Endereçamento MAC e IP na PROFINET: qual é a função de cada um?

Se você abrir uma ferramenta de engenharia ou análise em uma rede PROFINET, provavelmente encontrará pelo menos três informações associadas a um dispositivo:

o endereço MAC, o endereço IP e o nome PROFINET.

À primeira vista, pode parecer que são três formas diferentes de identificar um equipamento na rede, mas não é bem assim.

Cada uma dessas informações possui uma função diferente, e entender essa diferença ajuda bastante quando começamos a configurar, documentar e investigar problemas em uma rede PROFINET.

O que é um endereço MAC?

O endereço MAC, de Media Access Control, é um identificador único associado à interface Ethernet que é utilizado na camada de enlace, a camada 2 do modelo OSI. Usualmente nos referimos ao MAC como endereço “físico”.

Ele possui 48 bits, ou 6 bytes, e normalmente é representado em hexadecimal.

Um exemplo seria:

08:00:06:F3:41:8E

Um dispositivo PROFINET já sai de fábrica com seu endereço MAC definido.

Essa característica é particularmente importante durante o comissionamento, porque um equipamento novo pode ainda não possuir nome PROFINET ou endereço IP configurado, mas seu MAC já permite identificá-lo na rede local.

Os primeiros bits de um endereço MAC também permitem identificar a organização responsável pela faixa utilizada, por meio do OUI, Organizationally Unique Identifier.

E o endereço IP?

O endereço IP pertence à camada de rede, a camada 3 do modelo OSI. Usualmente nos referimos ao IP como endereço “lógico”.

Enquanto o MAC está relacionado à comunicação Ethernet dentro da rede local, o endereço IP fornece um endereçamento lógico ao equipamento e permite a utilização de protocolos baseados em IP e, quando necessário, comunicação entre redes através de roteamento.

Em redes PROFINET utilizamos normalmente endereços IPv4, como:

192.168.10.25

O IP não deve ser escolhido aleatoriamente. Ele faz parte do planejamento da rede e está diretamente relacionado à máscara de sub-rede e, quando aplicável, ao gateway.

Vamos entrar nesses dois conceitos no próximo conteúdo da jornada.

Então PROFINET usa MAC ou IP?

Ambos, mas para funções diferentes.

Essa distinção é importante porque PROFINET utiliza Ethernet como base, mas nem toda comunicação PROFINET depende do endereço IP.

Na comunicação cíclica PROFINET IO em tempo real entre um IO Controller e um IO Device localizados na mesma sub-rede, por exemplo, os quadros são trocados diretamente na camada 2, utilizando endereços MAC.

Isso evita a necessidade de passar a comunicação cíclica pelo processamento convencional da pilha IP.

Já outras comunicações utilizam IP. Serviços acíclicos, acesso a uma página web do equipamento, SNMP e ICMP, utilizado por ferramentas como o ping, são exemplos de situações em que o endereço IP pode participar da comunicação.

Portanto, não faz sentido dizer que MAC substitui IP ou que IP substitui MAC. Cada um resolve uma necessidade diferente.

Existe ainda uma terceira identificação: o nome PROFINET

Aqui aparece uma diferença importante entre uma rede Ethernet convencional e o processo de configuração de uma rede PROFINET.

Além do MAC e do IP, um dispositivo PROFINET possui um nome lógico, chamado nome PROFINET ou PROFINET device name (ou ainda profiname).

Um exemplo poderia ser:

motor.transportador01

ou:

remota.linha02

Esse nome deve ser único dentro do contexto da rede PROFINET e permite relacionar o equipamento físico ao dispositivo configurado no projeto de automação.

Isso é especialmente útil porque um endereço IP é apenas um número. Já um nome bem definido pode indicar localização, planta, função, máquina, área ou posição do equipamento.

Como um dispositivo novo é identificado?

Imagine que uma remota de I/O acabou de ser retirada da caixa e conectada à rede.

Ela ainda não sabe que no projeto deverá ser chamada de:

remota.linha02

e também pode ainda não possuir o endereço IP previsto para aquela posição.

Mas ela possui seu endereço MAC.

É aqui que entra o DCP, Discovery and Configuration Protocol.

O DCP é um protocolo utilizado pelo PROFINET para funções de descoberta e configuração básica dos dispositivos.

Como ele opera diretamente sobre Ethernet, é possível localizar um equipamento na rede mesmo antes de ele possuir um endereço IP configurado.

Durante o comissionamento, uma ferramenta de engenharia pode localizar o dispositivo pelo MAC e atribuir a ele seu nome PROFINET.

A partir desse nome, o IO Controller consegue relacionar o equipamento físico ao dispositivo previsto no projeto e fornecer os parâmetros necessários para sua operação, incluindo o endereço IP conforme a configuração utilizada.

Essa lógica também explica por que o nome PROFINET é tão importante na substituição de equipamentos.

Não basta simplesmente conectar fisicamente um novo dispositivo e assumir que a rede saberá automaticamente qual função ele deverá desempenhar. É necessário que exista uma correspondência entre o dispositivo real e aquilo que foi configurado no projeto.

MAC, nome PROFINET e IP lado a lado

Uma forma simples de pensar nesses três elementos é:

MAC: identifica a interface Ethernet na camada 2 e já está normalmente presente no equipamento desde sua fabricação.

Nome PROFINET: identifica simbolicamente o dispositivo dentro da configuração PROFINET e relaciona o equipamento físico ao projeto.

IP: fornece o endereçamento lógico necessário para comunicações baseadas em IP e para integração com outras redes quando houver roteamento.

Os três aparecem frequentemente juntos em ferramentas de engenharia, inventário e diagnóstico, mas não são redundantes.

Cada informação mostra uma parte diferente da identidade do dispositivo.

Por que documentar essas informações?

Em uma instalação pequena, pode parecer simples descobrir qual endereço pertence a cada equipamento. Em uma planta com dezenas ou centenas de dispositivos, a situação muda bastante.

Ter uma documentação consistente contendo nome PROFINET, endereço IP, MAC, função do dispositivo e sua posição na topologia facilita o comissionamento e, principalmente, o troubleshooting.

Um IP duplicado, um nome PROFINET incorreto ou um equipamento diferente daquele previsto no projeto podem resultar em problemas de comunicação que ficam muito mais simples de investigar quando a rede está corretamente inventariada.

Ferramentas de análise também ajudam nesse processo ao reunir essas informações automaticamente.

No TS Analisador PROFINET, por exemplo, a Live List e o inventário permitem visualizar informações como nome PROFINET, endereço IP e MAC dos dispositivos identificados na rede, além de outros dados utilizados durante uma análise.

Mas ainda ficou uma pergunta: se o endereço IP é dividido em uma parte que representa a rede e outra que identifica o dispositivo, como sabemos quais equipamentos pertencem à mesma rede?

É para isso que existe a máscara de sub-rede.

E quando precisamos comunicar com outra rede, entra o gateway.

São esses dois conceitos que veremos no próximo conteúdo.