BENEMÉRITA UNIVERSIDAD

AUTÓNOMA DE PUEBLA

Facultad de Ciencias de la Electrónica

Materia: Microcontroladores

Profesor:

Nicolás Quiroz Hernández

Tema : “Ethernet”

Integrantes del Equipo:

Roberto Guevara Carbino

Estefani Moran Palacios

Armando Eliseo Aguilar Ramírez Francisco Jesús Lara Mendoza

Gonzalo Molina García

Fecha: 21/11/2013

Red de comunicación Antecedentes históricos Ethernet ENC28J60 Servidor WEB Pic como servidor WEB

Indice

Ethernet

¿Qué es una red de comunicaciones?

Sistema de interconexión de equipos (ordenadores, PLC,...) que permite compartir recursos e información.

Una red de equipos está formada por diferentes elementos:

o Adaptadores o tarjetas de red que capaciten a un equipo a conectarse a la red.

o Un cable u otro medio entre los adaptadores a través del cual viajan los datos.

o Finalmente, una determinada topología o estructura de red.

Las redes se pueden clasificar en función de su radio de acción en:

o LAN - Local Area Network: Red de Área Local o simplemente Red Local. Es la interconexión de varios ordenadores y periféricos. Su extensión esta limitada físicamente a un edificio o a un entorno de unos pocos kilómetros.

Su aplicación más extendida es la interconexión de ordenadorespersonales y estaciones de trabajo en oficinas, fábricas, etc;para compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones.

MAN - Metropolitan Area Network: Red de área metropolitana, es una red de alta velocidad (banda ancha) que da cobertura en un área geográfica extensa, proporciona capacidad de integración de múltiples servicios mediante la transmisión de datos, voz y vídeo, sobre medios de transmisión tales como fibra óptica y par trenzado de cobre a velocidades que van desde los 2 Mbit/s hasta 155 Mbit/s.

El concepto de red de área metropolitana representa una evolución del concepto de red de área local a un ámbito más amplio, cubriendo áreas de una cobertura superior que en algunos casos no se limitan a un entorno metropolitano sino que pueden llegar a una cobertura regional e incluso nacional mediante la interconexión de diferentes redes de área metropolitana.

o WAN Una red de área amplia, con frecuencia denominada WAN, acrónimo de la expresión en idioma inglés Wide Area Network, es un tipo de red de ordenadores capaz de cubrir distancias desde unos 100 hasta unos 1000 km, proveyendo de servicio a un país o un continente.

Antecedentes Históricos Ethernet (pronunciado /ˈiːθərnɛt/ en inglés)

es un estándar de redes de área local para computadores con acceso al medio por contienda (CSMA/CD). Su nombre viene del concepto físico de ether. Ethernet define las características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI.

Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar internacional IEEE 802.3, siendo usualmente tomados como sinónimos. Se diferencian en uno de los campos de la trama de datos. Sin embargo, las tramas Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma red.

Antecedentes Históricos

En 1972 comenzó el desarrollo de una tecnología de redes conocida como Ethernet Experimental- El sistema Ethernet desarrollado, conocido en ese entonces como red ALTO ALOHA, fue la primera red de área local (LAN) para computadoras personales (PCs).

Esta red funcionó por primera vez en mayo de 1973 a una velocidad de 2.94Mb/s.

Las especificaciones formales de Ethernet de 10 Mb/s fueron desarrolladas en conjunto por las corporaciones Xerox, Digital (DEC) e Intel, y se publicó en el año 1980.

Antecedentes Históricos

La tecnología Ethernet fue adoptada para su estandarización por el comité de redes l ocales (LAN) de la IEEE como IEEE 802.3. El estándar IEEE 802.3 fue publicado por primera vez en 1985.

Ethernet continuó evolucionando en respuesta a los cambios en tecnología y necesidades de los usuarios. Desde 1985, el estándar IEEE 802.3 se actualizó para incluir nuevas tecnologías. Por ejemplo, el estándar 10BASE-T fue aprobado en 1990, el estándar 100BASE-T fue aprobado en 1995 y Gigabit Ethernet sobre fibra fue aprobado en 1998.

Antecedentes Históricos

• La arquitectura Ethernet provee detección de errores pero no corrección de los mismos.

• Tampoco posee una unidad de control central, todos los mensajes son transmitidos a través de la red a cada dispositivo conectado.

• Cada dispositivo es responsable de reconocer su propia dirección y aceptar los mensajes dirigidos a ella.

• El acceso al canal de comunicación es controlado individualmente por cada dispositivo utilizando un método de acceso probabilístico conocido como disputa (contention).

Objetivos del Ethernet

Los objetivos principales de Ethernet son consistentes con los que se han convertido en los requerimientos básicos para el desarrollo y uso de redes LAN.

Los objetivos originales de Ethernet son: Simplicidad Bajo Costo Compatibilidad Direccionamiento flexible Equidad Progreso Alta velocidad Bajo retardo Estabilidad Mantenimiento

¿Qué es Ethernet?

Ethernet es una popular tecnología LAN (Red de Área Local) que utiliza el Acceso múltiple con portadora y detección de colisiones (Carrier Sense Múltiple Access with Collision Detection, CSMA/CD) entre estaciones con diversos tipos de cables. Desarrollado en el 1973, con el fin de alcanzar transmisiones en cable fiables en condiciones de tráfico moderado.

Desde esto nace el estándar IEEE 802.3 en 1985 (última revisión en el 2002) que forma parte de la gran familia de protocolos IEEE 802.

Esta familia establece estándares para numerosas topologías de red (como Token Ring, Token Bus, WiFi, etc.), por eso se pensó en dividir el segundo nivel OSI en dos sub-niveles, el superior, LLC (Logical Link Control), es común a todos los estándares, mientras la parte inferior, el MAC (Medium Access Control), está unido al nivel físico.

El sub-nivel LLC ofrece diferentes servicios, a menudo dejados a los niveles superiores y de todos modos no previstos desde el viejo Ethernet; por esto, la arquitectura TCP/IP utiliza el viejo framing (dicho DIX) que no usa el LLC, mientras otros protocolos usan el estándar “oficial”.

Método de Acceso de la Ethernet:

El método de acceso que usa Ethernet es el ACCESO MÚLTIPLE CON PORTADORA Y DETECCIÓN DE COLISIONES (Carrier Sense Múltiple Access with Collision Detection, CSMA/CD).

CSMA/CD es un conjunto de reglas que DETERMINA EL MODO DE RESPUESTA DE LOS DISPOSITIVOS DE RED CUANDO DOS DE ELLOS INTENTAN ENVIAR DATOS EN LA RED SIMULTÁNEAMENTE. La transmisión de datos por múltiples equipos simultáneamente a través de la red produce una colisión.

Cada equipo de la red, incluyendo clientes y servidores, rastrea el cable en busca de tráfico de red. Únicamente cuando un equipo detecta que el cable está libre y que no hay tráfico envía los datos. Después de que el equipo haya transmitido los datos en el cable, ningún otro equipo puede transmitir datos hasta que los datos originales hayan llegado a su destino y el cable vuelva a estar libre. Tras detectar una colisión, un dispositivo espera un tiempo aleatorio y a continuación intenta retransmitir el mensaje.Si el dispositivo detecta de nuevo una colisión, espera el doble antes de intentar retransmitir el mensaje.

Velocidad de transferencia:

ETHERNET ESTÁNDAR, denominada 10BaseT, soporta velocidades de transferencia de datos de 10 Mbps sobre una amplia variedad de cableado. También están disponibles versiones de Ethernet de alta velocidad.

FAST ETHERNET (100BaseT) soporta velocidades de transferencia de datos de 100 Mbps

GIGABIT ETHERNET SOPORTA VELOCIDADES DE 1 GBPS (gigabyte por segundo) o 1,000 Mbps.

El modelo ISO/OSI

El modelo OSI (Open System Interconnection) fue creado en el 1978 desde el ISO (International Organization Standardization) con el fin de crear un estándar para las comunicaciones entre calculadores.

Está constituido por una pila (Stack) de 7 niveles (5 en la versión sencilla); por cada nivel corresponde un protocolo, por medio del cual dos niveles iguales de sistemas diferentes pueden comunicarse; esto ocurre virtualmente en manera directa o sea ignorando los otros niveles. Dentro del mismo sistema, cada nivel puede comunicarse solo con los niveles adyacentes, por medio de una interfaz.

Los niveles del modelo simplificado

Nivel 1: Físico. Se ocupa de transmitir datos en el medio físico (cable, aire, fibraóptica, etc.)

Nivel 2: Datalink. Prepara los datos para que sean enviados al medio físico.

Nivel 3: Rete. Sirve para “instradare” los paquetes en la red, además añade un destaco del nivel físico.

Nivel 4: Transporte. Asegura la correcta recepción de los datos, se ocupa de lasretransmisiones en caso de errores y permite de establecer conexiones.

Nivel 5: Aplicación. Es el último nivel de la pila y como sugiere el nombre es dondeestán los varios servicios (HTTP, FTP, E-mail, etc.).

ENC28J60

El ENC28J60 de Microchip es un controlador Ethernet 10Base-T (10Mbps en cables), cercano al estándar IEEE 802.3.

Está constituido por un módulo PHY (nivel físico), un módulo MAC (sub-nivel MAC), una memoria RAM de 8kbytes para almacenar los paquetes en recepción y en transmisión, una serie de registros de configuración y un módulo para la comunicación serie SPI.

El chip tiene solo 28 pines y requiere pocos componentes externos para funcionar, por eso puede ser insertado muy sencillamente en cualquier proyecto.

El ENC28J60 es un controlador Ethernet dotado de un puerto SPI (Serial Peripheral Interface), especialmente diseñado para actuar como un puente entre una red Ethernet y un microcontrolador equipado con SPI. El ENC28J60 cumple con las especificaciones IEEE 802.3, e incorpora una serie de esquemas de filtrado de paquetes para limitar el numero de paquetes entrantes. También provee un módulo DMA interno para facilitar el flujo de datos y hardware especifico para el calculo de las sumas de control (IP checksums). La comunicación con el microcontrolador que hace las veces de host se realizan mediante el bus SPI a una velocidad de hasta 10Mb/s y dos pines especiales capaces de provocar interrupciones en el ENC28J60. Otros dos pines pueden utilizarse para manejar LEDs que indiquen la conexión y la actividad de la red.

Además del integrado, puede verse que se utilizan dos transformadores de pulso y varios componentes pasivos indispensables para conectar el ENC28J60 a una red Ethernet de 10Mb/s.

Modulo ethernet

Caracteristicas 1) La interfaz SPI que se encarga de comunicarlo con el microcontrolador

host2) Los registros  que se emplean para monitorear y controlar al ENC28J603) Un buffer RAN dual para los paquetes recibidos y enviados4) Un “arbitro” que controla los accesos al buffer RAM mediante DMA5) Un bus que interpreta los datos y comandos recibidos vía SPI6) Un módulo MAC (Maduim Access Control) que cumple con IEEE 802,37) Una módulo PHY (Physical Layer) que codifica y decodifica los datos análogos presentes en el par trenzado.

Además de ello, el dispositivo cuenta con otros bloques de soporte, como el oscilador, regulador de voltaje interno, adaptadores de nivel para proveer E/S de 5V y lógica de control.

Pines del modulo ethernet SPI es un protocolo serial sincrono que se utiliza para comunicar un microcontrolador

con otro y con periféricos a distancias cortas.Para hacer una conexion SPI siempre habrá un dispositivo maestro (usualmente un microcontrolador) que controlará uno o varios periféricos (esclavos), se utilizan por lo generar 3 lineas de conexión  y una de selección que son:

SO o MISO (Master In Slave Out). La linea que utiliza el esclavo para enviar datos al maestro* SI o MOSI (Master Out Slave In). Datos del maestro al esclavo.* SCK (Serial clock). Pulsos de reloj para sincronizar la comunicación* CS o Select. Se usa por el master para habilitar o deshabilitar un determinado periférico

Organización de la memoria interna

Toda la memoria disponible en el ENC28J60 es del tipo RAM estática. Se divide en tres bloques principales:

1)Registros de control2)Buffer Ethernet3)Registros del módulo PHY

El primer bloque contiene los CRs (Control Registers) que se emplean para el controlar y obtener información sobre el estado del ENC28J60. Todos estos registros pueden ser accedidos (lectura y escritura) mediante la interfase SPI.

El segundo bloque -el Buffer Ethernet- tiene un tamaño que puede ser ajustado por el usuario y tiene como función servir de memoria temporal para los datos que se envían (o reciben) a (o desde) la red. Esta zona de memoria también puede ser accedida mediante la interfase SPI a través de los comandos apropiados,que serán tratados más adelante en este documento.

La zona correspondiente a los registros del módulo PHY no puede ser accedida vía SPI. El acceso sólo puede realizarse mediante la Media Independent Interface (MII) implementada en la MAC.

Set de instrucciones SPI La operación del ENC28J60 depende por completo de los

comandos que recibe del host a través de la interfase SPI. Esos comandos son instrucciones, de uno o mas bytes, que pueden utilizarse para acceder a la memoria y a los bufferes Ethernet. Como mínimo, las instrucciones poseen un código de 3 bits seguido por un argumento de 5 bits que representa un registro o una constante. La tabla siguiente muestra los códigos de cada operación disponible:

El buffer ethernet El buffer Ethernet contiene la memoria utilizada por el

ENC28J60 para recibir y enviar datos. El tamaño total de esta memoria es de 8KB, y está separada en dos zonas: una para la transmisión, y otra para la recepción. El monto de memoria utilizado en cada una de estas areas puede ser completamente configurado por el usuario mediante la interfase SPI.

El oscilador Para funcionar, el

ENC28J60 necesita de un oscilador que le “marque el ritmo”. El chip está diseñado para funcionar a 25MHz, y una de las formas de proporcionárselos es utilizando un cristal como se ve en la figura 5.

Niveles tensión en los pines de E/S El ENC28J60 es un chip diseñado para operar a 3.3V. Sin

embargo, puede ser integrado con facilidad en circuitos que se alimentan con 5V. Los pines RESET,SPI CS, SCK y SI funcionan directamente con 5V. Por otro lado, si el host opera a 5V, puede que necesites implementar un “traductor” capaz de manejar las salidas CMOS de 3.3V del

ENC28J60.

Servidor WEB

Un servidor web es un programa asentado en una maquina conectada a Internet, en espera de que se enlace a él un visualizador para web y se le solicite, por lo general, un archivo. Una vez que la solicitud le llega a través del cable, el servidor localiza y envía el archivo.Sin embargo, el hecho de que HTTP y HTML estén íntimamente ligados no debe dar lugar a confundir ambos términos. HTML es un formato de archivo y HTTP es un protocolo.

Pic como servidor WEB

Pasos para para utilizar el PIC como servidor web:

Paso 1. Crear una página html a través de la cual arrancar el microcontrolador. Importar el código como un bloque de texto (“string”).

Paso 2. Configurar las direcciones IP, DNS, Gateway y máscaras de Subred proporcionadas por nuestro proveedor de Internet.

Por ejemplo, nuestros parámetros locales

de red son los siguientes:

IP: 192.168.20.60 (dirección del Sistema de Control)

DNS: 192.168.20.1 (dirección del Domain Name System o Sistema de Nombres de Dominio)

GATEWAY: 192.168.20.6 (dirección de la pasarela o Gateway)

SUBNET: 255.255.255.0 (máscara de Subred)

Paso 3. Deshabilitar las entradas analógicas de PORTB. El terminal del microcontrolador debe ser borrado y confi gurado como una salida.

Paso 4. Inicializar el módulo SPI del microcontrolador PIC18F4550.

Paso 5. Inicializar el módulo Serie Ethernet del circuito integradoENC28J60.

Paso 6. Escribir el código dentro de la función Spi_Ethernet_userTCP que, después de recibir el comando a través del explorador web, encenderá/apagará el diodo LED conectado al PORTB.0.

Paso 7. Leer los datos recibidos en un bucle sin fin. La parte más importante del programa es la función Spi_Ethernet_userTCP, que procesa todos los comandos recibidos. Después de recibir la petición “GET” del navegador web, enviada desde nuestro ordenador a la dirección IP del sistema de control, el microcontrolador responderá con una página web almacenada en su memoria.Esta página será mostrada automáticamente en la pantalla del ordenador por el navegador web. Cuando se recibe el comando ON, el diodo LED conectado a PORTB.0 se encenderá. Del mismo modo, cuando se recibe el comando OFF, el diodo LED se apaga. Si en lugar de un diodo LED tenemos un relé, es posible controlar cualquier aplicación como una lámpara, un sistema de seguridad, un sistema de calefacción, etc.

Conclusión

Ethernet es popular porque permite un buen equilibrio entre velocidad, costo y facilidad de instalación. Estos puntos fuertes, combinados con la amplia aceptación en el mercado y la habilidad de soportar virtualmente todos los protocolos de red populares, hacen a Ethernet la tecnología ideal para la red de la mayoría de usuarios de la informática actual.