Olá, sou Steve Wenner, arquiteto de redes da unidade de negócios de redes e segurança
na Rockwell Automation. E eu sou Akshath Srinivasan, um produto
proprietário de tecnologias de rede emergentes. Hoje falaremos sobre o
fundamentos da rede EtherNet/IP em um sistema industrial.
Vamos primeiro conversar
tecnologia de rede industrial padrão e algumas tecnologias IIoT. Estava indo para
apresentar o modelo de referência OSI de 7 camadas.
Vamos falar sobre como CIP e EtherNet/IP se aplicam além desse OSI
modelo e depois falaremos sobre alguns aspectos industriais
Arquiteturas IoT e algumas conclusões importantes.
Portanto, a primeira tecnologia de rede industrial padrão.
No passado, tivemos todas essas funções diferentes
trabalhando separadamente. Agora estamos procurando convergir todos esses
e alinhá-los, para que não tenhamos redes diferentes
tecnologias, mas sim uma única indústria
rede. Aqui está um exemplo
de tudo funcionando em alinhamento.
Então primeiro você pode ver aqui. Temos discreto
ao controle.
controle do processo
controle inteligente do motor aqui
bem como Tecnologia da Informação aqui em cima
e todos eles trabalham juntos no mesmo
rede. Então Ethernet/IP e Industrial
protocolo. O IP em ethernet/ip significa protocolo industrial e não protocolo da
Internet. Se
nós olhamos e entendemos o que é isso. Temos uma organização chamada ODVA que
gerencia nossos padrões e é uma organização aberta com muitos membros principais
incluindo Cisco e Rockwell Automation e alguns outros. Um grande foco para
interoperabilidade através deles como testes de conformidade e desempenho para garantir
que
as coisas funcionarão juntas como um sistema quando você as juntar. Então é interessante
e importante focar na diferença entre Ethernet e IPs, e esses dois
especificações diferentes e ethernet/ip sendo o protocolo que permite configurar
Ethernet e IP.
Somos construídos com base em padrões. Portanto, usamos os padrões IEEE 802.3 para
executar o padrão
Ethernet. Corremos 1588 para o horário padrão.
Seguimos os padrões IETF com IP
e tudo isso é a base do CIP e do ODVA. Tudo é
construído com base nesses padrões. É compatível com TI e pronto para o futuro
porque
é nisso que a tecnologia de TI também funciona
e você é capaz de ter controle multidisciplinar e está muito estabelecido
com muitos
produtos, muitas aplicações e muitos fornecedores diferentes.
Passando para o modelo de referência de 7 camadas OSI.
Temos um monte de camadas diferentes que são capazes de
abstrair diferentes funções. Estas funções individuais são transparentes para
a função acima dela. E então eles são construídos de acordo com o padrão. Então nós
temos
uma camada física inicialmente que fala sobre como os dispositivos estão conectados
e funciona com base nos padrões da TIA. Além disso,
temos nossas camadas de rede e enlace de dados rodando nos padrões IETF e
Padrões 802.3. Como o topo é onde temos o CIP
bem aqui. Então esta é a camada de aplicação deles. Para que
inclui apresentação de aplicativos e camadas de sessão
e eles estão vinculados à nossa camada de transporte e são tratados pelo TCP
e UDP novamente padrões. Em cima de
CIP no nível da aplicação. Você pode ver que há vários protocolos diferentes
aqui. Temos CIP OPCUA modbus HART
HTTP. Todos esses Os protocolos podem coexistir porque são
construídos com base nos padrões que
estão abaixo deles para sustentá-los. Mas isso não significa que eles possam conversar
entre si. Então
A coexistência de Cohen não significa interoperabilidade. Então aqui você pode ver
como
quebra de diferentes camadas e um exemplo é se
Studio 5000 em uma estação de trabalho é interagir com um
controlador controllogix. Então aqui
o processo pelo qual os dados são transmitidos através das camadas é chamado,
Bem, existem dois processos e é feito por encapsulamento e
desencapsulação. Então aqui
vou explicar como
encapsulamento é feito. Então, em cada camada você tem um cabeçalho que é
Adicionado a a carga útil. Tudo começa com CIP
como parte da camada de aplicação com um encapsulamento em cima dela.
Depois disso, um cabeçalho TCP é adicionado em
e se torna um segmento. Esta é a unidade de dados para a camada de transporte.
E isso é seguido pela conversão para um pacote que
inclui a adição de um cabeçalho IP.
Então nesta camada 2, temos um cabeçalho Ethernet,
o que permite uma
quadro de dados a ser transmitido através da Ethernet.
E, claro, temos a camada física que inclui fios e componentes elétricos.
sinais. Uma das coisas boas dessa camada física é que ela é independente
porque eles estão empilhados uns sobre os outros e são transparentes para a camada
acima
eles. Então isso pode ser cobre ou fibra ou nesse caso. Podemos ter a camada IP é
executando em uma camada de enlace de dados independente se quisermos fazer a transição
para
algo como Wi-Fi, por exemplo, ou 5G. E assim o IP padrão fornece portabilidade
e roteamento contínuo em camadas de enlace de dados independentes.
Agora, uma coisa em que devemos nos concentrar é quando temos
camadas específicas do fornecedor aqui. Você precisa entender o que
que significa. Certo se tivermos um fornecedor específico na camada
quatro e nos itens da camada três da rede de transporte, isso limitará a portabilidade e
roteabilidade. Você precisará de hardware específico que possa suportá-lo e
não é construído em padrões abertos nesse ponto
se incluirmos essa área específica do fornecedor na camada de enlace de dados,
você precisará de dispositivos Ethernet fora do padrão e não será
seguindo padrões. Portanto, não será portátil. Isso não lhe dará a
interoperabilidade
que os padrões e ethernet/ip lhe darão.
Agora quando se trata de
nas diferentes camadas, temos diferentes modelos que usamos. Então
alguns termos podem ficar confusos, por exemplo, na camada OSI 7
modelo. Temos conexões, camadas e roteamento
mas estes também são
termos usados ​​no modelo Purdue. Então em
termos de terminologia de rede a que uma conexão se refere
por exemplo, uma conexão TCP entre dois dispositivos
com um aperto de mão. E então
camadas versus níveis. Então nós temos
sete camadas aqui
como mencionei antes tem
diferentes cargas úteis e
após cada nível, a carga útil é encapsulada em um diferente
unidade de dados e assim por diante então, em termos de roteamento, essa é uma
função da camada 3
que permite que os pacotes sejam entregues
entre sub-redes. Essa é uma ótima explicação de como esses
os termos estão relacionados à rede. Se eu fosse um engenheiro de controles, pensaria
as conexões são do meu proprietário, conexão do meu controlador para minha E/S
ou meus níveis serão o modelo Purdue nível. Então, talvez o nível dois seja meu
nível de camada de controlador.
Ou roteamento. Estou pensando em roteamento CIP, e essa é a capacidade de
enviar tráfego através de um backplane apenas CIP e sair em um padrão diferente,
seja
Ethernet ou simplesmente sai como controlnet ou devicenet
então a sobrecarga desses termos significa que quando
falar com as pessoas precisamos entender o que elas pensam e ser muito claro com
nossas comunicações.
Então aqui temos segurança que podemos usar em diferentes níveis
do modelo OSI. Vindo de baixo para cima, em
na camada física, temos
bloqueios de apagões.
O que é segurança física, e então na camada de enlace de dados temos
coisas como segurança portuária e MACsec.
Seguido pela camada 3. Temos ipsec e ACLS. Então
também inclui VPNs
na camada quatro temos TLS (segurança da camada de transporte) e dtls
segurança da camada de transporte de datagramas.
E outro exemplo disso é o setor bancário,
acesso a operações bancárias via Internet. Agora, para a camada de aplicação e
camadas de sessão de apresentação,
é aí que entra a segurança CIP
nas camadas da sessão de apresentação e, além disso, temos
gerenciador de políticas factorytalk para a camada de aplicação.
Você sabe como entrar na camada de aplicação CIP. Vamos falar um pouco sobre
o que o CIP faz para dar ao aplicativo que
Edge adicional ou esse modelo para permitir essa comunicação consistente.
Então aqui você tem duas fábricas diferentes, por exemplo, onde
todos os dispositivos têm seus próprios modelos de dados e
isso significa que os dispositivos não podem se comunicar entre si.
Então, precisamos incorporar a camada de tradução
entre. Mas com
CIP aqui temos a capacidade de ter um uniforme
modelo de dados entre os dispositivos e não há necessidade de
camada de tradução separada.
Portanto, a primeira aplicação incorporada em ethernet/ip é a segurança CIP que iremos
falar sobre hoje. E esta é a capacidade de ter segurança funcional através da Ethernet
que oferece o mesmo nível de segurança que um sistema SL3 precisa.
Ele fornece comunicações à prova de falhas entre nós. Ele envia tráfego
várias vezes. Dessa forma, pode validar se os dados de segurança são precisos.
Possui CRCs adicionais adicionados para fornecer a você a
capacidade de garantir que os pacotes não foram alterados na linha
e há pacotes ou carimbos de data e hora em todos os seus pacotes para garantir que o
o tráfego chega lá em tempo hábil. O foco da segurança CIP é ser capaz de
dizer que meu dispositivo será à prova de falhas e nós o colocamos em um
seguro Indicar quando temos um erro ou uma falha.
Existem perfis sendo construídos na segurança CIP para poder compartilhar
esses dados. Possui uma biblioteca de objetos
e serviços e mensagens padrão associados a ele, para que os dispositivos possam se
comunicar
juntos perfeitamente no mesmo modelo de dados.
CIP Sync é outro recurso que
permite CIP para habilitar aplicativos urgentes.
E isso é feito usando PTP ou
Protocolo de tempo de precisão. O problema do PTP é que ele é muito preciso
até o nível de microssegundos ou nanossegundos.
Diferentes aplicações em que isso pode ser usado
são, por exemplo, tempo, carimbo de data/hora de entrada, saídas
programadas,
e movimento coordenado.
O movimento integrado ou movimento coordenado em Ethernet/IP tem uma abordagem única.
Tradicionalmente, você estaria focado no agendamento da rede e em ter um horário para
seus dados chegarem. Por causa do coletor CIP e da capacidade de ter esse tempo apertado
sincronização através do CIP, não podemos usar uma abordagem tradicional e qualquer
grande
movimento com ethernet/ip novamente usando ethernet padrão não modificado. Nós
predeterminamos
planos de execução que são enviados aos dispositivos em tempo hábil, basicamente
dizendo ao dispositivo para ir para esta posição neste momento.
Fazemos isso através do uso de sincronização CIP e PTP
e priorização de dados com QOS em nossos dispositivos de rede.
Temos interfaces e perfis comuns construídos novamente
para movimento integrado também para permitir que os dispositivos se
comuniquem corretamente entre si
sem problemas de interoperabilidade.
A segurança CIP é um recurso que atua na camada de aplicação e define
comunicações seguras para dispositivos Ethernet.
Isto é adicionado no topo do
Criptografia TLS (segurança da camada de transporte) na camada 4,
que é um recurso opcional. E isto
suporta padrões NIST
de confiança zero. No geral, a segurança CIP faz parte
da filosofia holística de defesa em profundidade
qual
permite segurança em diferentes camadas do modelo OSI.
Aqui podemos ver
que a segurança CIP atua entre diferentes
dispositivos, controladores e endpoints
bem como entre estações de trabalho, controladores ou
endpoints diferentes.
À esquerda você pode ver a arquitetura CPwE,
e se você quiser ler mais sobre segurança, você pode
vá aqui. Tudo bem, mudando para IoT industrial
arquiteturas, como habilitamos isso? Como obtemos essa rede que executa todos
esses diferentes aplicativos realmente funcionem e poderemos usar
gerenciar a infraestrutura para permitir isso.
Então Steve, se eu quisesse
administro uma fábrica e eu tenho
alto tráfego, Eu tenho muitos dispositivos
para comunicação, e também preciso de portas gig para comunicação rápida.
Que tipo de interruptores eu precisaria? Bem, eu recomendaria o completo e alto
switches gerenciados por desempenho. No nível de desempenho total você vai
obter portas de show. Você obterá a conectividade
que permite isso com muitos dispositivos finais e muitos dados.
Você só obterá uma camada de conectividade. Então, se você precisar fazer uma rota entre
sub-redes, você precisará passar para a linha de alto desempenho nos anos 5800.
Então é isso que eu recomendaria para essa situação.
Ok, então eu também poderia usar isso como
uma camada entre TO e TI?
Você absolutamente poderia. Sim. Qualquer coisa que esteja roteando entre redes.
Os switches da camada 3 serão capazes de fazer isso.
Ok, e se eu precisasse de uma opção de baixo custo
para talvez uma máquina
onde não há muito tráfego fluindo pelo switch? Bem,
temos nossos switches levemente gerenciados e de baixo custo. Eles são
assim como algumas portas porque não queremos
conecte um monte de coisas a eles. Eles têm QOS, o que ajuda em alguns
priorização para seus dados. Mas fora isso, eles não são super
configurável. Eles são switches básicos para você entrar no switch gerenciado
área e mostrar a visibilidade em sua rede para entender quando as coisas estão
potencialmente dando errado. Então, como eu colocaria tudo isso junto?
Então você vê aqui, falamos sobre conectividade e adaptador. Então vamos
preciso de alguns adaptadores. Precisaremos de alguns facilitadores de conectividade.
Então se tivermos diferentes tecnologias, como field bus ou
devicenet, você sabe, podemos, podemos puxar isso
em nossa rede com esses facilitadores de conectividade. Temos acesso remoto. Então se
Preciso me conectar por Wi-Fi ou celular, podemos fazer isso também. E então vamos
coloque tudo na topologia semelhante a esta e é assim que você junta tudo.
Então, passando disso para as principais conclusões.
OK. OK. Então isso foi muito ali.
Você poderia se aprofundar nos detalhes?
Talvez precise de ajuda. Claro. Então
dentro daquela foto. Na verdade, existem três topologias básicas que você está vendo.
Você tem uma topologia em estrela, uma topologia linear e uma topologia em anel.
OK. Então, como posso saber qual usar? Bem então
Acho que o padrão seria uma estrela. Então, se você não tem nenhum motivo para fazer nada
caso contrário, eu escolheria uma topologia em estrela.
Ele tem o maior rendimento e é bastante simples de construir.
Quando você está procurando algum tipo de resiliência-
-então se você tem um cabo que quebra, como você ainda permanece
conectado a esse dispositivo? -Se você quiser resiliência, olhe para um anel,
então temos DLR que suporta isso. Uma topologia linear? EU
Não recomendaria tanto, isso é realmente
um anel que não está conectado no final. E assim
isso limita sua capacidade de ter essa resiliência
e você tem a fraqueza de ter dispositivos Daisy acorrentados uns aos
outros. Então é quando eu me concentraria na estrela ou no
anel, e honestamente, por que eu não usaria linear.
Agora você pode colocá-los todos juntos. Você não
tem que escolher um ou outro para sua planta. Você pode colocá-los todos juntos em seu
sistema
e escolha a topologia que faz mais sentido para aquela área da planta.
Como seria se eu tivesse vários
sites ou áreas diferentes, por exemplo? Então, se cortarmos nossa planta, realmente
devem logicamente os segmentos serem plantados em áreas e zonas de células,
e isso limita a interrupção e permite limitar a quantidade de alterações na quantidade de
solução de problemas que precisa ser feita e também fornece pontos lógicos para limitar o
acesso
se você precisar por razões de segurança. Então, dividimos isso em uma zona de área
celular, como você pode ver
aqui com as diferentes caixas. Se avançarmos, podemos ver
que mostramos isso como parte de um desenho maior, e
esta é a parte que fica embaixo. Estas são as zonas da sua área celular. E se você
quiser ter mais deles, você pode expandir isso para muitos,
muitas áreas e zonas de células diferentes, e é assim que ficaria quando você
conecte-o a um sistema de produção empresarial.
Então, neste diagrama, onde estaria meu factorytalk
execução de software?
Bem, o software factorytalk vai rodar no seu nível 3
operações do site. Então isso remonta aos nossos níveis versus camadas.
Estamos falando do modelo Purdue agora, então voltamos ao nível 3 de operações do site.
É aí que suas equipes de engenharia ficarão e onde residiriam todas as suas aplicações
industriais.
OK. Como eu levaria esses dados para a empresa
e no sistema ERP?
Portanto, a empresa e seu sistema Erp são realmente
vai se sentar na rede corporativa em seu seu lado das coisas. E isso está realmente
listado aqui no
Zona Empresarial. Agora eles estão conectados
através de uma DMZ industrial. E essa é a seção vermelha no meio.
O que isso faz é permitir que você tenha essa conectividade com a TI
ao mesmo tempo que minimiza o risco de estar conectado à TI.
Também lhe dá um ponto onde você pode controlar o
fluxo de entrada e saída de dados e também a capacidade de
desconecte-o para isolar completamente suas redes OT se houver um incidente.
Então, algumas lições importantes para hoje. Temos uma única rede industrial
Tecnologia, certo? Estamos tentando conseguir uma convergência dessas tecnologias em um
única rede. Estamos usando isso como uma capacidade de criar modelos de dados para o
diferentes aplicações e para diferentes dispositivos. Então você não tem mapeamento
de dados e
simplifica seu design. ODVA e ethernet/ip são estabelecidos. Isso é
usado e construído por muitos, muitos fornecedores diferentes
e temos Cisco, Endress+Hauser e Rockwell Automation como membros principais. Há risco
redução devido aos testes de conformidade e prioridades de QOS definidas para fazer
certeza de que funcionará em sua Ethernet padrão e modificada e é baseado em
padrões. É assim que toda a sua tecnologia de TI funciona, e estamos apenas utilizando
esses padrões e construir aplicativos de TO sobre eles e seu futuro
pronto porque foi construído com base nesses padrões. À medida que expandimos tecnologias
nele
assumir diferentes formas de conexão, seja por meio de Ethernet avançada
camada física ou Ethernet de par único ou mesmo Wi-Fi, podemos adotar esses
padrões porque fomos construídos com base nos padrões de hoje. Então, obrigado por se
juntar
através dos fundamentos da ethernet/ip. Se você tiver algum comentário, agradeceríamos
você fornece isso por meio do aplicativo EventROK e, se tiver dúvidas,
Envie-os também pelo aplicativo. Muito obrigado.
Obrigado.