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.

15

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).

17

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

24

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

Banks, J. (editor). Handbook of Simulation. New York: John Wiley & Sons, Inc.,

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.