ES2266578T3 - Procedimiernto para el funcionamiento de un nodo de acoplamiento en una red de datos. - Google Patents
Procedimiernto para el funcionamiento de un nodo de acoplamiento en una red de datos. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para el funcionamiento de un nodo de acoplamiento (100) en un bus de campo de un sistema de automatización, en el que el bus de campo está configurado para la comunicación en tiempo real, con las siguientes etapas. - recepción (400) de un telegrama de datos (118) en un primer puerto (102) del nodo de acoplamiento (100), - verificación (402) de si en el telegrama de datos se trata de un telegrama de datos de Broadcast, y para el caso de que no se trate de un telegrama de datos de Broadcast, - transferencia (404) de la dirección fuente del telegrama de datos a una tabla dinámica de direcciones (110), y para el caso de que se trate de un telegrama de datos de Broadcast, - - transmisión (412) del telegrama de datos a través de otros puertos (104, 106, 108) del nodo de acoplamiento, sin transferir la dirección fuente del telegrama de datos a la tabla dinámica de direcciones (110).
Description
Procedimiento para el funcionamiento de un nodo
de acoplamiento en una red de datos.
La invención se refiere a un procedimiento para
el funcionamiento de un nodo de acoplamiento en una red de datos,
así como a un producto de programa de ordenador correspondiente, a
un nodo de acoplamiento y a un sistema de comunicación.
Se conocen a partir del estado de la técnica
diferentes tipos de redes de datos, en las que los componentes de
las redes de datos toman una decisión con relación a través de qué
puerto del componente de la red de datos respectivo debe enviarse un
telegrama de datos. Se conocen especialmente las llamadas redes de
datos conmutables, en las que se forma una comunicación en la red de
datos entre dos usuarios por medio de una o varias conexiones punto
a
punto.
punto.
De la misma manera se conoce en sí a partir del
estado de la técnica que la decisión con respecto a través de qué
puerto de un componente de la red de datos debe enviarse un
telegrama de datos previamente recibido, se lleva a cabo con la
ayuda de una tabla de direcciones. Cada entrada en la tabla de
direcciones memoriza, por ejemplo, la dirección de la estación de un
componente de destino de la red de datos (una llamada dirección
Unicast) o una dirección Multicast o una dirección de la red así
como los números de los puertos del componente respectivo de la red
de datos, a través de los cuales debe enviarse un telegrama de datos
recibido para la transmisión a su dirección de destino.
Además, se conoce a partir del estado de la
técnica la utilización de tablas de direcciones variables
dinámicamente y estáticas. Las tablas de direcciones dinámicas
tienen entradas de las tablas que se pueden modificar de una manera
variable, que son administradas por el hardware del componente
respectivo de la red de datos de una manera automática sin soporte
de software. En cambio, las entradas estáticas en una tabla estática
de direcciones son administradas por el software de aplicación de
cada componente de la red de datos y no pueden ser modificadas por
el hardware de un componente de la red de datos.
Una posibilidad conocida a partir del estado de
la técnica para reconocer si una dirección, por ejemplo una
dirección Multicast y las informaciones asociadas a la dirección
Multicast están memorizadas en la tabla de direcciones, es la
comparación directa de la dirección de destino del telegrama de
datos respectivo con todas las direcciones memorizadas en la tabla
de direcciones. Este procedimiento es costoso de tiempo y presupone
una memoria, cuyo contenido puede ser direccionado.
Un procedimiento, que permite memorizar entradas
de direcciones, que son reproducidas en primer lugar sobre la misma
dirección de entrada de la tabla de direcciones, al mismo tiempo en
una entrada de direcciones, se conoce a partir del documento
US-A-5923660. En un controlador de
Ethernet, está prevista a tal fin una tabla de direcciones Hash con
un control correspondiente, que forma el valor Hash de la dirección
de un paquete de datos, con el fin de encontrar un valor inicial
para una entrada en la tabla de direcciones Hash. Este valor inicial
se modifica, en caso necesario, en la medida de un valor de salto
fijo, cuando la dirección, que se encuentra en la línea localizada a
través del valor inicial de la tabla de direcciones Hash, no
coincide con la dirección de destino recibida.
Las redes de datos posibilitan la comunicación
entre varios usuarios a través de la reticulación, es decir, la
conexión de los usuarios individuales entre sí. Comunicación
significa en este caso la transmisión de datos entre los usuarios.
Los datos a transmitir son enviados en este caso como telegramas de
datos, es decir, que los datos son empaquetados en varios paquetes y
son enviados en esta forma a través de la red de datos al receptor
correspondiente. Por lo tanto, se habla también de paquetes de
datos.
El concepto de transmisión de datos se utiliza
aquí como sinónimo de la transmisión mencionada anteriormente de
telegramas de datos o de paquetes de datos. La reticulación
propiamente dicha se soluciona, por ejemplo, en las redes de datos
de alta potencia conmutables, especialmente Ethernet, porque entre
dos usuarios está conectada en cada caso al menos una unidad de
acoplamiento, que está conectada con los dos usuarios. Cada unidad
de acoplamiento puede estar conectada con más de dos usuarios.
Cada usuario está conectado con al menos una
unidad de acoplamiento, pero no está conectado directamente con
otros usuarios. Los usuarios son, por ejemplo, ordenadores,
controles programables con memoria (SPS) u otras máquinas, que
intercambian, especialmente procesan, datos eléctricos con otras
máquinas. En oposición a los sistemas de buses, en los que cada
usuario puede reconocer a cualquier otro usuario de la red de datos
directamente a través del bus de datos, en las redes de datos
conmutables se trata exclusivamente de comunicaciones punto a punto,
es decir, que un usuario solamente puede acceder a todos los otros
usuarios de la red de datos conmutable de una manera indirecta, a
través de la transmisión correspondiente de los datos a transmitir
por medio de una o varias unidades de acoplamiento.
En los sistemas de automatización distribuidos,
por ejemplo en el campo de la técnica de accionamiento, deben entrar
determinados datos en instantes determinados en los usuarios para
los que están destinados y deben ser procesados por los receptores.
En este caso se habla de datos críticos en tiempo real o bien de
tráfico de datos, puesto que una entrada inoportuna de los datos en
el lugar determinado conduce a resultados no deseados en el usuario.
De acuerdo con IEC 61491, EN61491 SERCOS Interface - Descripción
Técnica (http://www.sercos.de/deutsch/index deutsch.htm), se
puede garantizar un tráfico de datos crítico en tiempo real con
éxito del tipo mencionado en sistemas de automatización
distribuidos.
Se conocen a partir del estado de la técnica
diferentes sistemas de comunicación normalizados, llamados también
sistemas de bus, para el intercambio de datos entre dos o más grupos
estructurales electrónicos o bien aparatos, especialmente también
para el empleo en sistemas de automatización. Ejemplos de tales
sistemas de comunicación son: bus de campo, Profibus, Ethernet,
Ethernet Industrial, FireWire o también sistemas de bus internos de
PC (PCI). Estos sistemas de bus están concebidos o bien optimizados
en cada caso para diferentes campos de aplicación y permiten la
constitución de un sistema de control descentralizado. Para el
control y la supervisión de procesos en la fabricación automática y
especialmente en las técnicas de accionamiento digitales son
necesarios sistemas de comunicación muy rápidos y fiables con
tiempos de reacción previsibles.
Especialmente a partir de la técnica de
automatización se conocen sistemas de comunicación sincronizados
síncronos con propiedades de equidistancia. Por ello se entiende un
sistema que está constituido por al menos dos usuarios, que están
conectados entre sí a través de una red de datos con la finalidad
del intercambio mutuo de datos o bien de la transmisión mutua de
datos. En este caso, el intercambio de datos se lleva a cabo de una
manera cíclica en ciclos de comunicación equidistantes, que son
predeterminados a través del pulso de reloj de la comunicación
utilizado por el sistema. Los usuarios son, por ejemplo, aparatos de
automatización central, aparatos de programación, aparatos de
proyección o aparatos de mando, aparatos periféricos, como por
ejemplo grupos estructurales de entrada/salida, accionamientos,
actuadores, sensores, controles programables con memoria (SPS) u
otras unidades de control, ordenadores o máquinas, que intercambian
datos electrónicos con otras máquinas, especialmente que procesan
datos de otras máquinas. Por unidades de control se entienden a
continuación unidades de regulación o de control de cualquier
tipo.
Un intercambio de datos cíclico determinista,
equidistante, en los sistemas de comunicación se basa en una base de
pulso de reloj o bien de tiempo común de todos los componentes
implicados en la comunicación. La base de pulso de reloj o bien de
tiempo es transmitida desde un componente característico (percutor
de pulso de reloj) hacia los otros componentes. En el caso de
Ethernet en tiempo real isócrona, el pulso de reloj o bien la base
de tiempo está predeterminada por un maestro de la sincronización a
través de la emisión de telegramas de sincronización.
En la solicitud de patente alemana DE 100 58
524.8 se publican un sistema y un procedimiento para la transmisión
de datos a través de redes de redes de datos conmutables,
especialmente Ethernet, que permite un funcionamiento mixto de
comunicación de datos crítica en tiempo real y no crítica en tiempo
real, especialmente comunicación de datos basada en Internet o bien
en Intranet.
Se conoce, además, a partir del estado de la
técnica, que los componentes de una red de datos conmutable toman la
decisión sobre qué puerto de un nodo de acoplamiento debe enviarse
un telegrama de datos, con la ayuda de tablas de direcciones
dinámicas. Una tabla dinámica de direcciones memoriza en cada caso
direcciones de estaciones de componentes de la red y la indicación
del puerto, a través del cual debe enviarse un telegrama de datos a
estos usuarios de la red. Puesto que la configuración de la red (por
ejemplo, a través de activación/desactivación o bien fallo o
recableado) se puede modificar dinámicamente y puesto que en virtud
de la capacidad de memoria limitada no todas las direcciones de las
estaciones se pueden memorizar al mismo tiempo en una tabla de
direcciones, las entradas de las tablas administradas por los
componentes de la red, es decir, por ejemplo, por un nodo de
acoplamiento, se pueden modificar de forma dinámica.
Puesto que los componentes de una red de datos,
por ejemplo, pueden fallar o bien pueden ser recableados, puede
estar previsto un mecanismo de modificación que puede reconocer una
entrada de direcciones como no válida cuando se cumple una
determinada condición del procedimiento de modificación
seleccionado.
Se conoce a partir del estado de la técnica un
procedimiento de modificación correspondiente, en el que dentro de
un intervalo de tiempo que se puede fijar por medio de parámetros,
debe recibirse un telegrama de datos desde el componente de la red
respectivo con la dirección de la estación registrada en la tabla de
direcciones, con el fin de que permanezca identificado como
válido.
La figura 1 muestra una red de datos
correspondiente, conocida a partir del estado de la técnica. La red
de datos 1 contiene un nodo de acoplamiento 2 con los puertos A, B,
C y D así como un nodo de acoplamiento 3 con los puertos E, F, G y
H. El puerto C del nodo de acoplamiento 2 está conectado con un
componente de automatización 4 y el puerto B está conectado con otro
nodo de acoplamiento, que se muestra en la figura 1 para mayor
claridad.
Además, el puerto D está conectado con el puerto
E del nodo de acoplamiento 3. Los puertos F, G y H del nodo de
acoplamiento 3 están conectados con los componentes de
automatización 5, 6 y 7, respectivamente.
Cada uno de los nodos de acoplamiento 2 y 3
contiene una tabla de direcciones 8. Cada línea de una tabla de
direcciones 8 contiene una dirección de la estación de uno de los
componentes de la red de datos 1, es decir, por ejemplo, de uno de
los componentes de automatización 4, 5, 6 ó 7. Además, una línea
respectiva de la tabla de direcciones 8 del nodo de acoplamiento
contiene una indicación del puerto de este nodo de acoplamiento,
desde el que debe transmitirse un telegrama de datos recibido desde
el nodo de acoplamiento con la dirección de la estación como
dirección de destino. Además, una línea de este tipo de la tabla de
direcciones 8 contiene una entrada con relación a la modificación de
la entrada en la línea respectiva, es decir, con relación a la
validez de esta entrada.
Se genera una entrada en una línea de la tabla
de direcciones 8 cuando se recibe un telegrama de datos 9 con una
dirección fuente y una dirección de destino, por ejemplo en el
puerto A del nodo de acoplamiento 2. En este caso se puede tratar,
por ejemplo, de un telegrama de datos de Ethernet.
El hecho de que en el puerto A haya sido
recibido un telegrama de datos con la dirección fuente respectiva,
se establece en la tabla de direcciones 8 como entrada en una línea
de la tabla de direcciones. Un bit de modificación en la línea
respectiva de la tabla de direcciones 8 se coloca, por ejemplo, en 0
para indicar la actualidad de esta entrada.
Cada uno de los nodos de acoplamiento 2 y 3
tiene una base de tiempo, que se aplica en cada caso de una forma
global para la tabla de direcciones 8. La base de tiempo puede estar
realizada con un contador, que cuenta en cada caso hasta un valor
umbral.
Después de que ha sido generada una entrada
actual en la tabla de direcciones 8, y el contador ha sido repuesto,
se cambia el bit de modificación, por ejemplo, de 0 a 1. La entrada
es entonces siempre todavía válida. Cuando en un instante, en el que
el bit de modificación está colocado en 1, se recibe otro telegrama
de datos 9, se repone el bit de modificación de nuevo, por ejemplo,
a 0. Si éste no es el caso, entonces en la siguiente reposición del
contador, se coloca el bit de modificación, por ejemplo, en 2, lo
que indica que la entrada no es válida.
La administración de las tablas de direcciones 8
se realiza en este caso por medio de un programa 10.
En los telegramas de datos se distingue, en
general, entre las siguientes categorías:
- -
- Telegramas Unicast, que están dirigidos a un único componente de la red,
- -
- Telegramas Multicast, que están dirigidos a un grupo de componentes de la red,
- -
- Telegramas Broadcast, que están dirigidos a todos los componentes de una red.
Si un componente de la red recibe un telegrama
Unicast o Multicast, este componente decide con la ayuda de una
tabla de direcciones Unicast o Multicast, sobre qué puerto o sobre
qué puertos debe transmitirse este telegrama. Mientras que las
entradas de una tabla de direcciones Multicast son predeterminadas
por el proyecto, la tabla de direcciones Unicast contiene, además de
las entradas proyectadas, también entradas dinámicas.
Puesto que los telegramas de Broadcast están
dirigidos a todos los componentes de la red, éstos son enviados
siempre a través de todos los puertos y son transferidos a la
interfaz de usuario local de los componentes de la red. Por lo
tanto, los telegramas de Broadcast pueden cargar en una medida
considerable a una red y a las unidades de cálculo de las interfaces
de usuario.
Los nodos de acoplamiento habituales, que
trabajan en el plano OSI Capa 2, forman su tabla de direcciones con
la ayuda de las direcciones fuente de los telegramas recibidos. En
la tabla de direcciones están anotados la dirección y el puerto, en
el que ha sido recibido el telegrama correspondiente. Los telegramas
recibidos con una dirección de destino, que está presente en la
tabla de direcciones, son distribuidos de una manera selectiva al/a
los puerto/puertos registrado(s) en la tabla de direcciones,
con lo que se consigue una reducción de la carga en la red.
En otra red que trabaja con conmutadores, se
utilizan con frecuencia comunicaciones bidireccionales (por ejemplo
comunicaciones TCP/IP) entre aparatos terminales conectados. Debido
a las propiedades de filtro de los nodos de acoplamiento, estas
comunicaciones bidireccionales (tráfico Unicast) permanecen
limitadas a la parte de la red, en la que están conectados los
aparatos terminales correspondientes. En cambio, los telegramas de
Broadcast son distribuidos en toda la red de capa 2 y conducen a
que, cuando están conectados muchos aparatos terminales,
"rebosen" las tablas de direcciones de los conmutadores que
están limitadas en su tamaño, es decir, que no se pueden memorizar
ya nuevas direcciones fuente.
Esto conduce a que entonces también se
distribuya el tráfico de datos Unicast, en parte, sobre todos los
puertos de un conmutador, de manera que se reduce el desacoplamiento
de carga en la red. Un método utilizado con frecuencia para la
reducción de los telegramas de Broadcast consiste en limitar el
número de los telegramas de Broadcast emitidos a un valor umbral
regulable. En general, se trata de trabajar con tablas de
direcciones muy grandes, que necesitan un espacio de memoria
correspondientemente grande o se tolera un desacoplamiento reducido
de la carga.
Se conoce a partir del documento EP 0 841 782 A1
un procedimiento para el funcionamiento de un nodo de acoplamiento
en una red, en el que para la reducción de la carga de la red se
limita la propagación de telegramas de Broadcast. El nodo de
acoplamiento dispone de una tabla dinámica de direcciones, que le
posibilita buscar direcciones, que el nodo ha recibido en telegramas
anteriores, y transmitir telegramas Unicast de una manera selectiva
a estas direcciones. Cuando un telegrama de Broadcast o un
telegrama con una dirección desconocida son recibidos en un puerto
del nodo de acoplamiento, se transmite el telegrama hacia un Motor
de Conmutación Virtual. Éste identifica cada dirección desconocida
y el telegrama es transmitido a través de los puertos adecuados.
Mientras el Motor de Conmutación Virtual espera una respuesta al
telegrama, registra la dirección fuente del telegrama en la tabla
dinámica de direcciones con una indicación acerca del puerto en el
que está conectada la fuente del telegrama. Cuando el Motor de
Conmutación Virtual recibe una respuesta al telegrama transmitido,
entonces registra en la tabla dinámica de direcciones el puerto en
el que está conectado el aparato que ha contestado. Para la
reducción de la carga de la red, el Motor de Conmutación Virtual
contesta a los telegramas de Broadcast para todas las direcciones
conocidas como Proxy, sin transmitirlas a través de los otros
puertos.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
crear un procedimiento mejorado para el funcionamiento de un nodo de
acoplamiento en una red de datos, así como un producto de programa
de ordenador correspondiente, un nodo de acoplamiento y un sistema
de comunicación.
Los cometidos en los que se basa la invención se
solucionan con las características de las reivindicaciones de
patente independientes respectivas. Las formas de realización
preferidas de la invención se indican en las reivindicaciones de
patente dependientes.
De acuerdo con la invención, se verifica un
telegrama de datos recibido por un nodo de acoplamiento para
determinar si se trata de un telegrama de Broadcast. Si no se trata
de un telegrama de Broadcast, sino de un telegrama de Unicast,
entonces se transfiere la dirección fuente del telegrama de datos a
una tabla dinámica de direcciones. Sin embargo, para el caso de que
en el telegrama de datos recibido se trate de un telegrama de
Broadcast, no se lleva a cabo ninguna transferencia de la dirección
fuente a la tabla dinámica de direcciones, sino que el telegrama de
datos se transmite solamente a través de los otros puertos del nodo
de acoplamiento. El motivo de ello es el reconocimiento de que un
telegrama de Broadcast no contiene ninguna información relevante
con respecto al "aprendizaje" de la tabla dinámica de
direcciones, sino que ésta solamente "rebasa" con información
no relevante, de manera que se puede perder también información
valiosa con respecto a las direcciones fuente de los telegramas de
Unicast. En virtud de ello, de acuerdo con la invención, no se
utilizan telegramas de Broadcast para el entrenamiento de la tabla
dinámica de direcciones.
Por otra parte, pueden existir direcciones, en
las que el aprendizaje de la tabla de direcciones es conveniente
también con telegramas de Broadcast. Para tales casos es ventajoso
que el aprendizaje de la tabla de direcciones se puede regular o
bien ajustar a través de telegramas de Broadcast.
De acuerdo con una forma de realización
preferida de la invención, se lleva a cabo la verificación de si en
un telegrama de datos recibido se trata de un telegrama de
Broadcast, con el apoyo de hardware. A tal fin, se utiliza de una
manera preferida un circuito lógico especializado, como por ejemplo
ASIC. Esto tiene la ventaja de que el procesador, en el que se
ejecuta la aplicación, no debe detenerse a través de la verificación
de si en un telegrama de datos recibido se trata de un telegrama de
Broadcast.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida de la invención, con la ayuda de la dirección se verifica
si se trata de un telegrama de Broadcast.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida de la invención, se verifica un telegrama de datos
recibido por un nodo de acoplamiento para determinar si contiene una
solicitud ARP (ARP: Protocolo de Resolución de Direcciones) del
Protocolo de Internet (IP). Cuando éste es el caso, de ello se
deduce que se trata de un telegrama de Broadcast. Solamente para el
caso de que la dirección de destino IP del telegrama de datos
recibido sea igual a la dirección de la estación IP del nodo de
acoplamiento, se transfiere el telegrama de datos a la interfaz de
usuario.
Los telegramas de solicitud de ARP permiten una
reproducción de direcciones IP en direcciones físicas (Capa 2), por
ejemplo direcciones de Ethernet. Los telegramas de solicitud de ARP
se pueden reconocer en identificaciones especiales de un cuadro MAC,
en Ethernet, por ejemplo, en la identificación del tipo 0806H. Las
informaciones necesarias de la Capa 3 están contenidas en el campo
de datos útiles de estos telegramas MAC.
La presente invención se puede emplear de una
manera especialmente ventajosa para
- -
- una descarga de las unidades de cálculo de los componentes de la red a través de filtrado de telegramas ARP no necesarios,
- -
- un desacoplamiento de la función de filtro de las entradas en la tabla de direcciones Unicast con respecto al número de los telegramas de Broadcast recibidos con diferentes direcciones fuente.
Especialmente ventajoso es el empleo de los
mecanismos de filtro de acuerdo con la invención para telegramas de
Broadcast en el caso de la comunicación de Ethernet en tiempo real
en la zona del bus de campo.
Además, es especialmente ventajoso que los
procedimientos publicados pueden ser utilizados o bien aplicados en
sistemas de automatización, especialmente en máquinas de envase,
prensas, máquinas de inyección de plástico, máquinas textiles,
máquinas de imprenta, máquinas herramientas, robots, sistemas de
manipulación, máquinas de procesamiento de madera, máquinas de
procesamiento de vidrio, máquinas de procesamiento de cerámica así
como en productos semiacabados.
Por lo demás, a continuación se explican en
detalle ejemplos de realización preferidos de la invención con
referencia a los dibujos. En este caso:
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un
sistema de comunicación conocido a partir del estado de la técnica
con tablas dinámicas de direcciones en los nodos de
acoplamiento.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de
una forma de realización del nodo de acoplamiento de acuerdo con la
invención.
La figura 3 muestra una representación
esquemática de un telegrama de datos con solicitud ARP.
La figura 4 muestra un diagrama de flujo para la
representación de una forma de realización preferida del modo de
trabajo del nodo de acoplamiento de la figura 2.
La figura 5 muestra una forma de realización de
un sistema de comunicación de acuerdo con la invención con un
telegrama de Broadcast.
La figura 6 muestra un sistema de comunicación
de la figura 5 con un telegrama de Unicast.
La figura 2 muestra un nodo de acoplamiento 100
de una red de datos, en el que en la red de datos se trata, por
ejemplo, de una Ethernet en tiempo real. El nodo de acoplamiento
tiene los puertos 102, 104, 106 y 108. A través de los puertos 102 a
108, el nodo de acoplamiento 100 está conectado con otros nodos de
acoplamiento o con nodos de destino de la red de datos.
El nodo de acoplamiento 100 tiene una tabla
dinámica de direcciones 110. Además, el nodo de acoplamiento 100
tiene un circuito lógico 112, en el que se trata con preferencia de
un módulo ASIC.
Además, el nodo de acoplamiento 100 tiene un
microprocesador 114, en el que se ejecuta una aplicación 116.
Cuando el nodo de acoplamiento 100 recibe un
telegrama de datos 118 en su puerto 102, entonces se verifica por
el circuito lógico 112 si se trata de un telegrama de Broadcast o de
un telegrama de Unicast. Cuando se trata de un telegrama de Unicast,
entonces se lleva a cabo una transferencia de la dirección fuente
del telegrama de datos 118 a la tabla de direcciones 110, para
adaptarla de una manera dinámica. En cambio, si se trata de un
telegrama de Broadcast, entonces solamente se lleva a cabo una
transmisión del telegrama de datos 118 a través de los otros puertos
del nodo de acoplamiento, es decir, los puertos 104, 106 y 108.
Para el caso de que se trate de un telegrama de
Broadcast y se utilice el protocolo ARP, se verifica, además, por el
circuito lógico 112 si la dirección de destino IP en el telegrama de
datos 118 coincide con la dirección de la estación IP del nodo de
acoplamiento. Solamente cuanto éste es el caso, se lleva a cabo una
transferencia del telegrama de datos 118 a la aplicación 116. Esto
tiene la ventaja de que la capacidad de procesamiento del procesador
114 no se carga a través de telegramas de Broadcast ARP, que no
están dirigidos al nodo de acoplamiento 100 como dirección de
destino IP.
Además, es especialmente importante que la tabla
dinámica de direcciones 110 no sea "rebosada" con direcciones
fuente de telegramas de Broadcast, sino que solamente se utilicen
telegramas de Unicast para la adaptación dinámica de la tabla de
direcciones 110.
Los telegramas de Broadcast pueden ser
reconocidos por el circuito lógico 112 con la ayuda de una dirección
MAC especial de Capa 2 del Modelo de 7 Capas (Interconexión de
Sistemas Abiertos), por ejemplo en una aplicación de Ethernet, en
que solamente se encuentran unos lógicos en el campo de la dirección
de destino.
Para el filtrado de telegramas de Broadcast se
contemplan los siguientes mecanismos de filtro:
A la interfaz de usuario de un componente de la
red solamente se transmiten telegramas de Broadcast de un tipo
determinado y de una dirección con parámetros de la Capa 3 del
Modelo de 7 Capas OSI. Un ejemplo son los telegramas de solicitud
ARP (ARP: Protocolo de Resolución de Direcciones) del Protocolo de
Internet (IP) con una dirección IP de destino, que debe ser igual a
la dirección IP propia. Todos los demás telegramas de Broadcast de
Capa 3 de este tipo son filtrados.
En general, en este caso se procede de una
manera preferida de tal forma que en los telegramas de Broadcast se
aplican reglas de filtro sobre el telegrama. Solamente cuando se
cumplen estas reglas de filtro, se transmite el telegrama a la
aplicación.
Otro mecanismo de filtro se ilustra en la figura
3. La figura 3 muestra un telegrama de datos 118 con una solicitud
ARP 120, que contiene una dirección IP de destino.
El telegrama de datos 118 tiene, además, una
zona de datos útiles 122 así como una cabecera de telegrama 124.
El telegrama de datos 118 con la solicitud ARP
120 permite una reproducción de direcciones IP en las direcciones
físicas (capa 2), por ejemplo direcciones de Ethernet. El
reconocimiento de la solicitud ARP 120 se puede realizar con la
ayuda de una identificación especial de un cuadro MAC, en Ethernet,
por ejemplo, en la identificación del tipo 0806H. Las informaciones
necesarias de la Capa 3 están contenidas en la zona de datos útiles
122.
El circuito lógico 112 (ver la figura 2)
verifica, por lo tanto, un telegrama de datos 118 recibido para
determinar si contiene una dirección de Broadcast o una solicitud
ARP 120. Si éste es el caso, entonces se trata de un telegrama de
Broadcast.
La figura 4 muestra un diagrama de flujo de una
forma de realización preferida de un procedimiento para el
funcionamiento de un nodo de acoplamiento, como se representa en la
figura 2.
En la etapa 400 se recibe un telegrama de datos
en un puerto del nodo de acoplamiento. En la etapa 402 se verifica
con el apoyo de hardware si en el telegrama de datos se trata de un
telegrama de Broadcast. Cuando éste no es el caso, se utiliza el
telegrama de datos para el entrenamiento de una tabla dinámica de
direcciones en la etapa 404. En la etapa 406 se transmite el
telegrama de datos a través de al menos un puerto del nodo de
acoplamiento de acuerdo con su dirección de destino, o se transfiere
a la aplicación del nodo de acoplamiento, cuando la dirección de
destino del telegrama de datos es igual a la dirección de la
estación del nodo de acoplamiento.
Cuando la verificación en la etapa 402 da como
resultado que se trata de un telegrama de Broadcast, entonces se
verifica en la etapa 408 si la dirección IP de destino del telegrama
de Broadcast es igual a la dirección de la estación IP del nodo de
acoplamiento. Cuando éste es el caso, se transfiere el telegrama de
Broadcast en la etapa 410 a la aplicación cuando se cumplen las
reglas de filtro. Además, en la etapa 412 se lleva a cabo una
transmisión del telegrama de Broadcast a través de todos los otros
puertos del nodo de acoplamiento.
La figura 5 muestra un sistema de comunicación
con una red de datos 600, en la que están acoplados los usuarios
Tn_1, Tn_2, Tn_3, Tn_4 y Tn_5. Los usuarios están constituidos en
este caso, en principio, iguales que el nodo de acoplamiento 100 de
la figura 2. El usuario Tn_1 solamente reconoce la dirección IP de
Tn_5. Para experimentar también la dirección física MAC, Tn_1 emite
una solicitud ARP como telegrama de Broadcast. Con la función de
filtro de acuerdo con la invención, solamente se transmite este
telegrama a la aplicación de Tn_5, es decir, que ninguna interfaz de
usuario de otro nodo de la red recibe esta solicitud ARP.
La figura 6 muestra la red de datos 600, después
de que el usuario Tn_5 ha recibido el telegrama de Broadcast con la
solicitud ARP desde el usuario Tn_1. El usuario Tn_5 procesa la
solicitud ARP y contesta al usuario Tn_1 con una dirección MAC, que
corresponde a la dirección IP de destino. Esta respuesta se lleva a
cabo, por lo tanto, en forma de un telegrama de Unicast.
Claims (11)
1. Procedimiento para el funcionamiento de un
nodo de acoplamiento (100) en un bus de campo de un sistema de
automatización, en el que el bus de campo está configurado para la
comunicación en tiempo real, con las siguientes etapas.
- -
- recepción (400) de un telegrama de datos (118) en un primer puerto (102) del nodo de acoplamiento (100),
- -
- verificación (402) de si en el telegrama de datos se trata de un telegrama de datos de Broadcast, y para el caso de que no se trate de un telegrama de datos de Broadcast,
- -
- transferencia (404) de la dirección fuente del telegrama de datos a una tabla dinámica de direcciones (110), y para el caso de que se trate de un telegrama de datos de Broadcast,
- -
- transmisión (412) del telegrama de datos a través de otros puertos (104, 106, 108) del nodo de acoplamiento, sin transferir la dirección fuente del telegrama de datos a la tabla dinámica de direcciones (110).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que para la verificación de si en el
telegrama de datos se trata de un telegrama de datos de Broadcast,
se verifica si el telegrama de datos contiene una solicitud ARP
(120).
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en el que para el caso de que en el telegrama
de datos se trate de un telegrama de datos de Broadcast, se compara
una dirección de destino IP del telegrama de datos con la dirección
IP del nodo de acoplamiento y no se lleva a cabo ninguna transmisión
del telegrama de datos a través de los otros puertos del nodo de
acoplamiento, cuando la dirección de destino IP coincide con la
dirección IP del nodo de acoplamiento.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores 1 a 3, en el que el telegrama de datos
de Broadcast de una aplicación del nodo de acoplamiento (410)
solamente se transfiere cuando la dirección de destino IP coincide
con la dirección IP del nodo de acoplamiento.
5. Producto de programa de ordenador en un nodo
de acoplamiento (100) en un bus de campo de un sistema de
automatización, en el que el bus de campo está configurado para la
comunicación en tiempo real, con medios de programa para la
realización de las siguientes etapas:
- -
- recepción (400) de un telegrama de datos (118) en un primer puerto (102) del nodo de acoplamiento,
- -
- verificación (402) de si en el telegrama de datos se trata de un telegrama de datos de Broadcast, y para el caso de que no se trate de un telegrama de datos de Broadcast,
- -
- transferencia (404) de la dirección fuente del telegrama de datos a una tabla dinámica de direcciones, y para el caso de que se trate de un telegrama de datos de Broadcast,
- -
- transmisión (412) del telegrama de datos a través de otros puertos del nodo de acoplamiento, sin transferir la dirección fuente del telegrama de datos a la tabla dinámica de direcciones (110).
6. Producto de programa de ordenador de acuerdo
con la reivindicación 5, en el que los medios de programa están
configurados de tal forma que para la verificación de si en el
telegrama de datos se trata de un telegrama de datos de Broadcast,
se verifica si el telegrama de datos contiene una solicitud ARP
(120).
7. Producto de programa de ordenador de acuerdo
con la reivindicación 5 ó 6, en el que los medios de programa están
configurados de tal forma que el telegrama de datos de Broadcast de
una aplicación del nodo de acoplamiento solamente se verifica cuando
la dirección de destino IP coincide con la dirección IP del nodo de
acoplamiento.
8. Nodo de acoplamiento en un bus de campo de un
sistema de automatización, en el que el bus de campo está
configurado para la conmutación en tiempo real, con
- -
- varios puertos (102, 104, 106, 108) para la recepción (400) y para la emisión de telegramas de datos (118),
- -
- una tabla dinámica de direcciones (110),
- -
- medios (112) para la verificación (402) de si en un telegrama de datos recibido se trata de un telegrama de datos de Broadcast,
- -
- medios (112) para la transferencia (404) de una dirección fuente del telegrama de datos recibido a la tabla dinámica de direcciones, cuando no se trata de un telegrama de datos de Broadcast,
- -
- y cuando se trata de un telegrama de datos de Broadcast, medios para la transferencia (412) del telegrama de datos recibido a través de todos los otros puertos del nodo de acoplamiento, sin transferir la dirección fuente del telegrama de datos a la tabla dinámica de direcciones (110).
9. Nodo de acoplamiento de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que los medios para la verificación están
configurados de tal forma que para la verificación de si en el
telegrama de datos se trata de un telegrama de datos de Broadcast,
se verifica si el telegrama de datos contiene una solicitud ARP
(120).
10. Nodo de acoplamiento de acuerdo con la
reivindicación 8 ó 9, en el que los medios para la transferencia
están configurados de tal forma que su suprime una transferencia
para el caso de que en el telegrama de datos se trate de un
telegrama de datos de Broadcast, y una dirección de destino IP del
telegrama de datos coincide con la dirección IP del nodo de
acoplamiento.
11. Nodo de acoplamiento de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores 8, 9 ó 10, con medios para la
transferencia (410) del telegrama de datos de Broadcast a una
aplicación del nodo de acoplamiento, cuando la dirección de destino
IP coincide con la dirección IP del nodo de acoplamiento.
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