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INPE-9663-NTC/356
PROTOCOLOS DE REDES PARA AMBIENTES DE SIMULAÇÃODISTRIBUIDA.
Gilberto da Cunha Trivelato
INPESão José dos Campos
2003
RESUMO
Esta nota técnica é um texto introdutório contendo um resumo dos conceitos básicos de
comunicação entre computadores e sobre alguns protocolos de redes utilizados em
simulação distribuída na área aeroespacial. São apresentados resumidamente: 1)
conceitos básicos sobre comunicação humana; 2) princípios básicos sobre interações
entre pessoas e computadores; 3) as organizações de padrões para comunicação de rede
de dados; 4) tecnologias de ligações físicas de redes incluindo Ethernet, FDDI e ATM;
5) o modelo OSI de camadas para conexão de redes de computadores; 6) o protocolo
TCP/IP; 7) o protocolo UDP/IP; 8) uma comparação de serviços TCP/IP e UDP; 9)
protocolos TDMA; 10) o protocolo MIL-STD-1553; e, 11) o protocolo ARINC 429.
Palavras Chave: Simulação Distribuída, Redes de Computadores, Ethernet, FDDI,
ATM, modelo OSI, TCP/IP, UDP/IP, TDMA, MIL-STD-1553, ARINC 429.
ABSTRACT
This technical note presents an introductory lecture including a brief description of basic
concepts about computer communications and about some network protocols used in
the aerospace distributed simulation area. It briefly presents: 1) basic concepts about
human communications; 2) basic principles about interactions between people and
computers; 3) standard organizations for data network communications; 4) physical
network connections technology including Ethernet, FDDI e ATM; 5) the OSI model
for layers in data network communications; 6) the TCP/IP protocol; 7) the UDP/IP
protocol; 8) a comparison between TCP/IP and UDP services; 9) TDMA protocols; 10)
the MIL-STD-1553 protocol; e, 11) the ARINC 429 protocol.
Keywords: Distributed Simulation, Computer Networks, Ethernet, FDDI, ATM, OSI
model, TCP/IP, UDP/IP, TDMA, MIL-STD-1553, ARINC 429.
SUMÁRIO
Pág.
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................ 4LISTA DE TABELAS............................................................................................................ 5LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ............................................................................ 61 COMUNICAÇÃO INICIAL – HUMANA .............................................. 82 INTERAÇÕES ENTRE PESSOAS E COMPUTADORES .................... 83 ORGANIZAÇÕES DE PADRÕES.......................................................... 94 TECNOLOGIAS DE LIGAÇÕES FÍSICAS DE REDES ..................... 104.1 Ethernet...................................................................................................104.2 FDDI (“Fiber Distributed Data Interconnect”).......................................124.3 ATM (“Asynchronous Transfer Mode”) ................................................135 MODELO DE CAMADAS PARA REDES DE COMPUTADORES
(“OSI MODEL”) ................................................................................. 136 TCP/IP (“TRANSFER CONTROL PROTOCOL/INTERNET
PROTOCOL”) ..................................................................................... 167 UDP/IP (“USER DATA PROTOCOL/INTERNET PROTOCOL”) ..... 198 TCP/IP E UDP........................................................................................ 219 TDMA (“TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS”)............................ 229.1 MIL-STD-1553.......................................................................................239.2 ARINC 429.............................................................................................25REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 27
4
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2-1 - Comunicação entre usuário e computador via terminal (Fonte: Martin,1995). ........................................................................................................... 8
FIGURA 3-1 - Organizações de Padrões (Fonte: Martin, 1995)...................................... 9FIGURA 4-1 - Formato do pacote Ethernet precedido de um preâmbulo (Fonte:
Comer, 2000). ............................................................................................ 12FIGURA 4-2 - Rede FDDI com seis computadores (Fonte: Comer, 2000). .................. 12FIGURA 5-1 - Estrutura de camadas do modelo OSI. ................................................... 14FIGURA 5-2 - Processos envolvidos nas camadas OSI................................................. 15FIGURA 5-3 - Estrutura básica de um frame (Fonte: Comer, 2000). ............................ 16FIGURA 6-1 - Comparação entre o modelo OSI e o protocolo TCP/IP (Fonte: Comer,
2000). ......................................................................................................... 16FIGURA 7-1 - UDP User Datagram (Fonte: Comer, 2000). ......................................... 19FIGURA 7-2 - Nível conceitual do UDP (Fonte: Comer, 2000). .................................. 20FIGURA 7-3 - Datagrama UDP encapsulado pelo IP (Fonte: Comer, 2000). ............... 20FIGURA 8-1 - Datagrama UDP encapsulado pelo IP (Fonte: Comer, 2000). ............... 21FIGURA 8-2 - Dependências entre protocolos TCP/IP (Fonte: Comer, 2000). ............ 22FIGURA 9-1 - TDMA Cronograma (Fonte:,). ............................................................... 23FIGURA 9-22 - Arquitetura básica de uma configuração 1553 (Fonte: Delong, 1991).24FIGURA 9-33 - Frame básico MIL-STD-1553 (Fonte: Delong, 1991). ....................... 25FIGURA 9-4 - Arquitetura básica de uma configuração ARINC (Fonte: SBS, 2001). . 26FIGURA 9-5 - Frame básico ARINC (Fonte: SBS, 2001)............................................. 26
5
LISTA DE TABELAS
TABELA 4-1 – Principais características de alguns padrões Ethernet (Fonte: Comer,2000) .......................................................................................................... 11
TABELA 5-1 - Descrição das camadas do modelo OSI. ............................................... 14
6
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AEEC - Airlines Electronic Engineering Committee
ANSI - American National Standards Institute
ARINC - Aeronautical Radio, Inc.
ASCII - American Standard Code for Information Interchange
ATM - Asynchronous Transfer Mode
BGP - Border Gateway Protocol
CCITT - International Telegraph and Telephone Consultative Committee
CRC - Cyclic Redundancy Check
CSMA/CD? - Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection
DARPA - Defense Advanced Research Projects Agency
DNS - Domain Name Service
ECMA - European Computer Manufacturers Association
EIA - Electronics Industry Association
FDDI - Fiber Distributed Data Interconnect
FTP - File Transfer Protocol
HTTP - Hypertext Transfer Protocol
IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers
IMAP4 - Internet Message Access Protocol
ISO - International Standards Organization
LAN - Local Area Network
LRU - Line Replacement Unit
7
MAC - Medium Access Control
MIME - Multipurpose Internet Mail Extensions
OSI - Open Systems Interconnection
PARC - Palo Alto Research Center
POP3 - Post Office Protocol
RPC - Remote Procedure Call
SDI - Source/Destination Identifier
SMTP - Simple Mail Transfer Protocol
SSM - Source-Specific Multicast
TDMA - Time-Division Multiplexing Access?
TCP/IP - Transfer Control Protocol/Internet Protocol
TELNET - Implementação TCP/IP do serviço de terminal remoto
UDP /IP - User Data Protocol /Internet Protocol
WAN - Wide Area Network
8
1 COMUNICAÇÃO INICIAL – HUMANA
A comunicação entre dois seres humanos pode ser representada por funções que acontecem
em três níveis distintos: nível das idéias, nível da linguagem. Para que seja possível a
comunicação, as pessoas devem concordar em usar e, de fato, usar o mesmo meio físico para
comunicação. Se uma está falando mas a outra esta esperando uma carta, a comunicação não
acontece. Após a seleção do meio, é necessário que a linguagem de comunicação seja
compreendida por ambos. Se um fala Inglês e outro só entende Chinês, a comunicação não
surtirá o efeito desejado ainda que a voz seja escutada perfeitamente. No nível da idéias é
necessário que cada pessoa tenha uma idéia sobre o assunto e compreender os conceitos da
idéias que estão sendo discutidas. A mesma idéia de classificação por camadas é utilizada
para o modelamento da comunicação entre computadores.
2 INTERAÇÕES ENTRE PESSOAS E COMPUTADORES
Utilizaremos o exemplo apresentado na FIGURA 2-1, de um simples comando dado por um
usuário, através de um terminal, a uma aplicação rodando em um computador, para
elaboração de um modelo baseado nas camadas envolvidas no processo.
No nível mais baixo de comunicação do sistema é necessária a existência de uma conexão
elétrica ou equivalente que permita que os sinais sejam trocados entre os dois dispositivos.
Essa conexão elétrica é efetuada por um cabo, respectivos conectores, geradores e detectores
de voltagem ligados ao mesmo. Este é o nível mais baixo é análogo ao meio físico da
comunicação humana.
FIGURA 2-1 - Comunicação entre usuário e computador via terminal (Fonte: Martin, 1995).
9
O segundo nível e representado por um software que implementa uma conexão lógica de
comunicação entre os dois dispositivos geralmente denominado nível de enlace (“data link
layer”). Este software preocupa-se como os bits são organizados e, para evitar infinitas
interpretações, seguem determinados protocolos padrão (ex. RS-232)
No nível mais alto, o usuário decide teclar a letra “A” de um lado e, do outro lado, deve
existir um programa de comunicação de alto nível ou uma aplicação que deve entender o
significado da mensagem.
Os protocolos ou regras de qualquer nível podem ser alterados se as funcionalidades
relacionadas com os outros níveis não forem modificadas. Está definido o princípio de
independência no nível. Desta forma podemos acomodar os inúmeros protocolos existentes
sejam físicos ou de software.
3 ORGANIZAÇÕES DE PADRÕES
Devido à importância da arquitetura de redes e comunicação várias organizações de
diferentes tipos estão envolvidas no processo de desenvolvimento e definição de padrões.
FIGURA 3-1 - Organizações de Padrões (Fonte: Martin, 1995).
10
Essas organizações podem ser basicamente classificadas de três tipos: organizações de
padrões, operadores e fabricantes de dispositivos. Um quadro geral dessas organizações é
apresentado na FIGURA 3-1 e composto por:
• ANSI – American National Standards Institute
• EIA - Electronics Industry Association
• ECMA - European Computer Manufacturers Association
• CCITT – International Telegraph and Telephone Consultative Committee
• ISO - International Standards Organization
• IEEE – Institute of Electrical and Electronic Engineers
É importante observar que as organizações envolvidas com padronização somente podem
documentar e recomendar o uso dos padrões e recomendações que elas desenvolvem.
Implantação de protocolos e construção de máquinas são funções de operadores,
administradores de telecomunicação ou fabricantes de equipamentos.
4 TECNOLOGIAS DE LIGAÇÕES FÍSICAS DE REDES
Com a popularização das redes de computadores a Internet passou a ser sinônimo de redes,
mas é necessário relembrar que ela não é um tipo físico específico de rede, mas um método
de intercomunicação de redes físicas de computadores. Para uma melhor compreensão do
seu funcionamento é necessária a distinção entre mecanismos de baixo nível fornecidos pelo
hardware e os serviços providos pelo protocolo. É importante compreender como os serviços
oferecidos pelos pacotes comutadores de baixo nível afetam as nossas decisões em um nível
de abstração superior. São apresentados três pacotes que implementam ligações físicas de
redes mais comuns.
4.1 Ethernet
Ethernet é o nome dado a um pacote comutador popular para “Local Area Networks” (LAN)
inventado pela Xerox no PARC no início dos anos 70 e adotado como padrão pelo IEEE sob
o número 802.3.
11
TABELA 4-1 – Principais características de alguns padrões Ethernet (Fonte: Comer, 2000)
Padrão Meio de TransmissãoTopologiaFísica Taxa de
sinalização
máx.segmentospor nós
Dist. Min.entre nós
Comp.máx.segmento
Comp.máx.sub-rede
1Base-T Dois pares deUTP CAT3
Estrela 1 Mbps - 1,0 m 250 m 500 m
10Base2 Coaxial RG58 Barramento 10 Mbps 100 0,5 m 185 m 185 m10Base5 Coaxial RG58/11 Barramento
ou árvore10 Mbps 30 2,5 m 500 m 500 m
10Base-T UTP CAT 3 Estrela 10 Mbps - 1,0 m 100 m 200 m10Base-FP Par de fibras ótica
(850 nm)Estrela 10 Mbps 33 - 500 m 1000 m
10Broad36 Coaxial 75 ohm Barramentoou árvore
10 Mbps - N/D 1800 m 1800 m
100Base-TX Dois pares deUTP CAT5 oudois pares de STP
Estrela 100Mbps
- 0,5 m 100 m 200 m
100Base-FX Par de fibras ótica Estrela 100Mbps
- - 100 m 200 m
100Base-T4 Quatro pares deUTP CAT3
Estrela 100Mbps
- 1,0 m 100 m 200 m
Está é a tecnologia mais popular de redes de computadores e esta presente em todos os tipos
de companhias. Devido a sua popularidade existem muitas variantes. Um estudo detalhado
sobre seu funcionamento e algumas variantes é apresentado por Comer (2000). A TABELA
4-1 apresenta as principais características de alguns padrões Ethernet, ressaltando-se que os
100Base são os mais recentes e velozes.
A principal característica das redes Ethernet é o tipo de MAC (“Medium Access Control” –
Controle de Acesso aos Meios) empregado, no caso, o CSMA/CD (“Carrier Sense Multiple
Access/Collision Detection”) documentado pelas especificações 802.3 do IEEE.
A Ethernet deve ser vista como uma comunicação entre máquinas no nível de data link e os
dados transmitidos podem ser visto como um “frame” (pacote). Eles são de comprimento
variável entre 64 e 1518 octetos (“byte”), incluindo “header”, data e CRC. Cada pacote
contém os endereços de origem e destino?. O formato de um frame contendo endereços
físicos de origem e destino é apresentado na FIGURA 4-1.
12
FIGURA 4-1 - Formato do pacote Ethernet precedido de um preâmbulo (Fonte: Comer,
2000).
Cada pacote é composto por: um preâmbulo, endereço da fonte e do destino, tipo do campo,
dados e “Cyclic Redundancy Check” (CRC). O Preâmbulo é um pacote de 64 bits contendo
zeros e uns alternados para sincronismo de interfaces.
4.2 FDDI (“Fiber Distributed Data Interconnect”)
FDDI é uma outra tecnologia bastante popular para redes locais que provê uma taxa de
transmissão de até 100 Mbps (equivalente à “Fast Ethernet”). Diferentemente das demais ela
é projetada para o uso de fibras óticas e os dados são codificados em formato de luz. Suas
duas maiores vantagens são: a) isolação da interferência de ruídos elétricos, podendo passar
próximo de equipamentos de alta potência; e b) a velocidade dos dados (luz) é bem maior
que a velocidade de sinais elétricos em fios.
FDDI é uma tecnologia de rede “passing token ring”, ou simplesmente, “token ring” (anel),
onde todo dispositivo conectado requer um repetidor especial. Esses repetidores são
conectados entre si pelo método ponto a ponto. Os repetidores formam uma cadeia fechada
em forma de anel, daí a nomenclatura. A topologia lógica é do tipo seqüencial.
FIGURA 4-1 - Rede FDDI com seis computadores (Fonte: Comer, 2000).
13
Em oposição aos outros métodos, os dados circulam em direção única e cada repetidor retira
o seu sinal e passa o restante adiante acrescentando eventuais dados que queira enviar. Pode
se empregar longos anéis sem o uso de dispositivos extras, mas o atraso introduzido na
operação de cada repetidor, mesmo pequeno, limita a distância deste tipo de rede. Esta
topologia é apresentada na FIGURA 4-1.
4.3 ATM (“Asynchronous Transfer Mode”)
ATM é uma tecnologia de redes orientada à conexão com o objetivo de atender Redes de
Área Locais (“Local Area Networks”- LAN) e Redes de Grandes/Amplas Áreas (“Wide
Área Networks”-WAN). Ela é projetada por equipamentos complexos no estado da arte e
permite velocidades de comutação extremamente rápidas. Pelo mesmo motivo é mais cara
que as demais. Basicamente são constituídas de comutadores de alta velocidade conectando
computadores utilizando fibras óticas, incluindo computadores de usuários. Ela opera na
faixa de 155 Mbps e usa pacotes de tamanho fixo, denominados de células (“cells”). Este
tipo de comunicação se assemelha a uma chamada telefônica: quando a chamada é iniciada,
é definido um indicador para a conexão e esse identificador será incluído nas células.
5 MODELO DE CAMADAS PARA REDES DE COMPUTADORES (“OSI
MODEL”)
O acrônimo OSI significa “Open Systems Interconnection”. Desenvolvido pela ISO, ele é
utilizado para denominar um modelo de referência para o desenvolvimento de protocolos de
comunicação.
A Estrutura do modelo é baseada em camadas hierarquicamente divididas num conjunto
simples de relações sem dependências múltiplas conforme a FIGURA 5-1.
14
FIGURA 5-1 - Estrutura de camadas do modelo OSI.
A descrição de cada camada é apresentada na TABELA 5-1. As camadas com menor índice,
como a física, operam mais próximas do hardware enquanto que as mais altas referem-se ao
software. Idealmente ao alterarmos uma camada a outra subseqüente não deve sofrer
conseqüências negativas como reconstrução de funções ou restrições até então inexistentes.
TABELA 5-1 - Descrição das camadas do modelo OSI.
Camada Descrição(1) Física Especifica, independente do conteúdo dos dados, como
será criado o sinal, inclusive com especificações detensão e atenuação. Responsável pelos procedimentos decriação, manutenção e terminação de uma ligação física.
(2) Canal de dados Possibilita uma transferência de dados segura por meio deligação física. Acrescenta dados de sincronismo, correçãode erros e gerenciamento de fluxo.
(3) Rede Oferece transparência para as camadas de 4 a 7 emrelação às tecnologias de conexão. É responsável poriniciar, manter e terminar conexões entre elementos deredes.
(4) Transporte Responsável por transferir dados entre os pontosconectados da rede e também pela integridade e o fluxodos dados.
(5) Sessão Oferece uma estrutura de alto nível para comunicaçãoentre aplicações. É responsável por iniciar, manter eterminar conexões entre aplicativos.
(6) Representação Transforma os dados de forma a deixá-los no padrão paracertas aplicações e serviços de comunicação.
(7) Aplicação Permite que o usuário final desfrute dos serviços decomunicação de maneira totalmente transparente.
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O processo de envio e recepção de uma mensagem é apresentado na FIGURA 5-2. Cada
camada acrescenta ás informações que recebe outras referentes à própria camada como se
fosse uma assinatura para que essa mesma informação seja interpretada corretamente do lado
da recepção. Desta forma a cada passagem de uma camada superior a uma inferior o volume
da informação passada aumenta e vice-versa.
Pode-se dizer que quanto mais níveis um protocolo de redes apresenta, maior será o atraso e
a complexidade da comunicação.
FIGURA 5-2 - Processos envolvidos nas camadas OSI.
De um modo geral cada frame (conjunto de bits) transmitido é composto por três partes
distintas: cabeçalho (“header”), informações e um confirmador (“trailer”). O “frame” tem
um indicador de início e fim (“flag”). O “header” contém informações de endereço e
controle enquanto o “trailer” é composto de uma seqüência para confirmação das
informações (FIGURA 5-3).
16
FIGURA 5-3 - Estrutura básica de um frame (Fonte: Comer, 2000).
6 TCP/IP (“TRANSFER CONTROL PROTOCOL/INTERNET PROTOCOL”)
O TCP/IP é um dos protocolos mais difundidos especialmente por ser empregado na
Internet. Entretanto ele não é muito utilizado em redes locais devido à sua estrutura
demasiadamente carregada.
Ele foi desenvolvido pela agência militar americana DARPA e não segue o modelo OSI em
todas as suas camadas. Ele pode ser dividido em quatro camadas: aplicação, TCP, IP e
acesso à rede. A FIGURA 6-1 ilustra como pode ser representado o TCP/IP no modelo OSI
e também uma aplicação típica ente redes executando o conjunto de protocolos padrão da
Internet.
FIGURA 6-1 - Comparação entre o modelo OSI e o protocolo TCP/IP (Fonte: Comer, 2000).
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O TCP/IP foi escolhido pela indústria como padrão para a comunicação de dados e,
conseqüentemente, para o compartilhamento de dados entre diferentes plataformas.
Com o sucesso deste protocolo, serviços foram desenvolvidos e disponibilizados em várias
aplicações em vários sistemas operacionais que suportam redes e também em programas
específicos como navegadores da Web, gerenciadores de correio eletrônico, gerenciadores de
mensagens instantâneas, etc. Apresentamos uma lista dos principais serviços
disponibilizados operando sobre o TCP/IP:
• SMTP (“Simple Mail Transfer Protocol”)É o padrão TCP/IP para a transferência eletrônica de mensagens (“e-mail”) de uma
máquina a outra. O SMTP especifica como dois sistemas de “e-mail” se comunicam
entre si, e o formato das mensagens de controle necessárias para a transferência de
um “e-mail”.
• POP3 (“Post Office Protocol”)É um protocolo utilizado para acessar e extrair um e-mail de uma caixa postal (versão
3)
• IMAP4 (“Internet Message Access Protocol”)É a versão 4 de um protocolo alternativo ao POP3, mas utilizando a mesma idéia
geral.
• FTP (“File Transfer Protocol”)É o protocolo padrão de alto nível do TCP/IP para transferência de arquivos de uma
máquina para outra. O FTP utiliza o TCP.
• HTTP (“Hypertext Transfer Protocol”)É o formato padrão de documentos em páginas da Web.
• MIME (“Multipurpose Internet Mail Extensions”)É o padrão utilizado para codificar dados como imagens no formato de caracteres
ASCII para transmissão através de e-mail.
• BGP (“Border Gateway Protocol”)
É o Protocolo de passagem exterior mais importante usado na Internet.
• RPC (“Remote Procedure Call”)É uma tecnologia utilizada por um programa para este solicitar serviços através da
rede fazendo uma chamada modificada de uma “procedure”.
• TELNET
18
É o protocolo padrão TCP/IP para implementação do serviço de terminal remoto.
Permite ao usuário interagir com um sistema remoto como se estivesse usando seu
próprio teclado e monitor.
• DNS (“Domain Name Service”)É um sistema de banco de dados distribuído on-line para associar nome das máquinas
com endereços IP. Servidores DNS implementam um nome hierárquico que permite
liberdade para nomeação de máquinas e endereços em um “site”.
A comunicação entre a aplicação e o serviço confiável do TCP/IP pode ser caracterizada
pelas seguintes propriedades:
a) “Stream Orientation”
O serviço de ordenação no ? na máquina destinatária entrega ao receptor os dados na mesma
seqüência enviada pelo remetente.
b) “Virtual Circuit Connection”
É um protocolo de software que estabelece a comunicação similar a uma ligação telefônica.
Após efetuar a conexão no nível dos sistemas operacionais das duas máquinas informa as
aplicações que a conexão foi estabelecida. Durante toda a transferência, o software entre as
duas máquinas está se comunicando e verificando se os dados foram passados corretamente.
É chamado de circuito virtual, pois, do ponto de vista da aplicação, é como se houvesse um
hardware dedicado àquela conexão.
c) “Buffered Transfer”
As aplicações podem mandar informações em pacotes em qualquer tamanho que julgar
conveniente. Elas serão reordenadas no receptor, em um “buffer”, da mesma forma que
foram enviadas.
d) “Unstructured Stream”
É importante compreender que o serviço de empacotamento do TCP/IP não garante manter a
mesma estrutura dos pacotes. Desta forma não é possível colocar limitadores em certos
dados ou identificar seu conteúdo
e) “Full Duplex Connection”
19
O Protocolo TCP/IP permite a comunicação entre duas máquinas nos dois sentidos
simultaneamente.
7 UDP/IP (“USER DATA PROTOCOL/INTERNET PROTOCOL”)
No pacote TCP/IP o UDP provê um mecanismo primário que aplicações usam para mandar
datagramas para outras aplicações. Ele prove um protocolo de portas que é utilizado para a
separação de múltiplos programas rodando em uma mesma máquina. Para cada dado
remetido, a mensagem UDP correspondente contém o número da porta de origem e destino,
tornando possível a comunicação entre remetente e destinatário.
Cada mensagem UDP é chamada “user datagram” e é constituída conceitualmente de duas
partes: cabeçalho (“UDP header”) e área de dados (“UDP data area”), conforme é mostrado
na FIGURA 7-1.
FIGURA 7-1 - UDP User Datagram (Fonte: Comer, 2000).
O UDP provê um primeiro exemplo de um protocolo de transporte. Conceitualmente a
aplicação acessa o UDP e ele acessa o nível do protocolo Internet (IP), conforme
representado na FIGURA 7-2.
20
FIGURA 7-2 - Nível conceitual do UDP (Fonte: Comer, 2000).
Colocando o UDP em um nível acima do IP significa que uma mensagem completa UDP,
incluindo cabeçalho e dados, é encapsulada em um datagrama IP quando navega através da
Internet como mostra a FIGURA 7-3.
FIGURA 7-3 - Datagrama UDP encapsulado pelo IP (Fonte: Comer, 2000).
21
8 TCP/IP E UDP
A diferença mais importante entre os protocolos TCP e UDP, é que este último embora seja
mais rápido não garante que o dado remetido chegou ao seu destino. Conceitualmente, eles
estão implantados no mesmo nível conforme pode ser verificado na FIGURA 8-1.
FIGURA 8-1 - Datagrama UDP encapsulado pelo IP (Fonte: Comer, 2000).
Um diagrama mais geral apresentando os serviços disponíveis em ambos protocolos é
apresentado por Comer(2000) e é reproduzido na FIGURA 8-2.
22
FIGURA 8-2 - Dependências entre protocolos TCP/IP (Fonte: Comer, 2000).
9 TDMA (“TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS”)
Método de acesso a redes no qual o tempo é subdividido em pedaços (“slots”) e cada um é
alocado a um nó da rede. Cada nó da rede TDMA deve estar exatamente sincronizado
mesmo que isso produza atrasos. Isso torna essa tecnologia difícil de implementar e aumenta
os custos dos seus equipamentos. Desta forma, qualquer protocolo baseado em TDMA é
indicado para aqueles sistemas que possuem sistemas bem caracterizados com trabalho de
comunicação periódicos como aqueles encontrados em sistemas embarcados de
comunicação. Por outro lado, se um TDMA clássico utiliza um nodo simples para
sincronizar comunicação isso o torna inaceitável por causar um ponto simples de falha.
23
FIGURA 9-1 - TDMA Cronograma (Fonte:,).
No TDMA, o acesso ao barramento é controlado com técnicas baseadas no “frame” enviado.
Como demonstrado na FIGURA 9-1, as mensagens no barramento são agrupadas em blocos
e cada um é iniciado com um bloco de sincronismo.
9.1 MIL-STD-1553
É um padrão militar de um barramento serial de comunicação digital de 1 Mhz, baseado em
técnicas de divisão e multiplexação to tempo (TDMA). Em sua configuração mais elementar
FIGURA 9-212 o barramento de dados multiplexado deve funcionar no modo
comando/resposta e a transmissão deve ocorrer de forma assíncrona e da forma half-duplex.
Todas as funções de controle do barramento devem residir no controlador do barramento
(“bus controller”), o qual deve iniciar todas as comunicações. O controlador interroga um
terminal remoto, ou um subsistema neste mesmo terminal, e aguarda o retorno dentro de um
período de tempo especificado. Assim é possível implementar ações corretivas se a resposta
não retornar implementando a política de detecção e isolação de falha, e reconfiguração. Este
barramento é utilizado principalmente em aeronaves embora já existam aplicações civis e,
em particular, na área automotiva. Por se tratar de um barramento qualificado segundo
normas MIL seu custo é elevado. Sua aplicação em ambientes de simulação distribuída é
necessária quando necessitamos de atender aos requisitos de tempo real para testes e
integração de sistemas.
Toda a informação transmitida deve estar contida em mensagens formadas por: três bits de
sincronismo, palavras de 16 bits (comando, dados e status) e um bit de paridade. A primeira
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palavra da mensagem é sempre a de comando e contém o endereço do terminal remoto, o
modo de transmissão ou recepção, o sub-endereço do terminal e o número de palavras de
dados contidos na da mensagem. Logo em seguida aparecem as palavras de dados em
quantidade definida na palavra de comando, limitada em 32 palavras. A última palavra da
mensagem é uma palavra contendo as informações de status do terminal identificado pelo
endereço.
FIGURA 9-21 - Arquitetura básica de uma configuração 1553 (Fonte: Delong, 1991).
25
FIGURA 9-32 - Frame básico MIL-STD-1553 (Fonte: Delong, 1991).
9.2 ARINC 429
ARINC é um acrônimo de “Aeronautical Radio, Inc.” É uma organização de suporte a
publicações técnicas e administrativas do “Airlines Electronic Engineering Committee”
(AEEC). Ele define padrões para projetos e implementação em todas áreas de aeronaves
desde requisitos de testes de navegação até entretenimento em vôo.
Eles definem um padrão para comunicação dos sistemas de rádio de uma aeronave. Embora
não seja um padrão de comunicação destinado para simulação distribuída, seu conhecimento
e uso são necessários para a implementação de ambientes de integração e testes de
aeronaves, em geral um ambiente de simulação distribuída.
O Padrão ARINC 429 é um padrão de transferência de dados digitais entre sistemas
aviônicos. Toda a comunicação deve passar por um nó central e deve haver comunicação
somente com um equipamento (LRU) de cada vez. Sua arquitetura básica é apresentada na
FIGURA 9-1.
26
LRU
Receiver
LRU LRU
LRU LRU
Receiver
ReceiverReceiver
Transmitter
FIGURA 9-1 - Arquitetura básica de uma configuração ARINC (Fonte: SBS, 2001).
Este barramento é utilizado principalmente em aeronaves embora já existam aplicações civis
e, em particular, na área automotiva. Por se tratar de um barramento qualificado segundo
normas MIL seu custo é elevado. Sua aplicação em ambientes de simulação distribuída é
necessária quando necessitamos de atender aos requisitos de tempo real para testes e
integração de sistemas.
Toda a informação transmitida deve conter um “label octal” que identifica a informação
contida na mensagem, o dado (19 bits), um controle (SDI), um indicador de falha ou
confiabilidade (SSM) e um bit de paridade.
FIGURA 9-2 - Frame básico ARINC (Fonte: SBS, 2001).
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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1998. 849 p.
Comer, D. E. Interconnecting With TCP/IP Principles, Protocols,
and Architectures – Vol. 1. New Jersey: Prentice Hall, 2000. 750 p.
Delong, C. (Editor). Mil-Std-1553 Databus Systems Integration
Handbook (SAE-12). Washington: Society of Automotive Engineers, 1991.
Fujimoto, R. M. Parallel and Distributed Simulation Systems. New
York: John Wiley & Sons, 2000. 300 p.
Furht, B.; Grostick, D.; Gluch, D.; Rabat, G.; Parker, J.; McRoberts, M. Real-Time
Unix Systems: Design and Application Guide. Boston: Kluwer Academic
Publishers, 1995. 316 p.
Kuhl, F. K.; Weatherly, R. and Dahmann, J. Creating Computer Simulation
Systems. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 2000. 212 p.
Martin, J. Data Communication Technology. Englewood Cliffs: Prentice Hall,
1995. 691 p.
Rigby, W. H.; Dalby, T. Computer Interfacing. Englewood Cliffs: Prentice Hall,
1995. 232 p.
SBS Avionics Technologies. ARINC User’s Manual. Albuquerque: SBS Avionics
Technologies, 2001. 214 p.