Mô hình OSI qui định tối đa 7 lớp tham chiếu. 3 lớp dưới tham chiếu cho các giao thức điều khiển truyền dữ liệu trên các đường truyền. Các lớp trên cùng tham chiếu cho các giao thức định dạng dữ liệu cho các ứng dụng.
Đối với các ứng dụng trong công nghiệp, các giao thức sử dụng không nhất thiết phải cùng họ. Ví dụ Modbus không nhất thiết phải chỉ sử dụng giao diện RS485. Để
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
đơn giản hóa việc xây dựng cấu hình mạng, ngày nay có nhiều sản phẩm tạo các giao diện ảo. Ví dụ bộ RS232 Server cho phép máy tính kết nối qua TCP/IP (lớp dưới) với một Server quản lý nhiều kênh RS232. Ta gọi đó là RS232-TCP/IP.
Tương tự như vậy, ta có thêm Modbus TCP/IP, IEC870-5-101-TCP/IP (đó chính là IEC870-5-104).
Các giao thức ICCP và ELCOM90 là giao thức bậc cao ngay từ đầu đã chọn lớp dưới là TCP/IP.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 2.4 : Bảng quy chiếu tính năng của các giao diện cơ bản trong hệ thống mạng công nghiệp.
Giao diện Đơn/Đa truy cập
Mức độ đơn giản
– phức tạp
Thời gian xuất hiện
Tốc độ truyền/
độ dài cáp
Môi trường truyền
tin
Khả năng chống nhiễu
Tính thời gian thực
Điều khiển lưu lượng
Khả năng kết nối
hệ thống Đánh giá chung
RS232 Đơn Đơn giản 1962 Dưới
100kbps
Dùng
cáp Chưa cao Rất tốt
sử dụng 4 tín hiệu (RTS,CTS,DTR
,DSR)
Chỉ cho phép ghép nối một-
một
Cổng nối tiếp, tốc độ truyền tin chậm. truyền dẫn sử dụng
tín hiệu đơn
RS485/422 Đa Đơn giản 1962 Đến
100kbps
Dùng
cáp Tốt
tốt nhờ tốc độ
cao
Bằng giao thức
RS-485 là một giao diện đa điểm, dùng đường truyền vi sai
Truyền dẫn sử dụng tín vi sai, tốc độ truyền tin cao hơn
RS232
X25 Đa Phức tạp 1970 64Kbps Dùng
cáp tốt không
tốt
sử dụng chức năng dồn kênh
X25 là một giao diện đa điểm
Hiện nay không còn phù hợp với công nghệ truyền số liệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ETHENET Đa Phức tạp 1970
10 đến 100Mbp
s
dùng cáp, sóng
T ốt
tốt nhờ tốc độ
cao
Bằng giao thức
sử dụng Switch,
phát sóng Ethernet có mặt mọi nơi
Bảng 2.5 : Bảng quy chiếu tính năng của các giao thức cơ bản trong hệ thống mạng công nghiệp.
Giao thức Đơn/Đa truy cập
Mức độ đơn giản
– phức tạp
Thời gian xuất hiện
Khả năng chống
nhiễu
Tính thời gian thực
Giao diện áp
dụng
Miền áp dụng
Khả năng kết nối hệ
thống Đánh giá chung
MODBUS Đa Đơn giản 1979 Tốt
Tùy giao diện
RS485/
RS232
Hiện trường
Cả mạng point-to-point và multidrop
Giao thức được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
Profinet Đa Phức tạp 1991 Tốt
Tùy giao diện
Các loại Hiện trường
Có khả năng đồng hóa các bus trường khác như
DeviceNet, Foundation Fieldbus và Modbus
Profinet được chào hàng là một giao thức chứa đựng tất
cả các chuẩn công nghiệp
;đang được ưa chuộng.
TCP/IP Đa Phức tạp 1982 Tốt
Tùy giao diện
Các loại
CC-CC Và lớp
trên
TCP/IP là bộ giao thức cho phép kết nối các hệ thống mạng không đồng
TCP/IP: Không phải là giao thức công nghiệp, nhưng là
giao thức chiếm lĩnh thị
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(văn phòng)
nhất với nhau trường
IEC 870 – 5
-101 Đơn Đơn giản 1990 Tốt Tốt RS232 GW-CC
chứa tất cả các yếu tố cần thiết để tương thích với
hệ thống
Được Tập đoàn điện lực phê duyệt là giao thức chuẩn kết nối hệ thống SCADA trong
toàn ngành.
IEC 870 – 5
-103 Đơn Phức tạp 1990 Tốt Tốt RS232/
422/485
Hiện trường
là giao thức chuẩn qui định kết nối các thiết bị thuộc dây chuyền công nghệ sản xuất với các
thiết bị đầu cuối
được sử dụng để ghép nối trực tiếp với thiết bị vào ra
của RTU
IEC 870 – 5
-104 Đa Phức tạp 1990 Tốt Tốt Ethernet GW-CC
phù hợp cho truyền dữ liệu qua Ethernet & nối tiếp dòng (PPP - Point-to-
Point Protocol)
Là IEC 870 – 5 -101 áp dụng trên giao diện Ethernet ICCP và
ELCOM90 đa Phức tạp 1990 Tốt Tốt Ethernet CC-CC Kết nối dữ liệu giữa các Trung tâm điều hành
Áp dụng cho liên kết giữa các trung tâm điều khiển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mô hình OSI 7 lớp và cách sử dụng trong ứng dụng công nghiệp
Năm 1984 ISO đưa ra ―Mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở‖ (Reference Model for Open Systems Interconnection - OSI)
Mô hình tham chiếu OSI kết nối các hệ thống mở là một thiết kế dựa trên nguyên tắc phân lớp quá trình TSL, để mô tả kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy vi tính và thiết kế giao thức giữa chúng. Ta còn gọi là mô hình bảy lớp OSI.
- Mô hình OSI gồm 7 lớp. Xem hình vẽ.
- Dòng dữ liệu từ 1 trạm đi từ tầng cao nhất xuống tầng 1, qua kênh truyền đến tầng 1 trạm thứ 2 rồi đi ngược lên tầng cao nhất của trạm này.
- Giao diện nằm ở tầng 1
- Giao thức quy định cách thức trao đổi dữ liệu giữa 2 tầng tương đương.
Application
Presentation
Session
Transport
Newtork
Data Link
Physic
¦ng dông
Thể hiện
Thoả thuận
Giao vËn
Mạng
Liên kết
VËt lý Dữ liệu
Dữ liệu
Dữ liệu Phân đoạn
dữ liệu
Gãi tin
Khung tin
Bit, byte Không
liên kết
Cã Liên
kÕt
Dòng dữ liệu
7
6
5
4
3
2
1
Đóng gói dữ liệu
Hình 2.21 : Mô hình OSI - Mô tả ý nghĩa các tầng như sau:
Tầng vật lý:
Tầng vật lý định nghĩa tất cả các đặc tả về điện và vật lý cho các thiết bị. Trong đó bao gồm bố trí của các chân cắm, điện ápvà các đặc tả về cáp nối. Các thiết bị
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
tầng vật lý bao gồm Modem, Hub, bộ lặp (repeater), .... Tầng này thao tác trên các bit (hoặc byte) dữ liệu.
Tầng Liên kết dữ liệu:
Tầng này quy định cách thức trao đổi dữ liệu giữa 2 trạm, cho phép dữ liệu được truyền an toàn từ 1 trạm tới trạm thứ 2. Đó là các giao thức phục vụ TSL điểm-điểm. Ví dụ HDLC,... Tầng này thao tác trên các khung (frame) dữ liệu.
Tầng mạng:
Tầng này quy định cách thức trao đổi dữ liệu qua các mạng sao cho dữ liệu vẫn có thể đi từ 1 trạm tới trạm khác. Tầng này thực hiện chức năng định tuyến, điều khiển lưu lượng, phân đoạn và hợp đoạn, kiểm soát lỗi,... Router là 1 ví dụ thiết bị ở tầng này. Tầng này thao tác trên các gói dữ liệu.
Tầng giao vận:
Tầng này quy định cách thức trao đổi dữ liệu dưới dạng dịch vụ chuyển dữ liệu giữa người sử dụng. Tầng này kiểm soát độ tin cậy của một kết nối, theo dõi các gói tin và truyền lại các gói bị lỗi. Tầng này thao tác trên các phân đoạn (segment) DL.
Tầng thoả thuận (còn goi là phiên do dịch từ session):
Chức năng chính của tầng này là kiểm kiểm soát các (phiên)hội thoại giữa các máy tính. Tầng này thiết lập, quản lý và kết thúc các kết nối giữa ứng dụng tại trạm và ứng dụng ở xa. Tầng này thao tác trên DL toàn bộ trước khi phát và sau khi thu.
Tầng thể hiện (còn goi là trình diễn):
Tầng này có chức năng chuyển đổi dữ liệu sang dạng phù hợp để cung cấp cho tầng ứng dụng. Tầng này thao tác trên dữ liệu toàn bộ.
Tầng ứng dụng:
Tầng này xử lý dữ liệu và cung cấp giao diện cho người sử dụng. Tầng này thao tác trên dữ liệu toàn bộ.
- Đóng gói dữ liệu:
- Do chỉ thao tác trên các đơn vị nhỏ hơn dữ liệu tổng thể nên các giao thức từ tầng 1 đến tầng 3 thuộc loại có liên kết (giữa 2 trạm để hoàn tất dữ liệu). Ở đây đòi hỏi cả 2 trạm làm việc để trao đổi thông tin.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Việc đóng gói các đơn vị dữ liệu ở đây thực hiện cả phía trước và phía sau dòng dữ liệu.
- Giao thức từ tầng 4 đến 6 thao tác trên dữ liệu tổng thể nên 2 trạm không cần giao tiếp trực tiếp.
- Việc đóng gói dữ liệu chỉ ở phía trước, đây là phần là mô tả dữ liệu.
Nhận xét chung về các giao thức khác khi đối chiếu với OSI
MODBUS: thực chất ko phải là một hệ thống bus đầy đủ mà chỉ là một giao thức thuộc lớp ứng dụng (lớp 7) (nó ko qui định đến tầng vật lý của ta sử dụng là gì.
Ta có thể dùng RS485, 232 đều được.
CAN: Cũng giống MODBUS nó không phải là hệ thống bus đầy đủ mà chỉ là giao thức từ tầng trên của lớp vật lý (lớp 1) tới hết lớp liên kết dữ liệu (lớp 2).Nó ko qui định cụ thể về chuẩn chuyền dẫn cũng như môi trường truyền thông thường thì Can sử dụng chuẩn vật lý RS485 với đôi dây xoắn hoặc cáp quang.
PROFIBUS: Là một hệ thống mạng bus đầy đủ được qui định trong chuẩn IEC nó qui từ lớp vật lý đến lớp ứng dụng từ cứng đến mềm.
Mô hình OSI (Open System Interconnection).
Tạm dịch là Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở - là một thiết kế dựa vào nguyên lý lớp cấp, lý giải một cách trừu tượng là kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy vi tính và thiết kế giao thức mạng giữa chúng. Mô hình này được phát triển thành một phần trong kế hoạch kết nối các hệ thống mở (Open Systems Interconnection) do ISO và IUT-T khởi xướng. Nó còn được gọi là Mô hình bảy lớp của OSI.
Thông thường thì chỉ có những lớp thấp hơn là được cài đặt trong phần cứng, còn những lớp khác được cài đặt trong phần mềm.
Lý do chính của việc chia làm bảy lớp trong mô hình này là tránh xảy ra trường hợp: một ứng dụng giao tiếp trực tiếp với một ứng dụng khác trên máy mà nó kết nối.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn