control inteligente del motor aquí
así como Tecnologías de la Información aquí arriba
y todos trabajan juntos en lo mismo
red. Entonces ethernet/ip e industrial
protocolo. La IP en ethernet/ip significa protocolo industrial, no Protocolo de
Internet. Si
miramos y entendemos qué es eso. Tenemos una organización llamada ODVA que
gestiona nuestros estándares y es una organización abierta con muchos miembros
principales
incluidos Cisco y Rockwell Automation y algunos otros. Un gran enfoque para
interoperabilidad a través de ellos como pruebas de conformidad y rendimiento para
garantizar que
las cosas funcionarán juntas como un sistema cuando las juntes. entonces es interesante
Es importante centrarse en la diferencia entre Ethernet e IP, y esos dos
diferentes especificaciones y siendo ethernet/ip el protocolo que permite
establecer
Ethernet e IP.
Estamos construidos sobre estándares. Así que utilizamos los estándares IEEE 802.3 para
ejecutar el estándar.
ethernet. Corremos 1588 para la hora estándar.
Seguimos los estándares IETF con IP
y todo eso es la base de CIP y ODVA. Todo es
construido sobre estos estándares. Es compatible con TI y está preparado para el
futuro porque
en eso también funciona la tecnología de TI y puedes tener control multidisciplinario y
está muy establecido con muchos
productos, muchas aplicaciones y muchos proveedores diferentes.
Pasando al modelo de referencia de 7 capas OSI.
Tenemos un montón de capas diferentes que pueden
abstraer diferentes funciones. Estas funciones individuales son transparentes para
la función encima de él. Y por eso se basan en estándares. Entonces tenemos
una capa física inicialmente que habla de cómo se conectan los dispositivos
y funciona según los estándares TIA. Además de eso,
Tenemos nuestras capas de red y enlace de datos ejecutándose en estándares IETF y
Estándares 802.3. Como en la cima es donde tenemos CIP.
aquí mismo. Entonces esta es su capa de aplicación. De modo que
Incluye presentación de aplicaciones y capas de sesión.
y esos están vinculados con nuestra capa de transporte y eso es manejado por TCP
y UDP nuevamente estándares. Encima de
CIP a nivel de aplicación. Puedes ver que hay un montón de protocolos diferentes.
aquí. Tenemos CIP OPCUA modbus HART
HTTP. Todos estos Los protocolos pueden coexistir juntos porque
están construidos sobre los estándares que
están debajo de ellos para apuntalarlos. Pero eso no significa que puedan hablar entre
ellos. Entonces
La coexistencia de Cohen no significa interoperabilidad. Así que aquí puedes ver
cómo
diferentes capas se descomponen y un ejemplo es si
Studio 5000 en una estación de trabajo es interactuar con un
controlador controllogix. Así que aquí
El proceso por el cual se transmiten los datos a través de las capas se llama,
Bueno, hay dos procesos y se realiza mediante encapsulación y
decapsulación. Así que aquí
voy a explicar como
Se realiza la encapsulación. Entonces, en cada capa tienes un encabezado que es
añadido a la carga útil. Comienza con CIP
como parte de la capa de aplicación con una encapsulación encima.
Luego, después de eso, se agrega un encabezado TCP
y se convierte en un segmento. Esta es la unidad de datos para la capa de transporte.
Y esto es seguido por la conversión a un paquete que
incluye la adición de un encabezado IP.
Luego, en esta capa 2, tenemos un encabezado Ethernet,
lo que permite un
trama de datos que se transmitirá a través de Ethernet.
Y por supuesto, tenemos la capa física que incluye cables y electricidad.
señales. Una de las cosas buenas de esa capa física es que es independiente
porque están apilados uno encima del otro y son transparentes para la capa de arriba
a ellos. Entonces puede ser cobre o fibra o lo que sea. Podemos tener la capa IP es
ejecutando a través de una capa de enlace de datos independiente si queremos hacer la
transición a
algo como Wi-Fi por ejemplo o 5G. Y así, la IP estándar proporciona portabilidad.
y enrutamiento fluido a través de capas de enlace de datos independientes.
Ahora una cosa en la que debemos centrarnos es cuando tenemos
capas específicas del proveedor aquí. Necesitas entender lo que
eso significa. Correcto si tenemos un proveedor específico en la capa
cuatro y en la capa tres elementos en la red de transporte, eso limitará la portabilidad y
enrutabilidad. Necesitará hardware específico que pueda soportarlo y
no está construido sobre estándares abiertos en ese momento
si incluimos esa área específica del proveedor en la capa de enlace de datos,
vas a necesitar dispositivos Ethernet no estándar y no vas a ser
siguientes estándares. Entonces no será portátil. Eso no le dará la interoperabilidad
que los estándares y ethernet/ip le brindarán.
Ahora cuando se trata de
las diferentes capas, tenemos diferentes modelos que utilizamos. Entonces
Algunos términos pueden resultar confusos, por ejemplo en la capa OSI 7.
modelo. Tenemos conexiones, capas y enrutamiento.
pero estos también son
términos que se utilizan en el modelo de Purdue. Entonces en
términos de terminología de red a la que se refiere una conexión
por ejemplo, una conexión TCP entre dos dispositivos
con un apretón de manos. Y luego
capas versus niveles. Entonces tenemos
siete capas aquí
como mencioné antes tengo
diferentes cargas útiles, y
Después de cada nivel, la carga útil se encapsula en un diferente
unidad de datos, etc. entonces, en términos de enrutamiento, esa es
una función de capa 3
que permite la entrega de paquetes
entre subredes. Entonces esa es una gran explicación de cómo estos
Los términos se relacionan con la creación de redes. Si fuera ingeniero de controles,
pensaría
las conexiones son mi conexión propietaria desde mi controlador a mi E/S
o mis niveles van a ser el modelo Purdue nivel. Entonces, tal vez el nivel dos sea mi
nivel de capa de controlador.
O enrutamiento. Estoy pensando en el enrutamiento CIP, y esa es la capacidad de
enviar tráfico a través de un backplane solo CIP y sale en un estándar diferente ya
sea
Ethernet o simplemente salir como controlnet o devicenet
entonces la sobrecarga de estos términos significa que cuando
hablar con la gente necesitamos entender lo que piensan y ser muy claros con
nuestras comunicaciones.
Entonces aquí tenemos seguridad que podemos usar en diferentes niveles.
del modelo OSI. Viniendo de abajo hacia arriba, en
la capa física, tenemos
apagones, bloqueos.
Que es seguridad física, y luego en la capa de enlace de datos tenemos
cosas como seguridad portuaria y MACsec.
Seguido de la capa 3. Tenemos ipsec y ACLS. Entonces
también incluye vpn
en la capa cuatro tenemos TLS (seguridad de la capa de transporte) y dtls
Seguridad de la capa de transporte de datagramas.
Y otro ejemplo de esto es la banca,
banca en línea. Ahora para la capa de aplicación y
capas de sesión de presentación,
Aquí es cuando entra en juego la seguridad CIP.
en las capas de la sesión de presentación, y encima de eso tenemos
administrador de políticas factorytalk para la capa de aplicación.
Ya sabes, entrar en la capa de aplicación CIP. vamos a hablar un poco sobre
¿Qué hace el CIP para dar la aplicación que
Edge adicional o ese modelo para permitir esa comunicación consistente.
Así que aquí tienes dos plantas diferentes, por ejemplo, donde
todos los dispositivos tienen sus propios modelos de datos, y
esto significa que los dispositivos no pueden comunicarse entre sí.
Entonces necesitamos incorporar una capa de traducción.
entre. Pero con
CIP aquí tenemos la capacidad de tener un uniforme
modelo de datos entre los dispositivos y no hay necesidad de
capa de traducción separada.
Entonces, la primera aplicación integrada en ethernet/ip es la seguridad CIP que vamos a
hablar de hoy. Y esta es la capacidad de tener seguridad funcional a través de
Ethernet.
que le brinda el mismo nivel de seguridad que necesita un sistema SL3.
Proporciona comunicaciones a prueba de fallos entre nodos. Envía tráfico
varias veces. De esa manera puede validar que los datos de seguridad sean precisos.
Tiene CRC adicionales agregados para brindarle la
capacidad de asegurarse de que los paquetes no hayan cambiado en línea
y hay paquetes o hay marcas de tiempo en todos sus paquetes para garantizar que el
el tráfico llega allí de manera oportuna. El objetivo de la seguridad CIP es poder
Decir que mi dispositivo será a prueba de fallos y lo ponemos en un
seguro Indique cuando tenemos un error o una avería.
Hay perfiles en construcción. en seguridad CIP para poder compartir esos
datos. Tiene una biblioteca de objetos.
y servicios estándar y mensajes asociados con él, para que los dispositivos puedan
comunicarse
juntos perfectamente en ese mismo modelo de datos.
CIP Sync es otra característica que
permite CIP para habilitar aplicaciones urgentes.
Y esto se hace usando PTP o
Protocolo de tiempo de precisión. Lo que pasa con PTP es que es muy preciso.
hasta el nivel de microsegundos o nanosegundos incluso.
Diferentes aplicaciones en las que esto podría usarse
son por ejemplo el tiempo, sellado de tiempo de entrada, salidas
programadas,
y movimiento coordinado.
El movimiento integrado o el movimiento coordinado en ethernet/ip adopta un enfoque
único.
Tradicionalmente, usted se concentraría en la programación de la red y en tener un
intervalo de tiempo para
tus datos para llegar. Debido al sumidero CIP y a la capacidad de tener ese tiempo tan
ajustado
sincronización entre CIP, no podemos utilizar un enfoque tradicional y ningún gran
movimiento con ethernet/ip nuevamente usando ethernet estándar sin modificar. hemos
predeterminado
planes de ejecución que se envían a los dispositivos de manera oportuna básicamente
diciéndole al dispositivo que vaya a esta posición en este momento.
Lo hacemos mediante el uso de sincronización CIP y PTP.
y priorización de datos con QOS en nuestros dispositivos de red.
Hemos reconstruido interfaces y perfiles comunes.
también para movimiento integrado para permitir que los dispositivos se
comuniquen correctamente entre sí
sin problemas de interoperabilidad.
La seguridad CIP es una característica que actúa en la capa de aplicación y define
Comunicaciones seguras para dispositivos Ethernet.
Esto se agrega encima del
Cifrado TLS (seguridad de la capa de transporte) en la capa 4,
que es una característica opcional. Y esto
compatible con los estándares NIST
de confianza cero. En general, la seguridad CIP es parte
de la filosofía holística de defensa en profundidad
cual
permite la seguridad en diferentes capas del modelo OSI.
Aquí podemos ver
que la seguridad CIP actúa entre diferentes
dispositivos, controladores y puntos finales
así como entre estaciones de trabajo, controladores o
diferentes puntos finales.
A la izquierda, puedes ver la arquitectura CPwE,
y si quieres leer más sobre seguridad puedes
ven aquí. Muy bien, pasando al IoT industrial
arquitecturas, ¿cómo habilitamos esto? ¿Cómo conseguimos esta red que ejecuta todos?
estas diferentes aplicaciones realmente funcionen y podremos usarlas
gestionar la infraestructura para permitirlo.
Entonces Steve, si quisiera
ejecutar una planta y tengo
mucho trafico, tengo muchos dispositivos
para comunicarme, y también necesito puertos gig para una comunicación rápida.
¿Qué tipo de interruptores necesitaría? Bueno, recomendaría el completo y alto.
Conmutadores gestionados por rendimiento. En el nivel de rendimiento completo, vas a
obtener puertos de concierto. Obtendrás la conectividad.
eso permite esto con una gran cantidad de dispositivos finales y una gran cantidad de
datos.
Solo obtendrás una capa de conectividad. Entonces, si necesita una ruta entre
subredes, necesitarás pasar a la Línea de alto rendimiento en los 5800.
Eso es lo que recomendaría para esa situación.
Bien, entonces también podrías usar eso como
¿Una capa entre OT y TI?
Absolutamente podrías. Sí. Cualquier cosa que sea enrutamiento entre redes.
Los conmutadores de capa 3 podrán hacer eso.
Bien, ¿y si necesitara una opción de bajo costo?
para tal vez una maquina
¿Dónde no fluye demasiado tráfico a través del conmutador? Bien,
Tenemos nuestros conmutadores de gestión ligera que son de bajo coste. Ellos son
solo como algunos puertos porque no queremos
conectarles un montón de cosas. Tienen QOS, lo que ayuda con algunos
priorización de sus datos. Pero aparte de eso, no son geniales.
configurable. Son conmutadores básicos para acceder al conmutador administrado.
área y mostrarle la visibilidad en su red para comprender cuándo las cosas están
potencialmente salir mal. Entonces, ¿cómo juntaría todo esto?
Como ve, aquí hablamos de conectividad y adaptador. Así que vamos a
Necesita algunos adaptadores. Necesitaremos algunos habilitadores de conectividad.
Entonces si tenemos diferentes tecnologías, como bus de campo o
devicenet, ya sabes, podemos sacar eso
en nuestra red con estos habilitadores de conectividad. Tenemos acceso remoto. Así que
si
Necesito conectarme a través de Wi-Fi o celular, también podemos hacerlo. Y luego
vamos a
Ponlo todo en una topología similar a esta y así es como lo juntas todo.
Pasando de esto a conclusiones clave. Bueno. Bueno. Así que eso fue mucho allí.
¿Podrías profundizar en los detalles?
Podría necesitar algo de ayuda. Seguro. Entonces
dentro de esa imagen. En realidad, lo que estás viendo son tres topologías básicas.
Tiene una topología en estrella, una topología lineal y una topología en anillo.
Bueno. Entonces, ¿cómo sé cuál usar? Bueno, entonces
Creo que el valor predeterminado sería una estrella. Así que si no tienes ningún motivo
para hacer nada de lo contrario, elegiría una topología en
estrella. Tiene el mayor rendimiento y es bastante
sencillo de construir.
Cuando buscas algún tipo de resiliencia...
-Entonces si tienes un cable que se rompe, ¿cómo sigues ahí?
conectado a ese dispositivo?-Si quieres resiliencia mira un anillo,
entonces tenemos DLR que lo admite. ¿Una topología lineal? I
No lo recomendaría tanto, eso es realmente.
un anillo que no está conectado al final. Y entonces
eso limita tu capacidad de tener esa resiliencia
y tienes la debilidad de tener dispositivos Daisy encadenados entre
sí. Entonces ahí es cuando me concentraría en la estrella
o el anillo, y honestamente por qué no usaría lineal.
Ahora puedes juntarlos todos. tu no
Tendrás que elegir uno u otro para tu planta. Puedes ponerlos todos juntos en tu sistema.
y elija la topología que tenga más sentido para esa área de esa planta.
¿Cómo se vería si tuviera varios?
¿Sitios o diferentes áreas, por ejemplo? Entonces, si cortamos nuestra planta,
realmente
Si lógicamente los segmentos se plantan en áreas y zonas de celdas,
y eso limita la interrupción y le permite limitar la cantidad de cambio en la cantidad
de
solución de problemas que debe realizarse y también le brinda puntos lógicos para limitar
el acceso
si lo necesita por razones de seguridad. Así que lo dividimos en una zona de área de
celda, como puedes ver.
aquí con las diferentes cajas. Si avanzamos, podemos ver
que mostremos esto como parte de un dibujo más grande, y
esta es la parte de abajo. Estas son las zonas de su área celular. Y si tu
Si quieres tener más, puedes expandirlos demasiados.
muchas áreas y zonas de celda diferentes, y así es como se vería cuando
conéctelo a un sistema de producción empresarial.
Entonces, en este diagrama, ¿dónde hablaría mi fábrica?
¿Se ejecuta el software?
Bueno, el software factorytalk se ejecutará en tu nivel 3.
operaciones del sitio. Entonces esto se remonta a nuestros niveles versus capas.
Estamos hablando del modelo Purdue ahora, por lo que volvemos al nivel 3 de operaciones del
sitio.
Ahí es donde se sentarán sus equipos de ingeniería.
y donde residirían todas sus aplicaciones industriales.
Bueno. ¿Cómo llevaría esos datos a Enterprise?
y en el sistema ERP?
Entonces la empresa y su sistema Erp son realmente
vas a sentarte en la Red corporativa en tu Tu lado de las cosas. Y eso realmente está
listado aquí en el
Zona Empresarial. Ahora esos están conectados
a través de una DMZ industrial. Y esa es esta sección roja en el medio.
Lo que eso hace es que le permite tener esa conectividad a TI.
minimizando al mismo tiempo el riesgo de estar conectado a TI.
También te da un punto donde puedes controlar el
flujo de entrada y salida de datos y también la capacidad de
desconéctalo para aislar completamente tus redes OT si hay algún incidente.
Algunas conclusiones clave para hoy. Tenemos una única red industrial.
Tecnología, ¿verdad? Estamos tratando de lograr una convergencia de estas tecnologías
en una
Red única. Estamos usando eso como una capacidad para crear modelos de datos para el
diferentes aplicaciones y para diferentes dispositivos. Entonces no tienes mapeo de
datos y
simplifica su diseño. Se establecen ODVA y ethernet/ip. Es
utilizado y construido por muchos, muchos proveedores diferentes
y tenemos a Cisco, Endress+Hauser y Rockwell Automation como miembros principales. hay
riesgo
reducción allí debido a las pruebas de conformidad y las prioridades QOS definidas
para hacer
Asegúrese de que funcionará en su Ethernet estándar y modificada y que está construido
sobre
estándares. Así es como funciona toda su tecnología informática, y nosotros sólo
estamos utilizando
esos estándares y construir aplicaciones OT sobre ellos y su futuro
listo porque está construido sobre esos estándares. A medida que ampliamos las
tecnologías en él.
para adoptar diferentes formas de conectarse, ya sea a través de Ethernet avanzada
capa física o Ethernet de un solo par o incluso Wi-Fi, podemos adoptar esos
estándares porque estamos construidos sobre los estándares de hoy. Así que gracias por
unirte
nosotros a través de los fundamentos de ethernet/ip. Si tienes algún comentario, te
lo agradeceríamos.
usted proporciona eso a través de la aplicación EventROK, y si tiene preguntas,
Envíelos también a través de la aplicación. Muchas gracias.
Gracias.