4.4
Vrstvy komunikace a prvky sítě
V datových sítích se používají komunikační protokoly, rozdělené hierarchicky do vrstev směrem vzestupně od fyzického média až po aplikační vrstvu. Nejdůležitější vrstvy si nyní připomeneme.
Interaktivní prvek 7. Přiřaďte vybraným vrstvám komunikačního modelu TCP/IP přenosové jednotky (typické označení bloků přenášených dat).
Definice
Přenosová rychlost, jak z principu fungování vrstvového modelu komunikace vyplývá, je různá na různých jeho vrstvách.
Např. na rozhraní Ethernet se jmenovitou rychlostí 100 Mbit/s nelze na IP vrstvě dosáhnout pro uživatelská data rychlosti 100 Mbit/s. Důvodem jsou přidávaná záhlaví na jednotlivých vrstvách komunikace:
  • Fyzická vrstva – přenos bitového toku (modulační rychlost 125 MBd v důsledku kódování 4 bity na 5 bitů)
  • Spojová vrstva – přenos Ethernet rámců (přenosová rychlost 100 Mbit/s včetně záhlaví 38 až 42 bajtů)
  • Síťová vrstva – přenos IP paketů (záhlaví 20 bajtů pro IPv4)
  • Transportní vrstva – přenos segmentů dat (záhlaví 20 bajtů pro TCP)
Pro extrémně krátké pakety může být režie (poměr záhlaví oproti celému bloku dat) i více než 50%, což je častý případ povelů v průmyslových systémech. Pro dostatečně velké pakety (typicky 1500 bajtů) ale nejsou rozdíly zásadní, protože záhlaví je relativně malé oproti velikosti paketu (režie cca 5%).
Definice
Protokol TCP je vhodný i pro komunikaci v průmyslových systémech, protože zajišťuje spolehlivé doručení dat díky opakování nedoručených nebo poškozených datových segmentů. Dokáže též přizpůsobovat rychlost odesílání dat momentálně dostupné přenosové kapacitě.
Konkrétně pro komunikaci SCADA systémů dominuje protokol IEC 60870-5-104 využívající běžné komunikace TCP/IP. Další významná skupina protokolů IEC 61850 využívá buď přímo Ethernet (procesní sběrnice rozvoden s přenosem měřených dat a povelů v reálném čase), nebo TCP/IP protokoly pro dálkové řízení a měření.
Pro systémy měření a ovládání odběrných míst (AMM) se používají speciální protokoly aplikační vrstvy DLMS/COSEM (Device Language Message Specification / Companion Specification for Energy Metering). Jejich součástí je jednotné označování měřených veličin (tzv. OBIS kódy), různé způsoby výměny dat i zabezpečení dat proti neoprávněnému zásahu. Je možné využít různých kombinací protokolů nižších vrstev, včetně TCP/IP.